新型量子显微镜以以前所未有的细节检查细胞
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艺术家对量子显微镜的印象，图片来自昆士兰大学
强大的显微镜实现了质的飞跃。使用光量子技巧使研究人员能够在不破坏活细胞的情况下以前所未有的细节检查活细胞，这种技术可以改善医学诊断和微生物学研究。
通常用于检查活体生物系统的显微镜会在其目标上照射一两束强光，更强大的光源可以让研究人员更详细地观察细胞。但是这种方法 对其所能达到的精度有一个根本的限制：在某些时候，足够亮的光会破坏活细胞。
“我们现在对生命的理解几乎完全依赖于我们显微镜的质量，”澳大利亚昆士兰大学的Warwick Bowen说。“我们真的受到技术的限制，如何打破现有限制并不明显，因为我们已经在不破坏细胞的情况下将强度推到了尽可能高的水平。”
Bowen 和他的同事们已经找到了解决这个问题的方法。他们使用了一种带有两个激光光源的显微镜，但其中一个光束通过一个专门设计的晶体来“挤压”光线。它通过在光子（激光束中的光粒子）中引入量子相关性来做到这一点。
光子被耦合成相关的对，其中任何具有与其他不同能量的光子都被丢弃而不是被配对。该过程降低了光束的强度，同时降低了噪音，从而实现了更精确的成像。
当研究人员测试他们的系统时，他们发现他们能够进行比不使用压缩光的类似设备更清晰 35% 的测量。
“为了在没有量子相关性的情况下实现这种测量，你必须提高强度，”Bowen 说。“但如果你把强度调高到足以匹配这些结果，你就会破坏样本，所以我们能够检查以前不可能看到的东西。”
其中包括约 10 纳米厚的酵母细胞壁（酿酒酵母），以及细胞内的液体，即使使用最好的非量子显微镜，它们也会变得微弱，而在标准显微镜下完全不可见. 观察活组织的这些微小部分可以帮助我们了解最小尺度的生命基础。
“这是光学显微镜领域的一项非常令人兴奋的进步，它为改进最先进显微镜的工作方式打开了大门，其光强度正好处于破坏生物样品的阈值，”Frank Vollmer 说。英国埃克塞特大学。
Bowen 说，量子显微镜也将有实际应用。例如，基于光学显微镜通常用于确定细胞是否癌变或诊断其他疾病，而压缩光可以显着提高这些测试的灵敏度并加快测试速度，他说。
期刊参考：Nature , DOI: 10.1038/s41586-021-03528-w