无标度垂直跟踪显微镜

海洋中微小的浮游植物，其中大多数肉眼看不见。正是这些微小的海洋生物直接影响这个星球上的碳循环，大球组分的平衡。为了更好地理解微型浮游生物在巨大垂直深度的分层情况，以及不同层上微生物之间的相互作用，就必须将相隔甚远的长度（从微米到公里）和时间尺度（从毫秒到天）桥接起来。跟踪在几百米的宏观生态尺度上自由移动的单个微生物或物体是一个很大的实验挑战，因为在光学分辨率和视场（FOV）之间存在固有的折衷。传统的显微镜通常设计成在水平面上成像，其视场只有几毫米。使用各种闭环跟踪方法将物体保持在光学视场内，或者使用恒定的向上流动的流体来悬浮下沉粒子，这种跟踪显微术为这个问题提供了一种可能的解决方案，然而，这些方法不适用于具有活跃行为的物体，而且观察轨迹长度远小于生态尺度大于10 m的需要。

       最近，来自美国斯坦福大学（Stanford University）的研究人员提出了一种无标度的垂直跟踪显微镜的解决方案。它就像一个“流体动力跑步机”，沿着重力轴运动没有任何限制。利用这种方法建立空间尺度的桥梁，组装了一个非附着浮游细胞和生物体的多尺度行为数据集。此外，研究人员还展示了一个“单细胞虚拟现实系统”，其中细胞行为直接控制其周围环境参数，实现了定量行为分析。该种方法和结果是多尺度测量的一种新范式，在这种范式中，人们可以在微尺度分辨率下观察和探测宏观和生态相关的现象。在海洋环境之外，我们预计我们的方法将允许生物测量悬浮状态下的细胞和生物体，使它们摆脱盖玻片的限制。工作以” Scale-free vertical tracking microscopy”为题发表在《Nature Methods》上。(鲁强兵)