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如何实现光学超分辨（一）
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如何实现光学超分辨（一）
席鹏著
序
热。
五月的北京很热，但光学超分辨显微更热。
这个月，Springer这一赫赫有名的科学期刊与图书出版社，隆重推出了新的开放式期刊Optical Nanoscopy，总编正是Stefan W Hell教授，一位成功发明了多种光学超分辨方法的该领域奠基人。
时间倒推回2009年一月，Nature Methods评选“年度方法”(Method of the Year 2008)，将这一殊荣赐给了荧光超分辨显微技术。半年之后，Nature Photonics已经又按捺不住，为超分辨显微再次出了新的专辑。
Nature Publishing Group如此频繁地出新专辑，不敢说是绝后，但肯定是空前。
本文其实缘起于作者的一次演讲，由于听众来自不同学科，从本科生到教授博导，而且笔者的演讲是中午最后一个，所以不得不准备的浅显一些、娱乐一些。结果反倒有些意外，听众反馈真正地理解了这一领域的基本原理，并对她产生了浓厚的兴趣。所以笔者决定花一些时间来做科普，力求有更多人在理解的基础上，能够站在巨人肩膀上更进一步。
第一章： 山穷水尽疑无路
生物学家喜欢光学显微，几乎是一见钟情的事情。除了光学显微，还有哪种方法能够让人一眼就看清楚活细胞、活组织的内部结构呢？所以无怪乎光学显微的两个发明人胡克（列文-虎克和罗伯特-胡克），都是首当其冲地展示了光学显微在生物学上的应用。
显微的发展离不开光学，光学的发展需要三大件：理论、材料、工程。这三大件，居然在20世纪初的德国小镇耶拿(Jena)相聚了。那里有光学泰斗阿贝(Ernst Karl Abbe)、光学玻璃大家Otto Schott，和光学工程大师Carl Zeiss。后两人都同时进入商界，并以他们的家族名称作为公司的名称，至今仍是世界上数一数二的巨头。
图 SEQ 图 * ARABIC 1 德国耶拿大学纪念Ernst Abbe的雕塑近照。
阿贝则深入研究了在传统光学中，如何能够提高分辨率，以及是否能够无限提高分辨率的问题。答案多少有点令人沮丧：光学显微由于光束直径有限，透镜大小有限，会产生衍射，从而具有一个所谓的衍射极限：
这个式子也是一个点扩展函数(PSF)的半高全宽的描述。它说明：如果一次把处于这个半径里面的粒子亮起来，那用光学显微是无法分辨它们的。所以，这个公式也就是光学显微分辨率的描述。
当大部分人都绝望而沉默的时候，有一个人突然灵光一闪：既然一次都亮起来不行，那我把其中一些弄灭可不可以？
爱因斯坦说：一个好问题，比一个好的解决方案都重要。他又对了。这一次，提问的人是Stefan Hell，那年，他29岁。
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