东京大学的一个团队构建了一种改进的中红外显微镜，使他们能够在纳米尺度上观察活细菌内部的结构。中红外显微镜通常受到分辨率低的限制，特别是与其他显微镜技术相比。这项最新进展产生了120纳米的图像，研究人员表示，这比典型中红外显微镜的分辨率提高了30倍。

在这种较小的尺度上更清晰地观察样本可以帮助多个领域的研究，包括传染病的研究，并为未来开发更准确的中红外成像开辟道路。

微观领域是病毒、蛋白质和分子居住的地方。借助现代显微镜，我们可以冒险观察我们自己细胞的内部运作。但即使是这些令人印象深刻的工具也有局限性。例如，超分辨率荧光显微镜需要用荧光标记标本。这有时会对样品有毒，并且在观察时长时间暴露在光线下会使样品漂白，这意味着它们不再有用。电子显微镜还可以提供非常令人印象深刻的细节，但样品必须放置在真空中，因此无法研究活体样品。

相比之下，中红外显微镜可以提供活细胞的化学和结构信息，而不需要对它们进行着色或损坏。然而，由于其分辨率相对较低，其在生物学研究中的使用受到限制。虽然超分辨率荧光显微镜可以将图像缩小到几十纳米(1纳米是百万分之一毫米)，但中红外显微镜通常只能达到3微米左右(1微米是千分之一毫米)。

然而，东京大学的研究人员取得了新的突破，获得了比以往更高的中红外显微镜分辨率。“我们实现了120纳米的空间分辨率，即0.12微米。这种惊人的分辨率大约比传统中红外显微镜的分辨率高出30倍。”东京大学光子科学技术研究所的TakuroIdeguchi教授解释道。

该团队使用了“合成光圈”，这是一种结合从不同照明角度拍摄的多张图像的技术，以创建更清晰的整体图片。通常，样品夹在两个透镜之间。然而，镜片无意中吸收了一些中红外光。他们通过将样品细菌(使用大肠杆菌和红球菌jostiiRHA1)放置在反射可见光并透射红外光的硅板上解决了这个问题。这使得研究人员能够使用单个镜头，使他们能够更好地用中红外光照亮样品并获得更详细的图像。

“我们对能够如此清晰地观察细菌的细胞内结构感到惊讶。例如，我们显微镜的高空间分辨率可以让我们研究抗菌素耐药性，这是一个世界性的问题。”Ideguchi说。“我们相信我们可以继续在各个方向改进这项技术。如果我们使用更好的镜头和更短的可见光波长，空间分辨率甚至可以低于100纳米。我们希望以极高的清晰度研究各种细胞样本，以解决基本和应用的生物医学问题。”