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単一分子検出は重要な技術であり、従来の「バルク」イメージング手法では捉えられない細胞内機構に関する新たな知見を提供する。また、細胞内構成要素の高解像度化やタンパク質・膜相互作用・動態の研究、単一分子FISHの基盤として超解像技術にも活用されている。
長年にわたり、AndorのiXon EMCCDは生物物理学研究室の検出におけるゴールドスタンダードでした。洗練され完成された最新のiXon EMCCDは、最も重要な測定が必要な場面において、最も高感度な検出器技術としてその実力を証明し続けています。
単一分子研究は、従来の集合体イメージング実験では不可能な個々の生体分子に関する理解を得るために、科学の多くの分野で広く利用されている：
| TIRF顕微鏡 | TIRF顕微鏡法 | FRET | 局在化に基づく超解像 | 蛍光相関分光法（FCS） |
| 代表的な応用例 |
✅ タンパク質と膜の相互作用の生体解析 ✅ 膜輸送ダイナミクス ✅ 小胞とエンドソーム ✅ エンドサイトーシスとエキソサイトーシス ✅ 単一タンパク質の輸送 |
✅ タンパク質間相互作用 ✅ 共局在解析 ✅ タンパク質構造解析 ✅ タンパク質ダイナミクス |
✅ 細胞内構造の解明 ✅ 組織内における分子の空間的組織化 ✅ 単一分子FISH ✅ マルチプレックス in situ イメージング ✅ トランスクリプトミクス |
✅ 拡散速度の決定 ✅ 結合・解離速度の研究 ✅ タンパク質構造変化の検出 ✅ 細胞質および細胞小器官内での濃度測定 |
| 技術概要 |
全反射蛍光顕微鏡法（TIRF）は、減衰波の光学特性を活用し、限定された深度領域で高解像度を実現します。細胞膜境界における数多くの重要かつ動的なプロセスの研究に適しています。 TIRFの詳細はこちら |
フォスター共鳴エネルギー移動（FRET）は、2つの蛍光体の近接距離を精密に測定可能にします。これにより、FRET標識された生体分子間の距離や相互作用関係を推定できます。 FRETの詳細はこちら。 |
蛍光体発光の局在化は、STORM、PALM、DNAペイントなどの多くの超解像法の基本となる。これらの技術は、従来の解像限界を下回る細胞内構造の解明や、組織内の標識された生体分子の空間情報の提供に用いられる。 トランスクリプトミクスまたは超解像技術の詳細はこちら。 |
蛍光相関分光法（FCS）は、単一分子レベルでの時間情報を提供する蛍光分光法に基づく技術という点で他の手法とは異なります。蛍光の変動を利用して反応速度や拡散速度に関する情報を決定できます。 FCSの詳細はこちら。 |
単一分子イメージング実験は本質的に微弱な信号を伴うため、利用可能な最も高感度な検出器が求められます。iXon EMCCDカメラは、最も困難な単一分子および生物物理学実験において、実績ある最適な検出器として選ばれてきました。Andorの最新モデルであるiXon UltraおよびLifeは、他に類を見ない最高感度を誇るカメラです。
最新のバックイルミネーションsCMOs技術はEMCCDとの差を縮めます。Andorの新型SonaバックイルミネーションsCMOsシリーズは、このセンサー技術を最大限に活用。高信号領域での実験に最適です。Sona sCMOsカメラは、可能な限り広い視野角と広いダイナミックレンジにおいて、卓越した速度性能を提供します。
EMCCDおよびバックイルミネーション型sCMOsカメラは、単一分子検出に用いられる主要な技術（例：共焦点、TIRF、FRET、単一分子局在化に基づく超解像）に幅広く適しています。各技術には固有の利点があるため、どれが最適か判断が難しい場合があります。以下のガイドでは、様々な実験要件に対する異なるカメラモデルの比較を提供します。
| バックイルミネーション型電荷結合素子カメラ | 裏面照射型EMCCDカメラ | 裏面照射型sCMOsカメラ | ||
| アプリケーション要件 | iXon Life/ Ultra 888 | iXon Life/ Ultra 897 | Sona 4.2B-6 | Sona 4.2B-11 |
| 微弱信号の捕捉 |  |
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| 高解像度センサー1 |  |
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| 広い視野を撮影 | |
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| 高速撮像2 | |
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| 高ダイナミックレンジ | |
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| 長時間露光への適応性3 | |
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| 高定量精度 | |
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| 概要 | 最大視野で究極の感度が必要な場合。 | 究極の感度が要求され、広視野が優先されない場合。 | 高い柔軟性を備えたイメージングソリューションが、広い視野と最高速度を提供し、より高い信号レベルを実現します。 | 高信号レベルにおいて高感度と視野のバランスを必要とする場合。 |
1光学顕微鏡における有効画像解像度は、顕微鏡対物レンズ（解像度=λ/2NA）と使用技術によって決定される。より小さな画素サイズは、低倍率対物レンズにおいてナイキストサンプリングを満たすか超え、局在化に基づく実験、超解像、デコンボリューションに有効である可能性がある。
2EMCCDカメラはセンサーをクロップして視野を狭めることで高フレームレート動作が可能。理論上は高速だが、sCMOsカメラの高速度動作は各露光期間中の信号レベルが適切である場合にのみ実現する。
3sCMOsカメラは短時間露光に最適です。EMCCDカメラは極めて低い暗電流特性により、数分単位の長時間露光が可能です。Ultraモデルは従来型CCDモードも備えています。
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Dragonflyはマルチモーダル共焦点システムです。Andor EMCCDおよびsCMOs技術を自然に活用し、電動光学ズームを備えることで、業界をリードする信号対雑音比と画像忠実度を実現します。 単一分子から生細胞共焦点、TIRFMから全胚・厚い組織イメージングに至るまで、あらゆる応用分野で本システムの高速性と高感度が威力を発揮します。Dragonflyは迅速な試料評価のためのリアルタイム可視化と、解像度とスループットを最大化するClearView-GPU™デコンボリューションを実現します。
学習センターで提供されている単一分子イメージングに関するウェビナーや技術記事の一部を、以下でご覧ください。
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