美国加州大学圣地亚哥分校的电气工程师开发了一种技术，可以提高普通光学显微镜的分辨率，从而可以直接观察活细胞更精细的结构和细节。
这项技术把传统的光学显微镜变成了超分辨率显微镜。它包括一种特殊的工程材料，当它照亮样品时会缩短光的波长——这种收缩的光本质上是使显微镜能够以更高的分辨率成像。
将低分辨率的光转换成高分辨率的光，只需在材料上放一个样品，然后把整个东西放在普通显微镜下——不需要任何花哨的修饰。
这项发表在《自然通讯》（Nature Communications）上的研究克服了传统光学显微镜的一大局限：分辨率低。光显微镜对活细胞成像很有用，但不能用来观察更小的细胞。传统的光学显微镜的分辨率限制为200纳米，这意味着任何比这一距离近的物体都不会作为单独的物体被观察到。虽然有更强大的工具，如电子显微镜，它有分辨率看到亚细胞结构，但它们不能用来成像活细胞，因为样品需要放在真空室内。
“要的挑战是找到一种分辨率非常高、对活细胞也安全的技术。该研究团队开发的技术结合了这两个特点。有了它，传统的光学显微镜可以用来成像活体亚细胞结构，分辨率高达40纳米。
这项技术包括一种显微镜载玻片，上面涂有一种叫做双曲超材料的光收缩材料。它是由纳米级的银和硅玻璃交替层组成的。当光通过时，其波长缩短并散射，产生一系列随机的高分辨率散斑图案。当样品被安装在载玻片上时，它会被这一系列的散斑光图案以不同的方式照亮。这将创建一系列低分辨率图像，这些图像都被捕获，然后通过重建算法拼接在一起，生成高分辨率图像。
研究人员用商用倒置显微镜测试了他们的技术。他们能够在荧光标记的Cos-7细胞中成像精细的特征，比如肌动蛋白丝——这些特征仅仅用显微镜本身是无法清楚辨别的。这项技术还使研究人员能够清楚地区分间距为40至80纳米的微小荧光珠和量子点。
研究人员说，这种超分辨率技术在高速运行方面有很大的潜力。他们的目标是将高速，超分辨率和低光毒性纳入一个活细胞成像系统。
研究团队现在正在扩展这项技术，在三维空间进行高分辨率成像。本研究表明，该技术可以在二维平面上产生高分辨率的图像。研究团队此前发表的一篇论文显示，这项技术还能够以超高轴向分辨率（约2纳米）成像。他们现在正致力于将两者结合起来。
论文信息："Metamaterial assisted illumination nanoscopy via random super-resolution speckles." Co-authors include: Yeon Ui Lee*, Junxiang Zhao*, Qian Ma*, Larousse Khosravi Khorashad, Clara Posner, Guangru Li, G. Bimananda M. Wisna, Zachary Burns and Jin Zhang, UC San Diego.
