分子イメージングでは細部が重要である(In molecular imaging, details matter)

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2025-04-03 ワシントン大学セントルイス校

分子イメージングでは細部が重要である(In molecular imaging, details matter)What if a microscope could not tell the difference between one molecule and a pair of molecules? Similar to how the Webb Telescope discerns binary stars from the shells of cosmic dust they create, microscopes in the Lew Lab must measure both how molecules interact with polarized light and details within their polarized images to discern two molecules from one. (Image credit: NASA, ESA, CSA, STScI, NASA-JPL, Caltech)

ワシントン大学セントルイス校のマシュー・ルー准教授と博士課程のイーヤン・チェン氏は、分子イメージングにおける新しい手法を開発しました。従来、空間的に重なる二つの双極子発光体(特定の方向と強度で光を放つ蛍光分子)を区別することは困難でした。この課題に対し、研究チームはレーザー照射の偏光を操作し、収集した蛍光の偏光を測定する二つの方法を組み合わせることで、単一分子と分子対を識別し、分子対の相対的な配向を高精度で測定する技術を開発しました。この成果は、2025年3月7日に『Physical Review Letters』誌に掲載されました。

<関連情報>

一対の双極子エミッターの方向と角度間隔を解決する Resolving the Orientations of and Angular Separation Between a Pair of Dipole Emitters

Yiyang Chen, Yuanxin Qiu, and Matthew D. Lew
Physical Review Letters  Published: 7 March, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.093805

Abstract

We prove that it is impossible to distinguish two spatially coinciding fluorescent molecules from a single rotating molecule using polarization-sensitive imaging, even if one modulates the polarization of the illumination or the detection dipole-spread function (DSF). If the target is known to be a dipole pair, existing imaging methods perform poorly for measuring their angular separation. We propose simultaneously modulating the excitation polarization and DSF, which demonstrates robust discrimination between dipole pairs versus single molecules. Our method improves the precision of measuring centroid orientation by 50% and angular separation by two- to four-fold over existing techniques.

1700応用理学一般
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