2006德國未來獎：超精細光顯微鏡

1873年，現代顯微學之父，耶拿的教授恩斯特.阿貝（Ernst Abbe）已經發現：「一台顯微鏡只能顯示長於半個波長的東西，也就是說至少在五千分之一毫米以上。小於這個尺寸的就模糊了。」而哥廷根的馬科斯.普朗克生物物理研究所所長斯台凡.黑爾（Stefan Hell）2006年說：「我早就感覺到，這裡面有文章可做。」

阿貝說：「光在鏡片裡折射，這限制了解析度。我的相關公式在每一本教科書裡都有。」黑爾說：「假如有興趣去瞭解界限的本來原因，人們就能學會推移這個界限。」

斯台凡.黑爾推移了這個界限。他的光顯微鏡能夠顯示小於五千分之一毫米的東西的細節，而且不是模糊的，而是清晰的。他自豪地展示他的研究成果。在前室裡，這位所長跟別人一樣換鞋。給來訪者備有套穿鞋。

來賓一個接一個地穿過一扇窄窄的轉門。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。否則，如果門被人打開，光線會導致測量錯誤。」

裡面是漆黑的。除了空調的聲音，也是寂靜的。角上兩台電腦屏幕發著微光。一張象撞球桌大小的桌子幾乎佔滿了這個房間。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雷射。

黑爾說：「這麼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，假如我在這裡改變什麼，會發生什麼事。這裡成為一個系統，有鏡片，鏡子和其它東西，直到最後面的雷射。」

基礎是一台熒光顯微鏡。這幾十年來就是細胞研究方面的標準工具。比如，誰想看一個細胞裡的蛋白質，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，所有小於200納米的東西，都顯得模糊不清。直到斯台凡.黑爾天才地想到：熒光分子可以被激強，為什麼就不能被激弱呢？

為做到這一點，他需要兩個不同的雷射頻率：「比如我們取一道藍色的雷射來激強，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裡，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。這麼一來，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。」

斑點越小，分辨離率越高。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納米大的小泡裡，非常非常小，小泡們把信使體輸送到神經細胞的一端，在那裡拋而棄之，人們於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。對這種新的高分辨離率熒光顯微鏡的興趣是巨大的。誰要想買一台，可以找曼海姆的萊卡顯微系統公司，這種新顯微鏡由這家公司獨家在全球銷售，售價約合85萬歐元。2007年秋，這種顯微鏡將形成系列。主要買家是德國和美國的頂尖科研機構。

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