摘要：现在，在《光：科学与应用》杂志发表的一篇文章中，大阪大学的研究人员与合作机构共同公布了一种低温光学显微镜技术，可以在动态细胞活动中精确选择的时间点拍摄高分辨率、定量准确的快照。

大阪大学

光学显微镜是了解细胞内动态生物过程的关键技术，但以高空间分辨率准确观察这些高速细胞动态一直是一项艰巨的任务。

现在，在《光：科学与应用》杂志发表的一篇文章中，大阪大学的研究人员与合作机构共同公布了一种低温光学显微镜技术，可以在动态细胞活动中精确选择的时间点拍摄高分辨率、定量准确的快照。

捕捉快速动态细胞事件并保持其空间细节和可量化性一直是一项重大挑战，这源于时间分辨率和“光子预算”（即为图像收集的光量）之间的根本权衡。由于光子数量有限，且图像昏暗且噪声较大，空间和时间上的重要特征都会在噪声中丢失。

“我们没有追求成像速度，而是决定冻结整个场景，”该研究的主要作者之一 Kosuke Tsuji 解释说。“我们开发了一种特殊的样品冷冻室，将活细胞显微镜和冷冻固定显微镜的优势结合起来。通过在光学显微镜下快速冷冻活细胞，我们可以以高分辨率观察到细胞动态的冻结快照。”

例如，该团队冻结了活体心肌细胞中钙离子波的传播。随后，他们利用超分辨率技术在三维空间中观察了这种精细复杂的冻结波，而由于超分辨率技术成像速度慢，通常无法观察到快速的细胞动态。

“这项研究始于一个大胆的视角转变：在光学成像过程中，捕捉细胞的动态过程，而不是费力地追踪它们运动。我们相信，这将成为一项强大的基础技术，为生命科学和医学研究提供新的见解。”资深作者藤田胜正说道。

该研究的主要作者之一山中正人补充道：“我们的技术通过瞬时冻结，保留了活细胞的空间和时间特征，从而能够详细观察它们的状态。在细胞固定期间，我们可以借此机会利用各种光学显微镜工具进行高精度的定量测量。”

研究人员还展示了该技术如何提高定量精度。通过冷冻荧光钙离子探针标记的细胞，他们能够使用比活细胞成像实际长1000倍的曝光时间，从而显著提高测量精度。

为了在精确定义的瞬间捕捉瞬态生物事件，研究人员集成了一个电触发冷冻剂注入系统。该系统利用紫外线刺激诱发钙离子波，能够在事件发生后的特定时间点冻结钙离子波，精度可达10毫秒。这使得团队能够以前所未有的时间精度阻止瞬态生物过程。

最后，团队将注意力转向结合不同的成像技术，这些技术通常难以在时间上进行匹配。通过近乎瞬间的样本冷冻，现在可以连续应用多种成像模式，而无需担心时间上的不匹配。在他们的研究中，团队将自发拉曼显微镜和超分辨率荧光显微镜结合应用于同一冷冻固定细胞。这使得他们能够在同一时间点从多个角度观察复杂的细胞信息。

这项创新为观察快速、瞬时细胞事件开辟了新途径，为研究人员提供了探索动态生物过程潜在机制的有力工具。

来源：科学潮流苑