生物物理学

光学顕微鏡

すごい速さで変化する生命現象を撮影! 可視化技術で4Dの世界を拓く


杉拓磨先生

広島大学 理学部 生物科学科(統合生命科学研究科)

出会いの一冊

ヒトゲノムを解読した男 クレイグ・ベンター自伝

J・クレイグ・ベンター、訳:野中香方子(化学同人)

サイエンスの競争を通して、最先端の研究を成し遂げるための技術開発の重要性が臨場感高く記載されている。進路が決まっていない中学生や高校生に読んでもらえたら、何かの参考になるかもしれません。

こんな研究で世界を変えよう!

すごい速さで変化する生命現象を撮影! 可視化技術で4Dの世界を拓く

これまでの光学顕微鏡には限界が

Seeing is believing。みなさんも一度は耳にしたことがある言葉かと思います。

私は、これまでにない光学顕微鏡を作り、目に見えない速さで変化する生命現象を可視化(イメージング)する技術を開発しています。

通常、生体組織などの3次元(3D)空間で起こる現象を撮影するためには、光学顕微鏡の対物レンズの焦点の合う平面を順番にずらしながらスキャン撮影を繰り返す必要があります。しかし、何十枚もスキャン撮影をしてようやく1つの3D空間を撮影できるため、撮影に時間がかかり、3D空間内で時々刻々と変化する生命現象を撮影することはできませんでした。

3D空間をまるごと一発撮影できた!

私はコンピュテーショナル・イメージング技術の1つであるライトフィールド顕微鏡という、たった1回のカメラ撮影で3D空間をまるごと一発撮影する技術の高解像度化技術を開発することに成功しました。

現在、この技術を様々な技術と組み合わせて発展させながら、自由に動く動物の脳神経ネットワークの活動など、これまで見ることのできなかった生命現象の変化過程を可視化し、4D(3D空間+時間)の世界を拓く研究を行っています。

生体組織でナノメートルスケールの場所の温度をイメージングする顕微鏡
生体組織でナノメートルスケールの場所の温度をイメージングする顕微鏡
テーマや研究分野に出会ったきっかけ

私は元々、構造生物学で博士号を取得しました。構造生物学はX線などを用いて、分子の構造を原子レベルで可視化できるパワフルなツールですが、生命現象の変化過程つまりダイナミクスを捉えるのはなかなか難しいという問題があります。

一方で、今の研究で利用している光イメージングという技術は生き物のダイナミクスを捉えることが可能で、時々刻々と変化する様子は非常にダイナミックで面白いんです。また「最先端の装置や技術を自分で開発できるのってかっこいい!」という憧れもあったことから、いまの研究に至っています。

先生の研究報告(論文など)を見てみよう

「個体集団における状態転移機構の解明」

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温度をイメージングするための粒子を導入した細胞
温度をイメージングするための粒子を導入した細胞
学生たちはどんなところに就職?

◆主な業種

(1) 光学機器

◆主な職種

(1) 基礎・応用研究、先行開発

◆学んだことはどう生きる?

近年の研究開発は1つの技術や分野で解決できることは少なくなっています。当研究室ではそういった状況を踏まえ、ライフサイエンスとエンジニアとしての2つの素養を持つ人材を育成しています。

印象的な卒業生としては学部の時に就活に失敗し、修士から当研究室に進学してきた学生で、当研究室で活躍した後、キヤノン株式会社の研究職に就職しました。異なる分野を両方理解できる人材として、バイオイメージング技術の開発に活かされているようです。

先生の学部・学科は?

先生の研究に挑戦しよう!

光学顕微鏡でこれまで見えなかったものを見るために、機械学習や深層学習などのAIがどのように使えるのか、考えてみましょう。またそのような研究を調べてみましょう。

中高生におすすめ

解像度を上げる 曖昧な思考を明晰にする「深さ・広さ・構造・時間」の4視点と行動法

馬田隆明(英治出版)

物事を深く掘り下げることの重要性を認識できるようになり、日常で得た情報を曖昧なまま消化してしまうことへの抑止力にもなると思います。


発想法 改版 創造性開発のために

川喜田二郎(中公新書)

アイデアを得るために、思考を整理したり、建設的に議論する方法が身に付くと思います。


意識はいつ生まれるのか 脳の謎に挑む統合情報理論

マルチェッロ・マッスィミーニ、ジュリオ・トノーニ、訳:花本知子(亜紀書房)

人間を人間たらしめる「意識」の謎についてわかりやすく書かれています。

一問一答
Q1.18才に戻ってもう一度大学に入るならば、学ぶ学問は?

情報科学科

Q2.日本以外の国で暮らすとしたらどこ?

スイス

Q3.大学時代のアルバイトでユニークだったものは?

飲食店


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