超精細光顯微鏡問世

晨　曦

從17世紀以來科學家就使用光顯微鏡來看肉眼看不清的東西。但要看清細胞內部，光顯微鏡就沒法做到了。原因是光阻擋了視線。大約15年前，德國物理學家斯臺凡·黑爾就認為這個問題是可以解決的，但沒人相信他。現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。

1873年，現代顯微學之父，耶拿的教授恩斯特·阿貝已經發現，一臺顯微鏡只能顯示長于半個波長的東西，也就是說至少在5000分之一毫米以上。小于這個尺寸的就模糊了。而德國哥廷根的馬科斯·普朗克生物物理研究所所長斯臺凡·黑爾說：“我早就感覺到，這里面有文章可做。”

阿貝說：“光在鏡片里折射，這限制了分辨率。我的相關公式在每一本教科書里都有。”黑爾說：“假如有興趣去了解界限的本來原因，人們就能學會推移這個界限。”斯臺凡·黑爾推移了這個界限。他的光顯微鏡能夠顯示小于5000分之一毫米的東西的細節，而且是清晰的。在他的實驗室里，黑爾自豪地展示他的研究成果。

穿過一扇窄窄的轉門后，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，光線會導致測量錯誤。”

里面是漆黑的。除了空調的聲音，也是寂靜的。角上兩臺電腦屏幕發著微光。一張像臺球桌大小的桌子幾乎占滿了這個房間。桌上散放著光學組件，至少有二十幾件，構成一個由鏡片、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。這必須通過一個敞開的系統來做，因為必須讓人看到，假如我在這里改變什么，會發生什么事。這里成為一個系統，有鏡片、鏡子和其它東西，直到最后面的激光。”

基礎是一臺熒光顯微鏡。這就是幾十年來細胞研究方面的標準工具。比如，誰想看一個細胞里的蛋白質，就沾上一點熒光顏料。光線照上去，有色的光就會顯示蛋白質所在。但是，所有小于200納米的東西，都顯得模糊不清。直到斯臺凡·黑爾天才地想到：熒光分子可以被激強，為什么就不能被激弱呢?

為做到這一點，他需要兩個不同的激光頻率：“比如我們取一道藍色的激光來激強，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光里，兩道光同時打在一個對象上，一道是正常的聚焦的光柱，一道是這環型的光柱。這么一來，中間放光的就只剩下很少一點了，理論上可以使這塊熒光斑點變得任意的細小，這是本質上的新的地方。”

現在甚至可以看見細胞內部只有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，但在它們的照射下，細胞就死了。熒光顯微鏡是唯一可以看到活細胞的顯微工具，比如觀察病毒如何進攻細胞，藥物怎樣起作用，或者信使體怎樣從一條神經跑到另一條神經那兒去。

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細胞的一端，在那里拋而棄之，人們于是首次看到為此負責的某種蛋白質建立起一個模子來。”

在生物醫學基礎研究領域，科學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構。

（莊國偉摘自《世界文化》2007年第1期）

責編：葉萬軍