劃時代顯微鏡：微觀與奈米世界的同步揭秘

「觀察極小與極大，是科學永恆的魅力。東京大學開發的新型顯微鏡，正引領我們以前所未有的方式，同時探索細胞的微觀結構與奈米級細節。」

顯微鏡技術的革新：告別染色的無損觀察

傳統顯微鏡為了提高影像對比度，往往需要使用染劑。然而，這些染劑可能對細胞造成傷害，甚至改變其原本的生理狀態，影響實驗結果的準確性。東京大學研發的這款劃時代顯微鏡，最大的突破在於它採用「無標記」（label-free）成像技術，無需任何染色步驟，就能清晰呈現細胞內部的微觀和奈米結構，實現真正的無損觀察。

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前所未有的動態範圍：巨細靡遺的視野

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傳統顯微鏡在觀察不同尺度的結構時，常常需要調整參數或更換設備，難以同時兼顧。而新型顯微鏡具備極寬廣的動態範圍，其訊號偵測範圍比傳統顯微鏡寬闊 14 倍。這意味著，它可以同時捕捉到細胞內巨大結構（如細胞核）和微小結構（如蛋白質分子）的訊號，無需犧牲任何細節，為研究人員提供更全面的視野。

「細節是魔鬼，也是天使。」科學研究往往需要在看似微不足道的細節中，發現重要的線索。

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雙向散射光的奧秘：微觀與奈米的完美結合

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這款顯微鏡的另一個關鍵創新，在於它能夠同時捕捉細胞產生的前向散射光和後向散射光。前向散射光主要用於「定量相位顯微術」（QPM），擅長呈現細胞的微觀形態；後向散射光則應用於「干涉散射顯微術」（iSCAT），能夠精準偵測奈米級的微小顆粒。透過整合這兩種技術的優勢，新型顯微鏡得以在同一影像中，同時呈現細胞的整體形態和奈米級的細微結構。

正如陰陽相生，正反互補，雙向散射光的運用，讓顯微鏡的觀察能力達到前所未有的境界。

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訊號分離的挑戰：精準解析微觀與奈米資訊

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由於前向散射光和後向散射光混雜在一起，如何將它們有效地分離，是開發新型顯微鏡的一大挑戰。研究團隊開發出精密的訊號處理技術，成功地將兩種散射光訊號分離，並將噪聲降到最低，避免訊號混淆。東京大學研究團隊成員Toda如此形容這項挑戰：「我們最大的挑戰在於，如何在降低噪音、避免訊號混合的同時，乾淨地分離來自單一影像的兩種訊號。」這項技術突破，讓研究人員能夠準確地辨識和分析細胞內微觀和奈米級的特徵。

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量化分析：探索細胞組成的物理特性

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除了呈現影像，新型顯微鏡還能進一步分析前向散射光和後向散射光的模式，估算細胞內個別粒子的尺寸和折射率。折射率是光線穿過物質時彎曲或散射程度的指標，可以用於識別細胞內不同的物質。這項量化分析功能，為研究人員提供了更多關於細胞組成的物理特性資訊，有助於深入了解細胞的運作機制。

活細胞動態觀察：揭示細胞死亡的奧秘

為了驗證新型顯微鏡的性能，研究團隊利用它觀察細胞死亡過程中的變化。結果顯示，這款顯微鏡能夠同時捕捉到細胞死亡過程中，微觀和奈米尺度的事件，提供對細胞動態過程的全面視野。這項成果證明，新型顯微鏡在研究複雜的生物過程方面，具有巨大的潛力。

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未來展望：拓展應用，造福人類

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研究團隊計畫將新型顯微鏡應用於更廣泛的領域，例如研究外泌體（exosomes）和病毒等更小的顆粒，並將其應用於藥物開發和生物技術領域的品質控制。透過觀察這些微小顆粒的特性，研究人員有望開發出更有效的藥物和診斷工具，為人類健康做出貢獻。

「觀往知來。」顯微鏡技術的每一次進步，都為科學研究開闢了新的道路。相信這款劃時代的顯微鏡，將引領我們更深入地探索生命奧秘，為解決醫學難題帶來新的希望。

若讀者想了解更多關於這項研究的細節，可以透過搜尋 “Revolutionary Microscope Unveils Micro and Nano Worlds Simultaneously” 找到相關的學術論文和新聞報導。

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School of Science, The University of Tokyo. (2025, November 17). “Great Unified
Microscope” reveals micro and nano worlds in a single view. ScienceDaily.
Retrieved November 17, 2025 from www.sciencedaily.com/releases/2025/11/
251117091134.htm\n—\n Story Source:
Materials provided by School of Science, The University of Tokyo. Note: Content may be edited for style and length.