想象一下从公交车内部观察一座城市
如果你热爱科学，那么接下来的内容会让你大吃一惊。
几十年来，科学家们一直使用强大的显微镜来放大观察细胞——这些构成所有生物体的微小生物机器。但问题在于：为了看清任何东西，研究人员必须用荧光染料对细胞进行染色。这就像戴上太阳镜以便看得更清楚一样。只不过，这些“太阳镜”可能会改变细胞的行为，而且它们一次只能让你观察少数几样东西。
现在，斯坦福大学的研究人员制造出了一种全新的设备。这是一种显微镜，它可以在完全不需要荧光标记的情况下，观察活细胞的运作过程。说实话，这项技术的意义可能比目前人们所认为的还要重大。
新型显微镜的功能
该系统被称为干涉图像扫描显微镜（Interferometric Image Scanning Microscopy），名字很绕口，我们直接叫它 iISM 吧。它有什么特别之处？
它可以在约 120 纳米的分辨率下，同时观察活细胞内多个结构的移动、变化和相互作用。作为参考，1 纳米是十亿分之一米。我们讨论的是极其微小的尺度。
但真正的魔力不仅仅在于分辨率。更重要的是，科学家可以长时间观察这些细胞组件，而不会因为光照过强而“烤焦”细胞，或者无意中改变其行为。较低的光照暴露意味着更少的光损伤。更少的光损伤意味着更健康、更自然的细胞。更自然的细胞意味着更科学的研究。
为什么荧光标记一直让人头疼
让我来解释一下为什么这很重要，因为我认为技术细节可能会掩盖旧方法给研究人员带来的真实挫败感。
传统的荧光显微镜原理是将发光的分子附着在细胞内的特定结构上。当这些分子受到激发时会发出光，从而使目标结构变得可见。听起来很棒，对吧？
但问题在于：
- 你一次只能标记少数几个结构
- 标记物会通过一种叫做“光漂白”的过程而褪色
- 添加标记物实际上可能会改变结构的行为（哎呀）
- 而且你看到的只是“被标记”的东西，会错过更广泛的细胞环境
斯坦福团队的方法避开了所有这些问题。你可以把它想象成从只能照亮特定物体的手电筒，切换到了能让你看清房间里所有东西的普照光。它并不是要取代荧光技术，而是用一种荧光技术以前做不到的方式来补充它。
它到底是如何工作的？（不需要工程学位）
精彩的部分来了。这种显微镜利用了你每天都会经历的一种现象：光散射。
你知道天空为什么是蓝色的吗？当阳光穿过地球大气层时，微小的分子对短波长的蓝光比对长波长的红光散射得更厉害。这就是为什么头顶的天空是蓝色的，而日落时分呈现红色——太阳光正在你周围各处散射。
干涉散射显微镜在极微小的尺度上做了同样的事情。激光照射进细胞，细胞内的微小结构会散射一部分光。散射信号非常微弱，因此他们使用第二束激光来放大它——这就是“干涉”部分的含义。
结果呢？在没有注入任何物质或添加任何标记的情况下，就能获得细胞机器运作的清晰图像。
这对科学意味着什么？
根据研究人员（包括因超分辨率荧光显微镜获得 2014 年诺贝尔化学奖的 W.E. Moerner）的说法，这可以帮助我们：
- 研究癌细胞如何对潜在药物做出反应
- 观察致病生物如何与细胞相互作用
- 观察植物细胞如何与微生物“交流”
- 更好地理解以前难以研究的过程
关键词是“互补”。iISM 并不是为了取代荧光显微镜，而是为了与它协同工作。正如第一作者 Michelle Kueppers 所说：“如果我们利用荧光技术在分子特异性方面的优势，结合 iISM 在无标记环境和动态观察方面的优势，我们就能真正开始解决以前难以应对的问题。”
对我来说，这听起来是最好的结果。不是一种技术胜过另一种技术，而是科学家们在他们的工具箱里拥有了更多的工具，去理解生命在最基础层面是如何运作的。
见证生命的展开
观察一个活细胞数小时，看着它的结构在没有任何人工干预的情况下漂移和互动，这种感觉几乎带有一种冥想的意味。我们实际上是在近乎实时、未经滤镜处理地观察生物学的发生。
这感觉意义重大。每当我们开发出一种更清晰地观察自然世界的新方法时，我们都会发现意想不到的东西。这种显微镜可能也不会例外。
来源： ScienceDaily