2006德国未来奖：超精细光显微镜

1873年，现代显微学之父，耶拿的教授恩斯特.阿贝（Ernst Abbe）已经发现：“一台显微镜只能显示长于半个波长的东西，也就是说至少在五千分之一毫米以上。小于这个尺寸的就模糊了。”而哥廷根的马科斯.普朗克生物物理研究所所长斯台凡.黑尔（Stefan Hell）2006年说：“我早就感觉到，这里面有文章可做。”

阿贝说：“光在镜片里折射，这限制了分辨率。我的相关公式在每一本教科书里都有。”黑尔说：“假如有兴趣去了解界限的本来原因，人们就能学会推移这个界限。”

斯台凡.黑尔推移了这个界限。他的光显微镜能够显示小于五千分之一毫米的东西的细节，而且不是模糊的，而是清晰的。他自豪地展示他的研究成果。在前室里，这位所长跟别人一样换鞋。给来访者备有套穿鞋。

来宾一个接一个地穿过一扇窄窄的转门。黑尔说：“这是一道光闸，是为了让研究人员可以在黑暗中工作。否则，如果门被人打开，光线会导致测量错误。”

里面是漆黑的。除了空调的声音，也是寂静的。角上两台电脑屏幕发着微光。一张象台球桌大小的桌子几乎占满了这个房间。桌上散放着光学组件，至少有二十几件，构成一个由镜片、镜子和反光板组成的迷宫。桌子的一端射出一道激光。

黑尔说：“这么放也是为了让人们能够明白物理原理。这必须通过一个敞开的系统来做，因为必须让人看到，假如我在这里改变什么，会发生什么事。这里成为一个系统，有镜片，镜子和其它东西，直到最后面的激光。”

基础是一台荧光显微镜。这几十年来就是细胞研究方面的标准工具。比如，谁想看一个细胞里的蛋白质，就沾上一点荧光颜料。光线照上去，有色的光就会显示蛋白质所在。但是，所有小于200纳米的东西，都显得模糊不清。直到斯台凡.黑尔天才地想到：荧光分子可以被激强，为什么就不能被激弱呢？

为做到这一点，他需要两个不同的激光频率：“比如我们取一道蓝色的激光来激强，这是高能光，用一道低能的光比如黄光来激弱。我们把这道激弱光掺合在激强光里，两道光同时打在一个对象上，一道是正常的聚焦的光柱，一道是这环型的光柱。这么一来，中间放光的就只剩下很少一点了，理论上可以使这块荧光斑点变得任意的细小，这是本质上的新的地方。”

斑点越小，分辨离率越高。现在甚至可以看见细胞内部只有20纳米大的部位。虽然电子显微镜或光栅扫描探头显微镜也可以做到这点，但在它们的照射下，细胞就死了。荧光显微镜是唯一可以看到活细胞的显微工具，比如观察病毒如何进攻细胞，药物怎样起作用，或者信使体怎样从一条神经跑到另一条神经那儿去。

黑尔说：“这种信使体藏在约40纳米大的小泡里，非常非常小，小泡们把信使体输送到神经细胞的一端，在那里抛而弃之，人们于是首次看到为此负责的某种蛋白质建立起一个模子来。”

在生物医学基础研究领域，科学家五分之四的分析是用荧光显微镜做的。对这种新的高分辨离率荧光显微镜的兴趣是巨大的。谁要想买一台，可以找曼海姆的莱卡显微系统公司，这种新显微镜由这家公司独家在全球销售，售价约合85万欧元。2007年秋，这种显微镜将形成系列。主要买家是德国和美国的顶尖科研机构。

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