日本研究人员研发出新型显微镜，可同时观测微米和纳米级结构

IT之家 11 月 14 日消息，日本东京大学研究人员成功研制出一种新型显微镜，其能够探测信号的强度范围比传统显微镜宽 14 倍。此外，这种观测无需标记，也就是说，不需要使用额外的染料。

这意味着该方法对细胞的损伤较小，适用于长期观察，在制药和生物技术行业的测试及质量控制应用中具有潜力。研究结果发表在《自然・通讯》杂志上。

据IT之家了解，自 16 世纪以来，显微镜在科学发展中发挥了关键作用。然而，科学的进步不仅需要更灵敏、更精确的设备和分析方法，还需要更专业的设备和分析手段。因此，现代前沿技术不得不权衡各种利弊。

定量相位显微镜（QPM）利用前向散射光，能够探测微米级结构（在本研究中，可探测 100 纳米以上的结构），但无法探测更小的结构。因此，该技术主要用于拍摄相对复杂的细胞结构的静态图像。而干涉散射（iSCAT）显微镜则利用后向散射光，能够探测到单个蛋白质这样小的结构。因此，其可用于“追踪”单个粒子，从而深入了解细胞内的动态变化，但无法提供定量相位显微镜（QPM）所能提供的全面视图。

“我希望通过非侵入性方法了解活细胞内部的动态过程，”第一作者之一 Kohki Horie 说。

因此，研究团队着手研究，若能同时测量前向与背向散射光信号，或可突破现有技术瓶颈，实现单幅图像内对多尺度结构（从纳米至微米）及其动态行为的同步观测。

为了验证这一想法并确认他们新建造的显微镜能如预期般工作，研究人员着手观察细胞死亡过程中发生的情况，成功获取了同时编码前向与背向散射光信息的单一图像。

另一位第一作者 Toda 解释道：“我们最大的挑战是从单张图像中清晰分离出两种信号，同时保持低噪声并避免它们之间的混合。”

结果，他们不仅能够量化细胞结构（微米级）的运动，还能量化微小颗粒（纳米级）的运动。此外，通过比较前向散射光和后向散射光，他们还能估算出每个颗粒的大小和折射率

“我们计划研究更小的颗粒，”Toda 谈及未来的研究时说道，“比如外泌体和病毒，并估算它们在不同样本中的大小和折射率。我们还希望通过控制活细胞的状态，并结合其他技术复核研究结果，来揭示活细胞是如何走向死亡的。”