PRISM技術が光の回折限界を突破、生細胞の超解像4Dイメージングを実現

スイス・ローザンヌのEPFL研究者たちが、光の回折限界を超えて生きた細胞内部を超解像・空間的・時間的に撮像する新顕微鏡プラットフォーム「PRISM」（Phase Retrieval Instrument with Super-resolution Microscopy）を開発しました。3D顕微鏡と白色光3D位相検出新技術を統合し、蛍光超解像の空間分解能・分子特異性と、高速・高感度定量位相イメージングを融合、マルチモーダル4Dイメージングを可能にします。

4D細胞顕微鏡の仕組み

フーリエフィルタリングで白色光画像アレイから3D定量位相を抽出。3D部分コヒーレント画像形成理論で説明。安定細胞の高分解能3D位相データを、z方向変位強度スタックから検索。PRISMは8面同時取得で、2.5×50×50μm体積内で高速3D位相イメージング実行。SOFI（超解像光学揺らぎイメージング）で3D位相顕微鏡と超解像を逐次撮像。SOFIはライブセル3D撮像を再構成画像あたり約1秒の時間分解能で実現し、分子パラメータ定量評価と高ラベル密度耐性を備えます。

従来ワイドフィールド顕微鏡へのアドオンとして実装容易

PRISMは既存ワイドフィールド顕微鏡プラットフォームへのアドオンとして、シンプルかつ高速に3D蛍光超解像イメージングと3D定量位相を実装可能。ライブセルの時間的生理学と複雑な空間構造観察に、より良い機会を提供します。

技術詳細と性能

ヘルムホルツ波動方程式ベース、ウィーナー・ヒンチン定理フレームワークに組み込み。z軸位相データデコードは前方弱散乱干渉計算で実行。効率的アルゴリズムで取得強度スタックから3D位相データ復元。高検出数値開口数と白色光ケーラー照明でスペックルフリー高分解能・安定定量位相イメージング実現。シミュレーションで軸分解能350×560nmを検証。従来ブライトフィールド顕微鏡をシンプル・高速・信頼性高い3D位相顕微鏡へアップグレード可能で、生命科学・生物学の多くの研究・応用期待に応えます。

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