超精細(xì)光顯微鏡問世

晨　曦

從17世紀(jì)以來科學(xué)家就使用光顯微鏡來看肉眼看不清的東西。但要看清細(xì)胞內(nèi)部，光顯微鏡就沒法做到了。原因是光阻擋了視線。大約15年前，德國物理學(xué)家斯臺(tái)凡·黑爾就認(rèn)為這個(gè)問題是可以解決的，但沒人相信他?，F(xiàn)在他果然造出了這樣的顯微鏡，因而獲得了2006年度德國未來獎(jiǎng)。

1873年，現(xiàn)代顯微學(xué)之父，耶拿的教授恩斯特·阿貝已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，一臺(tái)顯微鏡只能顯示長(zhǎng)于半個(gè)波長(zhǎng)的東西，也就是說至少在5000分之一毫米以上。小于這個(gè)尺寸的就模糊了。而德國哥廷根的馬科斯·普朗克生物物理研究所所長(zhǎng)斯臺(tái)凡·黑爾說：“我早就感覺到，這里面有文章可做?！?/p>

阿貝說：“光在鏡片里折射，這限制了分辨率。我的相關(guān)公式在每一本教科書里都有?！焙跔栒f：“假如有興趣去了解界限的本來原因，人們就能學(xué)會(huì)推移這個(gè)界限。”斯臺(tái)凡·黑爾推移了這個(gè)界限。他的光顯微鏡能夠顯示小于5000分之一毫米的東西的細(xì)節(jié)，而且是清晰的。在他的實(shí)驗(yàn)室里，黑爾自豪地展示他的研究成果。

穿過一扇窄窄的轉(zhuǎn)門后，黑爾說：“這是一道光閘，是為了讓研究人員可以在黑暗中工作。如果門被人打開，光線會(huì)導(dǎo)致測(cè)量錯(cuò)誤?！?/p>

里面是漆黑的。除了空調(diào)的聲音，也是寂靜的。角上兩臺(tái)電腦屏幕發(fā)著微光。一張像臺(tái)球桌大小的桌子幾乎占滿了這個(gè)房間。桌上散放著光學(xué)組件，至少有二十幾件，構(gòu)成一個(gè)由鏡片、鏡子和反光板組成的迷宮。桌子的一端射出一道激光。

黑爾說：“這么放也是為了讓人們能夠明白物理原理。這必須通過一個(gè)敞開的系統(tǒng)來做，因?yàn)楸仨氉屓丝吹?，假如我在這里改變什么，會(huì)發(fā)生什么事。這里成為一個(gè)系統(tǒng)，有鏡片、鏡子和其它東西，直到最后面的激光。”

基礎(chǔ)是一臺(tái)熒光顯微鏡。這就是幾十年來細(xì)胞研究方面的標(biāo)準(zhǔn)工具。比如，誰想看一個(gè)細(xì)胞里的蛋白質(zhì)，就沾上一點(diǎn)熒光顏料。光線照上去，有色的光就會(huì)顯示蛋白質(zhì)所在。但是，所有小于200納米的東西，都顯得模糊不清。直到斯臺(tái)凡·黑爾天才地想到：熒光分子可以被激強(qiáng)，為什么就不能被激弱呢?

為做到這一點(diǎn)，他需要兩個(gè)不同的激光頻率：“比如我們?nèi)∫坏浪{(lán)色的激光來激強(qiáng)，這是高能光，用一道低能的光比如黃光來激弱。我們把這道激弱光摻合在激強(qiáng)光里，兩道光同時(shí)打在一個(gè)對(duì)象上，一道是正常的聚焦的光柱，一道是這環(huán)型的光柱。這么一來，中間放光的就只剩下很少一點(diǎn)了，理論上可以使這塊熒光斑點(diǎn)變得任意的細(xì)小，這是本質(zhì)上的新的地方?！?/p>

現(xiàn)在甚至可以看見細(xì)胞內(nèi)部只有20納米大的部位。雖然電子顯微鏡或光柵掃描探頭顯微鏡也可以做到這點(diǎn)，但在它們的照射下，細(xì)胞就死了。熒光顯微鏡是唯一可以看到活細(xì)胞的顯微工具，比如觀察病毒如何進(jìn)攻細(xì)胞，藥物怎樣起作用，或者信使體怎樣從一條神經(jīng)跑到另一條神經(jīng)那兒去。

黑爾說：“這種信使體藏在約40納米大的小泡里，非常非常小，小泡們把信使體輸送到神經(jīng)細(xì)胞的一端，在那里拋而棄之，人們于是首次看到為此負(fù)責(zé)的某種蛋白質(zhì)建立起一個(gè)模子來?！?/p>

在生物醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，科學(xué)家五分之四的分析是用熒光顯微鏡做的。2007年秋，這種顯微鏡將形成系列，最先受益的是德國和美國的頂尖科研機(jī)構(gòu)。

（莊國偉摘自《世界文化》2007年第1期）

責(zé)編：葉萬軍