19世紀末，德國物理學家恩斯特·阿貝指出：光學顯微鏡解析度的極限，大約是可見光波長的一半。可見光中波長最短的是藍紫光，其波長在0.4微米左右。因此，如果兩點之間的距離小於0.2微米，我們將無法分辨出這是兩個點。這就是通常所說的“阿貝極限”。阿貝極限使我們無法更加深入地了解微觀世界，例如病毒的直徑通常就在0.02~0.3微米，無法用已有的光學顯微鏡觀察清楚。
基本介紹
- 中文名：阿貝極限
- 公式：δ=0.61λ/(nSinα)
定義,套用限制,最新套用,
定義
1873年，德國物理學家阿貝發現了顯微鏡分辨極限的公式，被叫做阿貝極限。它大約等於光波波長的一半。可見光中波長最短的紫光的波長大約是400納米，阿貝極限也就是大約200納米。也就是說，如果兩個點的距離達到200納米，納米用光學顯微鏡就分辨不出了。這大約相當於放大1500倍。這就是光學顯微鏡的分辨極限。
顯微鏡用的也是凸透鏡，光線透過它也會產生艾里斑，我們通過顯微鏡看到的一個點，其實是一個光斑。如果觀察的兩個點離得比較遠，我們還能分辨得出。但是如果兩個點靠得非常近，近到它們產生的艾里斑重疊在一起，我們就分不清是兩個點了，而只是看到模糊的一團。所以艾里斑也決定了顯微鏡的分辨極限。
公式：δ=0.61λ/(nSinα)，
δ：解析度 λ：波長 n：折射率 α：孔徑角
套用限制
但是病毒、生物大分子的尺度都小於200納米，光學顯微鏡沒法看到它們。要突破光學顯微鏡的極限，就要使用比可見光波長還短的波來觀測，例如紫外線、X射線，還有電子束。沒錯，電子束也能形成波，只不過波長極短，這使得電子顯微鏡的解析度能夠達到0.2納米，放大上百萬倍。但是電子顯微鏡有一些缺點，限制了它的使用。例如，樣本必須切得非常薄，放在真空中觀察，這就沒法用來觀察活的樣本了。
最新套用
有沒有可能讓光學顯微鏡繞開阿貝極限，觀察到比200納米還小的物體呢？螢光顯微鏡的出現讓這成為可能。螢光顯微鏡是給樣本帶上螢光標記（例如使用螢光染料或螢光蛋白），然後觀測它發出的螢光。螢光是螢光物質在吸收了光線傳遞給它的能量之後，受激發發出的光。我們可以控制螢光分子發光和不發光。這個特點很有用。
打一個比方。有4個點排成一條直線，每兩點之間的距離是200納米，用光學顯微鏡是分辨不清的。我們給這4個點帶上螢光標記，但是每次只讓一個點發光，拍攝下來，把4次拍攝的結果重疊起來，就可以獲得這4個點的顯微圖像。我們也可以先讓第1個點和第3個點發光、拍攝，由於兩點之間距離400納米，可以分辨得清；然後再讓第2個點和第4個點發光、拍攝，它們之間的距離也超過阿貝極限，也可以分辨得清。把兩次拍攝結果重疊，也可以獲得4個點的顯微圖像。
這兩種方法其實都是巧妙地用時間來換取空間，一次性觀察不到的，就分多次觀察，再拼湊出完整的圖像。這樣就可以繞開阿貝極限。今年諾貝爾化學獎頒發給超解析度螢光顯微鏡的發明者，以表彰他們讓光學顯微鏡繞過阿貝極限，讓解析度達到納米級別。他們採用的，就是類似上述的方法。
今年諾貝爾化學獎頒發給超解析度螢光顯微鏡的發明者，以表彰他們讓光學顯微鏡繞過阿貝極限，讓解析度達到納米級別。就在諾貝爾化學獎宣布的同一天，美國《科學》雜誌發表了一篇論文，用超解析度螢光顯微鏡看到了愛滋病病毒是如何入侵T細胞的。這個發明其實和化學關係不大，它對生物醫學的研究意義重大。它讓人們能夠觀察到活生生的納米級別的生命現象。
