斯坦福大学开发的新显微镜使科学家能够实时观察活细胞内部微小结构的运动和相互作用，提供了一个极为详细的视图，而无需通常用于使这些结构可见的荧光标记。斯坦福的研究人员创造了一种强大的新成像系统，以显著的清晰度揭示活细胞的内部运作。通过结合两种先进的显微镜技术，该仪器的分辨率达到约120纳米，这是一个前所未有的细节级别，不需要荧光标记。该技术被称为干涉图像扫描显微镜（iISM），它可以在细胞发生运动、变化并对环境作出反应时同时观察多个细胞结构。科学家们还可以研究细胞与药物或致病生物接触时发生的情况，可能揭示出以前难以研究的生物过程。这个突破发表在《自然》期刊的《光: 科学与应用》中，可能导致癌症研究、药物开发、传染病研究和植物与微生物相互作用调查的进展。“这台新显微镜提供了一个绝妙的新视角，让你可以看到细胞内微小结构和机器的运动、变化和相互作用，而不必添加荧光标记来观察它们。” 斯坦福大学人文与科学学院的梅尔纳教授（W.E. Moerner）说，“这是我们生命驱动的复杂小细胞盒子的奇妙一瞥。” 不依靠荧光标记观察活细胞的一大优势是可以揭示细胞活动的能力。许多现有的显微镜技术使用荧光物质来突出细胞内部的特定结构。虽然这些方法在生物研究中已转变了局面，但也存在一些局限性。研究人员通常只能一次标记少量结构，这使得观察不同组件在整个细胞中的交互变得困难。此外，在观察期间，荧光信号可能会因光漂白而衰减。此外，引入标签可能会出现挑战，有些标记可能会改变科学家想要研究的结构的行为。斯坦福系统避免了这些问题，可以在没有荧光标记的情况下成像细胞。这使得研究人员能够在更自然的环境中，长时间跟踪多个细胞成分并观察其活动。另一个优势是，iISM所需的照明功率显著低于产生高对比度图像的可比无标记方法。较低的光照会减少光损伤的可能性，即成像所用的光线损害活细胞或干扰其正常功能。尽管其他专用显微镜可以实现更细的分辨率，但详细成像、温和照明和延长观察的结合使得iISM在研究活生物系统时尤为重要。研究人员强调，他们的技术旨在与荧光显微镜互为补充，而不是取而代之。第一作者米歇尔·库珀斯（Michelle Kueppers），梅尔纳实验室的博士后学者，解释说，结合不同成像方法的优势可能帮助科学家回答以前无法解决的问题。“每种方法都有其优缺点，我们相信未来会有一种互补的实现。”库珀斯说，“如果我们利用荧光的分子特异性优势，以及iISM在无标记背景和动态上的优势，我们就能真正开始解决以前难以处理的问题。” 新显微镜如何实现前所未有的细节，这一突破源于将两种不同的显微镜技术结合在一起，每种技术都有其自身的优势。梅尔纳因其对超分辨率荧光显微镜的开创性贡献而获得2014年诺贝尔化学奖。他特别招募库珀斯到斯坦福大学，正是因为她的博士研究涉及称为“干涉散射显微镜”的技术。这种方法依赖于光的一个熟悉特性：散射。当光遇到微小颗粒时会改变方向。这个基本现象解释了为什么天空呈现蓝色。阳光穿过地球的气氛时，分子、尘埃和水滴会散射其不同的波长。较短的蓝色波长散射得比较长的红色波长更强，从而形成我们头顶上看到的蓝色。干涉散射显微镜在更小的尺度上利用了这种行为。一束激光照射细胞，使得细胞内部的微小结构散射出一部分入射的光。