微观世界的奥秘--科普

微观世界的奥秘

一、选题理由

在我们所熟悉的物质世界之下，存在一个人的肉眼不能观察的更为并缤纷复杂的微观世界，这个世界有生物学中研究的各种细胞、细菌，各种化学物质组成的微粒、尘埃，乃至更小的分子、原子等。光学显微技术是人们认识微观物质世界最基本、最重要和使用最广泛的工具，它帮助科学家第一次发现了叩开了微观世界的大门。几百年来，依靠不断进步的科学手段，微观世界正一层层揭开面纱，让人们可以看得越来越“小”，进而可以进行研究。那么，光学显微镜是否可以无止境地“放大”下去，让我们想看到多小就能看到多小？科学家为此做了很多尝试，最终发现，存在一道法逾越的“墙”——衍射极限。超分辨显微成像技术，就是推倒衍射极限这堵墙的强大工具，正如诺贝尔奖获得者朱棣文所述：基于光学显微镜的“超分辨”成像技术，使得研究人员能够以前所未有的细节实现结构成像，促成了对这些复杂结构形成的新认识。超分辨显微成像技术，将通过对微观物质世界的超精细观察和研究，从本质上揭示物质和生命的构成，带动生物医学、临床治疗和人类健康等产生革命性变化。

二、内容简介

显微镜是我们观察这些微观世界的基本工具，蕴含着现代物理基础理论，同时又代表着很多现代最高精尖的工程技术。我们将介绍显微镜的发展历史，科学家在打破衍射极限这堵墙的过程中发明不同超分辨技术中所经历的坎坷，不同技术的工作原理及应用范围。结合生物学研究，我们将揭示亚细胞尺度水平下，超分辨成像技术是如何发现蛋白质、核酸、多糖等大分子相互作用过程，以及不同大分子共同形成精密复杂的调控网络的工作过程。例如，观察活体脑细胞精细结构一直是人们的伟大梦想，通过超分辨显微技术，结合基因改造，科学家将能够观察存在于活老鼠大脑外部部分的神经元超高分辨率实时图像，这些图像为理解神经细胞的生理状态及某些神经相关疾病的发病原因，提供至关重要的一手资料和研究方法。通过对各种大分子在活细胞中构象改变和精确定位，超分辨显微成像技术将对研究疾病机理、高通量药物筛选、促进生物医药科学和相关产业的发展产生巨大推动作用。