11月13日《自然·方法》杂志报道，葡萄牙古尔本基安科学研究所的科学家，利用增强型超分辨率径向波动实现高保真3D活细胞纳米镜检查，能以大约每秒1单位体积的惊人速度捕捉活细胞生成图像。科学家此次使用的正是光学显微镜。一台显微镜可以放大或增强最微小的细节，揭示出一个超出传统分辨率限制的世界。

17世纪，科学家罗伯特·胡克第一次使用显微镜观察到植物表面排列着蜂窝状小室，称其为“Cell”，意思是“小房间”。胡克当时使用的是光学显微镜。光学显微镜推动了整个17、18世纪现代生物学的发展，人类首次对细胞核、纤毛、细胞、细菌、原生动物等进行观察并作出描述。

那么，神奇的光学显微镜是如何观察到细微植物表面细胞的？它的原理就是光的反射和直线传播，通过玻璃镜片将光线汇聚成束，打在样品上形成反射光。这时，反射光束穿过小孔就能产生放大倒立的像，人们就能在显微镜的镜头里看到微观世界了。

虽然光学显微镜为人类打开了通往微观世界的第一道门，然而光的衍射极限限制了它的精度。可见光的波长范围只能在200至700纳米之间，这就意味着小于200纳米的物体，将无法通过光学显微镜来观察。于是，人们选择了波长更小的“电子束”代替“光束”。

电子是一种围绕原子核运行的微小带电粒子，它的波长比光短约10万倍。因此使用电子束代替光束可以达到更高的精度。1933年，德国物理学家恩斯特·鲁斯卡发明电子显微镜。相比光学显微镜，电子显微镜观测倍数就大大提升了。

电子显微镜目前常用的有扫描电子显微镜和透射电子显微镜。

扫描电子显微镜通过使用聚焦电子束扫描样品表面来产生样品图像。电子束与样品中的原子相互作用，产生包含有关样品表面形貌和成分的信息。电子束以光栅扫描模式进行扫描，并且电子束的位置与检测到的信号的强度相结合以产生图像。

透射电子显微镜利用穿过超薄样品的电子束来形成图像。当电子束穿过样本时，电子束与样本相互作用，放大并聚焦在一系列探测器上，从而形成图像。

有了电子显微镜，神秘的DNA（脱氧核糖核酸）双螺旋结构显露出真容，半导体芯片也有了飞速发展，一个个原子也变得真真切切。显微镜不仅是科学发现的眼睛，也是大众科学普及、通往微观世界大门的钥匙。

1985年，诺贝尔物理学奖获得者、德国物理学家恩斯特·鲁斯卡曾发出这样的疑问：光学显微镜打开了通往微观世界的第一道大门，电子显微镜打开了微观世界的第二道大门，在打开第三道大门时，我们会发现什么？

（作者系北科科普宣讲团成员，北京市科学技术研究院分析测试研究所助理研究员 陈婧瑶）

来源：科普时报