超高速技術で分子構造を解明(Speed-Snap Science: Solving for Molecular Details in a Flash)

ad

2025-06-17 カリフォルニア工科大学(Caltech)

CUP2AIは、偏光変化を捉えることで、分子の配向や構造変化などを空間・時間的に高精度に可視化する新たな光学手法です。フレームレート2500億fpsによる超高速撮影と偏光解析を統合し、燃焼中の瞬間的な分子イベント(例:PAHの生成)を直観的に観察できます。これにより、化学反応の詳細な過程解明や燃焼効率・排出ガス削減への応用が期待されるほか、医薬品開発、ナノ素材生成、環境モニタリング、さらに生体分子のリアルタイム観察など、学際的な応用分野が一気に広がる可能性があります。技術基盤はCUPから派生し、CUP2AIによって「どの分子が・どのように・いつ起きるか」まで明らかにしうる、高性能光学計測の新時代の到来を示しています。

<関連情報>

超高速偏光異方性イメージングによる蛍光分子のシングルショット2次元ナノサイズマッピング Single-shot two-dimensional nano-size mapping of fluorescent molecules by ultrafast polarization anisotropy imaging

Peng Wang,Yogeshwar Nath Mishra,Florian J. Bauer,Murthy S. Gudipati & Lihong V. Wang
Nature Communications  Published:30 May 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-60072-1

超高速技術で分子構造を解明(Speed-Snap Science: Solving for Molecular Details in a Flash)

Abstract

Molecular size plays a crucial role in determining the physical, chemical, and biological properties of substances. However, traditional fluorescence polarization anisotropy methods struggle to capture fast transient processes or provide plane-specific details. To overcome these limitations, we introduce Compressed Ultrafast Planar Polarization Anisotropy Imaging (CUP2AI). This approach combines femtosecond laser-sheet illumination, molecular rotational diffusivity, and compressed sensing to enable real-time, non-invasive, wide-field anisotropy measurements in both liquid and gas phases. CUP2AI captures 2D molecular size mapping in a single acquisition, granting unprecedented insights into dynamic events across various excitation modes (i.e. both one- and two-photon) and environmental conditions. It enables mapping of molecular volume (500 ų–80,000 ų) and hydrodynamic diameter (10 Å–50 Å) based on anisotropy lifetimes. We imaged fluorescein-conjugated dextran in water and polycyclic aromatic hydrocarbons in flames. CUP2AI holds transformative potential for applications ranging from molecular biology and drug design to nanoparticle formation.

0505化学装置及び設備
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました