電気生理学

電気生理学実験に使用する観察方法

電気生理学実験ではサンプルの蛍光標識が一般的に行われますが、これはパッチクランプ記録には必要ありません。このため、通常、サンプルの観察にはラベルフリーのイメージングが行われます。しかし、サンプルは非常に厚いことが多く（数百µm厚さの脳スライスなど）、光が散乱し、詳細な観察の行える深さが制限されるため、イメージングが困難となる場合があります。

明視野や位相差などのラベルフリー観察法は、接着細胞培養などの薄いサンプルの観察に有効ですが、厚い組織切片やin vivoでのイメージングには適していません。一方、微分干渉（DIC）は光学セクショニング効果があり、高解像度でありながら深部イメージングが可能です（DICは対物レンズの最大開口数を利用します）。

しかし、DIC単独では観察に不十分なことがあるため、ニコンでは近赤外線（NIR）照明とそれに対応する光学部品を使用した、近赤外線DIC（IR-DIC）観察を提供しています。近赤外光は、可視光と比べて波長が長いため、散乱サンプルのより深くまで透過します。これにより、可視光DICでは観察不可能だった深部において、神経細胞の一つ一つを識別することができます。

電気生理学実験で使用される対物レンズ

電気生理学実験では、通常、顕微鏡にウォーターディッピング対物レンズを装着します。この対物レンズの先端は、メディウムに（カバーガラスなしで）直接浸漬されます。電気生理学で使用するウォーターディッピング対物レンズの多くは、その先端部が、セラミックなどの化学的に不活性で絶縁性の素材で作られています。この対物レンズは形状も重要で、対物レンズの先端の角度が鋭角になっている必要があります。これにより、マニピュレーターがサンプルにアクセスしやすくなります。

CFI60ウォーターディッピングシリーズ対物レンズは、高度な収差補正と近赤外域までの高い透過率を備えているため、特にIR-DICや多光子イメージングとの組み合わせで、電気生理学研究に適しています。すべてのCFI60ウォーターディッピング対物レンズはIR-DICに対応しており、NIR 40XWレンズとNIR 60XWレンズは特に高い近赤外透過率を誇ります。CFI Plan 100XC W対物レンズは、球面収差を補正できる補正環を搭載しています。

16倍および25倍のCFI75ウォーターディッピングシリーズの対物レンズは、M32のネジ径と75 mmの同焦点距離を備え、CFI60レンズよりも物理的に大きいため、大型の光学系を内蔵できます。より広い角度の光を収集できるため、長い作動距離とともに高い開口数（NA）を達成しています。CFI75 LWD 16X Wは、「単対物レンズ」の用途に評価が高く、FN-DP変倍ダブルポートを使用して5.6倍、32倍、および64倍の倍率で使用できます。CFI75アポクロマート25XC W 1300は、ニコンの対物レンズの中でも特に明るい製品であり、1300 nmまでの波長域で高い透過率と収差補正を実現しています。すべてのCFI75ウォーターディッピング対物レンズは、IR-DICに対応しています。

電気生理学やオプトジェネティクスのための顕微鏡構成

チャネルドロプシン-2 (ChR2)を代表とする光活性化タンパク質は、光照射による神経細胞活動の高速制御を可能にしています。神経細胞や筋細胞の光遺伝学的電気刺激の読み出しには、パッチクランプ記録が用いられます。これにより、神経細胞の局所的および距離のある対象間での機能的な接続について、直接評価することが可能になります。オプトジェネティクスにおける光刺激は、通常、専用の光刺激装置を使用したパターン化照明により行われます。

正立顕微鏡FN1には、手動のシングルスポット光刺激装置のほか、デジタルマイクロミラーデバイス（DMD）が搭載できます。DMDは、回折限界に近い構造を持つ任意形状の照明パターンによる照射が可能です。このため、最大4000 Hzの切り換え速度で、任意のパターン形状による刺激を、高い精度でターゲティングできます。