1990年、コーネル大学の研究者は、ここでは2光子顕微鏡と呼ばれるレーザー走査顕微鏡による2光子励起の使用を実証しました。2光子蛍光顕微鏡では、図1に示すように、2つの光子が同時に吸収され、蛍光分子に高エネルギーの電子遷移を引き起こします。詳細については、2光子蛍光顕微鏡法をご参照ください。
Energy level diagram for the 2PF imaging mechanism
図 1. 2PFイメージングメカニズムのエネルギー準位図
2光子蛍光用の顕微鏡システムの概略図を図2に示します。レーザーは試料面の狭いスポットに焦点を合わせ、サンプル上でラスターでスキャンされます。レーザーの焦点がサンプル内の蛍光分子と重なると、蛍光は小さな焦点ボリュームで選択的に生成され、光検出器によって検出されます。信号は空間的にマッピングされ、データ取得コンピューターによって画像の個々のピクセルを生成します。共焦点顕微鏡と2光子蛍光顕微鏡の主な違いは、レーザーと蛍光検出パスです。2光子蛍光顕微鏡では、検出器のピンホールが不要なため、対物レンズによって収集されたすべての蛍光光子が有用な信号を構成します。
Schematic of a 2PF microscope
図 2. 2光子蛍光顕微鏡の概略図

2光子蛍光バイオイメージング例

Maximum intensity projection of zebrafish embryo development, taken from both sides over 8 hours
図 3. ゼブラフィッシュの胚発生の最大強度の予測。両側から8時間かけて撮影(InSight DS+で画像化された2PF)
提供:Dr. Nadine Peyrieras, CNRS, Gif sur Yvette, France and LaVision Biotec

A 3D reconstructed image of a mouse cortex up to a depth of 1.4 mm using 2PF microscopy
図 4. 2光子蛍光顕微鏡を使用した、深さ1.4mmまでのマウス皮質の3D再構成画像
提供:Naoki Honkhura and Takeshi Imamura, Ehime University Graduate School of Medicine

Cross-sectional view of an atherosclerotic plaque demonstrating multi-modal imaging
図 5. マルチモーダルイメージングを示すアテローム硬化性プラークの断面図