光学显微镜（英文Optical Microscope，简写OM）是利用光学原理，把人眼所不能分辨的微小物体放大成像，以供人们提取微细结构信息的光学仪器。普通光学显微镜是看不到1纳米的。
恋恋不舍，莫若相忘于江湖。
0.1毫米这是人类肉眼分辨的极限如果想看得更小更清需要借力探微神器显微镜12月26日中国科学院苏州生物医学工程技术研究所（简称苏州医工所）承担的国家重大科研装备研制项目超分辨显微光学核心部件及系统研制通过验收标志着我国具备了高端超分辨光学显微镜的研制能力
相比以往的显微镜我们自主研发的超分辨光学显微镜其成像分辨率从200300纳米提高到了50纳米性能指标可媲美国际主流产品苏州医工所所长项目负责人唐玉国表示
探秘微观世界的神器
为看清这变幻莫测的大千世界1665年英国科学家罗伯特虎克制造了第一台用于科学研究的光学显微镜用于观察薄薄的软木塞切片进而发现了细胞这一对未知的探索让人们接触到显微镜下一个微观世界也犹如一束光照进黑不见底的深渊点燃了科学家们研发光学显微镜的热情
借助光学显微镜科学家们在微观世界里纵横驰骋第一次发现了细菌和微生物但不久遭遇冰冷的现实由于存在一道无法逾越的墙光学衍射极限传统光学显微镜的分辨率只能达到200纳米（0.2微米）左右换句话说如果物体小于0.2微米通过光学显微镜你看到的将是一个模糊的光斑科学家无法从分子层面研究活细胞
后来诞生了电子显微镜等微观观测设备借助它人们可以看得更小更清比如一粒一粒的原子不过尺有所短寸有所长目前已将分辨率做到几纳米的电子显微镜也有其劣势由于需要抽出真空电子显微镜只能用来观测固体标本不能用于活体观测生物学医学方面的研究更希望在生命体存活的自然状态下进行观察而光学显微镜拥有先天优势唐玉国解释
回顾诺贝尔奖历史在唐玉国印象中有好几次颁给了显微成像技术领域的科学家其中2014年诺贝尔化学奖的三位获得者（美国科学家埃里克白兹格威廉姆艾斯科莫尔纳尔和德国科学家斯特凡W赫尔）改写了光学显微镜的命运他们打破了光学衍射极限让光学显微得以窥探纳米世界引发了常温下活体生物学研究的又一场革命
这意味着什么在诺贝尔化学奖颁奖现场评选委员会委员斯文李丹曾拔下自己的一根头发向众人这样解释一根人类的头发大概有100微米用传统的光学显微镜可以轻松看清但是最小的细菌只有大概200纳米传统光学显微镜搞不定三个获奖者用两种方式实现了突破让我们看清了细菌
练就一双火眼金睛
因为有了光学显微镜曾经雾里看花般的微观世界变得日渐清晰然而有些尴尬的是我国虽是光学显微镜消费大国但国内只能生产中低端产品据有关统计目前我国所使用的高端光学显微镜几乎全部来自徕卡蔡司尼康和奥林巴斯等公司
由此带来的结果是高端光学显微镜进口价格动辄两三百万元部分种类则高达七八百万元更糟糕的是作为生命科学和材料科学研究的利器核心技术的缺失严重制约了相关前沿领域的重大科学发现和技术创新
唐玉国说在当今生物学和基础医学研究中超分辨光学显微镜发挥着不可替代的作用10100纳米尺度的超分辨显微光学成像是取得原创性研究成果的重要手段
在微生物学领域科学家对微生物的活体动态观察有望揭示许多重要生命现象在细胞生物学领域科学家可以观察细胞内特定蛋白质的亚细胞定位及其在细胞器组装中的动态变化还可以揭示病毒入侵细胞的机制以及神经元细胞互联机制等以便更好地研究一些重大疾病的发生机理
开展超分辨光学显微镜关键技术研究时不我待2014年苏州医工所瞄准国家重大仪器专项超分辨显微光学核心部件及系统研制发起进攻
守得云开见月明历时五年攻关苏州医工所科研人员研制出包括激光扫描共聚焦显微镜双光子显微镜受激发射损耗STED超分辨显微镜双光子-STED显微镜等四类高端光学显微镜突破光学衍射极限将分辨率从200纳米逐步做到了50纳米
双光子和STED两种显微镜并不鲜见但将两者有机融合还是首次因为各有利弊比如双光子显微镜能看到样本中深层结构但看不了尺度100纳米以内的细节结构而STED显微镜成像分辨率能达到50纳米但成像深度很浅苏州医工所研究员张运海告诉记者在一些脑科学研究中经常需要看一些比较厚的脑切片结构如果用两台显微镜分别观察深层结构和100纳米以内的细节结构需把样品从一台显微镜挪动到另一台显微镜如此一来就找不到原来观察的位置了
有了这台双光子-STED显微镜科学家就可以方便地观察深层结构和表层感兴趣区域的精细结构张运海说
找回失去的阵地
大数值孔径物镜这是让唐玉国有些自豪的一项重大创新
数值孔径是物镜的主要参数也是衡量显微镜性能的重要指标数值孔径越大显微镜的分辨力越高唐玉国说一般的物镜数值孔径为0.05至0.95采用十几片玻璃镜片叠加校正的方式医工所突破了制约我国超分辨光学显微镜制造的瓶颈技术研制出我国首个具有自主知识产权的数值孔径为1.45的物镜
这代表着什么唐玉国打了个比方普通的显微镜只能看清细胞这一层面超分辨光学显微镜则是火眼金睛有了苏州医工所研发的这双‘慧眼’科学家们可以对活体细胞进行分子水平上的研究比如进一步观察细胞内部的精细结构及其变化运动状态并有望将其应用到临床研究中观察药物是如何进入并作用于细胞的从而助力新药研发
时光不负情深如今超分辨光学显微镜项目研制的显微镜和关键部件目前已有部分成果实现销售包括双光子显微镜已销往德国以色列美国等多家国外研究机构北京大学中科院神经科学研究所等国内科研机构也已使用该设备
更重要的是一些应用已取得了部分成果中科院动物研究所利用高端光学显微镜观察发育生物学中的基本现象研究潜在调控机制中科院上海药物研究所应用高端光学显微镜观察药物胞内靶向定位和输送加速创新性新药研发美国斯坦福大学日本东京大学我国陆军军医大学等专业实验室利用双光子显微成像技术进行了信息识别行为控制等脑科学核心问题的研究以及动物在体成像实验获得了高分辨实时神经元活动成像数据
项目成果中具有自主知识产权的特种LED光源体系已具备国际竞争力支撑了包括新一代投影光医疗仪器以及远程照明等新兴产业的快速发展共聚焦显微镜也已完成工程化拟进行产业化生产和销售
结合研究所工程化及成果转化创新模式实现科技成果在研发平台工程化平台产业化平台市场平台的高效对接通过系列化组合化的产品布局对显微镜系统和核心部件进行工程化产业化这是唐玉国下一步的目标他的计划是将失去的阵地一点点找回来