显微镜取得了巨大的飞跃。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。
通常用于检查活生物系统的显微镜会在其目标上照射一两束强光,而更强大的光源使研究人员能够更详细地观察细胞。但是这种方法对它所能达到的精度有一个基本的限制:在某个时候,足够亮的光会破坏一个活细胞。“我们现在对生命的理解几乎完全依赖于显微镜的质量,”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尽可能地提高强度。”
Bowen 和他的同事找到了克服这个问题的方法。他们使用了一种带有两个激光光源的显微镜,但将其中一个光束发送到一个专门设计的晶体,该晶体“挤压”了光线。它通过在光子(激光束中的光粒子)中引入量子相关性来实现。
光子耦合成相关对,其中任何一个具有与其他能量不同的能量都被丢弃而不是配对。该过程降低了光束的强度,同时降低了其噪声,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的测量比不使用压缩光的类似设备清晰 35%。
“为了在没有量子相关性的情况下实现这种测量,你必须调高强度,”鲍文说。 “但如果你把强度调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也会很暗淡,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在最小尺度上了解生命的基础知识。
“这是光学显微镜领域一个非常令人兴奋的进步,它为改进最先进的显微镜的工作方式打开了大门,光强度正好处于破坏生物样品的阈值"。
Bowen 说,量子显微镜也将有实际应用。例如,基于光的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它们的速度。