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顕微鏡の主な種類

顕微鏡には主に次のような種類があります。一般に顕微鏡といえば、光学顕微鏡を指します。このほかに、電子顕微鏡や走査型プローブ顕微鏡などがあります。

光学顕微鏡

小分類 概要
双眼実体顕微鏡 立体物を低倍率で手軽に観察できる顕微鏡。
明視野顕微鏡 代表的な顕微鏡。透過光を用いて対象物を高倍率で観察。
偏光顕微鏡 物質によって光を通す性質が異なる点を利用した顕微鏡。結晶などの観察向き。
位相差顕微鏡 光の干渉を利用し、微細な凹凸を可視化する。染色なしで生きた細胞を観察する際に使用。
⇒位相差顕微鏡とは?

通常の生物顕微鏡では、無色透明な細胞などを生きたままで観察するのは困難でした。これを可能にしたのが位相差顕微鏡です。光の回折および干渉という2つの性質を利用し、無色透明な標本を明暗(コントラスト)の差で可視化しています。

原理
位相とは、波動のような周期的な動きに関して、振動がどの段階にあるかを表したものです。光もまた波動であり、無色透明であっても透過物(位相物体)を透過した際、試料を透過した光(回折光)と、それ以外の光(直接光)とでは位相が変化し、進行する速さが異なります。この現象に着目して、位相差を明暗の差に変えることで対象物の観察を行います。
特長
  • 位相差を明暗差に変えることができるため、透明な細胞などを染色することなく観察できます。
  • 細胞を染色する必要がないため、細胞分裂など生きたままの状態を見ることができます。
構造
回折光は微弱であるため、そのままでは目視ができません。そのため、対物レンズと像面の間にできる光の焦点部分に位相板を設け、直接光だけに位相の変化をもたらします。これによって、像面にコントラストができるようにしています。
構造の特徴としては、顕微鏡の集光レンズの焦点面に、ピンホールの代わりとなるリングの絞りを加える一方、対物レンズの後ろ側焦点面に位相板を置いています。
微分干渉顕微鏡 位相差顕微鏡と同様に微細な凹凸を可視化するが、細部の解像度が優れる。その半面、偏光を利用するため観察可能な容器は限定される。
蛍光顕微鏡 試料が発する蛍光を観察。高圧水銀ランプなどの特殊な光源を使用。明視野顕微鏡にオプション機器を装着して蛍光顕微鏡として用いることが可能。
⇒蛍光顕微鏡とは?

蛍光顕微鏡とは、蛍光タンパク質や蛍光抗体を標識に用いて、細胞やタンパク質を生きたままで観察できる顕微鏡です。現代の細胞生物学に欠かせない観察装置といえます。

原理
特定の光(励起光)を吸収して、それよりも波長の長い光(蛍光)を放射するという蛍光物質の特性(ストークスの法則)を活かして、試料が発する蛍光を記録します。細胞に特定の蛍光試薬などを導入した後、励起光を当てることで、目的の分子が放つ蛍光を観察することができます。
特長
  • 透過光での観察を行うことができるとともに、蛍光像の観察が可能です。
  • 蛍光標識を使い分けることで、観察したいものだけを見ることができます。
  • 蛍光色素を用いた場合、細胞内における特定のタンパク質などの局在を観察できます。
  • GFPなどの蛍光タンパク質を用いることで、細胞が生きたままの状態で観察することが可能です。
構造
蛍光顕微鏡は、一般的に生物顕微鏡と落射蛍光照明装置を組み合わせた構造です。顕微鏡の構造としては、ピントを合わせるハンドル部をはじめ、標本の位置決めを行うX-Yステージハンドル、対物レンズの切り替えを行うレボルバーなどが挙げられます。加えて、照明装置として、励起光の波長を調整するキューブターレットをはじめ、試料の褪色予防のシャッター、励起光の強さを調節するNDフィルターなどを備えています。
全反射蛍光顕微鏡 試料の表面近くだけを照らすエバネッセント光を用いた蛍光顕微鏡。背景光を低減できるため、1分子の単位から観察が可能。
レーザー顕微鏡(共焦点レーザー顕微鏡) レーザービームを用いることで、厚みのある試料など焦点距離の異なる対象物をクリアに観察することが可能。
⇒共焦点レーザー顕微鏡とは?

光源にレーザー光を用いた点が特徴の顕微鏡です。レーザー走査により高い分解能での観察が可能である上、精度の高い3D測定ができるメリットがあります。

原理
試料の表面をレーザー光線で走査して、焦点面からの蛍光と反射光の空間分布を記録し、その読み取りデータをコンピュータが可視化することで、高分解能での画像観察を可能にしています。
共焦点(コンフォーカル)光学系を用いていることから、コンフォーカル顕微鏡とも呼ばれます。
特長
  • 観察対象の表面をレーザービームでなぞることで、平面(X軸、Y軸)に加えて深さ(Z軸)においても高い分解能の画像を得ることができる顕微鏡です。そのため、たとえば生物試料の場合、鮮明な蛍光画像が得られるだけでなく、試料の立体的な構造を知ることができます。
  • 一般的な光学顕微鏡は結像光学系を採用しているのに対して、レーザー顕微鏡は共焦点(コンフォーカル)という光学系を特徴としています。前者は一定のエリア全体に光を当てるのに対して、後者は点光源として一点に集中するように光を当てます。そして、像位置にピンホールを設けることで、焦点が合った光だけを受光します。結果として、周囲から余分な散乱光が入らないため、コントラストが向上します。
構造
レーザー光源から発せられたスポット状のビームは対物レンズを経て、試料を走査します。レーザー光により励起された試料の蛍光は対物レンズへと戻り、ピンホールを経て画像情報として処理され、モニターに表示されます。
多光子励起顕微鏡 複数の励起光を用いることで、細胞へのダメージが少なく、高解像度の深部観察が可能に。脳内における神経細胞や血流などの観察に用いられている。
構造化照明顕微鏡 超解像顕微鏡の一つで、光の回折限界による光学顕微鏡の解像度の限界を超える技術をもとに開発されました。
⇒構造化照明顕微鏡とは?

超解像顕微鏡の一つで、光の回折限界による光学顕微鏡の解像度の限界を超える技術をもとに開発されました。

原理
光学顕微鏡の解像度は従来、光の回折限界から200nmを下回るのは不可能とされていました。この限界を打ち破ったのが、米国で開発された、構造化照明顕微鏡法による「超解像顕微鏡」です。構造化照明顕微鏡法とは、グリッド状などにパターン化された照明(構造化照明)によるモアレ効果を活用することで、それまでの光学顕微鏡では捕捉できなかった回折光を取り込み、超解像画像を得ることを可能にした観察方法です。
特長
  • 水平方向、垂直方向ともに、光学顕微鏡を大幅に超えて、従来の約2倍の解像度を実現しています。
  • 複数の撮影画像を高速で処理する技術が加わったことで、細胞のライブイメージングが可能になっています。
構造
構造化照明顕微鏡は、顕微鏡そのものの構造を変えたのではなく、光の取り込みを工夫したものです。光の干渉によって生じる縞模様(モアレ)の現象に着目し、構造化照明といわれる一定パターンの光を当ててモアレを作りだしています。これをもとに撮影した画像には観察対象の精細な情報が盛り込まれていて、複数の画像をコンピュータで解析することで、解像度の高い画像を構成することができます。

電子顕微鏡

小分類 概要
透過型(TEM)、走査型(SEM)など 光ではなくて、電子線を対象物に当てて拡大する顕微鏡。

走査型プローブ 顕微鏡(SPM)

小分類 概要
原子力間(AFM)、走査型近接場光(SNOM)など 先のとがった探針で対象物の表面をスキャンし、針と物体との相互作用を用いて微細な表面形状や物性を測定する。

その他

小分類 概要
X線顕微鏡、超音波顕微鏡など -

光学顕微鏡に関しては、上記の分類のほか、次のような分け方があります。

観察対象、用途での分類

生物顕微鏡
代表的な顕微鏡。観察対象をスライスした後、プレパラートに固定してスライド上で観察。倍率は50~1500倍程度。
(双眼)実体顕微鏡
昆虫や鉱物など観察対象をスライスすることなく、そのままの状態で観察することが可能。倍率は10~50倍程度。双眼タイプのため、対象物を立体的に観ることができる。

構造での分類

正立顕微鏡
観察対象を上から観察。プレパラートに乗せて観察する場合に使用。
倒立顕微鏡
観察対象を下から観察。シャーレ内の培養液に浸けた細胞などの観察に使用。
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