一 超高分辨率显微镜显微镜发展史上的新突破.PDF

生生命命奥奥秘秘wwwwww..lliiffeeoommiiccss..ccoomm 一 超高分辨率显微镜：显微镜发展史上的新突破 显微镜技术经过长期发展，加之近年来物理学界接二连三出现的重大科研进展，终于，在2008年，显微镜发 展史上的新成果——超高分辨率荧光显微镜为科学家所研制出。人们预言，它定会成为生物学家的好帮手。 1 Stefan Hell打破了物理学界的传统看法 自从1873年Ernst Abbe第一次发现光学成像具有衍射限 制现象以来，物理学界就公认，显微镜的分辨率具有极限， 该极限与光源的波长有关。直到一个多世纪之后，罗马尼亚 物理学家Stefan Hell推翻了这一观点。他是首位不仅从理论 上论证了，而且用实验证明了使用光学显微镜能达到纳米级 分辨率的科学家。 早在上世纪8 0 年代中期，当时师从德国海德堡大学 （University of Heidelberg ）一位低温固态物理学家的Stefan Hell就已经发现，如果不是像常规那样使用一个透镜聚焦， 而是将两个大孔径的透镜组合在一起聚焦，就可以提高光学 显微镜的分辨率。Stefan Hell是首位发现这一现象的研究人 图片说明：罗马尼亚物理学家S t e f a n He l l ，现任德国马克斯·普朗克生物物理 员。 化学研究院 （Max Pla nc k Inst it ut e of Hell于1990年顺利完成了他的博士学业，但同时，这也 Biophysical Chemistry ）主任。 意味着他将无法再凭借奖学金的资助进行研究了。Hell最终 图片来源：Galonska, MPI BPC 决定独自一人继续在家研究以上的发现，并最终成功发明了 4Pi显微镜。 时任美国马萨诸塞州坎布里奇市哈佛大学 （Ha rva rd Unive rs ity ）化学系教授的 Sunney Xie遇到了Hell，当他了解了Hell发明的4 Pi高分辨率显微镜时，Xie对Hell勇敢地 对传统物理学观点提出挑战的精神表示赞许。 随后，Hell带着他的发明来到了位于德国海德堡的欧洲分子生物学 实验室 （European Molecular Biology Laboratory, EMBL ），并获得了 德国科学基金会提供的奖学金。199 1年，Hell在该实验室开始他的博士后 研究工作。 起初，许多科学家，包括那些声名显赫的物理学家都认为Hell 的工 作对于提高光学显微镜的分辨率没有太大的意义。他们认为，Hell仅用他 图片说明：4 Pi显微镜，超高 那少得可怜的科研经费来从事这项研究简直就是在冒险。但Hell却始终坚 分辨率成像中的一个步骤。 信他能够打破衍射极限。 图片来源：Goldmann, MPIBC 22 Hell的努力没有白费，他的冒险终于获得了回报。1992年，Hell第一次用他的4Pi高分辨率显微镜证明了 他的确能将传统光学显微镜的分辨率提高3~7倍。然而，尽管Hell提高了Z方向的分辨率，他还是没能突破衍 射极限的限制。 此后不久，Hell又在芬兰土尔库大学 （University of Turku ）得到了他的第二个博士后职位。一个星期六 的早晨，Hell正躺在研究生公寓的床上看一本有关光学量子理论的书，突然，灵光