日本東京大學(xué)科研團(tuán)隊近日取得一項突破性成果，成功研發(fā)出一種新型顯微觀測技術(shù)，其信號探測范圍較傳統(tǒng)設(shè)備擴(kuò)展14倍，且無需對樣本進(jìn)行染色標(biāo)記。這項發(fā)表于《自然·通訊》的研究顯示，該技術(shù)通過同時捕捉前向與后向散射光信號，實現(xiàn)了對生物樣本從納米級到微米級結(jié)構(gòu)的同步觀測，為活細(xì)胞動態(tài)研究開辟了新路徑。

傳統(tǒng)顯微技術(shù)存在顯著局限：定量相位顯微鏡（QPM）雖能清晰呈現(xiàn)細(xì)胞整體結(jié)構(gòu)，卻無法捕捉單個蛋白質(zhì)等納米級粒子的運動；而干涉散射顯微鏡（iSCAT）雖可追蹤單個分子動態(tài)，卻難以提供細(xì)胞整體的三維信息。研究團(tuán)隊核心成員指出，現(xiàn)有技術(shù)如同"盲人摸象"，要么只能觀察局部細(xì)節(jié)，要么只能獲取整體輪廓，難以兼顧多尺度信息。

新技術(shù)的突破在于創(chuàng)新性地整合了兩種散射光信號。研究人員通過特殊設(shè)計的光學(xué)系統(tǒng)，在單次成像中同時記錄前向散射光（反映微米級結(jié)構(gòu)）與后向散射光（捕捉納米級粒子）的疊加信息。經(jīng)過復(fù)雜的算法處理，系統(tǒng)能夠從單張圖像中分離出兩種信號，并構(gòu)建出包含多尺度信息的復(fù)合圖像。實驗數(shù)據(jù)顯示，該技術(shù)可清晰分辨100納米至數(shù)微米范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)變化。

在細(xì)胞死亡過程的觀測實驗中，新技術(shù)展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢。研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)方法需要分別使用不同設(shè)備記錄細(xì)胞整體形態(tài)變化與分子級運動，而新系統(tǒng)可在單次成像中同時獲取這些信息。通過對比前后向散射光的強(qiáng)度差異，系統(tǒng)還能自動計算顆粒大小與折射率，為生物樣本分析提供了全新維度。實驗中，研究人員成功追蹤到細(xì)胞凋亡過程中微管網(wǎng)絡(luò)解體與線粒體碎片化的同步變化。

這項技術(shù)的無標(biāo)記特性顯著降低了觀測對細(xì)胞的干擾。傳統(tǒng)熒光標(biāo)記方法需要向細(xì)胞注入化學(xué)染料，可能改變細(xì)胞正常生理狀態(tài)，且長期觀測會導(dǎo)致光毒性積累。新系統(tǒng)僅利用細(xì)胞自身對光的散射特性進(jìn)行成像，特別適合需要連續(xù)監(jiān)測的活細(xì)胞研究。制藥企業(yè)已表現(xiàn)出濃厚興趣，認(rèn)為該技術(shù)有望應(yīng)用于藥物篩選過程中的細(xì)胞反應(yīng)監(jiān)測。

目前研究團(tuán)隊正著力提升系統(tǒng)分辨率，計劃將觀測極限推進(jìn)至50納米以下，以實現(xiàn)對外泌體、病毒等更小顆粒的精準(zhǔn)分析。改進(jìn)后的系統(tǒng)將配備自適應(yīng)光學(xué)模塊，可自動校正生物樣本引起的光波畸變。研究人員特別強(qiáng)調(diào)，新技術(shù)的核心優(yōu)勢在于其開放性架構(gòu)，可與現(xiàn)有多種顯微技術(shù)兼容，為生物醫(yī)學(xué)研究提供模塊化解決方案。