>>> 2007年第6期
超精细光显微镜问世
作者:晨 曦
1873年,现代显微学之父,耶拿的教授恩斯特·阿贝已经发现,一台显微镜只能显示长于半个波长的东西,也就是说至少在5000分之一毫米以上。小于这个尺寸的就模糊了。而德国哥廷根的马科斯·普朗克生物物理研究所所长斯台凡·黑尔说:“我早就感觉到,这里面有文章可做。”
阿贝说:“光在镜片里折射,这限制了分辨率。我的相关公式在每一本教科书里都有。”黑尔说:“假如有兴趣去了解界限的本来原因,人们就能学会推移这个界限。”斯台凡·黑尔推移了这个界限。他的光显微镜能够显示小于5000分之一毫米的东西的细节,而且是清晰的。在他的实验室里,黑尔自豪地展示他的研究成果。
穿过一扇窄窄的转门后,黑尔说:“这是一道光闸,是为了让研究人员可以在黑暗中工作。如果门被人打开,光线会导致测量错误。”
里面是漆黑的。除了空调的声音,也是寂静的。角上两台电脑屏幕发着微光。一张像台球桌大小的桌子几乎占满了这个房间。桌上散放着光学组件,至少有二十几件,构成一个由镜片、镜子和反光板组成的迷宫。桌子的一端射出一道激光。
黑尔说:“这么放也是为了让人们能够明白物理原理。这必须通过一个敞开的系统来做,因为必须让人看到,假如我在这里改变什么,会发生什么事。这里成为一个系统,有镜片、镜子和其它东西,直到最后面的激光。”
基础是一台荧光显微镜。这就是几十年来细胞研究方面的标准工具。比如,谁想看一个细胞里的蛋白质,就沾上一点荧光颜料。光线照上去,有色的光就会显示蛋白质所在。但是,所有小于200纳米的东西,都显得模糊不清。直到斯台凡·黑尔天才地想到:荧光分子可以被激强,为什么就不能被激弱呢?
为做到这一点,他需要两个不同的激光频率:“比如我们取一道蓝色的激光来激强,这是高能光,用一道低能的光比如黄光来激弱。我们把这道激弱光掺合在激强光里,两道光同时打在一个对象上,一道是正常的聚焦的光柱,一道是这环型的光柱。这么一来,中间放光的就只剩下很少一点了,理论上可以使这块荧光斑点变得任意的细小,这是本质上的新的地方。”
现在甚至可以看见细胞内部只有20纳米大的部位。虽然电子显微镜或光栅扫描探头显微镜也可以做到这点,但在它们的照射下,细胞就死了。荧光显微镜是唯一可以看到活细胞的显微工具,比如观察病毒如何进攻细胞,药物怎样起作用,或者信使体怎样从一条神经跑到另一条神经那儿去。
黑尔说:“这种信使体藏在约40纳米大的小泡里,非常非常小,小泡们把信使体输送到神经细胞的一端,在那里抛而弃之,人们于是首次看到为此负责的某种蛋白质建立起一个模子来。”
在生物医学基础研究领域,科学家五分之四的分析是用荧光显微镜做的。2007年秋,这种显微镜将形成系列,最先受益的是德国和美国的顶尖科研机构。
(庄国伟摘自《世界文化》2007年第1期)
责编:叶万军