Airyscan顕微鏡とは

Airyscan は、共焦点顕微鏡 (confocal microscopy) の進化形として、高解像度と高感度の画像を提供することを目的として開発された技術です。この技術は、特に、Zeiss 社によって商業化されています。

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Huff, J. The Airyscan detector from ZEISS: confocal imaging with improved signal-to-noise ratio and super-resolution. Nat Methods 12, i–ii (2015). https://doi.org/10.1038/nmeth.f.388

Airyscan顕微鏡は、ピンホールと単一の検出器の代わりに、配列を有する検出器を使用して、焦点外の光を最小限に抑えるという技術を用いています。通常、共焦点顕微鏡では、空間分解能は、共焦点ピンホールのサイズを縮小することによって向上させることができます。

Airyscan 顕微鏡の基本的な仕組みと特徴を以下に示します：

原理: 共焦点顕微鏡と同じように、サンプルからの散乱光を除去することで高コントラストの画像を得ることができます。しかし、Airyscan は、従来のピンホールを使用する代わりに、特別に配置された多数の小さな検出器を使用します。

構成：Airyscan は、共焦点顕微鏡の場合ピンホールが配置される位置に、ピンホールは配置せず、多数の小さな検出器が配列されています。これにより、同時に多くの情報を検出することができます。

高解像度: Airyscan を使用すると、従来の共焦点顕微鏡よりも約1.7倍の高解像度で画像を取得することができます。

高感度: 従来のピンホールを使用する共焦点顕微鏡では、多くの光が検出されずに失われますが、Airyscan では検出効率が向上しているため、低光線条件下でも高い信号対雑音比を持つ画像を取得することができます。

研究者やバイオイメージングの専門家は、細胞や組織の詳細な構造を観察するために、このような高解像度・高感度の顕微鏡技術を利用しています。

メリット:

高解像度: 従来の共焦点顕微鏡に比べ、約1.7倍の解像度向上を達成しています。これにより、微細な細胞構造やオルガネラを詳しく観察することができます。

高感度: Airyscan の検出器の配列は、多くの光を捉えることができるので、低光量のサンプルでも明瞭な画像を得ることが可能です。

速度: 高感度のため、短時間の露光で良好な画像を取得することができます。これにより、生きている細胞や動的なプロセスをリアルタイムで観察することが容易になります。

信号対雑音比の改善: Airyscan は背景雑音を効果的に減少させ、信号対雑音比を向上させます。

デメリット:

コスト: 高度な技術を備えたAiryscan 顕微鏡は、従来の共焦点顕微鏡や他の顕微鏡技術に比べて高価です。

操作の複雑さ: Airyscan の設定や使用には独特の技術や知識が必要となる場合があり、ユーザーにとって学習曲線があるかもしれません。

データ処理: 高解像度の画像を得るためには、特定のソフトウェアによる後処理が必要な場合があります。これには追加の時間や学習が必要となる可能性があります。

サイズ制約: 特定のプローブやサンプルホルダーが必要となる場合があり、これによりサンプルのサイズや形状に制約が生じることがあります。

Airyscan は、特定のアプリケーションや研究目的に合わせて、メリットとデメリットを考慮して選択することが重要です。

参考資料

Huff, Joseph. "The Airyscan detector from ZEISS: confocal imaging with improved signal-to-noise ratio and super-resolution." (2015): i-ii.

Korobchevskaya, Kseniya, et al. "Exploring the potential of airyscan microscopy for live cell imaging." Photonics. Vol. 4. No. 3. MDPI, 2017.

Huff, Joseph, et al. "The new 2D Superresolution mode for ZEISS Airyscan." (2017): 1223-1223.

Wu, Xufeng, and John A. Hammer. "ZEISS Airyscan: optimizing usage for fast, gentle, super-resolution imaging." Confocal Microscopy: Methods and Protocols. New York, NY: Springer US, 2021. 111-130.

いずれもAiryscanの有効性を説明した論文です。

Valli, Jessica, et al. "Seeing beyond the limit: A guide to choosing the right super-resolution microscopy technique." Journal of Biological Chemistry 297.1 (2021).

超解像度顕微鏡の選定に有効なレビュー論文です。