相信大家都有過(guò)體檢的經(jīng)歷，在這一過(guò)程中，存在著一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，那就是“驗(yàn)血”，這也是確定人體血液健康的wei一方式。
而血液之所以能完成檢測(cè)，則就要?dú)w功于顯微鏡這種檢測(cè)設(shè)備的存在，讓醫(yī)生能夠以更為“細(xì)微”的視野，去對(duì)人體血液進(jìn)行觀測(cè)，進(jìn)而得到更準(zhǔn)確的結(jié)果。
由此，顯微鏡也成為了人類*偉大的發(fā)明之一。
不過(guò)，令人大為震驚的是，這項(xiàng)發(fā)明的延伸物，竟接連斬獲了六次諾貝爾獎(jiǎng)。
顯微鏡家族：六次諾貝爾獲獎(jiǎng)
顯微鏡，其*早的誕生時(shí)間，可以追溯到十六世紀(jì)末期的荷蘭。
當(dāng)時(shí)，一位名叫亞斯·詹森的眼鏡商人，與同為荷蘭人的科學(xué)家漢斯·利珀希，共同在透鏡的基礎(chǔ)上，制作出了現(xiàn)代顯微鏡的雛形:一個(gè)由兩枚透鏡構(gòu)成的光學(xué)放大設(shè)備。
不過(guò)，二人雖然研制出了顯微鏡，但卻沒(méi)有任何實(shí)質(zhì)性的運(yùn)用，只當(dāng)是一個(gè)功能更強(qiáng)大的放大鏡。
直到十七世紀(jì)時(shí)，又一位荷蘭人列文虎克，在經(jīng)過(guò)對(duì)透鏡的打磨后，也得到一個(gè)相同功能的顯微鏡。
而且，身為亞麻織品商人的列文虎克，并沒(méi)有埋沒(méi)顯微鏡的意義，他使用這個(gè)設(shè)備，對(duì)店里售賣的綢布進(jìn)行了觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)了更為清晰的布紋。
這一發(fā)現(xiàn)，迅速打開(kāi)了列文虎克的求知欲，他開(kāi)始用顯微鏡對(duì)跳蚤、綠植，甚至是自己的精子，進(jìn)行一系列細(xì)致的觀察，得到更為細(xì)微的研究發(fā)現(xiàn)。
在一眾研究數(shù)據(jù)的支撐下，列文虎克還撰寫了，一篇名為《列文虎克用自制的顯微鏡，觀察皮膚、肉類以及蜜蜂和其他蟲類的若干記錄》的荷蘭語(yǔ)論文。
值得一提的是，這篇文章，*終在其好友格拉夫的舉薦之下，還被寄送給了英國(guó)**學(xué)會(huì)，由此掀起了一場(chǎng)科學(xué)界的震動(dòng)。
當(dāng)然，也正是在這次發(fā)明之后，顯微鏡家族的譜系，開(kāi)始在諾貝爾獎(jiǎng)里“開(kāi)枝散葉”了。
比如，1953年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，就授予給了荷蘭科學(xué)家弗里茨·塞爾尼克，此人在20世紀(jì)30年代時(shí)，在傳統(tǒng)顯微鏡的基礎(chǔ)上，研發(fā)了相位差顯微鏡。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，相位差顯微鏡的本質(zhì)，就是一個(gè)擁有光學(xué)相位板的傳統(tǒng)顯微鏡，在相位板的影響下，傳統(tǒng)顯微鏡的不可見(jiàn)的光相位，就能轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢?jiàn)的振幅變化。
如此一來(lái)，相位差顯微鏡就能觀察活性透明物質(zhì)，這對(duì)于活細(xì)胞的檢測(cè)，可謂是質(zhì)的飛躍。
之后，在1983年時(shí)，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)則頒給了英國(guó)科學(xué)家克盧格，因?yàn)樗麑㈦娮语@微鏡，與X-射線晶體學(xué)進(jìn)行了很好的整合，研究出了新的學(xué)科--------晶體電子顯微技術(shù)。
在這種技術(shù)的支撐下，人類終于觀測(cè)到了病毒染色質(zhì)中的DNA和蛋白質(zhì)，這讓人類對(duì)病毒的研究，進(jìn)入到了全新的領(lǐng)域中。
也或許是受到這次研究的啟發(fā)，諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)選組在1986年時(shí)，將諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，頒發(fā)給了德國(guó)物理學(xué)家魯斯卡，以表彰此人研發(fā)**臺(tái)電子顯微鏡的ZHUO越功勛。
不過(guò)，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，這是一次“補(bǔ)發(fā)”的表彰，因?yàn)殡娮语@微鏡早在二十世紀(jì)三十年代就已研發(fā)而出，但獎(jiǎng)項(xiàng)卻是在五十年后才頒發(fā)的，以至于魯斯卡在授獎(jiǎng)兩年后，就因病去世了。
而且，值得一提的是，這一年的物理學(xué)獎(jiǎng)，除了頒發(fā)給魯斯卡外，還授予了德國(guó)物理學(xué)家賓寧和瑞士物理學(xué)家羅雷爾。
這兩人在電子顯微鏡的基礎(chǔ)上，融入了微電子學(xué)的運(yùn)用，開(kāi)發(fā)出了隧道掃描顯微鏡，讓電子顯微鏡的觀測(cè)單位，正式達(dá)到了納米級(jí)別。
當(dāng)然，需要注意的是，此“隧道”并不是工程意義上的隧道，而是指量子物理學(xué)中的“隧道效應(yīng)”。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是當(dāng)電子從這細(xì)微的縫隙中穿過(guò)時(shí)，就會(huì)形成一股微弱的電流，而且這條電流的強(qiáng)弱，還會(huì)根據(jù)電子與障礙的距離變化而變化。
如此一來(lái)，人們就能通過(guò)觀測(cè)電流的強(qiáng)弱，來(lái)判斷測(cè)定物的大小形狀。
同時(shí)，因?yàn)槭俏⑷蹼娮拥奶綔y(cè)，這意味著，這種觀測(cè)方式，并不會(huì)破壞觀測(cè)物的外表，這使得電子顯微鏡，在生物領(lǐng)域的觀測(cè)，得到了全新的發(fā)展。
至于傳統(tǒng)顯微鏡的觀測(cè)單位升級(jí)，則要后推到2014年，由赫爾、貝齊格，以及莫納三位科學(xué)家，共同研發(fā)出的超分辨率熒光顯微鏡。
這一發(fā)明，在傳統(tǒng)顯微鏡的基礎(chǔ)上，融入了一門全新的學(xué)科--------超分辨率熒光顯微技術(shù)。
在該技術(shù)的加持下，傳統(tǒng)顯微鏡的觀測(cè)等級(jí)，正式步入到納米級(jí)的高度，而如此的技術(shù)突破，也讓上述的三位科學(xué)家，獲得了2014年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
就這樣，顯微鏡家族就成功奪得了五次諾貝爾獎(jiǎng)，讓無(wú)數(shù)人深感震驚。
不過(guò)，就在眾人認(rèn)為，顯微鏡技術(shù)幾乎達(dá)到DIAN峰時(shí)，該家族中又走出了一位強(qiáng)者，那就是冷凍電子顯微鏡技術(shù)。
值得一提的是，也正是在這項(xiàng)技術(shù)的加持下，讓顯微鏡在諾貝爾獎(jiǎng)?lì)I(lǐng)域中，成功取下了“六連冠”。
冷凍電子顯微鏡技術(shù)：生物學(xué)觀測(cè)的神器
冷凍電子顯微鏡技術(shù)，顧名思義，這是一項(xiàng)基于電子顯微鏡，又在融入冷凍概念的全新觀測(cè)技術(shù)。
而且，它的工作原理也很先進(jìn)，就是將需要觀測(cè)蛋白質(zhì)，保存在非常薄的液體層中，然后又將其進(jìn)行冷藏。
待樣本完成了冷凍后，再通過(guò)電子槍發(fā)射出的光速電子來(lái)穿透觀測(cè)樣本，并使用一旁的專業(yè)相機(jī)進(jìn)行記錄，由此得到完整的觀測(cè)結(jié)果。
這樣的觀測(cè)模式，不僅能夠保證觀測(cè)蛋白質(zhì)的活性，還能讓紊亂活躍的分子趨于穩(wěn)定，如此一來(lái)，就能讓觀測(cè)結(jié)果變得更加準(zhǔn)確，其觀測(cè)過(guò)程也變得簡(jiǎn)便。
至于該技術(shù)為什么能擁有這些特性，其***約阿基姆·弗蘭克進(jìn)行了完整的闡述。
首先是快速冷凍的環(huán)境，能夠欺騙需要觀測(cè)的分子，再具體闡述，就是只要溫度過(guò)冷，那分子甚至還會(huì)認(rèn)為，自己仍在原生環(huán)境中，這讓科學(xué)家們，能夠更好地記錄分子的原生屬性。
另外，該技術(shù)之所以要使用速凍原理，還在于無(wú)形冰的篩選。
原來(lái)，如果使用速凍的話，那水體結(jié)冰就會(huì)形成無(wú)形冰，而非晶體冰。
這主要是因?yàn)?，晶體冰的體積比液態(tài)水大，這意味著，如果晶體冰一旦形成，那它就會(huì)擠壓甚至是破壞保存其中的分子結(jié)構(gòu)，進(jìn)而也就無(wú)法取得直觀的觀測(cè)結(jié)果。
而且，正如前文所介紹的，冷凍電子顯微鏡的觀測(cè)過(guò)程中，需要有一臺(tái)專業(yè)相機(jī)參與，而這臺(tái)相機(jī)的目的，其實(shí)是為了能夠完全記錄下觀測(cè)反應(yīng)。
之后，科學(xué)家們就能將這些數(shù)據(jù)上傳到計(jì)算機(jī)中，并通過(guò)計(jì)算機(jī)的三維重構(gòu)算法，來(lái)獲得分子的三維模型，這使得分子觀測(cè)變得更為具體和準(zhǔn)確。
這一質(zhì)變式的突破，讓參與研究的三位科學(xué)家（約阿基姆·弗蘭克、理查德·亨德森，以及雅克·迪波什），獲得了2017年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，造就了顯微鏡家族的新傳奇。
參考資料：
《冷凍電鏡：在原子尺度上觀察生命｜2017年諾貝爾獎(jiǎng)專題 》--------中國(guó)物理學(xué)會(huì)期刊網(wǎng)
《冷凍電鏡是如何觀測(cè)到原子級(jí)別的生命結(jié)構(gòu)的》-------行業(yè)資訊網(wǎng)
《冷凍電鏡：引爆生物學(xué)進(jìn)入新時(shí)代的工具》---------人民資訊
《袁嵐峰對(duì)話諾獎(jiǎng)得主約阿希姆·弗蘭克（二）冷凍電鏡：只要我凍得足夠快，分子就以為自己在家里》---------知乎
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