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荧光显微镜在生物物理学中有许多应用，但是用荧光标签标记纳米颗粒和生物分子会改变它们的特性。科研人员设计了几种光学检测方法来避免标记单个生物分子，此类方法需要分子与表面结合，然而有的分子和纳米颗粒并不能满足该条件。
如今，瑞典的研究人员提出了一种名为纳米流体散射显微镜的新技术，它可以在目标粒子流过纳米级通道的光学透明基质时对它们进行成像（Nat. Methods, doi: 10.1038/s41592-022-01491-6）。该技术结合了暗场光散射显微镜，可以确定溶液中单个生物分子的分子量和其他重要数据。
图1 瑞典查尔姆斯理工大学的 Barbora Špa?ková 将芯片固定在一个经过特殊改装的暗场显微镜中，并用可见光照射
团队使用暗场显微镜、多色可见光源和每秒 200 帧的 CMOS 相机设计了他们的实验装置。 在这个齿轮的中心是一个由研究人员设计的纳米流体芯片，其通道长度为 30 到 200 微米，宽度为几十或数百纳米。
图2 研究人员将生物分子样品放置在一个由纳米通道组成的芯片中。将测试液添加到芯片中，该芯片安装在光学暗场显微镜中并用可见光照射。生物分子在与显微镜相连的屏幕上显示为在通道内自由移动的暗影。阴影的暗度与分子的质量成正比。这是光与纳米通道和分子相互作用发生干涉效应的结果。
当惰性流体将微小颗粒泵入纳米通道时，相机会记录粒子散射光的暗场图像。 然后，研究人员通过从粒子流过的通道图像中减去空通道图像来生成差分暗场图像。
纳米通道使粒子始终保持在显微镜的焦平面内，并将粒子的光学对比度提高几个数量级。
据查尔姆斯理工大学Christoph Langhammer 称，纳米流体散射显微镜可以将单个分子成像到几十千道尔顿的大小范围内。 （道尔顿是原子质量的单位，是碳 12 原子质量的 1/12。）该方法比其他无标记显微镜技术更有效，因为科学家“可以通过使用一种技术进行一次测量，得到生物分子的质量(通过光学对比)和流体动力学半径(通过扩散系数)”，Langhammer 补充道。
Langhammer 表示，该团队面临的最大挑战是射噪声在实验装置中已达到极限。 接下来，研究人员将通过改进纳米流体通道的设计并改进数据分析，将该技术的检测极限推向更小的分子。
内容来源：https://www.optica-opn.org/home/newsroom/2022/june/label-free_fluorescence_microscopy_through_channel/
