当显微镜很难捕捉到微弱的信号时，就像不戴眼镜就想在一幅画或一张照片中发现细微的细节一样。对于研究人员来说，这使得他们很难捕捉到细胞或其他材料中发生的小事情。在一项新的研究中，波士顿大学光子学和光电子学讲座教授程吉欣博士及其合作者正在创造更先进的技术，使显微镜在不需要特殊染料的情况下更好地观察微小的样品细节。

　　他们的研究结果分别发表在《自然通讯》和《科学进展》杂志上，帮助科学家以更容易、更准确的方式可视化和理解他们的样本。

　　在这篇问答中，Cheng博士同时也是哈佛大学生物医学工程、电子和计算机工程、化学和物理等多个部门的教授，他深入探讨了这两篇研究论文中的发现。他重点介绍了他和他的团队目前正在进行的工作，并全面介绍了这些发现如何影响显微镜领域，并可能影响未来的科学应用。

　　你和你的研究合作者最近在《自然通讯》和《科学进展》上发表了两篇关于显微镜的论文。每篇论文的主要发现是什么?

　　这两篇论文旨在解决振动成像这一新兴领域的一个基本挑战，这一领域正在为生命科学和材料科学打开一扇新的窗口。挑战在于如何突破检测极限，使振动成像与荧光成像一样敏感，以便我们能够以无染料的方式在非常低的浓度(微摩尔到纳摩尔)下可视化目标分子。

　　为了解决这一基本挑战，我们的创新是利用光热显微镜来检测样品中的化学键。化学键振动激发后，能量迅速消散为热，引起温度升高。这种光热效应可以通过穿过焦点的探针光束来测量。

　　我们的方法与相干拉曼散射显微镜有本质的不同，相干拉曼散射显微镜是我在2015年的科学评论中描述的一种高速振动成像平台。我们一起建立了一类新的化学成像工具箱，称为振动光热显微镜，或VIP显微镜。

　　在《自然通讯》的论文中，我们开发了一种宽视场中红外光热显微镜，用于可视化信号病毒颗粒的化学成分。在《科学进展》的论文中，我们开发了一种基于受激拉曼过程的新型振动光热显微镜。

　　SRP显微镜的发展是出乎意料的。我们从不相信拉曼效应对光热显微镜来说足够强大，但我们的想法在2021年8月发生了变化。为了庆祝我的50岁生日，我和我的学生们组织了一个以运动为主题的聚会。在庆祝活动期间，《科学进展》论文的第一作者朱一凡不幸受了伤，他的医生建议他进行两个月的活动限制。

　　在他康复期间，我让他在SRS(受激拉曼散射)显微镜下计算焦点的温升。通过这次事故，我们发现了一个强烈的受激拉曼光热(SRP)效应。一凡和其他学生随后花了两年时间进行开发。这就是SRP显微镜的发明过程。

　　当然，没有什么是完美的。在进行SRP显微镜时，我们发现每个光束都有吸收，这导致SRP图像中出现弱的非拉曼背景。我们正在研究一种消除背景的新方法。

　　这两篇论文所报道的方法是互补的。WIDE-MIP方法对红外活性键的检测效果较好，而SRP方法对拉曼活性键的检测效果较好。

　　是的,确实。这两篇论文共同指出了一类新的化学显微镜，称为振动光热显微镜或VIP显微镜。VIP显微镜提供了一种非常敏感的探测特定化学键的方法;因此，我们可以使用它们来绘制非常低浓度的分子，而不需要染料标记。

　　我们已经通过BU的技术开发办公室为这两项技术申请了临时专利。至少有两家公司对SRP技术的商业化感兴趣，其中一家也对WIDE-MIP技术感兴趣。

　　在WIDE-MIP的论文中，病毒样本由约翰·康纳提供，他是波士顿大学国家新发传染病实验室的微生物学副教授。WIDE-MIP技术的开发是与波士顿大学工程学院电气和计算机工程教授Selim ünlü合作进行的。因此，这是波士顿大学的一个合作项目。