大阪大学大学院工学研究科の藤田克昌准教授、河田聡教授、同大学院薬学研究科の橋本均教授らの研究グループは、創薬からデバイス開発まで幅広い科学・産業分野で利用されているラマン散乱顕微鏡の解像力を、従来の約2倍向上させることに成功しました。ラマン散乱は非常に微弱な効果であるため、その解像力を向上することは困難とされていました。しかし、試料を点線状の光で照明（点線状の光照明） することによって高い空間分解能で計測が可能となり、伝搬光 を用いたものとしてはこれまでで最高の解像力を達成しました。

本研究成果によって、従来よりも詳細に薬剤やデバイス材料の空間分布を画像として観察することが可能となり、製品の品質向上や高機能化に役立つと期待されます。また、従来の超解像顕微鏡 は、試料が色素により染色されていることを必要としていましたが、本手法は試料の染色を必要とせず、顕微観察技術の進展において重要なマイルストーンとなります。

本研究成果は12月2日（水）（日本時間）にNature Communicationsのオンライン版で掲載されました。

図　グラフェンのラマン散乱像。点線状照明の場合（右）では、従来の顕微鏡（左）より、明瞭・細やかな観察が可能。

ラマン散乱顕微鏡は、試料に含まれる分子や結晶格子の振動を検出でき、生体試料から半導体、カーボン材料等まで、様々なタイプの試料の分析観察に用いられてきました。しかし、ラマン散乱は非常に微弱な効果であるため、その解像力を向上することは困難とされていました。

本研究グループは、点線状照明という特殊な照明方法 （図1） を用いたラマン散乱顕微鏡を開発し、従来手法の限界を超えた解像力を達成しました。 また、開発した顕微鏡を用いて、CVDグラフェン （図2） 、マウス脳切片 （図3） の高い解像力での観察に成功しました。

図1　従来の高速ラマン散乱顕微鏡の照明法（ライン状照明:左図）と、開発した顕微鏡による点線状照明法（右図）

図2　CVDグラフェンのラマン散乱像
赤、青、緑はグラフェンのD、G、および2Dバンドのラマン散乱強度を示している。点線状照明により空間分解能が向上し、試料中の単層/複層グラフェン、グラファイト、欠陥が豊富な箇所が、より明確に観察できる。右下のグラフは図中の矢印間のラマン散乱強度（Dバンド）を比較しており点線状照明では、より細かい構造が見られる。

図3　無染色マウス脳切片の散乱像
赤、緑はそれぞれ、ペプチド結合のアミドI振動モード（タンパク質に豊富）、およびCH結合の伸縮振動（脂質に豊富）のラマン散乱を示す。CH結合に由来する3つの波長でラマン散乱強度の分布を比較すると、点線状照明の観察では、脂質の分布がより明確に観察されていることが分かる（右下グラフ。分布は図中矢印間）。

ラマン散乱顕微鏡は、物質分析の能力を有する顕微鏡であり、創薬からデバイス開発まで幅広い産業分野で利用されています。ラマン散乱顕微鏡の解像力の向上は、より詳細に薬剤やデバイス材料の空間分布を画像として観察することを可能とし、製品の品質向上や高機能化に役立つと期待されます。また、従来の超解像顕微鏡は、試料が色素により染色されていることを必要としていましたが、開発した手法は試料の染色を必要としないため、本研究成果は顕微観察技術の進展において重要なマイルストーンとなりました。

Kozue Watanabe, Almar F. Palonpon, Nicholas I. Smith, Liang-da Chiu, Atsushi Kasai, Hitoshi Hashimoto, Satoshi Kawata & Katsumasa Fujita, "Structured line illumination Raman microscopy," Nat. Commun. 10.1038/NCOMMS10095