這都要歸功于16世紀一個叫Zacharias Jansen的荷蘭人,，我們不清楚他如何想到將兩個鏡片疊在一起并放在管子的兩頭，但是這個奇怪想法催生出的工具,，卻能夠在壓縮zui小的時候放大3倍,，拉到zui長時可以放大達到10倍。他在孩童時期的嘻哈把玩,，將我們帶進了令人瞠目結舌的微觀世界,。

　　▲玩出來的顯微鏡

　　很奇怪，做出顯微鏡的*人不是生物學家,，而是一個觀星的人——現(xiàn)代物理學與天文學之父伽利略,。1609年，在聽說了這個孩子的發(fā)明后,，他不僅研究明白了這些鏡片在一起能夠放大很多倍的原理,，還制造出了一臺更為精密的工具，并將其命名為occhiolino(也被稱為little eye),。從此,，現(xiàn)代意義上的顯微鏡走進人們的視野。

　　然而，顯微鏡真正發(fā)展成為一個學科,，成為窺視微觀世界的獨門兵器,，還是要等到17世紀六、七十年代,。列文虎克,，這個出生于1632年的荷蘭小伙子，在稚嫩的年紀就不得不面對父親的去世,，被迫來到阿姆斯特丹的一家干貨商店當學徒,，在那里他接觸到放大鏡，產生極大的興趣,。閑暇之余,，他便耐心地磨起了自己的鏡片?；蛟S是太無聊,，或許是太好玩，他一生中竟然磨制了400多個透鏡,，放大倍數竟然可以達到300倍!利用自制的顯微鏡,，列文虎克為我們展現(xiàn)了一個全新的微觀世界，他*個發(fā)現(xiàn)并描繪了細菌,，展現(xiàn)了一滴水中的世界,，準確地描述了紅細胞，證明了馬爾皮基推測的毛細血管層是真實存在的,，他成為了微生物學的奠基人,。

　　與列文虎克同期的，還有一個叫做羅伯特•胡克,，被稱為“倫敦的萊奧納多•達•芬奇”的英國博物學家,。你說對了，“胡克定律”就是以他名字命名的,。他不僅提出了彈性材料的胡克定律,，萬有引力的平方反比關系，設計了真空泵,，還利用自制的顯微鏡發(fā)現(xiàn)了軟木中的“小室”,，并將“cell”一詞深深地刻進了現(xiàn)代人的腦海中。從此,，顯微鏡的發(fā)展進入了快車道,，出現(xiàn)了形式多樣、擁有不同功能的各色顯微鏡,。

　　▲光學顯微鏡

　　燈泡的發(fā)明讓那些狂熱的顯微鏡粉絲們欣喜不已,，終于可以在晚上也可以使用高倍鏡片來觸摸微觀世界了,。但是當他們將光源經聚光鏡投射在被檢樣本上后，卻發(fā)現(xiàn)在視野中除了有那些小東西,，竟然還發(fā)現(xiàn)了燈絲的影像。直到1893年,，一個叫柯勒的年輕人,，發(fā)明了二次成像技術，成功地將熱焦點落在了被檢樣本之外,，不僅光線均勻了,，而且也不會損傷樣本。這種被稱為柯勒照明的光源系統(tǒng),，成為了現(xiàn)代光學顯微鏡的關鍵部件,。

　　顯微鏡的變革，也使細胞學迎來了zui為輝煌的發(fā)展時期,。細胞器,、染色體等細胞染色方法的出現(xiàn)，使人們對于細胞這一生命zui基本單位有了相當深入的認識,。但是,，染色畢竟影響甚至殺死了細胞，跟一堆死細胞玩真是太沒意思了!直到20世紀二,、三十年代,，弗里茨•澤爾尼克在研究衍射光柵的時候，發(fā)明了相差顯微技術,，這一情況才被*改變,。

　　再后來，出現(xiàn)了各種形形色色的顯微鏡,，按照設計方式的不同,，有正立的、倒立的,，還有解剖顯微鏡,，按照目鏡的個數，有單目鏡的,、雙目鏡的,，還有直接數碼相機采集圖像的，有使用偏振光作光源的,，還有不將光直接射入樣本的暗視野顯微鏡,，還有選定特定波長的光波照射樣本，以產生熒光的熒光顯微鏡,。

　　▲瓶頸所在

　　十八世紀,，光學顯微鏡的放大倍數已經可以達到1 000倍,，直到現(xiàn)在人們也只能將其提高到1 600倍左右這個極限了。不是因為技術不夠,，而是因為顯微鏡的zui大分辨率受到光源波長的限制,。

　　光在傳播途徑中，如果碰到的障礙物或者小孔的尺寸遠大于光的波長時,，就會被反射回去或者穿透過去,，可以看作是沿直線傳播。但是當物體尺寸與光波差不多甚至還要小的時候,，光波就會發(fā)生衍射現(xiàn)象并繞過去,。不論我們怎樣磨鏡片，或者使用油鏡來提高清晰度,，顯微鏡的分辨率zui多也只能達到光波長的一半,。而我們肉眼通常能感知的可見光，波長范圍在0.39μm ~0.76μm,，即便使用0.39μm左右的紫外光,，理想狀況下，也就能達到0.2μm的分辨率,。所以,，要想提高分辨率，只能改變光源,，并且改用儀器來探測放大的圖像,。

　　▲新時代的驕子

　　當人們意識到用光學顯微鏡看不到原子般細微的物質，那么就會想法進一步提高顯微鏡的分辨率,，別的辦法行不通,，那就只能尋找比光波波長還短的光源。還有哪些波的波長比光波還短?當然是電子,。注意,，是電子，不是家里電線中220 V的電……

　　1924年,，德布羅意提出了波粒二象性的假說,，根據這一假說，電子也會具有干涉和衍射等波動現(xiàn)象,，這被后來的電子衍射試驗所證實,。接著漢斯•*又開創(chuàng)了電磁透鏡的理論。這些使人們產生了制作顯微鏡的新想法：為什么不用具有波動性的電子做“光源”,，再用電磁透鏡來放大呢?于是,，1932年德國工程師恩斯特•魯斯卡和馬克斯•克諾爾制造出了*臺透視電子顯微鏡，這是近代電子顯微鏡的先導,，魯斯卡也因此獲得了1986年度的諾貝爾物理獎,。

　　電子顯微鏡有著與光學顯微鏡相似的成像原理,，它的神奇之處在于用電子束代替光源，而電磁場也化身成了透鏡：高速的電子束在真空通道中穿越聚光鏡再透過樣品,，帶著樣品內部的結構信息投射在熒光屏板上,，zui終轉化成可見光影像。另外,，由于電子束的穿透力很弱,，用于電子顯微鏡的標本，需要用超薄切片機制成厚50納米左右的超薄切片,，稍微厚一點，電子就可能做無用功,。如果給飛奔的電子再來一馬鞭,，電子顯微鏡的放大倍數zui高可達近百萬倍，分辨率可以達到納米級(10-9 m),。

　　用電子束代替光看起來已經是一個反常規(guī)的奇妙主意,，但讓人想不到的還在后面。1983年,，IBM公司蘇黎世實驗室的兩位科學家格爾德•賓寧和海因里希•羅雷爾,，發(fā)明了掃描隧道顯微鏡，這是一種利用量子理論中的隧道效應探測物質表面結構的儀器,。這種顯微鏡比電子顯微鏡更激進,，它的出現(xiàn)*拋開了傳統(tǒng)顯微鏡的概念。

　　zui神奇的是,，掃描隧道顯微鏡沒有鏡頭!沒有鏡頭也敢叫“顯微鏡”?沒錯,，這不是山寨的時候出了問題，它原原本本就是這么設計的,。掃描隧道顯微鏡依靠“隧道效應”進行工作,，如同一根唱針掃過一張唱片。一根有著原子般大小的探針慢慢通過被分析的物體,，當探針距離物體表面很近時(大約在納米級的距離),，電子會穿過物體與探針之間的空隙，形成一股微弱的電流,。如果探針與物體的距離發(fā)生變化,，這股電流也會相應改變，通過測量電流我們就能知道物體表面的形狀,。所以,，當電流經過一個原子，便能極其細致地描繪出它的輪廓,，通過繪出電流量的波動,，我們就可以得到單個原子的美麗圖片,。

　　電子顯微鏡的出現(xiàn)，“神馬”細菌,、病毒,、DNA、蛋白質大分子,、原子核,、電子云啥的，都得規(guī)規(guī)矩矩老實聽話,，要不,，來探針下現(xiàn)個原形?

　　▲未知的微觀世界

　　對人來說，安全電壓是36 V,，可是對于電子顯微鏡下的觀測樣品,，其接收到的輻射劑量等同于10萬噸當量的氫彈在30米遠處爆炸的輻射量!當生物標本暴露于電子束中時，細胞結構和化學鍵將迅速崩潰,，所以電子顯微鏡雖然精妙卻無法用于活細胞的觀察,。

　　麻省理工大學Mehmet教授的研究小組提出，通過使用量子力學的測量技術可以讓電子束被約束起來,，在稍遠的距離感應被觀察的物體,，一次掃描樣品的一個像素，并將這些像素組合起來拼出整個樣品的圖像,，從而避免損壞實驗樣品,。倘若研究成功，它可以使研究人員看到分子在活體細胞內的活動,，比如酶在活細胞中的功能或是DNA的復制過程,，用以揭示生命和物質的基本問題。

　　看電影,，你一定希望看到3D的畫面,。同樣的，長期的2D顯微鏡成像,，也讓人們感到審美疲勞,，于是3D圖像技術如雨后春筍般發(fā)展起來。共聚焦顯微鏡已經能夠通過移動透鏡系統(tǒng)對一個半透明的物體進行三維掃描,，通過計算機系統(tǒng)的輔助,，對實驗材料從外觀到內在、從靜態(tài)到動態(tài),、從形態(tài)到功能進行觀察,。

　　同時，隨著數碼攝影技術,、信息技術和自動化技術的革新,，顯微鏡的外觀,、舒適性、自動化程度以及方便性都在提高,。例如近幾年的大屏幕倒置顯微鏡,，直接通過液晶顯示器來觀察，研究細胞結構就像在電腦上看電影,，大大減輕了顯微鏡觀察時的疲勞,。