我們用顯微鏡來觀察細(xì)胞，因?yàn)轱@微鏡可以讓物體的影像變大。但如果把物體本身變大不就有相同效果？這種看似不科學(xué)的說法要如何辦到？答案跟嬰兒用的尿布有關(guān)。麻省理工學(xué)院神經(jīng)工程師 Edward Boyden 研發(fā)一種稱為“擴(kuò)展顯微鏡”(expansion microscopy) 的技術(shù)，讓被觀察的物體膨脹，生物學(xué)家甚至可以用普通顯微鏡看到分子等級(jí)的腦部細(xì)節(jié)。

與昂貴技術(shù)有相同效果

    Boyden 的技術(shù)其實(shí)跟 2014 年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)三位得主的螢光顯微技術(shù)可以做個(gè)對(duì)比。諾貝爾獎(jiǎng)的顯微鏡技術(shù)突破了可見光最小波長(zhǎng) 400 納米的限制，對(duì)于距離只有 20 納米的物體仍能清晰分辨，不過缺點(diǎn)是所需的儀器很昂貴，且面對(duì)有厚度的物體較不易觀察，例如腫瘤細(xì)胞或是整個(gè)大腦。Boyden 的技術(shù)則可以觀察立體的組織，例如腦部神經(jīng)細(xì)胞之間突觸間隙及間隙一端的突觸鈕 (synaptic bouton)。

    Boyden 運(yùn)用的是丙烯酸類聚合物。常見的尿布或衛(wèi)生棉之所以具有鎖水功能，其中便含有丙烯酸；丙烯酸還能留住蛋白質(zhì)分子。在 Boyden 的技術(shù)下，首先要把螢光分子鎖定在要觀察的蛋白質(zhì)上，然后開始注水，要觀察的組織因?yàn)榧尤氡┧岫蛎浟?91.125 倍（三維方向各自膨脹 4.5 倍）。因?yàn)榻M織膨脹，被螢光分子標(biāo)記的蛋白質(zhì)彼此距離也拉開，可以讓用可見光進(jìn)行觀察的顯微鏡也能看見。Boyden 表示這項(xiàng)技術(shù)可以讓原先距離在 60 納米以上的分子被清楚觀察。

物質(zhì)膨脹但無太多質(zhì)變

    重要的是，組織中的細(xì)胞仍然保持完好狀態(tài)，蛋白質(zhì)的相對(duì)位置與方向沒有太大的改變，如上圖左是膨脹后的樣子，與圖右的原始狀態(tài)比較改變不大。這項(xiàng)改變根據(jù)研究團(tuán)隊(duì)的估計(jì)，大約是 1% 至 4% 之間。

   2014 年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主之一的 Stefan Hell 表示，這項(xiàng)技術(shù)很有趣也值得繼續(xù)發(fā)展，他提到 1990 年代德國(guó)就有科學(xué)家有類似的點(diǎn)子，但看來 Boyden 的研究團(tuán)隊(duì)才是真正把構(gòu)想實(shí)現(xiàn)的人。

（首圖來源：Boyden, E., Chen, F. & Tillberg, P. / MIT / Courtesy of National Institutes of Health）