日本科學家最近發明了一種顯微鏡成像方案,在現有光學顯微鏡硬件的基礎上,也無需額外的螢光染料,即可將觀測細胞的精確度增加到現有技術的七倍,有助於實時觀測細胞內外病毒活動的情況。

細胞大多是半透明的,光學顯微鏡的基本原理是通過相機偵測到光線通過細胞不同區域的時候所產生的細微的不同,也叫相位差,再利用計算機把相位差轉換為圖像中的幅度或對比度的變化,從而為細胞成像。因此顯微鏡的成像敏感度受限於相機能夠偵測相位差的範圍。

東京大學光子科學技術研究所的井口拓郎(Takuro Ideguchi,音譯)說:「用相同的成像感應器,想要看到更多細節,需要擴寬相位差範圍,才能偵測光線更細微的相位變化。」

但是他們發明的一種技術,通過兩次曝光、兩次成像,獲得了更細節的圖像。他們的新發明近期發表在光子學期刊《光:科學與應用》(Light: Science & Applications)上。井口拓郎介紹說:「我們的方法不需要特殊的激光、特殊的顯微鏡或圖像感應器。我們能夠為活體細胞成像,無需使用染色劑或螢光劑,不會對細胞產生光學毒害。」

這項技術第一次以傳統的方式成像,之後電腦迅速按照樣品的圖像設計一個鏡像光波,利用一個附加的元發射這個鏡像波形,對細胞樣品進行第二次曝光和成像。

研究稱,如果第一次成像是完美的,那麼第二次得到照片將是漆黑一片、空無一物的照片。當然這不可能,所以第二次成像可以看到一些細微的相位差。

研究人員再從第二次細微的相位差,利用電腦分析,將兩次照片結合,構建出細胞的最終圖像。這份研究展示的實驗中,研究人員估計新方法成像的敏感度達到現有技術的七倍。

井口拓郎說,這種技術的優勢在於,無需任何染色劑或螢光劑,即可以看到活體細胞內部微小粒子的活動情況。

「比如,可以偵測到像病毒這類納米尺度大小的粒子,在細胞內部和外部活動的情況,有助於研究人員實時觀測細胞在病毒影響下的活動。」◇