斯坦福革命性新显微镜，以前所未有的清晰度揭示活细胞细节

干涉显微激光阵列

干涉图像扫描显微技术（iISM）中激光阵列的细节图。斯坦福大学的研究人员研发出一种显微镜，能够以迄今为止最高的分辨率，展示活细胞内部纳米结构是如何相互作用的。

观察活细胞的视野刚刚得到了极大的提升。

斯坦福大学的研究人员将两种显微技术相结合，制造出了一台独特的仪器。它能够以 120纳米 的空前分辨率，实时捕捉细胞结构的相互作用。这也是迄今为止在不使用荧光标记的情况下达到的最高分辨率。

这项技术被称为“干涉图像扫描显微镜”（简称 iISM），为科学家们提供了一种观察细胞结构及其所处大环境的方法，包括观察它们如何对病原体或药物等入侵者做出反应。这项突破发表在《光：科学与应用》（Light: Science and Applications）期刊上。

“这款新显微镜为观察细胞提供了一个绝佳的新视角，你可以看到细胞内微小的结构和机器在移动、变化和相互作用，而无需添加荧光物质来观察它们，”斯坦福大学人文与科学学院化学系 Harry S. Mosher 教授、资深作者 W.E. Moerner 表示。“这是对驱动我们生命的这些复杂‘小细胞盒子’的一次精彩观察。”

iISM 的能力有望支持生命科学许多领域的新发现，包括疾病机制研究、药物开发以及植物与微生物之间的相互作用研究。

尽管 iISM 的分辨率尚未达到某些高度专业化显微镜的水平，但其无标记的方法带来了巨大的优势。科学家可以同时观察许多细胞结构，并对其进行更长时间的追踪。相比之下，基于荧光的方法通常一次只能标记少数几个选定的结构，而且荧光信号也会随着时间推移而消退。此外，荧光标记有时很难引入，甚至可能改变被研究结构的行为。

iISM 的工作照明功率也比类似的、高对比度的无标记方法低得多。这降低了活细胞受到光损伤的几率，也使得成像过程不太可能干扰那些微小、脆弱的观测结构。

第一作者、Moerner 实验室的博士后研究员 Michelle Kueppers 表示，这款新显微镜并不是要取代荧光显微镜，毕竟后者几十年来在生物学领域已经产生了重要的洞见。

“每种方法都有其优缺点，我们相信未来会是一种互补的实施方式，”Kueppers 说。“如果我们利用荧光技术在分子特异性上的优势，结合 iISM 在无标记环境和动态观测上的优势，我们就能真正开始解决那些以前难以攻克的科学问题。”

用许多双‘眼睛’盯着同一个点

iISM 通过结合两种显微方法的优势，实现了更高的分辨率和灵敏度。这种结合也反映了两位合著者的专业特长。Moerner 因其在超分辨率荧光显微镜方面的工作获得了2014年诺贝尔化学奖，他招募 Kueppers 来到斯坦福，正是因为她的博士研究专注于“干涉散射显微镜”。

散射是天空呈现蓝色的原因。当光线照射到微小颗粒上（就像阳光穿过大气层遇到灰尘、水滴和其他分子时），它会改变方向并发生散射。地球大气中的颗粒对短波蓝光的散射比对红光的散射更强烈，这使得天空在人类眼中呈现蓝色。

在干涉散射显微镜中，一束激光照射在细胞上，细胞内的微小结构会散射部分光线。第二束激光则用来增强微弱的散射光，使其足以被探测到，从而让人们看到微小的结构。

iISM 的核心突破在于将干涉散射与新一代共聚焦显微镜的一个改良理念相结合。传统的共聚焦显微镜使用针孔和单个探测器来聚焦目标结构。而更先进的版本则使用基于相机的阵列探测器，可以捕捉同一区域的多个视图。

Michelle Kueppers 和 W.E. Moerner

在 iISM 中，斯坦福团队使用了一种阵列探测器，它比针孔加单探测器系统能收集更多的光线。这提高了成像的深度和精度。这个概念类似于人类用两只眼睛收集信息来区分前景和背景，只不过 iISM 使用的是阵列探测器提供的几十到几百个“视图”，而不仅仅是两只“眼睛”。随后，研究人员创造了一种方法，将这些测量结果合并成细节更清晰、对比度更强的图像。

最终成果是一台无标记显微镜，它在使用更少激光功率并保持成像速度的同时，能够实现约 120纳米 的分辨率。这意味着科学家可以用更温和的方式，对活细胞进行更长时间的观察。

广阔视野，广泛应用

Moerner 和 Kueppers 目前正在努力进一步改进这项技术，并使其向更多科学家开放。

他们已经开始了与斯坦福其他研究人员的三项合作。其中一个项目利用该显微镜实时观察植物细胞、真菌和细菌之间的相互作用；另一个项目利用 iISM 观察抗癌药物如何进入细胞；第三个计划中的项目将研究红细胞在遭遇疟疾感染时如何改变形状。

“这绝不是一项小众技术，”Kueppers 说。“它有着广泛的应用前景，我们希望生命科学界能从中受益，并催生出许多新发现。”

Reference: “Interferometric Image Scanning Microscopy for label-free imaging at 120 nm lateral resolution inside live cells” by Michelle Küppers, and W. E. Moerner, 27 February 2026, Light: Science & Applications.