2014 十二月號
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第109期電子報  出刊日期:10301217


科學新文摘

 

顯微鏡變顯「奈」鏡了!

超解析螢光顯微鏡的發明,獲得了 2014 年諾貝爾化學獎的肯定。光學顯微鏡的進展,究竟是如何將影像解析度從「微米」尺度縮小到「奈米」尺度 ……

作者/林宮玄(任職中央研究院物理研究所)

在十七世紀光學顯微鏡發明後,微米( 10 -6 公尺)大小的細胞映在人類眼前,開啟了微生物學。 1873 年,恩斯特.阿貝( Ernst Abbe )證明了光學顯微鏡的解析度只能達到光波長的二分之一左右,稱為阿貝繞射極限( Abbe diffraction limit )。人類所能看到的光波長在 400 奈米( 10 -9 公尺)到 700 奈米左右,因此 200 奈米或 0.2 微米一直是一般光學顯微鏡解析度無法突破的瓶頸。

如圖一所示,在光學顯微鏡發明後的幾百年間,微米左右的物體一直是人類所能觀察到的最小尺度。「微」這個字,被用來形容非常小的物體。顯微鏡的英文為 microscope ,而微米的英文為 micrometer 。直到二十世紀初電子顯微鏡( electron microscope )的問世,人類才開始看到奈米大小的物體。之後英文多了一個新名詞 nanoscope ,強調該儀器能看到 nanometer (奈米)等級的物體,但是「顯奈鏡」這個名詞在中文並沒有被廣泛使用。現今,「顯微鏡」這個名詞不管是中文還是英文,已不代表只能看見微米尺度的儀器。顯微鏡的功用是將微小物體的影像放大,使肉眼能夠看見。不過生活用語中的顯微鏡,仍大多指光學顯微鏡。

圖一

既然電子顯微鏡的解析度能看到奈米物體,為什麼一般光學顯微鏡仍是生命科學領域重要的研究工具呢?主要原因在於電子顯微鏡只能觀察經過冷凍切片處理的生物樣品。換言之,樣品是死的。原子力顯微鏡( atomic force microscope, AFM )也是擁有奈米解析度的儀器,目前已發展到可觀察水中的活細胞。然而原子力顯微鏡只能觀察到樣品表面的形貌,無法看到細胞內部的構造。雖然一般光學顯微鏡的解析度遠比電子顯微鏡與原子力顯微鏡解析度差,但是具有觀察活細胞內部構造隨時間變化的優勢。因此,光學顯微鏡至今仍是研究生命科學很普遍的利器。

 【更詳細的內容,請參閱第 540 期科學月刊】

 


活動訊息_圖示

恆星雙胞胎誕生 全球首拍

圖二中研院昨發表傲人成果,天文所跨國團隊透過地表最大天文望遠鏡「阿塔卡瑪」( ALMA ),成功拍到位於金牛座的 L1551 雙恆星,並首次揭曉「恆星雙胞胎」的誕生過程,這是人類史上第一次看見雙恆星的「胎動」,此研究登上《天文物理學期刊》,將有助科學家下一步研究雙恆星的神祕構造。

跨國團隊結合台灣、日本、香港科學家,由日本籍、中研院天文所副研究員高桑繁久主導,從 2010 年投入雙恆星研究, 2012 年底成功拍下雙星影像,因為「阿塔卡瑪」天文望遠鏡解析度高,成功解開孕育雙恆星寶寶的「環雙星盤」構造及噴流、塵埃如何流向雙恆星,這是過去前所未見。

高桑繁久表示,宇宙過半是雙恆星,過去研究設備解析度沒那麼高,導致雙星看起來像單星一樣,但透過 ALMA ,首度解開雙胞胎恆星的誕生奧祕。他比喻,「環雙星盤」物質流向雙恆星的過程,就如同雙胞胎在媽媽肚子裡的胎動一般。

高桑繁久指出,雙恆星特有的環雙星盤,就像人類胎盤、子宮,孕育剛出生的新生命,研究團隊藉由觀測正在形成的雙恆星,了解它的物質分布和物質運動。研究團隊還發現,雙胞胎恆星各自伸出一條旋臂,就像臍帶一樣,供給雙恆星養分,待恆星茁壯後,旋臂、呈現上下U型的環雙星盤也就大功告成、自動消失。

中研院天文所博士後研究生顏士韋表示,要形成像太陽這樣的恆星,至少需要 200 萬年,目前科學家推估這顆 L1551 雙恆星約 20 萬年,相當人類懷胎 1 、 2 個月大的新生兒,還是恆星小 baby ;下一步科學家將量測 2 顆恆星的質量比,探索是什麼原因造成雙星一大一小或一輕一重,進而找尋更多雙星系統。

新聞來源網址:http://www.chinatimes.com/newspapers/20141205000453-260114


活動訊息_圖示


主  題:科學史講座(三)
日  期:103年12月30日(星期二)下午14:00~17:10。
講  師:中興大學獸醫系教授 王孟亮
      中研院歷史語言研究所 王道還研究員
地  點:國立臺灣大學思亮館國際會議廳
活動網址:http://case.ntu.edu.tw/blog/?p=19890

主  題:2015動手做物理教學研討會
日  期:2015年1月30日
地  點:國立清華大學
活動網址:http://gensci.phys.nthu.edu.tw/2015CHOPE/index.html
報名網址:http://goo.gl/6PwFgI

 

主  題:2015中華民國物理年會
日  期:104年1月28~1月30日(星期三~五)
地  點:國立清華大學
活動網址:http://annualmeeting.psroc.org/
大會講員:沈元壤博士 (加州大學柏克萊 分校物理系)
      李東海博士 (加州大學柏克萊 分校物理系)
      Dr. Malcolm R. Beasley (美國物理學會理事長、美國史丹佛大學應用物理系)
      Dr. Jun Ye (美國科羅拉多大學博爾德分校)
      毛河光博士 (美國卡內基研究院地球物理實驗室)
      Dr. David Charlton (英國伯明罕大學物理系

主  題:地球工程-好點子?餿主意?創意狂想,幫地球降溫

日  期:2014年12月26日下午2:00 - 4:00
地  點:國立自然科學博物館立體劇場地下樓國際會議廳(藍廳)
主  講:楊燦堯 教授/台灣大學地質科學系暨研究所
活動網址:http://cal.nmns.edu.tw/NMNS_Cal/Detail_Ann.aspx?ANID=9217

主  題:學習與記憶的大腦─從哲學到科學
主 講 人:梁庚辰 教授 / 國立臺灣大學心理學系暨研究所
日  期:103年12月28日
地  點:國立科學工藝博物館南館國際演講廳
活動網址:http://serv.nstm.gov.tw/edu/query.asp
報名網址:一、網路報名:網址http://serv.nstm.gov.tw
     二、服務電話:07-3800089分機5137

主   題:科學玩具柑仔店 - 玩具背後的科學原理
主   講:王德麟老師 (台南市立大橋國中)
時   間:103/12/27(六) 14:00 (13:40 開始入場)
地   點:國立中央大學科學教育中心展示廳 (中大湖科學四館旁,理學院教學館106室)
對   象:對科學有興趣的大小朋友
活動性質:DIY動手做
大  綱:磁浮飛梭、手搖鼓、泡泡龍…等
網路登記開放時間:103/09/09(一) 10:00 開放網路登記
錄取名單公佈時間:103/09/15(一) 12:00 公佈於科教中心網站
詳情辦法請查詢承辦單位官方網站:http://sci.ncu.edu.tw/archives/13310

主  題:基改科學 來問問
主 持 人 :李家維 教授
與 談 人 :余淑美 院士、林基興 博士、潘子明 教授
時   間:2015/01/24 (六) 14:00~16:00
地   點:台北集思北科大會議中心感恩廳

主  題:2015 FLL暨FTC機器人創意大賽
活動日期:104年2月13日(週五)
參加對象:歡迎各縣市師生組隊參與
報名網址:http://www.era.org.tw/main/category/news/news-fll/

 
 

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