ナノグラフェンが超解像顕微鏡の観察時間を数分から数時間にまで延長

従来の顕微鏡の解像度は、200ナノメートルが限界でした。しかし、特に細胞レベルの生物現象では、この限界を超えて多くの興味深いプロセスが起こっています。2014年のノーベル化学賞は、10ナノメートル単位での顕微鏡観察を可能にしたSTED（誘導放出抑制）顕微鏡を含む、超高解像蛍光顕微鏡の開発に授与されました。

STED顕微鏡では、試料中の蛍光色素（蛍光プローブ）に励起レーザーを照射し、発光させます。2つ目の断面がドーナツ型の消光レーザーでリング領域の蛍光を“消し”、中心の小さなスポットだけが発光した状態にします。この2つのレーザーを試料上で走査することで、高解像度の画像が得られます。

従来のSTED顕微鏡は、長時間観察すると、蛍光色素がレーザーによって壊れて恒久的に蛍光を失ってしまう「光退色」という現象のために制限されていました。これは、細胞内の分子レベルの変化のように、繰り返しの走査が必要な長時間にわたるプロセスを観察する際に特に問題となります。

しかし、このほどドイツのマックス・プランク高分子研究所と沖縄科学技術大学院大学（OIST）を中心とする研究チームが、従来の蛍光色素をナノグラフェン分子に置き換えることで、この問題への解決策を見出しました。この研究成果は、科学誌『Nature Communications』に掲載されました。

ナノグラフェンは頑丈な分子構造を持ち、蛍光が回復するという色素として非常にユニークな特性を備えていることが明らかとなりました。消光レーザーが蛍光色素の光退色プロセスを逆転させ、一度失活した蛍光を再活性化させることにより、同じ試料をより長い時間、繰り返し観察することが可能となりました。

この手法は、超解像顕微鏡を用いた多くの新しい研究に道を切り開くと期待されます。ナノグラフェン分子を再活性化させることで、ダイナミックなプロセスを非常に高い解像度で長時間にわたって観察することが可能となり、STED観察が生物学や材料科学などの新しい研究領域に応用可能となります。「この新手法を用いて、生きた細胞内における未知の生命現象を観察すべく、新しい機能性ナノグラフェンの合成研究に現在取り組んでいます」と、OIST有機・炭素ナノ材料ユニットの成田明光准教授は語ります。

このプレスリリースは、マックス・プランク高分子研究所が作成したプレスリリースを基に作成しました。