感冒咳嗽时，肺里的几十亿根毛刷正在加班
感冒咳嗽的时候，很少有人会想气管里面发生了什么。气管和支气管内壁上，有一套日夜运转的清扫系统。人类呼吸道表面密布着数十亿根纤毛（cilia，细胞表面摆动的微小毛发，负责推送黏液与异物）。
这些纤毛的直径大约 200 纳米，不到头发丝的五百分之一。健康人的纤毛每秒摆动十几次，而且保持协调同频的波浪节奏。这些微型扫帚把黏液、灰尘和病菌推向喉咙，最后通过咳嗽排出体外。
如果清扫的节律乱了，呼吸道就会陷入麻烦。原发性纤毛运动障碍（PCD，Primary Ciliary Dyskinesia，一种遗传性呼吸道疾病，患者肺里的”毛刷”无法正常摆动清扫废物）就是典型代表。患者纤毛的摆动频率和节奏出了故障。异物排不出去，患儿从出生起就反复呼吸道感染。
静止照片看不出病变，10 秒连续画面抓出故障
2026 年 9 月 15 日，第 16 届尼康显微摄影视频赛（Nikon Small World in Motion）公布评选结果。清华大学精密仪器系的光学工程师徐宁（Dr. Ning Xu）拿下第一名。他的获奖作品记录了 PCD 患儿活体纤毛的运动状态。这份作品从来自 40 个国家的 346 个参赛视频中脱颖而出。
获奖视频呈现的画面并不”美观”。患儿呼吸道细胞表面的纤毛杂乱颤动、局部停顿。这种异常的运动状态，正是患儿反复感染的病理源头。
图：PCD 患儿呼吸道纤毛异常摆动。来源：Nikon Small World / 清华大学徐宁
过去的临床检测高度依赖静态的病理切片照片。在静态照片下，患儿纤毛的物理结构可能没有明显破损，医生很难单凭切片给出确凿诊断。徐宁在获奖后提到，要理解这种疾病，需要连续观察大约 10 秒的动态运动，只看静止图像不够。
不用荧光染色，光学工程师用多束光照亮活细胞
在显微镜下拍清活体纤毛的轨迹，是个工程难题。电子显微镜放大倍率高，但样本要做成干燥切片，拍不了活细胞。荧光显微镜要注入化学染料并用强光照射，容易损伤活细胞，还会干扰纤毛自然的摆动节奏。
徐宁团队用的是衍射超分辨显微成像（diffractive super-resolution microscopy，一种通过调控照明光线突破显微镜分辨率极限的技术，不用染色就能看清活体细胞结构）。这种技术不需要化学染色。研究人员可以在自然存活状态下对活体样本做连续记录。
硬件上，团队用了数字微镜器件（DMD，Digital Micromirror Device，一种由微型镜子阵列组成的芯片，能精准控制光束方向）。DMD 产生多束特定图案的光线照射样本，把到达样本的光量压到最低。配合 100 倍物镜，系统捕获到了活体纤毛摆动的微小细节，把细胞动态变成了清晰的诊断凭证。
显微视频大赛公布结果，镜头捕捉微观世界奇观
这次比赛一共收到 346 个视频。参赛者用先进的光学设备，记录下了平时难以窥见的生命活动瞬间。
来自越南的 Nguyen Nam Nhat 获得第二名。他记录了线虫与单细胞生物 Dileptus 在微观水体中探索与捕食的过程。
图：线虫与单细胞生物 Dileptus 在微观世界探索。来源：Nikon Small World / Nguyen Nam Nhat
第三名由德国的 Benedikt Pleyer 获得，拍的是一只水母幼体悬浮在水滴中的游动姿态。第四名是美国霍华德·休斯医学研究所（HHMI）Andrew Moore 拍摄的相邻细胞同步分裂。第五名是英国 Patrick Hickey 拍摄的植物叶细胞内线粒体与叶绿体的运转。
徐宁说，纤毛摆动的画面非常直观，人们能立刻看到体内正发生着重要的事。显微摄像是科研工具，也成了大众理解微观生物学的公共语言。
把运动当成诊断证据，微观视角改变疾病诊断方式
这 10 秒视频不只是光学技术的展示。它提示了一种被长期忽视的诊断思路：运动本身就是证据。传统检测里，医生习惯找结构病变——肿块、破损、基因突变。
但人体内很多生理功能靠高频精密的机械运动维持。当摆动节奏脱节，结构完好的细胞同样无法履行职责。这种运动失调引发的病理改变，静态照片很难留痕。
有些病，照片拍不出来，视频才行。动态摄像把时间维度引入了细胞检测，把看不见的细胞律动变成了视觉证据。对 PCD 这类”运动定义的疾病”，这 10 秒画面就是诊断依据本身。
参考链接：
- 尼康第 16 届 Small World in Motion 获奖名单
- Ars Technica 显微摄影大赛报道
