培養細胞観察のための光学式機械物性顕微鏡の開発

本研究は一般的な光学顕微鏡と同じ操作性で硬さを計測する機械物性顕微鏡を開発し、生物研究の場に提供することを目指している．光学顕微鏡と同じように機械物性の観察が可能になれば，形態観察に依存した観察体系に新たに硬さの視点を追加することができる．光学式物性計測の原理はパルスレーザーを用いて培養細胞が接着している培養用シャーレに光音響波を励起し，その振幅から接着する細胞の機械物性を推定する．すなわちこの計測を実現するためには，光を使った培養細胞の加振と微小振動の計測の二つの技術が必要となる．本研究では特に光学的な微小振動の計測について光学系の構築および安定化を図ることで，光学式機械物性計測の実現に近づくことを目的にしている．2022年度には2021年度に構築した自作の偏光干渉計を改良し，偏波保持ファイバを使って生物用倒立顕微鏡に接続し，　ナノ秒パルスレーザーによって発生した光音響波を計測した．　倒立顕微鏡はポリスチレンシャーレの底面を見上げる配置で対物レンズがあり，底面外側の表面で発生した光音響波が厚み方向に伝搬し，底面内側（試料-ポリスチレンシャーレ）境界で反射し，再び加振面まで伝搬したのち，加振面に発生した面外変位を計測した．この実績により，我々の提案する光学式機械物性計測の最も基本的な計測原理である試料-ポリスチレン境界での反射波強度の計測が光学的に実現可能であることを確認することができた．また，生体試料の計測の準備として，試料作成条件などについて超音波顕微鏡を使って検討した．今後，細胞計測には欠かすことのできない高空間分解能化など段階を踏みながら検証を進める．

本研究は一般的な光学顕微鏡と同じ操作性で硬さを計測する機械物性顕微鏡を開発し、生物研究の場に提供することを目指している．光学顕微鏡と同じように機械物性の観察が可能になれば，形態観察に依存した観察体系に新たに硬さの視点を追加することができる．光学式物性計測の原理はパルスレーザーを用いて培養細胞が接着している培養用シャーレに光音響波を励起し，その振幅から接着する細胞の機械物性を推定する．すなわちこの計測を実現するためには，光を使った培養細胞の加振と微小振動の計測の二つの技術が必要となる．本研究では特に光学的な微小振動の計測について光学系の構築および安定化を図ることで，光学式機械物性計測の実現に近づくことを目的にしている．2022年度には2021年度に構築した自作の偏光干渉計を改良し，偏波保持ファイバを使って生物用倒立顕微鏡に接続し，　ナノ秒パルスレーザーによって発生した光音響波を計測した．　倒立顕微鏡はポリスチレンシャーレの底面を見上げる配置で対物レンズがあり，底面外側の表面で発生した光音響波が厚み方向に伝搬し，底面内側（試料-ポリスチレンシャーレ）境界で反射し，再び加振面まで伝搬したのち，加振面に発生した面外変位を計測した．この実績により，我々の提案する光学式機械物性計測の最も基本的な計測原理である試料-ポリスチレン境界での反射波強度の計測が光学的に実現可能であることを確認することができた．また，生体試料の計測の準備として，試料作成条件などについて超音波顕微鏡を使って検討した．今後，細胞計測には欠かすことのできない高空間分解能化など段階を踏みながら検証を進める．