新型量子顯微鏡以以前所未有的細節(jié)檢查細胞
藝術家對量子顯微鏡的印象，圖片來自昆士蘭大學
強大的顯微鏡實現(xiàn)了質的飛躍。使用光量子技巧使研究人員能夠在不破壞活細胞的情況下以前所未有的細節(jié)檢查活細胞，這種技術可以改善醫(yī)學診斷和微生物學研究。
通常用于檢查活體生物系統(tǒng)的顯微鏡會在其目標上照射一兩束強光，更強大的光源可以讓研究人員更詳細地觀察細胞。但是這種方法 對其所能達到的精度有一個根本的限制：在某些時候，足夠亮的光會破壞活細胞。
“我們現(xiàn)在對生命的理解幾乎完全依賴于我們顯微鏡的質量，”澳大利亞昆士蘭大學的Warwick Bowen說?！拔覀冋娴氖艿郊夹g的限制，如何打破現(xiàn)有限制并不明顯，因為我們已經(jīng)在不破壞細胞的情況下將強度推到了盡可能高的水平?！?/p>
Bowen 和他的同事們已經(jīng)找到了解決這個問題的方法。他們使用了一種帶有兩個激光光源的顯微鏡，但其中一個光束通過一個專門設計的晶體來“擠壓”光線。它通過在光子（激光束中的光粒子）中引入量子相關性來做到這一點。
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光子被耦合成相關的對，其中任何具有與其他不同能量的光子都被丟棄而不是被配對。該過程降低了光束的強度，同時降低了噪音，從而實現(xiàn)了更精確的成像。
當研究人員測試他們的系統(tǒng)時，他們發(fā)現(xiàn)他們能夠進行比不使用壓縮光的類似設備更清晰 35% 的測量。
“為了在沒有量子相關性的情況下實現(xiàn)這種測量，你必須提高強度，”Bowen 說?！暗绻惆褟姸日{高到足以匹配這些結果，你就會破壞樣本，所以我們能夠檢查以前不可能看到的東西。”
其中包括約 10 納米厚的酵母細胞壁（釀酒酵母），以及細胞內(nèi)的液體，即使使用最好的非量子顯微鏡，它們也會變得微弱，而在標準顯微鏡下完全不可見. 觀察活組織的這些微小部分可以幫助我們了解最小尺度的生命基礎。
“這是光學顯微鏡領域的一項非常令人興奮的進步，它為改進最先進顯微鏡的工作方式打開了大門，其光強度正好處于破壞生物樣品的閾值，”Frank Vollmer 說。英國?？巳卮髮W。
Bowen 說，量子顯微鏡也將有實際應用。例如，基于光學顯微鏡通常用于確定細胞是否癌變或診斷其他疾病，而壓縮光可以顯著提高這些測試的靈敏度并加快測試速度，他說。
期刊參考：Nature , DOI: 10.1038/s41586-021-03528-w