日本新型显微镜问世：同步观测微米与纳米级结构

11月14日，东京大学的研究团队成功研发出一种新型显微镜，其信号强度探测范围比传统显微镜提升14倍。更重要的是，这种观测方法无需对样本进行标记，省去了传统成像中额外染色剂的使用需求。

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这意味着该方法对活细胞的损伤更小，特别适合持续观察生命活动过程，在制药和生物技术领域的质量控制环节展现出广阔应用前景。这项突破性研究成果已发表于国际权威期刊《自然·通讯》。

回顾历史，自16世纪问世以来，显微镜始终是推动科学进步的关键工具。随着研究深入，现代科研不仅需要更高灵敏度的检测设备，更需突破传统成像的局限。如何在提升分辨率的同时保持样本活性，成为前沿技术必须攻克的难题。

定量相位显微镜（QPM）利用前向散射光成像，擅长捕捉微米级结构（本研究中可探测100纳米以上特征），但在更精细尺度上显得力不从心。因此该技术主要应用于观测相对复杂的细胞静态结构。而干涉散射（iSCAT）显微镜则通过检测后向散射光，能追踪单个蛋白质等纳米级目标。这种技术虽然擅长"追踪"粒子动态，却无法像定量相位显微镜那样呈现完整的细胞全景图像。

"我们一直期待能用非侵入方式解析活细胞内部的动态过程，"论文共同第一作者Kohki Horie介绍道，"理想的方法应该既能看清细胞整体形态，又能捕捉分子水平的细节变化。"

基于此，研究团队尝试同时测量前向与后向散射光信号，希望突破现有技术瓶颈。通过单次成像同步捕捉多尺度结构（从纳米到微米）及其动态行为，正是他们追求的目标。

为验证这一构想，研究人员通过观察细胞死亡过程中的形态变化，成功从单幅图像中提取出前向与后向散射光的复合信息。

另一位主要完成人Toda解释道："最大挑战在于如何从单张图像中清晰分离两种信号，同时确保低噪声且避免相互干扰。"

最终实验表明，他们不仅能量化细胞结构（微米级）的运动，还可精确测量纳米颗粒的动态轨迹。通过对比前向与后向散射光的特征差异，团队甚至能估算每个颗粒的尺寸与折射率——这个参数反映了光穿过颗粒时产生的弯曲与散射特性。

"我们计划观测更微小的颗粒，"Toda展望未来研究方向时表示，"比如外泌体和病毒颗粒，并计算它们在各类样本中的尺寸分布与折射率。我们还希望通过调控细胞状态，结合多学科技术手段，揭示活细胞走向死亡的 molecular pathway。"