未来物質領域M1コロキウム 2011年12月7日 第1発表者
宮本 瑶子(宮坂研究室)
伊都 将司
Three-Dimensional Super-Resolution Imaging by Stochastic Optical Reconstruction Microscopy
Recently the imaging resolution of far-field fluorescence microscopy in the two lateral dimensions has been substantially improved by “super-resolution” techniques. Localization microscopy is a typical example of the super-resolution methods. In this method, fluorescence spots of individual dyes are regarded as a point spread function (PSF) and analyzed by using 2D Gaussian function. Through these analyses, we could estimate the lateral positions of the dyes at a minimum localization accuracy of ca. 1 nm. Stochastic optical reconstruction microscopy (STORM) is a significant application of the localization microscopy, where individual fluorescent probes attached to a nanostructure are iteratively activated and the positions of many probes are overlaid to reconstruct the shape of the nanostructure. Although the lateral resolution of the localization microscopy easily could reach 1/10 of the diffraction limit, three-dimensional ( 3D) super-resolution imaging is required to advanced investigations of nano-structures. In my presentation at the M1 colloquium, I am going t to introduce the 3D STORM attained by employing astigmatism in imaging optics of the far-field fluorescence microscopy. The astigmatism deformed the PSF depending on the Z-position (displacement along to the optical axis) of probe dyes, and thus the construction of a 3D image with an imaging resolution of 20 to 30 nm in the lateral dimensions and 50 to 60 nm in the axial dimension has been achieved.
STORM(確率的光学再構築顕微鏡)法による三次元の超解像イメージング
近年、光学顕微鏡の回折限界を超えた超解像顕微イメージング法が種々提案されている。 その代表的なものの一つに、像面に結像された単一蛍光プローブ分子の蛍光像を、2次元ガウス関数を用いて解析し、 その重心位置（蛍光分子の位置に対応する）を最高１nm程度の精度で決定するLocalization Microscopyがある。 この重要な応用例として、STROM(Stochastic Optical Reconstruction Microscopy)が挙げられる。 STROMでは被観察対象を複数の蛍光プローブで修飾し、個々の蛍光プローブをランダムに、1個ずつ発光させその位置情報を積算することで、 回折限界を超えたナノイメージングを可能とする手法であり、特に2次元的な分解能は飛躍的に向上されてきている。 しかし細胞内器官や種々の材料系のナノ構造を評価するためには3次元の超解像イメージング法への拡張が不可欠である。 本論文では、結像系に非点収差を導入することで蛍光プローブの光軸方向の変位を像面での蛍光強度分布の歪みに変換し、画像解析から、STORM法に3次元分解能を付与することに成功している。光スイッチ性の単一蛍光プローブを繰り返し活性化し、 各々のプローブの3Dでの位置を決定することで横方向20~30nm、縦方向50~60nmの分解能での3次元光学イメージングを達成できることが示されている。
[1]Bo Huang, Wenqin Wang, Mark Bates, Xiaowei Zhuang Science 319, 810 (2008)
[2] M. Bates, B. Huang, G. T. Dempsey, X. Zhuang, Science 317, 1749 (2007)
[3] V. I. Slepnev, P. De Camilli, Nat. Rev. Neurosci. 1, 161 (2000)