超分辨光学显微镜——用“慧眼”探秘世界

0.1毫米，这是人类肉眼分辨的极限，如果想看得更小、更清，就需要借力探微神器——显微镜。前不久，中国科学院苏州生物医学工程技术研究所（简称“苏州医工所”）承担的国家重大科研装备研制项目——“超分辨显微光学核心部件及系统研制”通过验收，标志着我国具备了研制高端超分辨光学显微镜的能力。

据“超分辨显微光学核心部件及系统研制”项目负责人、苏州医工所所长唐玉国介绍，“与以往的光学显微镜相比，我们自主研发的超分辨光学显微镜，其成像分辨率从200至300纳米提高到了50纳米，性能指标可媲美国际主流产品”。这意味着，我国终于掌握高端光学显微镜核心技术，将为相关前沿领域的原创性研究提供重要技术支持。

苏州医工所科研人员在实验室开展研究

探秘微观世界的神器

为看清变幻莫测的大千世界，1665年，英国科学家罗伯特·虎克制造了第一台用于科学研究的光学显微镜，用以观察薄薄的软木塞切片，进而发现了细胞。这一对未知的探索让人们接触到显微镜下的一个微观世界，犹如一束光照进黑不见底的深渊，点燃了科学家们研发光学显微镜的热情。

借助光学显微镜，科学家们在微观世界里纵横驰骋，第一次发现了细菌和微生物，但不久却遭遇冰冷的现实：由于存在一道无法逾越的“墙”——光学衍射极限，传统光学显微镜的分辨率只能达到200纳米（0.2微米）左右。换句话说，如果物体小于0.2微米，通过光学显微镜将仅能看到一个模糊的光斑，科学家因而无法从分子层面研究活细胞。

随着科学家们不断努力，后来诞生了电子显微镜等微观观测设备，借助它，人们可以看得更小更清。比如，一粒一粒的原子。不过，尺有所短寸有所长，目前已将分辨率做到几纳米的电子显微镜也存有劣势。“由于需要抽出真空，电子显微镜只能用来观测固体标本，不能用于活体观测。而对于生物学、医学方面的研究，更希望在生命体存活的自然状态下观察。对此，光学显微镜拥有先天优势。”唐玉国解释。

2014年，3位科学家打破了光学衍射极限——让光学显微得以窥探纳米世界。这意味着，在只有约200纳米的全球最小细菌面前，人类终于借助光学显微镜看清了他们的生动面目。

练就一双“火眼金睛”

因为有了光学显微镜，曾经“雾里看花”般的微观世界日渐清晰。然而有些尴尬的是，我国虽是光学显微镜消费大国，却仅能生产中低端产品。据有关统计，目前我国使用的高端光学显微镜几乎全部来自徕卡、蔡司、尼康和奥林巴斯等外国公司。

由此带来的结果是，高端光学显微镜进口价格动辄两三百万元，部分种类高达七八百万元。更不利的是，作为生命科学和材料科学研究的利器，光学显微镜研制核心技术的缺失，严重制约了相关前沿领域的重大科学发现和技术创新。