我們常說「眼見為實」，這對科學家來說，體驗可能更深刻。如果不能觀察某件事物，就無法得到數據以加深對大自然的認識，亦難以判別不同理論的優劣。生物學家經常需要運用顯微鏡來觀察微小的生物結構，因此高解像度的顯微鏡，對他們十分重要。今次就和各位介紹一下，近年研究人員如何改善顯微鏡以便利更前沿的科學研究。
參考觀星閃呀閃 避開心臟跳又跳
如何在老鼠心跳的影響下觀察牠們的腦部活動，是一個很值得分享的案例。一般來說，顯微鏡只能有效地觀察細胞組織表面1毫米的地方；來自更深範圍的光線，會在到達顯微鏡的途中被各種各樣的細胞組織干擾，以致得到的影像變得扭曲。
老鼠的心臟每分鐘跳動近600次，令觀察的難度再增加，因腦部的血管及附近的細胞會隨着心跳而震動，令顯微鏡攝得的影像變得模糊。不過原來天文學家也一直面對相似的問題，即星光在到達地面之前會受到地球大氣層的干擾，因而在我們的眼中就變得閃爍不定，「一閃一閃」。為此，天文學家開發了調適光學 （adaptive optics）這種技術。
調適光學修正影像
有別於一般固定的望遠鏡鏡面，調適光學使用了可以改變形狀的鏡面，實時地根據大氣層的狀況調整鏡面的形狀，從而抵消大氣層帶來的影響。生物學家就將這個技術引用到顯微鏡之上，利用電腦實時地捕捉老鼠心跳造成的震動，繼而對影像作出相對的修正。憑着這個技術，研究人員成功深入老鼠大腦表層以下1.5毫米的地方，觀察到老鼠大腦中的海馬體。
看到特別新結構 原來調校有錯誤
在另一些研究中，生物學家需要顯微鏡捕捉轉瞬即逝的罕有事件，例如神經細胞在傳遞信息的時候，會將鈣釋放到下一個神經細胞的末梢接受器中。要觀察這些細微的活動，我們需要強烈的光線來達至較高的解像度。麻煩的是這些神經細胞的活動並不經常發生，如果我們將樣本長期放於強光之下等待稀有活動的出現，樣本極容易被強光破壞。為了解決這個問題，研究人員動用了兩套系統：一套用作低解像度的長期觀察；一旦樣本有什麼活動，另一套高解像度的顯微鏡系統就會啟動，利用強光詳細捕捉重要的時刻。
隨着對觀察的要求愈來愈高，運用電腦來輔助顯微鏡的應用也愈來愈多，用以延伸顯微鏡的功能。不過在應用這些新技術的同時，我們也要小心認證，確保我們得到可信的影像。比如說南非的研究人員Caron Jacobs就曾在觀察T淋巴細胞的時候，在顯微鏡中觀察到特別的蜂巢狀結構。不過Jacobs和她的研究夥伴知道，這樣的結構並不存在於T淋巴細胞之上，因此應該是顯微鏡技術還沒有調校好的結果。
為了讓科學研究更進一步，科學家們一直在開發更先進的顯微鏡技術，以求看得更細、更準確。當然在利用這些技術的同時，我們要善用我們的專業知識，判定得到的影像是否正確，而不是盲目相信儀器告訴我們的結果。
◆ 杜子航 教育工作者
早年學習理工科目，一直致力推動科學教育與科普工作，近年開始關注電腦發展對社會的影響。
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