日本包鋳学会H態ＶｂＬ４ｊＶｂ､３α995）

一’６論文

共焦点レーザースキャン顕微鏡(LSM)によるセロハンの構造研究

古田拓傘伊藤研策卒＊伊勢典夫＊

CeIIophaneStructureasStudied
byConfocalLaserScanningMicroscope
ＴａｋｕＦＵＲＵＴＡ．，KensakulTO.．，ＮＯＩｉｏｌＳＥ。

ThestructmBofcellophanewasstudiedbyusingconfOcallaserscannmglmcmscopy・ＢｙｕｓｉｎｇＬＳＭ，ceUophanesamplecouldbeobsewedcontmuouslyfmmtoptobottom
smfacesasopticalcmss-sectionalimages，ＴｈｅｔｈＨ℃e-dimensionalimagewas”constructedfmmaseriesofopticalcmss-sectionslnspiteoftｈｅｔｍⅡ巧paⅡ巳ncyofthematenaLthe
surfacedep１℃ssionandelevationofceUophanecouldbeeasilyanddeanyvisualized

Tｈｅｔｈ妃e-dimensionalstmctumlinfOrmationsuchasshape,diametendepth,andheightof
surfacedepl巴sslonandelevationwe兎determined、Thedistancebetweentopandbottom
smfacesｅｓｔｉｍａｔｅｄｆｍｍｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｆbcalplanecom巳spondedtolocalsample
thicknessTｈｅＬＳＭｗａｓｄｅｍｏｎｓｔｍｔｅｄｔｏｂｅｕｓｅｆｕｌｉ、ｔｈｅdeterminationoflocalfluctuatio、
ofsamplethickness

Keywords：CeUophane,Structux℃OIaserscannmgmlcmscope

共焦点レーザースキャン顕微鏡（ISM）を用いてセロハンの構造について検討した。ＬＳＭを用いることによってセロハン試料は光学的切片イメージとして表から裏面に至るまで連続的に、しかも容易に観察できた。一連の光学的切片イメージを合成することによって得た三次元再構築イメージからは試料の透明性にもかかわらず表面の凹凸構造が明瞭となった。凹凸栂造の形状、径、深さ、高さを測定した。試料の表面と裏面との焦点面の位置の差から試料の厚さを決定し、微小領域での厚さ変動の評価を試みた。
キーワード：セロハン、摺造、レーザースキャン顕微鏡･レンゴー(株)中央研究所(〒553大阪市福島区大関4字１－噸兆qSmTuLLL4EpRさrQmLFEHgQgg:幽関4-1-186,Ohhira1d,Fukushima-kUOsaka,５５３．･富山大学工学節化学生物工学科（〒980富山県富山市五福3190)：

ToyamaUniversitybDepartmentofChemicalandBiochemicalEngineeri､9,319qGOhuku,Toyama-shiO
ToyamaP30－２１０－

LSMEよるセロハンの紙遭瀝究

1.緒言
材料の構造、例えば表面の凹凸や微細孔を評価する際の最も代表的な技術の一つは顕微＿|瞳仁～ くlDE鏡法である。この技術は制限された視野内のecter韮二薊－－師．'‘

情報しか評価できないため必ずしも全体を代表しているとは限らないが、実際に形状や大きさを直接目で見ることができるという点で極めて優れている。一般には光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡（SEM)、透過型電子顕微鏡】ｈｌ６(TEM）が用いられている。通常の光学顕微

鏡は操作は簡便であるものの観察倍率や解像度に限界がある。また、基本的にセロハンのFig.１PrincipleoftheconfocaIIaser

ような透明性の高い試料の観察には適さな

scannIngm絶roscope●●

い。一方、ＳＥＭやＴＥＭなどの電子顕微鏡でれば反射光強度の差として検出することが可は非常に高倍率での観察が可能で、しかも試料の透明性は問題とならない。しかし、試料能となる。また、試料上の焦点面からの反射光だけが検出器手前に配置されたピンホール調製が煩雑で、特にＴＥＭでは顕著である。

を通過できるため非常に焦点深度の浅い像、また、材料によっては電子線による試料の損すなわち光学的切片が得られる。これらの像と焦点面の位置とから構造の高さや深さのよ傷が問題となる。
われわれはセロハンの構造研究に共焦点うな三次元情報が得られる。また、一連の光レーザースキャン顕微鏡（LSM)、詔)を用い学的切片を合成することにより極めて焦点深た。ＬＳＭはこれまで主に医学･生物学分野に度の深い像を再構築することもできる。

おいてレーザー光を蛍光励起光源として生物ビスコース法再生セルロースフィルムであ試料を観察するために利用されてきた。しかるセロハンの歴史は古い。また、近年、生分し、近年､ＬＳＭの特徴の一つである共焦点系解性という観点からセルロース製品が注目をを最大限に活用することにより、工業製品を集めているにもかかわらず、セロハンの構造含むさまざまな材料の構造研究に利用されつに関する研究例は少なく、われわれの知る限

つある①~，)。ＬＳＭの光学系をＦｉｇ．１に示す。

り光学顕微鏡によるものはない。この理由は通常の光学顕微鏡では広い範囲が照明されるセロハンの高い透明性にあると考えられる。のに対し、ＬＳＭは微小サイズのレーザースポ

本報告ではＬＳＭでセロハンの構造を評価すットが試料のある一平面上を走査する。従っるとともに透明性の高いフィルム試料の構造て、周囲からの散乱または反射光が制限され研究におけるＬＳＭの有効性について検討し高コントラスト像が得られるため透明性の高た。なお、ＬＳＭによるセロハン構造の予備的い試料であっても凹凸や孔のような構造があ研究結果はすでに報告した8)。

－２１１－

日本包鍵学会厳ＶｂＬ４ＭＱ３ａ９９５）

2.実験部）に焦点面を合わせたときのイメージである。この位置を基準（＝Ｏ）とし、0.5’ｍず
2.1共焦点レーザースキャン顕微鏡（LSM）

つフィルム内部方向へ焦点面の位置を移動さ倒立型共焦点レーザースキャン顕微鏡せながら６．５似ｍまで計14枚の光学的切片イ

LSM410(CarlZeiss,Oberkochen,Germa

メージを調製した。（b）はこのうち焦点面のny)を用い､反射光共焦点モードで検鏡した。

位置が３匹ｍのイメージであり、視野のほぼAr-Krレーザー（488,568,647,ｍ）を光中央部に焦点があっている。（c）は焦点面の源とし、LDEpiplan50x/、50またはEpi‐

位置が６．５αｍのイメージで視野内で最も低plan-NEOFLUAR100x／0.90を対物レンい位置（画面右下）に焦点があっている。以ズとした。

上の(a)－(c）のイメージはすべてある一方の表面を捉えたものであるが、さらに焦点面を移動していくと反対の表面からのイメージ

2.2試料

Ａ社製の試料Ａ１、Ａ２、Ｂ社製の試料B、Ｃも捉えることができる。（d）は（a）の焦点面社製の試料Ｃの計４種類の普通セロハンの位置を基準（＝O）としたときの16.5匹ｍにPr300を試料とした。構造観察には試料Ａ１、おける光学的切片イメージであり、視野のほB、Ｃを用い、約5ｍｍ×１０ｍｍの穴をあけたぼ中央部に焦点があっている。視野内の同一プラスチック板にこれらのセロハン試料を固部位に焦点のあっている（b）と（｡）の焦点定し、カパーガラスを介さず穴の部分を観察面の位置の差からこの部分における試料の厚した。厚さ変動を評価する際は約6ｍｍ四方さが計算できる。ここでは16.5匹、－３処、のセロハン試料A2の小片を2枚のカバーガラ＝13.5αｍであった。この値はこの試料を５スの間に挟み、マニキュアで周囲を固定して枚重ねてダイヤルゲージで測定することによ観察した。この厚さはダイヤルゲージで測定って得た１枚あたりの厚さ２０.ＯＪｕｍよりかなしたところ３２３匹ｍであった。カパーガラス

り小さく、非常に小さな領域での厚さ変動が2枚の厚さは304’ｍであったのでセロハン大きいと結諭される。

小片の厚さはｌ９ｕｍと計算できた。ちなみにFig.３はFig.２に示した一連の光学的切片カバーガラスに挟む前に直接ダイヤルゲージイメージを合成して調製した再構築イメージで測定したこの小片の厚さも１９匹ｍであっである。（a）は焦点面の位置O～6.5処ｍで得た。

た14枚の光学的切片イメージから再構築したセロハン表面のイメージである。（b）は同じ光学的切片イメージから調製した三次元再3.結果および考察構築イメージである。このようにＺ方向の情報を色分けして視覚化することによって構造3.1構造の三次元評価セロハンの代表的なＬＳＭイメージとしての三次元的評価が可能である。（c）は（a）の試料Ａ１の光学的切片イメージをＦｉｇ．２に示反対側の表面、すなわち焦点面の位置13～した。（a）は視野内で最も高い部分（画面上19.5匹ｍで得た14枚の光学的切片イメージか－２１２－LSMによるセロハンの閲田遥擁鏥らの再構築イメージである。（a）に認められクロス方向（ＣＤ.）に沿ってそれぞれ5000る構造やフィルム内部の構造のために反射光LImを100仏ｍごとに移動させながら表裏両面の焦点面の位置を決定した。Fig.６にクロス方向に沿っての厚さ変動を示した。２本の破線はＬＳＭで決定した表裏両表面の焦点面の位置を示す。したがって、破線で挟まれた部分の形状が断面形状に相当し、破線間の垂直方向の間隔が厚さに相当する。ＬＳＭで決定した厚さは約11～１５匹ｍで変動しており、ダイヤルゲージで測定した厚さ１９αｍよりかなり小さかった。断面形状に相当する２本の破線間を挟み込む最小間隔の平行線を実線で示した。これはダイヤルゲージの測定部を想定したもので、その間隔は19.6〃ｍとなり、ダイヤルゲージによる測定値とほぼ一致した。マシン方向についても同様の評価を行ったところ､ISMで決定した厚さは10～l5LZmで変動しており、平行線の間隔は16.9浬ｍとなった。以上の結果からセロハンの厚さは実際には10～l5Llmであり、ダイヤルゲージで測定した厚さには顕微鏡レベルの非常に小さな領域での厚さ変動や特にクロス方向ではうねりが影響を及ぼしていると考えられた。

が検出できずに黒く抜けている部分もあるが、試料を裏返して厳密な位置決めを行ったりすることなく完全に表裏の情報を比較できることが判明した。

構造の三次元評価の一例として試料Ａ１に認めた代表的な構造をFig.４に示した。（a）
は0.2αｍごとに調製した一連の光学的切片イメージであり、(b)(c)はその再構築イメージである。（c）の三次元再構築イメージでは赤で示された部分が最も高く、青の部分が最も低い。これらのイメージからの三次元評価
結果は、右上の構造が凹構造で、最大径約６匹、、深さ約0.6/４ｍ､左下の構造が凸構造で最大径約ｎｍ、高さ約1.0四ｍとなった。試料B、試料Ｃに認められた代表的な構造の三次元再構築イメージをFig.５に示した。（a）(b）に示した試料Ｂの構造はほぼ同様のものがこの試料の表裏両面に多数認められ、すべて凸構造であった。ここに示した構造では直径4.3ｕｍ､高さ約1.0匹ｍであった。（c)(｡）に示した試料Ｃの構造はこの試料のある一方の表面にのみ存在し、すべて凹構造であった。大きさは一様ではないがほぼ最大径で０．

4.結論５αｍ、深さ0.3仏ｍであった。

ＬＳＭによってセロハンの三次元的な構造3.2微小部での厚さ変動評価

Fig.２の考察に示したようなLSMによる表裏の焦点面の位置から決定したセロハン試料の厚さはダイヤルゲージで測定した厚さに比べて小さかった。このことから顕微鏡レベル評価が可能であった。また、微小領域での厚さ変動を測定することができ、ダイヤルゲーの非常に小さな領域での厚さ変動が推定されジで測定した厚さ１９匹ｍに対して、実際の厚さは10～１５’ｍ程度と推定された。セロハンのような透明性の高い試料の構造研究のための新しい手法としてISMが有効であることたので試料Ａ２を用いてさらに検討した。

を確認した。

LSMを用い､試料A2のマシン方向(ＭＤ.）と－２１３－

日本包菱学会誌 vojL4jVb． aa995）

Ｆｉｇ２(ａ(ｂに(。）

Opticalcross-sectionsofceI1ophane（ｓａｍｐＩｅＡ１）obtainedbylaserscanningmIcroscope．
(a）ＴｈｅｈｉｇｈｅｓｔａｒｅａｉｎｔｈｅｆｉｅＩｄｏｆｖｉsionwasfocaIized.(depth＝Ｏ)．（b）depth＝３１｣ｍ・
ＴｈｅｆｏｃａＩｐＩａｎｅｗａｓｍｏｖｅｄ３Ｕｍｉｎｔｏｔｈesample・ThecenterinthefieIdofvisionwas
focaIized．（c）depth＝６．５Ｕｍ．（｡）depth＝１６．５１』ｍ・ThefocalplanewasmughIyonthe
unde｢sidesu｢ｆａｃｅｏｆｔｈｅｓａｍｐＩａＴｈｅｆｏｃｕｓｗａｓｏｎｔｈecenterofthefieIdofvision．
(ａ（ｂ(ｃ）

Fig.３

３－DimensionaIimagesofcelIophane（sampIeA1）「econst｢uctedfromtheopticaIcmss-sections．
(a）Reccnstructedimageusingl4cross-sections.(depth＝０－６．５Ｕｍ），（b）CoIored3-dimensiｏｎａＩ

ｉｍａｇａＴｈｅｐＩａｎｅｓｈｏｗｎｉｎｒｅｄｉｓ６．５１｣ｍａｂｏｖｅｔｈｅｐＩａｎｅｉｎｂｌｕｅ．（c）Reconstructedimageof
theundersidesurfaceusingl4cross-sections.(ｄｅｐｔｈ－１３Ｕｍ－１ｇ５１｣、)．
－２１４－LSA'によるセロハンの鎌遭厩錨(ａ(ｂにFig.４

Opticalcross-sectionalviewsanｄ３－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａＩｉｍａｇｅｓｓｈｏｗｉｎｇａｎｅlevationandade‐pressiononcellophane（ｓａｍｐＩｅＡ１）Surface．（a）９cross-sectionalviews.(depth＝０－１．６
Ｕｍ)，（b）Reconstructedimageusingthecross-sections．（c）CoIored3-dimensionalimage・
Ｔｈｅｐｌａｎｅｓｈｏｗｎｉｎ「ｅｄｉｓ1.6ＵｍａｂｏｖｅｔｈｅｐＩａｎＯｉｎｂＩｕｅ．
(ａ）

(ｂ⑪

ザ。｡
｡Ⅱ

凸ﾛJ1③
クマ●５且、～－－(ｃFig.５(。

li l

３－DimensionaIst｢uctu『aIimages．（a）ａｎｄ（b）amareconstructedimageshowinganeIevation
st｢uctureoncel1ophanesampIeBanditscoIomd3-dimensionalimage・rospectively・Ｔｈｅｐｌａｎｅ
ｓｈｏｗｎｉｎｒｅｄｉｓｌ６ＵｍａｂｏｖｅｔhepIaneinblue．（c）ａｎｄ（｡）areareconstructedimage
showiｎｇａｎｕｍｂｅ「ofdepressionsoncelIophanesamｐｌｅＣａｎｄｉｔｓｃｏＩｏ｢ed3-dimensionaIimage，respectively・Ｔｈｅｐｌａｎｅｓｈｏｗｎｉｎ「ｅｄｉｓＯ６Ｉ｣mabovethepIaneinbIue．
－２１５－日卒包鍔裳会厳ＶｂＬ‘jVb,aa995）<引用文献＞

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蛎癒二二論

1０

２３１（1951）

UndeTsidB’

もこＵ■、－，グー
こＵ■、－，グー
も、ひ､ひ-Ｓ－Ｃ
￣Ｓ－Ｃ

ヴニーも

２）WUke,Ｖ､,Scanning7,８８（1985）～0もグ句も、ひ「、、￣‐￣３）Wilson,Ｔ､,ConfOcalLaserScanningMi‐

19.6匹、、も－､●~●ちび~~~わワ、￣

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