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超分辨率荧光显微技术——解析2014 年诺贝尔化学奖 席鹏,孙育杰.超分辨率荧光显微技术——解析2014 年诺贝尔化学奖[J].科技导报,2015,33(4):17-21. XI Peng, SUN Yujie. Super-resolution fluorescent microscopy: commentary on the 2014 Nobel Prize in Chemistry. Science Technology Review, 2015, 33(4): 17-21. 1 2 席鹏 , 孙育杰 摘要：摘要2014 年诺贝尔化学奖授予Eric Betzig，Stefan W. Hell 和William E. Moerner3 位科学家，以 表彰他们在超分辨率荧光显微成像技术方面的重大贡献。本文从显微镜分辨率的起因入手，对超分辨荧光 显微技术进行了深入阐述。此外，对光学显微技术的发展前景进行展望。 关键词：2014 年诺贝尔化学奖 超分辨 光学显微 Super-resolution fluorescent microscopy: commentary on the 2014 Nobel Prize in Chemistry XI Peng1 , SUN Yujie2 Abstract: The 2014 Nobel Prize in Chemistry is awarded to three scientists (Eric Betzig, Stefan W. Hell and William E. Moerner), for the development of super-resolved fluorescence microscopy. Based on the principle of the resolution in optical microscopy, we gave an in-depth analysis of the origin of super- resolution microscopy. We also present an outlook for the future development of optical microscopy. Key words: 2014Nobel prize in Chemistry super-resolution optical microscopy 2014 年诺贝尔化学奖授予发展超分辨率荧光显微成像技术的3 位科学家，他们分别是美国霍华 德·休斯医学研究所教授Eric Betzig、德国马克斯普朗克生物物理化学研究所教授Stefan W. Hell 和美国 斯坦福大学教授William E. Moerner 。 1 荧光显微镜的发明历程 光学显微镜自发明伊始，即与生命科学结下了不解之缘。16 世纪末期，荷兰眼镜商Zaccharias Janssen 和他的儿子把两个凸透镜放到一个镜筒中，结果发现镜筒能放大物体，这就是显微镜的前身。随 后，荷兰人Anthony Von Leeuwenhoek 通过精密研磨的玻璃透镜，首次将复式显微镜的分辨率提高到了 300 倍，并用它来观察牙缝中的微生物——细菌。后来，英国实验科学家Robert Hooke 对这一显微镜进 行了系统的改进，用它来观察软木塞的微小结构。他看到了上面致密排列的小室，并将其命名为细胞，记 录在他1665 年创作的《显微镜》一书中。然而，Robert Hooke 与当时的科学巨匠牛顿产生了极大的分 歧：牛顿认为光是粒子，而Robert Hooke 则认为光是波。由于牛顿的学术地位和性格，使得当时的波动 学说受到极大的排挤。 图 1 2014 年诺贝尔化学奖得主，从左至右依次为Eric Betzig，Stefan W. Hell 和William E. Moerner （图片来源：Nobelprize.org） Fig. 1 The laureates of2014Nobel prize of Chemistry. Left to right: Eric Betzig,Stefan W. Hell,and William E. Moerner. 1872 年，德国数学和物理学家Ernst Abbe 根据光的波动性，得出了以下结论：对一个理想的发光 点，在经过显微镜光学系统后，将是一个高斯型的艾里斑。其光强分布的半高全宽 ，其 中，λ 是光的波长，