科学家解决了困扰数十年之久的显微镜问题

在显微镜下研究组织、细胞和蛋白质对于预防和治疗疾病至关重要。这项研究需要精确测量这些生物结构的尺寸。然而，通过光学显微镜观察这些样本时，有时会发现它们比真实形态更扁平。

Daan Boltje 和 Ernest van der Wee 的实验装置。光学显微镜的镜头（右下角）被空气包围，透过玻璃板观察小球。在玻璃板顶部，样品被置于一滴水中。玻璃板和小球之间的距离可以调节，这样研究人员就可以改变深度。资料来源：代尔夫特理工大学

代尔夫特理工大学（Delft University of Technology）的研究人员现在首次证明，这种扭曲并不是恒定的，这与许多科学家几十年来的假设相反。这一突破发表在《光学》（Optica）杂志上，证实了诺贝尔奖得主斯特凡-海尔（Stefan Hell）在上世纪 90 年代的预测。通过在线计算工具和软件，每位研究人员现在都能确定生物样本的正确深度。

用显微镜观察生物样本时，如果物镜透镜所处的介质与样本不同，光束就会受到干扰。例如，当使用被空气包围的透镜观察水样时，光线在透镜周围的空气中比在水中弯曲得更厉害。这种干扰会导致测量的样品深度小于实际深度。

"因此，样品看起来会变平。这个问题由来已久，从上世纪 80 年代开始，人们就提出了一些理论来确定一个用于确定深度的校正系数。然而，所有这些理论都假定这一系数是恒定的，与样品的深度无关。尽管后来的诺贝尔奖获得者斯蒂芬-海尔（Stefan Hell）在上世纪 90 年代指出，这种比例可能与深度有关，但还是出现了这种情况"，雅各布-霍根布姆（Jacob Hoogenboom）副教授解释道。

代尔夫特理工大学的前博士后谢尔盖-洛格诺夫（Sergey Loginov）通过计算和数学模型证明，样品在靠近透镜的地方确实比远离透镜的地方显得更加扁平。博士生 Daan Boltje 和博士后 Ernest van der Wee 随后在实验室证实，矫正因子与深度有关。

Van der Wee："我们已将结果汇编成网络工具和软件，随文章一起提供。有了这些工具，任何人都可以为自己的实验确定精确的校正因子"。

"部分得益于我们的计算工具，我们现在可以非常精确地从生物系统中切出蛋白质及其周围环境，用电子显微镜确定其结构。这种显微镜非常复杂、耗时，而且价格昂贵。因此，确保观察到正确的结构非常重要，"Boltje 说。"有了我们更精确的深度测定，我们在错过生物目标的样本上所需花费的时间和金钱就会大大减少。最终，我们可以研究更多相关的蛋白质和生物结构。而确定生物系统中蛋白质的精确结构，对于了解并最终防治异常和疾病至关重要。"

在他们制作的网络工具中，您可以填写实验的相关细节，如折射率、物镜孔径角和所用光线的波长：

https://axialscaling.pythonanywhere.com/

然后，该工具会显示与深度相关的缩放因子曲线。您还可以导出这些数据供自己使用。此外，您还可以将结果与现有理论的结果结合起来绘制。

编译来源：ScitechDaily