感謝有你——顯微鏡，向發明者致敬！

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這張圖片展示了通過Mesolens顯微鏡獲得的一個6毫米長，12.5天大的小鼠胚胎。這張插圖將眼部區域放大，展示出單個細胞核。利用Mesolens顯微鏡可以識別出胚胎的各種結構，包括心肌細胞纖維，以及眼角膜內皮的細節。

Brad Amos一生中大部分時間都在思考和觀察微觀世界。他如今已71歲，在蘇格蘭Strathclyde大學做訪問學者期間，他所領導的一個研究團隊設計出一種新型的大視場高解析度顯微鏡鏡頭，其長度和寬度相當於人類手臂。這個名為Mesolens的顯微鏡被列為物理領域2016年的十大突破之一（如下圖），在它的視野中可以觀察完整的腫瘤或是小鼠胚胎，同時能夠對內部的細胞進行成像。

Amos說：「它同時具備攝影鏡頭覆蓋範圍大和顯微鏡物鏡解析度高的特徵，所以它非常具有優勢。這些圖像都將非常有用。」

現在，全世界像Amos這樣的顯微鏡學家都在開發適用於醫學和人類健康的新技術。但是這些前沿技術都可以追溯到最早誕生顯微鏡的16和17世紀。雖然在當時很先進，但是現在你會感覺它很一般，比手持放大鏡強不了多少。

自從Amos在兒時得到一個顯微鏡作為生日禮物之後，他就一直痴迷於顯微鏡。他對微觀世界極度感興趣，探索任何他能夠找到的東西，比如微小氣泡內的力，以及被針戳出小坑的銅。Amos說：「銅看起來硬，其實很軟。當使用顯微鏡觀察世界時，很多事物並不符合常規的感覺。「

這種對微觀世界的好奇驅動了顯微鏡的發展。一對荷蘭父子（Hans 和Zacharias Janssen）在16世紀末期發明了複式顯微鏡，他們發現，將透鏡放在管子的頂部和底部並通過它觀察物體時，物體會放大。這個設備是未來科學突破的基礎，但它只能將物體放大3至9倍。

加州伯克利分校的顯微鏡學家Steven Ruzin說：「當時顯微鏡成像非常一般。我曾經使用它觀察，非常糟糕。手持放大鏡反而更好一些。「

儘管具有放大作用，但是這第一台複式顯微鏡無法增加解析度，所以放大的圖像變得模糊。所以，在之後的100年中並沒有取得什麼重要的科學突破。

直到17世紀末期，透鏡的改善提高了圖像的質量，並將放大能力增加到270倍。1667年，英國自然科學家Robert Hooke在《Micrographia》這本書中發表了數百張它觀察到的樣本圖像，包括草本植物中各個不同的小部分，他將這些小部分稱為細胞，因為這讓他想起了修道院中的單人小室（cell），這使它成為了細胞科學之父。

Robert Hooke

Robert Hooke最初的顯微鏡草圖

《Micrographia》一書中的圖片，Robert Hooke繪製出了第一幅植物細胞的圖像。

1676年，荷蘭科學家Antony van Leeuwenhoek（曾經是一位布匹商人）進一步改善了顯微鏡，他的目的是觀察他售賣的布匹，但是一不小心取得了舉世矚目的突破，他發現了細菌。他的意外發現開創了微生物領域，為現代醫學打下了基礎，200年後，法國科學家Louis Pasteur發現細菌是多種疾病的原因。在這之前，很多科學家相信瘴氣理論，即空氣中腐爛的味道使人們生病。

Leeuwenhoek

威斯康星大學的顯微鏡學家Kevin Eliceiri說：「」這很偉大，人們一直不清楚為什麼生病，關於細菌的發現是世界上最偉大的發現之一。「

1677年，Leeuwenhoek取得了另一項偉大發現，他首次發現了人類精子。一位醫學生給他提供了淋病患者精液，並用顯微鏡觀察。Leeuwenhoek發現了帶有尾巴的小生物，並在自己的精液樣本中也發現了這種小生物。他將這項發現發表，但是直到200年之後，科學家家們才明白了這項發現的真正意義。

19世紀末，德國科學家Walther Flemming發現了細胞分裂，數十年後，這一發現幫助弄清楚了腫瘤生長的方式，如果沒有顯微鏡的話，這項發現是不可能的。

雖然Hooke和Leeuwenhoek最初使用的顯微鏡功能非常受限制，但是一個管子連接兩個透鏡的基本結構數世紀以來一直如此。過去15年中，成像技術取得了新進展。2014年，一個德國和美國研究團隊因超解析度熒光顯微技術而獲得諾貝爾化學獎，我們能夠利用這種顯微鏡追蹤到細胞內的單個蛋白質。這種顯微鏡可以歸功於一種新技術，該技術使基因閃光（熒光），在治療帕金森和阿爾茲海默症方法具有很大的應用潛力。

Ruzin是加州伯克利大學生物成像系的負責人。為了解釋現代顯微技術研究，Ruzin向大學部生們展示了加州伯克利大學收藏的164個古董顯微鏡，可以追溯到17世紀。他甚至還讓學生們操作這些最古老的顯微鏡，包括一個於1660年左右製作的義大利象牙顯微鏡。

17世紀中期的一個由象牙製成的義大利顯微鏡，由加州伯克利大學收藏。

儘管超解析度顯微技術非常強大，但也面臨一些新挑戰。比如，樣本在高解析度的情況下會變得模糊。Ruzin說：「如果細胞由於熱運動而震動（因為細胞很溫暖，水分子會撞擊細胞），這將使超級解析度不可能實現，因為成像需要時間。」鑒於這個原因，研究人員通常不使用超級解析度顯微技術觀察活體樣本。

但是Mesolens這樣的技術雖然放大率低，但是更廣泛的視野能夠使它觀察到5毫米的物體，因此適用於觀察活體樣本。這意味著它能夠實時觀察小鼠胚胎髮育，追蹤胚胎內與心血管疾病相關的基因。在此之前，科學家們使用X射線研究胚胎的心血管疾病，但是無法像Mesolens一樣觀察到細胞級別的細節。

英國Strathclyde大學的Gail McConnell說：「從未聽說過有任何為光學顯微鏡設計一種新物鏡，我們這麼做是為生物學家研究新型樣本提供幫助。」他解釋說，科學家們想要研究的是完整的有機體，同時又不想失掉細節。

到目前為止，數據存儲領域對使用Mesolens研究半導體材料表現出很大興趣，石油工業也有興趣將其應用於分析從油井得到的物質。研究人員能夠利用這種顯微鏡觀察非常精密的細節，比如發生轉移的腫瘤中的細胞。但是這些新技術的真正潛力還沒有被發揮出來。

Amos說：「如果你發明出一個在過去100年中從未出現的東西，那麼你就打開了所有未知的可能性。我們只是剛剛開始理解這些可能性是什麼。」

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