未來超高清晰電子顯微鏡能透視活體單細(xì)胞

電子顯微鏡也許是顯微鏡中分辨率zui強(qiáng)的一種，它甚至能夠分辨單個(gè)原子。但是電子顯微鏡不能用于活細(xì)胞的觀察，因?yàn)殡娮訒?huì)損壞觀察的樣本。麻省理工大學(xué)Mehmet Fatih Yanik教授的研究小組提出了一項(xiàng)新的計(jì)劃則可以克服這個(gè)問題。Yani等在0月的Physical Review A-Rapid Communications雜志中撰文表示，通過使用量子力學(xué)的測量技術(shù)可以讓電子在遠(yuǎn)距離感應(yīng)被觀察的物體，從而可以避免電子樣品的損壞。這種非侵入式電子顯微鏡可揭示生命和物質(zhì)的基本問題，它能使研究人員觀察一個(gè)活體細(xì)胞內(nèi)的分子。如果成功，那么這種顯微鏡能夠克服諾貝爾獎(jiǎng)得主Dennis Gabor在956提出的電子顯微鏡的基本缺陷：觀察的媒介損壞了樣本。

電子顯微鏡用電子束而不是光束來給樣本成像。電子顯微鏡圖像的分辨率為0.2-0納米，是傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡的0-000倍。電子顯微鏡能夠?qū)悠贩糯髢砂偃f倍，而光學(xué)顯微鏡的zui大放大倍數(shù)為2000倍。

然而，生物學(xué)家一直不能用功能這么強(qiáng)大的電子顯微鏡觀察活體標(biāo)本。因?yàn)殡娮邮鴷?huì)破壞樣品。在電子顯微鏡成像時(shí)一個(gè)樣品接收到輻射劑量等同于0萬噸當(dāng)量的在30米遠(yuǎn)外爆炸所釋放的輻射量。暴露于這種高能電子束時(shí)，生物標(biāo)本結(jié)構(gòu)將迅速奔潰、一些化學(xué)鍵被修飾或者其他一些結(jié)構(gòu)破壞。

雖然當(dāng)前存在一個(gè)特殊的容器能夠使樣品保存在高度真空下水環(huán)境中，也已達(dá)到電子顯微鏡觀察的需求，但是在使用現(xiàn)有的電子顯微鏡觀察生物樣本前，樣品需要用化學(xué)方法保存或者冷凍處理，這些方法都能殺死細(xì)胞。

在初步設(shè)想的量子力學(xué)裝置中，電子束不會(huì)直接打在在被觀察的物體上。相反，一個(gè)電子束能繞著一上一下排列的兩個(gè)環(huán)中的一個(gè)飛行。這兩個(gè)環(huán)放得足夠近以便電子能在它們之間很容易的跳躍。然而，如果將一個(gè)物體（比如一個(gè)細(xì)胞）放在兩個(gè)環(huán)的中間，那么它將阻止電子跳躍，電子將被限定在一個(gè)環(huán)中。這個(gè)裝置能夠一次掃描樣品的一個(gè)像素（pixel），將這些像素組合起來能夠拼出整個(gè)樣品的圖像。但無論何時(shí)電子被捕獲了，系統(tǒng)將顯示一個(gè)黑的像素在那個(gè)地方。

雖然還有些技術(shù)上的困難（比如阻止成像電子與顯微鏡金屬中的電子相互作用）需要突破，但是Yanik 相信這種新型顯微鏡的分辨率zui終能夠達(dá)到幾個(gè)納米。這個(gè)水平的分辨率能夠讓科學(xué)家觀察分子在活體細(xì)胞內(nèi)的情況，比如酶在活細(xì)胞中的活動(dòng)，甚至是構(gòu)建DNA的單個(gè)核酸分子圖。