如果您想象自己通过显微镜观察，您可能会想象看到载有阿米巴原虫的载玻片，或者可能是人类细胞，甚至可能是某种小昆虫。

显微镜技术结合起来创造出更强大的成像设备

但显微镜能看到的不仅仅是这些微小的生物，加州理工学院开发的一种新型显微镜使人们更容易看到构成生物的分子。

在《自然光子学》杂志上发表的一篇论文中，传统医学研究所化学助理教授兼研究员卢伟实验室的研究人员展示了他们所谓的键选择性荧光检测红外激发光谱显微镜，或篝火。

BonFIRE将两种显微镜技术结合到一个过程中，具有更高的选择性和灵敏度，使研究人员能够在前所未有的单分子水平上可视化生物过程，并从分子角度理解生物机制。

“借助我们的新显微镜，我们现在可以通过振动对比度可视化单个分子，这对现有技术来说是一项挑战。”研究合著者、化学工程研究生DongkwanLee说道。

BonFIRE涉及的一项技术是荧光显微镜，它通过用荧光化学标记标记分子和其他微观结构，使它们在成像时发光。

另一种技术是振动显微镜，它利用将分子原子结合在一起的键的自然振动。用光(在本例中为红外光)轰击要成像的样本。这种轰击导致材料分子的键振动，从而可以识别它们的类型。例如，三键的振动“听起来”与单键的振动不同，并且与另一个碳原子键合的碳原子的振动听起来与与氮原子键合的碳原子的振动不同。这与训练有素的吉他手只需听其发出的音调就能够辨别出吉他上的哪根弦是被拨动的以及它是由什么材料制成的一样。

魏说，荧光显微镜可以让研究人员观察单个分子，但它不能提供丰富的化学信息。另一方面，振动显微镜提供了丰富的化学信息，但只有当被成像的分子大量存在时才起作用。

BonFIRE通过将振动与荧光耦合来克服这些限制，有效地结合了两种技术的优势。该过程的工作原理如下：首先用荧光染料对样品进行染色，该荧光染料与要成像的分子结合。然后，样品受到红外光脉冲的轰击，红外光脉冲的频率经过调整以激发该染料中的特定键。一旦该键被该光的单个光子激发，第二个更高能量的光脉冲就会照射到它上并激发它发出荧光，发出可以通过显微镜检测到的荧光。通过这种方式，显微镜可以对整个细胞或单个分子进行成像。

研究合著者、化学博士后学者王浩民表示：“我们对这种光谱学过程着迷，并很高兴能将其转变为现代生物成像的新型工具。”“在过去的三年里，我们一直在冒险建造我们的定制BonFIRE显微镜，并深入了解这一光谱过程，这进一步帮助我们优化设置中的每个组件，以达到我们现在所拥有的性能。”

在他们的论文中，研究人员还展示了用“颜色”标记生物分子的能力，使它们能够彼此区分。这是通过使用构成染料分子的原子的几种同位素来完成的。(同位素是具有不同原子量的元素的形式，因为它们的原子核具有更多或更少的中子)。它们的键振动的频率随着原子质量的增加或减少而变化。

“与一次只能区分几种颜色的传统荧光显微镜不同，BonFIRE使用红外光激发不同的化学键并产生彩虹般的振动颜色，”Wei说。“您可以一次对同一样本中的许多不同目标进行标记和成像，并以令人惊叹的细节揭示生命的分子多样性。我们希望能够在不久的将来在活细胞中展示数十种颜色的成像能力。”

其他合著者包括化学研究生曹玉露、毕晓天、杜家军和苗坤。