荧光显微镜对结构或分子的解析效果取决于从结构中收集的光量。在荧光显微镜中，可以延长曝光时间以增加检测到的光量。然而，微观结构表现出随机和定向运动。延长曝光时间会导致结构模糊。
现在，研究人员开发了一种技术，可以在任何感兴趣的时间点(几毫秒内)直接在荧光显微镜上观察活细胞中的分子动态，从而捕获分子活动模式。通过这样做，可以同时绕过运动模糊和光破坏的两个基本问题。
这项工作发表在《科学进展》的文章中，“在显微镜上对活细胞进行超快速冷冻捕获可以对非平衡分子模式进行多尺度成像。”
通过极快地冷却至分子运动几乎停止的温度(-196°C)来完成阻止。由于两个原因，逮捕必须非常快。首先，如果逮捕太慢，定义活细胞的通电微观模式就会分解成死亡状态。其次，逮捕的速度必须快于冰的形成过程，冰的形成会破坏细胞。
在0°C至-136°C的临界范围内，结冰速度极快。然而，与直觉不同的是，在非常低的温度(低于-136°C)下，冰晶无法形成，因为水分子的运动几乎停止了。这意味着冷却速度必须快于每秒100,000°C。
研究人员通过开发一种与显微镜集成的超快速冷却装置，克服了这一技术挑战，其中液氮(-196°C)的冷量在高压下加速到钻石上。同一颗钻石的另一侧还固定着含有细胞的样品。高压爆裂与金刚石卓越的导热性相结合，实现了必要的高冷却速率，使细胞在-196°C的温度下保持其原始配置。这不仅解决了运动模糊的问题，还阻止了光化学破坏。这开启了几乎无限曝光的可能性，突出了在噪音中被掩盖的分子图案。
超快速冷冻捕获允许使用通常具有破坏性的高激光功率以数十纳米的分辨率分析原本不可见的天然分子模式。由于在-196°C下不存在光破坏，因此可以通过不同的显微镜模式观察相同的捕获细胞，以测量从分子到细胞尺度的模式。这项新技术发现了癌蛋白和肿瘤抑制蛋白的纳米级共组织，可以保护细胞免于表现出恶性行为。
“这是荧光显微镜的一个有利步骤，特别是超分辨率显微镜和显微光谱学的结合，可以在多个尺度上绘制细胞中的分子反应，”系统细胞生物学系教授兼主任PhilippeBastiaens博士
说，马克斯普朗克分子生理学研究所，位于德国多特蒙德。“它将改变我们观察细胞中分子组织和反应模式的方式，从而提供对生命物质自组织能力的更多见解。”
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