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産総研、光子1個ずつを観測して色も分かる「光子顕微鏡」

  • 工藤 宗介=技術ライター
  • 2017/04/07 14:30
  • 1/2ページ

 産業技術総合研究所(産総研)は2017年4月5日、従来の光学顕微鏡では観測できない極めて弱い光でも、明瞭なカラー画像を観察できる「光子顕微鏡」を開発したと発表した(ニュースリリース)。これまでに産総研が開発してきた、光の最小単位である光子を1個ずつ検出して色と関係する光子の波長も識別できる超伝導光センサーを光検出器に用いた。生体細胞の微弱発光の観察や微量化学物質の蛍光分析など、医療・バイオ分野や半導体分野における研究開発・製品開発での利用が期待される。

■光子顕微鏡(プロトタイプ)の全体写真
(写真:産総研のニュースリリースより)

 微小な物体をカラーで観察するには、主に光学顕微鏡が用いられる。光学顕微鏡は、観察する試料に光を照射し、その反射光や透過光、あるいは蛍光や発光をレンズで集光してCMOSカメラなどの光検出器で画像撮影する。しかし、試料からの光が極めて弱く光検出器の検出感度を下回ると画像が暗く不明瞭になるため、微弱な光でもカラー観察できる高感度な光学顕微鏡が求められていた。

 光子は、粒子の性質と波動性を併せ持つため、固有の波長を持つ。光子のエネルギーと波長には相関性があり、光子のエネルギーを測定すればその波長も識別できる。産総研が開発した超伝導光センサーは、超伝導薄膜による光検出部と、光を閉じ込めるための誘電体多層膜から構成される。極低温に保持された光検出部に光子が入射すると、光子のエネルギーによって一時的に超伝導状態が壊れ、電気抵抗が変化する。その抵抗変化の大きさで光子のエネルギーを測定し、光子の波長を識別する。

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