没有色彩的电镜世界

在过去，光学显微镜带领着人们第一次走进了肉眼不可辨别的微观世界，微生物和各种生命体内的微观结构开始为人所知。不过，当人们需要观察更加微小的结构时，光学显微镜的放大倍数就显得不够用了：受到衍射的影响，光学显微镜的分辨极限大约在200 nm，在此基础上即使再去放大，也无法看到清晰的成像了。为进一步提高分辨率，科学家们就用波长短得多的电子束替代了可见光，制造出了电子显微镜。电子显微镜使微观成像的分辨达到了 0.1 nm，这项重要的技术的研发者1986年获得了诺贝尔物理学奖。

然而，电子显微镜也有自己的缺点：这是一个没有色彩的黑白世界。可见光有不同色彩，我们也可以很方便地给生物组织的特定成分加上染色或是荧光标记。而电镜获得的图像是反映电子多少（即亮度）的“灰度图”，其中没有色彩信息。当然，人们可以给电镜图片进行后期上色，但这样的上色并不能选择性地突出所要观察的结构。如果原图中的灰度差别不大，后期上色也会很难将它们分开。

 这张色彩梦幻的噬菌体图片来自透射电子显微镜，它的颜色就是“伪彩色”。图片来自：Sterling Publishing

为了让电镜图片更加“突出重点”，科学家们已经做出了很多努力，例如加入重金属来提高“对比度”。生物主要是由碳氢氧氮这样比较轻的元素构成，电子透过得到的图像对比度较低（就像是一幅淡淡的铅笔画）。而如果用重金属（如锇、铀或者铅）把背景染成深色，或是让它们与脂质或蛋白质进行结合，就可以得到更加黑白分明的图像。但是，这样做依然无法重点区分特定的生物分子。还有科学家尝试将这些重金属颗粒与抗体结合，让它们结合到特定的生物分子上去，但这种“标签”难以进入细胞，因此适用范围还是有限。