少年科學粉每日一題丨顯微鏡都變顯「納」鏡了,一般的光學顯微鏡為什麼還沒淘汰?

撰文／林宮玄

本文選自《知識就是力量》雜誌

2014年，瑞典皇家科學院將諾貝爾化學獎頒給了美國霍華德 •休斯醫學研究所的艾力克 • 貝吉格（Eric Betzig）、德國馬克斯 • 普朗克生物物理化學研究所的斯 特凡•赫勒（Stefan Walter Hell），以及美國史丹福大學的威廉 • 莫厄納（William Esco Moerner）三人，表揚他們將光學顯微鏡帶到納米世界的貢獻。

今天我們就來了解一下顯「納」鏡的大概情況以及它為什麼不能完全取代一般的光學顯微鏡。

在17世紀光學顯微鏡發明後，微米（1微米=10-6米）大小的細胞映在人類眼前，開啟了微生物學。1873 年，恩斯特•阿貝（Ernst Abbe）證明了光學顯微鏡的解析度只能達到光波長的1／2左右，稱為阿貝極限。而人類所能看到的光波長在400納米（1納米= 10 -9 米）到700納米左右，因此200納米或 0.2 微米一直是一般光學顯微鏡解析度無法突破的瓶頸。

在光學顯微鏡發明後的幾百年間，微米左右的物體一直是人類所能觀察到的最小尺度。直到20世紀初電子顯微鏡的問世，人類才開始看到納米大小的物體。但是「顯納鏡」這個詞並沒有被廣泛使用。現今，顯微鏡已不代表是只能看見微米尺度的儀器。顯微鏡的功用是將微小物體的影像放大，使肉眼能夠看見。不過生活用語中的顯微鏡，仍大多指光學顯微鏡。

既然電子顯微鏡的解析度能看到納米物體，為什麼一般光學顯微鏡仍是生命科學領域重要的研究工具呢？

主要原因在於電子顯微鏡只能觀察經過冷凍切片處理的生物樣品。換言之，樣品是死的。原子力顯微鏡也是擁有納米解析度的儀器，目前已發展到可觀察水中的活細胞。然而原子力顯微鏡只能觀察到樣品表面的形貌，無法看到細胞內部的構造。

雖然一般光學顯微鏡的解析度遠比電子顯微鏡與原子力顯微鏡解析度差，但是具有觀察活細胞內部構造隨時間變化的優勢。因此，光學顯微鏡至今仍是研究生命科學很普遍的利器。

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