蛍光顕微鏡の仕組みと解像度

顕微鏡とは？

明視野顕微鏡と蛍光顕微鏡

追加のレンズを使用してサンプルを大きく見せる機能を高めれば、複合顕微鏡となります。（レンズの）倍率を追加することでより拡大された画像が得られるため、ほとんどの最新式顕微鏡は複合顕微鏡です。照明に白色光のみを用いれば、明視野顕微鏡となります。

図 2. 基本的な明視野顕微鏡において、レンズを通り抜ける光路およびサンプル（A）。 年代物の19世紀のドラム式複合顕微鏡（B）。

拡大率と解像度の違い

蛍光観察を行う場合に良好な結果を得るとなると、拡大率と解像度の違いを理解することがとても重要です。拡大率について話をする場合は、顕微鏡下で見たときに被写体がどの程度までより大きく見えるか、ということに言及しています。

これとは対照的に、実践的な意味合いで解像度について話をする場合は、画像をどの程度まで細かく識別できるか、ということに言及しています。ただし、これには主観が入る可能性があります。さらに技術的な意味合いでは、解像度には、光の屈折特性による限界があります

蛍光を用いれば解像度が高まる

解像度と拡大率は同じものではありません。顕微鏡では、拡大された画像の目に見える細かさを解像度と呼んでいます。拡大（または何かをより大きく見せること）しても、拡大されたサンプルの細部を見ることができないなら、あまり意味がありません。

明視野顕微鏡は、サンプルの異なる部分間の密度の違いに起因する光の吸収の違いに左右されます。目的からすれば、このサンプルというのは細胞を意味します。このため、細胞の多くの細部を見たい場合、明視野顕微鏡はあまり適切とは言えません。それでは、解像度をどのようにして高めればよいのでしょうか？蛍光体を添加してサンプル中の構造体を染色し、それを照らし出すフィルターを加え、サンプルが発した光の焦点を合わせ、感度の高い検出器を加えれば出来上がりです！これで、蛍光観察をすることができます。蛍光顕微鏡は、細胞の中の様々な構造体を隣接領域とよりうまく対比させることにより、より高い解像度の利点をもたらすのみならず、複数の色の画像を集めることを可能にします。

図 3. 明視野顕微鏡法（左）および蛍光顕微鏡法（右）で捕えたBPAE細胞の同じ領域の画像。 核（黄色）およびアクチン（赤色）の蛍光標識により、さらに細かい細胞構造を見ることができます。