但是，如果研究人员只能看到死细胞的内部运作，他们只看到了故事的一部分。它们无法监测活细胞的动态实时过程，如代谢反应或对疾病或治疗的反应。

西北大学的Gajendra Shekhawat说:“亚细胞成分和结构对复杂的细胞机器和系统生物学的行为有着深远的影响。”爱博网投领导者“然而，解开细胞内部的结构和成分是非常具有挑战性的，因为它们非常脆弱。”

现在，Shekhawat和西北大学材料科学与工程教授Vinayak P. Dravid开发了一种新型的非侵入性成像系统，可以在纳米级分辨率下观察活细胞的亚细胞结构。这项技术被称为超声波生物探针，它将超声波与原子力显微镜相结合，与活细胞相互作用，以确定其机械行为的变化。

在美国国家科学基金会(NSF)和美国国家心肺血液研究所的支持下，这项研究最近发表在科学的进步。Shekhawat和Dravid是这篇论文的共同通讯作者。Shekhawat是材料科学与工程研究副教授，也是这篇论文的第一作者。这项研究是在西北大学原子与纳米尺度表征实验中心完成的。NUANCE是美国国家科学基金会支持的国家纳米技术协调基础设施(NNCI)项目的牵头机构，该项目总部位于西北大学，被称为软混合纳米技术实验(SHyNE)资源。

尽管最近在成像方面取得了进展，但目前还没有一种方法可以提供活体亚细胞结构的高分辨率和高灵敏度图像。荧光显微镜和共聚焦显微镜是监测细胞内生物相互作用的传统方法，其空间分辨率较差，并且需要侵入性染料或标记来增强对比度并突出生物组织内的结构。光和声波成像无法观察到小于几百纳米的结构。扫描探针显微镜可以提供非常高的空间分辨率，但只能识别表面结构，而不能观察细胞内部。虽然电子显微镜可以观察亚细胞水平的细节，但它是一种破坏性的技术，不能用于活体生物组织。

“许多障碍已经存在，”负责NUANCE中心和SHyNE资源的德拉维德说。“表征生物过程的复杂动力学，特别是纳米级分辨率的信号通路，仍然是一个挑战。”

然而，Shekhawat和Dravid的超声波生物探针绕过了这些问题。其超声波无创图像深埋细胞内特征。它的原子力显微镜探针提供了高灵敏度和机械对比的散射超声波。结果呢?非破坏性的，非常高对比度的，纳米级的结构和成分的图像深处的活组织和细胞。

Shekhawat说:“使用这种非侵入性方法，我们可以监测复杂生物系统中纳米力学变化的实时成像。”“这可能为早期诊断提供线索，并为开发治疗策略提供潜在途径。”

接下来，该团队计划将其技术扩展到各种生物医学应用，例如皮肤、珐琅和骨骼等软组织的纳米力学，以探测其三维结构到纳米级的空间分辨率。

“细胞纳米结构和力学的显著变化可以直接受到细胞癌症状况的影响，”德拉维德说。“因此，超声波生物探针也可以扩展我们对癌细胞中起作用的纳米力学的基本理解。”