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一些最细小的东西能教会我们很多关于生命的事，细胞 、蛋白质 、吃着袖珍卷饼的袖珍小仓鼠，这些都太迷人了 ，尤其是对于科学家。呃 可能除了小仓鼠，所有人都会迷上它们的。总之这次的主题是显微镜。 显微镜为了科学打开一个全新世界，随着科学家们想出新的方法来破解生命的物理原理，电子显微镜逐渐能够揭示最为细小的东西。但说起传统的光学显微镜 就似乎有点问题了。通常这种显微镜是通过让光穿过你所观察的样本，然后用透镜收集这些光来成像的，这个系统蛮不错的。只不过当光和样本接触时光会分散开来。光是以波的形式传播的，如果遇到足够大的物体，这些波会开始互相重叠并互相抵消掉，从而产生模糊的照片。 传统可见光显微镜，无法用于观察小于200纳米的物品。一纳米即一米的十一分之一。这对所有需要观察超小东西的科学家们来说都是个问题。就比如说生物学家吧，至多只能用这种显微镜看到，人类细胞中最大的结构而已。而生物学家真正想要知道的是细胞里都在发生什么。于是科学家们就想到了一些奇妙的方法，来绕开这种光学问题，他们中的一些奇妙想法，其中至少一个是比较作死的。我会跟你们讲下两种相当吸引人的技术，他们的发明者是2014年的诺贝尔化学奖得主。你也知道可不是谁都能得这个的。 一组研究人员发明了受激发射损耗荧光成像技术，简称STED。基本上就像显微镜版本的激光发射标签。STED技术用一种叫做荧光团的奇怪分子，标记待研究的样本。荧光团有三种状态 基态 激发态和暗态。你可以使用激光来控制这些状态之间的转换 ，如果你用荧光团标好你的样本后，然后再用激光对准它，额外的能量将会让荧光团成为激发态。等到他们从激发态回到基态时 就会发光了。接着在第一束激光周围 照射第二束激光，将能量集中在你目标样本的中心，这样子周围的荧光团就会呆在暗态，只有你的目标才会发光，接下来只要拍照片就好了。 还有一种相同的技术 叫单分子成像里也会用到荧光团，但是它只会逐次激发样本的几个分子。这使得科学家可以把样本中更小的部分也看清楚。在发完光 逐次照完多个分子的照片后，这些图像可以被放到一起 组成一个更大的图像。就像点彩派绘画一样。这些技术能让科学家们看到大约20纳米的东西，仅为DNA直径的10倍，比传统显微镜能看到的小10倍。这样我们现在借助可见光下 也可以看到细胞的微小细节了。但是还是有一些东西 因为太小我们看不到。而且传统显微镜的样本的准备有另一个缺陷。就是准备过程通常会杀死生物样本，有些时候这样没什么关系，但有时候 嗯。要知道 生物学是一门研究活着的东西的学科，而不是研究固定好装裱好被化学药品处理过的东西，所以说啊 如果你想要看看活着的样本的话，你可以用X光来达到这点。 在斯坦福大学的直线加速器相干光源，在理论上来说 只需要依靠细胞相当短暂的活体时间就可以了。通过用X光来攻击样本，这种方法可以用来成像新鲜活细胞。你现在可能在想 那么大剂量的X光会很危险很致命吧，嗯 是这样说没错。从LCLS里出来的光束，其实足够强力将你的样本撕成碎片。所以如果你不巧没有躲在一层厚厚的防护铝层后面的话，你应该会死。但是X光是以光速移动的，这比你样本分解的速度要快很多。当X光击中后 在样本被撕成碎片之前，你就可以拿到你的数据了。这个数据将会给你样本在被X光击中的一瞬间的原始形状，但有你一定得确保一件事就是，在这玩意打开的时候 你可千万别在那屋子里，不然汹涌的X光将会将你的细胞撕成碎片。 从好的方面说这个技术能让你看到大约75纳米这么小。而且研究人员正在建一个甚至更好的器材，这个可以用更少的时间射出更多的X光。这样我们大概可以得到1纳米左右的清晰度，这意味着在未来，我们可能就可以学习研究生命中最为微小的存在了。而我们所要做的 就仅仅是用X光来轰炸它们。 |
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