文/记者 刘辛味

在冷冻电镜之前，显微观察方向已先后五次摘得诺奖。1953年的物理学奖“因论证相衬法，特别是发明相衬显微镜”授予了荷兰科学家泽尼克(Frits Zernike)。在20世纪30年代，泽尼克在从事光学研究时，一次偶然的发现让他意识到不可见的光相位变化可以转变为可见的振幅变化，也就是理论上的相衬法，利用这种原理，他将传统的光学显微镜加入相位板制成了首台相衬显微镜。相衬显微镜最大的优势就是可以观察活性透明物质。当时的显微镜观察细胞时都需要染色，而染色会杀死细胞，泽尼克的相衬显微镜可直接观察到活细胞的内部结构，后来这种光学显微镜得到了广泛应用，成为生物学和医学研究中有的有力工具。

光学显微镜分辨能力有限(约0.2微米)，运用电子束成像的电子显微镜突破了光学分辨极限，电子显微镜的发明为人类观察微观世界开辟了新途径。1986年的诺贝尔物理学奖就授予了设计第一台电子显微镜的鲁斯卡(Ernst Ruska)。30年代时，电子显微镜并未受到重视，经过鲁斯卡本人的奔走，西门子哈斯克公司才制造出第一台商用电子显微镜。

此后，电子显微镜才进入实验室，到50年代中期电子显微镜已经能观察到晶体缺陷，极大地促进了固体物理、金属物理和材料科学领域的发展。对电子显微镜的肯定却率先来自于诺贝尔化学奖，1982年的化学奖授予英国科学家克卢格(Aaron Klug)，奖励他发展了晶体电子显微技术，他把X-射线晶体学与电子显微镜的方法结合起来，观察到了病毒染色质中的DNA和蛋白质。

显微镜的发展历程还远未结束，1986年物理奖的另一半奖金分给了德国物理学家宾尼希(Gerd Binig)和瑞士物理学家罗雷尔(Heinrich Rohrer)，以表彰他们设计出隧道扫描显微镜(STM)。得益于微电子学的高速发展，利用物理学中的隧道效应，隧道扫描显微镜应运而生，分辨率达到了原子水平(纳米)。

当然，电子显微镜对生物的观察并不占优势，因为也会破坏生物活性，冷冻电镜在一定程度上解决了这一问题。不过，就像半个世纪前的相衬显微镜为生物学研究带来极大的突破，能观察活体物质的光学显微镜在三位物理学家的手中焕发了青春。2014年的诺贝尔化学奖颁给了贝齐格(Eric Betzig)、赫尔(Stefan W. Hell)以及莫纳(William E. Moerner)，因为他们发展了超分辨率荧光显微技术。三人用荧光分子的开关效应，并巧妙利用物理中的受激辐射原理和数据分析中常用的拟合定位法，将光学显微镜分辨率提高至纳米尺度。

此项技术的诞生不过20年，却对多个领域产生了重大影响，尤其是为常温下活体生物学的研究带来了一次革命。