【テクノロジー解説】光の顕微鏡の「限界」0.2マイクロメートルを超えた:光る分子をつかって、生きた細胞の中の分子1個1個の動きを見る「ナノスコピー」。2本のレーザーの方法と、分子を少しずつ光らせて重ねる方法(2014年ノーベル化学賞)

プレ男顕微鏡って、倍率を上げればどこまでも細かく見えるんじゃないの?

メル美光の顕微鏡には「限界」があったんだって。それを越えた人たちがノーベル賞をとったらしいよ。

こんにちは、Dr. Taro です。 「テクノロジー解説」、今回は超解像蛍光顕微鏡です。2014年のノーベル化学賞の発表をもとにまとめました。

光の顕微鏡の「限界」

• 光の顕微鏡は長いあいだ、「光の波長の半分より細かいものは見分けられない」という限界があると考えられてきました
• 1873年、顕微鏡の研究者エルンスト・アッベは、ふつうの光の顕微鏡の解像度は0.2マイクロメートルより良くならないという物理的な限界を示しました
• 生きた細胞を、分子レベルのこまかさで調べられるようになるとは、思われていなかったのです

光る分子で限界をくぐりぬけた

2014年のノーベル化学賞を受けた3人は、光る分子(蛍光分子)を使って、この限界をたくみにくぐりぬけました。2つの原理があります。

1. 2本のレーザーの方法(STED顕微鏡)

• シュテファン・ヘル博士が2000年に開発しました
• 2本のレーザーを使います。1本は蛍光分子を光らせ、もう1本は、ナノメートルサイズのごく小さな範囲以外の光を消します
• 試料をナノメートルずつなぞっていくと、アッベの限界より細かい画像が得られます

2. 分子を少しずつ光らせて重ねる方法(単一分子顕微鏡)

• エリック・ベツィグ博士とウィリアム・モーナー博士が、それぞれ別々に土台をつくりました
• 一つひとつの分子の光をオン・オフできることを利用します
• 同じ場所を何度も撮影し、そのたびにばらばらの場所の少しの分子だけを光らせます。それらの画像を重ね合わせると、ナノレベルの細かい画像ができあがります
• 2006年、ベツィグ博士がこの方法をはじめて使いました

プレ男少しずつ光らせて、あとで重ねるのか!写真の合成みたい。

何が見えるようになった?

「ナノスコピー」とよばれるようになったこの方法で、科学者は、生きた細胞の中で、分子1個1個の通り道を見られるようになりました。たとえば、

• 脳の神経細胞どうしのつなぎ目(シナプス)を、分子がどうつくっていくか
• パーキンソン病、アルツハイマー病、ハンチントン病にかかわるタンパク質が、集まっていくようす
• 受精卵が分かれて胚になっていくときの、一つひとつのタンパク質

ナノスコピーは、いまでは世界中で使われています。

光の顕微鏡には、約0.2マイクロメートルより細かいものは見えないという限界がありました。光る分子をうまく使うことでこの限界を越え、生きた細胞の中の分子の動きが見えるようになりました。

見る技術つながり

• 電子で見る顕微鏡:電子顕微鏡ってなに?
• 光るタンパク質:光るクラゲのタンパク質「GFP」
• 2本の光線のもと:レーザーってなに?

プレ男「無理」と言われた限界を、アイデアで越えたんだね。

メル美病気のしくみの研究にも役立ってるのがいいな。

まとめ

• 光の顕微鏡には、約0.2マイクロメートルの限界がある(1873年、アッベ)
• 光る分子を使って、この限界を越えた
• STED:2本のレーザーで、ナノサイズの範囲だけを光らせる(ヘル博士、2000年)
• 単一分子顕微鏡:分子を少しずつ光らせて重ねる(ベツィグ博士、モーナー博士。2006年)
• 生きた細胞の中の分子1個1個の動きが見える(2014年ノーベル化学賞)

参考文献

1. The Royal Swedish Academy of Sciences. Press release: The Nobel Prize in Chemistry 2014. NobelPrize.org. https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2014/press-release/ (閲覧日:2026年10月10日)

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