“一花一世界,一葉一菩提”;探索微觀世界對自然科學(xué)和生命科學(xué)均具有重大意義.顯微技術(shù)可以向人們直觀地展現(xiàn)微觀世界,是打開微觀世界大門的鑰匙.電子顯微鏡( Electron Microscopy)的分辨率可以達(dá)到亞納米尺度,但是電子?xùn)|本身會影響被觀察物體的狀態(tài),使研究對象無法以原狀態(tài)呈現(xiàn).使用自然界光源作為入射源,可以最大限度地保留研究對象的原狀態(tài),但是光學(xué)顯微鏡( OpticalMicroscopy)的分辨率比電子顯微鏡的分辨率低很多.因此,如何提高光學(xué)顯微鏡的分率以看到更微小的世界是一個(gè)經(jīng)久不衰的研究方向.

自1590年光學(xué)顯微鏡被發(fā)明開始,相關(guān)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)有數(shù)百年.光學(xué)顯微鏡的不斷改進(jìn)與創(chuàng)新將人們帶到微觀世界(如觀察到血紅細(xì)胞和細(xì)菌),上海締倫光學(xué)儀器有限公司引用同時(shí)也引發(fā)人們對科學(xué)的重新思考.相關(guān)技術(shù)的重要性體現(xiàn)在過去100多年的諾貝爾獎之中:1903年表彰 Richard Zsigmondy對線隙超顯微鏡的發(fā)明:1953年表彰 Frits Zernike發(fā)明顯微鏡對生物學(xué)、醫(yī)學(xué)的貢獻(xiàn);2014年表彰 Eric Betzig, StefanHll和 William F. Moerner對超分辨光學(xué)顯微技術(shù)的貢獻(xiàn)2.1873年 Ernst Abbe提出使用光作為顯微入射源的理論極限,即阿貝衛(wèi)射極限(AbbeDiffraction Limit)公式,指出光學(xué)顯微鏡可以觀測的最小尺度基本是入射光線波長的1/2(如可見光的大約為250nm)

據(jù)此,科學(xué)家們利用波長很短的X射線開發(fā)了一系列X射線顯微技術(shù).到2020年,相關(guān)技術(shù)基本可以達(dá)到7nm的分辦率但是,人們依然希望可以利用可見光實(shí)現(xiàn)更高分辨能力的光學(xué)顯微在過去的30多年里,超分辨( Super Resolution)顯微技術(shù)隨著熒光探針和拉曼光譜等技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生,包括近場光學(xué)顯微技術(shù)(SNOM)、受激輻射損耗技術(shù)(STED)、光激活定位顯微術(shù)(PAI.M)、熒光光敏定位顯微鏡(FPAI.M)、隨機(jī)光學(xué)重構(gòu)顯微術(shù)( STORN)、結(jié)構(gòu)光照明顯微成像術(shù)(SIM)和超分辨光學(xué)漲落顯微成像術(shù)(SOFI)等.上海締倫光學(xué)儀器有限公司介紹近些年在生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)方面取得的突破,很大程度上得益于超分辨顯微技術(shù)的發(fā)展超分顯微技術(shù)對可見光波段衍射極限的突破主要基于對信號采集和處理相關(guān)技術(shù)的突破.在工程材料(如透鏡材料)和光學(xué)物理方面,科學(xué)家們同樣致力于衍射極限突破研究,在光學(xué)顯微成像過程中,精細(xì)的成像信息往往被保留在倏逝波( Evanscent Wave)中,而在折射率為正的透鏡中,倏逝波會在很短的距離內(nèi)消失.通過設(shè)計(jì)和開發(fā)光學(xué)超材料,科學(xué)家們可以得到具有負(fù)折射率的材料.利用這類材料制作的透鏡,即超透鏡( Superlens)可以傳遞甚至放大倏逝波,從而實(shí)現(xiàn)倏逝波內(nèi)信息的可視化,突破衍射極限.此外,光的超振蕩( Superoscillation)研究也是突破衍射極限的可行方案,光路的疊加可以產(chǎn)生更高頻率的振蕩,提取高振蕩中攜帶的信息有望獲得更精細(xì)的觀測信息

傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡的衍射極限已被突破,為科學(xué)的發(fā)展提供了重大支撐.但是,人們?nèi)云惹邢Ｍㄟ^自然界光源看到更微小的物體和更清晰的微觀世界.目前,使用可見光的光學(xué)顯微鏡的分辯率能夠達(dá)到幾十納米,隨著科學(xué)和工程方面的發(fā)展與突破,更微小的物體將通過光學(xué)顯微鏡被觀察到。