0.2微米曾为“极限”

　　17世纪，当科学家首次在光学显微镜下看到血红细胞、细菌及游动的精子等活生生的生物体时，均兴奋不已。然而，长期以来，光学显微成像技术的发展却一直受制于一个物理极限值的约束：它不可能获得比所用光的半波长更高的分辨率，不可能突破0.2微米。

　　杨弋教授解释，所谓0.2微米的极限是指当两个物质（分子）相互靠近、小于0.2微米时，传统的光学显微镜便很难将两者区分开来。一些细胞内部的细胞器，如为细胞活动提供能量的线粒体，它们的轮廓可以看到，但要想观察更小的对象，如细胞内部单个分子之间的相互作用则根本不可能。杨弋打了个形象的比方，你可以看清眼前的一片森林，却看不清森林里的每棵树木。

　　两种研究殊途同归

　　杨弋介绍，德国人斯特凡·黑尔、美国人埃里克·贝齐格和威廉·莫纳打破了0.2微米禁区的桎梏。他们使用荧光分子，巧妙地绕开了这一极限，他们突破性的工作不仅将光学显微镜下的世界带到了纳米尺度，更颠覆了传统的生物医学研究方式。

　　两国研究超高分辨率显微镜走了不同的道路，却殊途同归。德国科学家斯特凡·黑尔在2000年发明了受激发射损耗(STED)显微技术。这项研究使用两道激光束，一束用来激发荧光分子使其发光，另一束则将大部分发光抵消——除了一块纳米尺度的微小区域。这样，显微镜能够一纳米一纳米地扫描样本，并产生图像，其分辨率远好于0.2微米的限制。

　　美国科学家威廉·莫纳和埃里克·贝齐格则使用了另一招：他们各自研发了单分子荧光显微术与光激活定位显微技术。这种技术关键是发现可以打开和关闭单个分子的荧光。科学家们对同一区域多次成像，每次只让几个零散的分子发出荧光。通过对这些图像进行叠加，他们得到了一幅纳米级分辨率的超级稠密图像。2006年，埃里克·贝齐格首次将这种技术投入了实际运用。

　　分子运动尽收眼底

　　杨弋说，今天，纳米水平的超分辨荧光显微技术已被广泛使用，“在超分辨荧光显微镜下，探索微观世界已经没有了限制。”

　　以前，人们无法分辨细胞内两个靠近的分子之间的变化和联系，今天，通过荧光扫描，一个细胞内几万种分子和它们的相互作用都将尽收人类眼底，无迹可遁。通过这项技术，科学家使活细胞中不同分子的运动可视化——他们能够看到脑部神经细胞间的突触是如何形成的，能够观察到与帕金森氏症、阿尔兹海默症和亨丁顿舞蹈症相关的蛋白聚集过程，也能够在受精卵分裂形成胚胎时追踪不同的蛋白质。从长远看，它对人类攻克许多顽固疾病，具有重要的推动作用。

　　现在各国仍在强化超分辨荧光显微镜的研究。以华东理工大学为例，该校多位专家致力于研究分子染色与荧光标记技术，也就是说，为细胞内更细微的不同种类分子染色，使之具有荧光性质。这样，能够更容易观察到不同分子间的相互联系及变化，而这，正是药物研究、疾病控制的前提。本报记者 张炯强