中工网首页时政评论国际军事社会财经企业工会维权就业论坛博客理论人物网视图画体育汽车文化书画教育读书娱乐旅游绿色建设社区打工
 

中工民生

时尚

地球上视力最好的人

2018-08-08 07:25:33 中国青年报

  这是一张特别的“圣诞卡片”,上面有人类从未看到过的图像。

  上一个圣诞节前,美国康奈尔大学应用与工程物理系的博士生姜毅在电脑上看到它:有的原子像训练有素的士兵围成圆圈,越往中间靠拢,它们的间距就越小。有的原子排列成双,像舞会上的一对对搭档。

  “就像一张有漂亮、对称图案的地毯。”和姜毅同在一个实验组的博士后陈震对中国青年报·中青在线回忆道。

  这是一项新的吉尼斯世界纪录,他们所在的研究团队将电子显微镜成像空间分辨率降低到0.039纳米。也就是说,相距0.039纳米的两个原子,各自的“容貌”都能被清晰辨认。此前,由于它们挨得太近,距离是一根头发丝的250万分之一,所以从来没能被“你是你,它是它”地看清楚。

  为了直观地展示这把“世界上最短的尺子”,他们在观测样品上费了很多心思,最终确定将两片薄薄的单层二硫化钼旋转6.8度叠加,错开的那一点就是这把尺子的长度。单层二硫化钼相当于3层原子摞在一起,厚度仅有0.4纳米。

  姜毅的第一反应是“真的吗”。仔细比对理论模型和眼前的这张图片,姜毅和陈震确定他们成功了。

  他们已经花了近两年时间,所有努力都要小心翼翼。

  一束80千电子伏特的电子束被射击到精心选择的材料上,电压很低,为了保护材料结构不被射击损耗。但它的威力仍不容小觑,射出的速度接近光速的一半。

  经过一系列电磁透镜后,电子被散射在四周。圆柱体的探测器发挥了相机的作用,它要拍得足够快,避免材料移动和损伤。实验团队的这台相机拍出了一秒钟1100张照片的好成绩,并且收集到了所有角度的电子。

  这是领先于过去成像方法的一个重要步骤,以前看不清是因为探测器只收集了一部分散射的电子。此前,在同样的低电压情况下,得到的空间分辨率一般小于0.1纳米。两张图相比,一个线条模糊,一个能看得颗粒分明。

  一阵微风吹来,或手掌轻拍桌面,对纳米尺度的成像来说都是大震动。单电子的灵敏度也要强,打到探测器上要有反应。噪音还要小,研究人员要能准确判断电子的数量。动态范围也要大,它是指光最大值和最小值的比值。就比如相机在晚上拍摄物体,离灯光近的地方亮,暗的地方就看不到了。这台相机要既能拍到光弱的地方,也能拍到光强的地方,获得完整的图像。

  最后,要把“相机”捕捉的所有信号收集起来,用算法在电脑上重构图像。

  这支研究团队由大卫·穆勒教授领衔,研究成果发表在7月18日的《自然》杂志上,来自中国的姜毅和陈震是文章的共同第一作者。

  人类一直在追寻一个古老的问题,“世界是由什么组成的”。但人类的肉眼只能分辨直径大于0.1毫米的物体,“发丝”“针尖”几乎是我们用眼睛能看到的最小的东西。

  有的人仰望茫茫星空,有的人低头寻找可见之物,总有一些人保持着好奇心。

  338年前,荷兰人安东尼·列文虎克被英国皇家学会授予会员,他只是个没读过多少书的布匹商人,只会荷兰文,连用拉丁文写的科学读物都看不懂。但英国皇家学会还是十分惊喜地相中了他。

  因为列文虎克磨制了一块透镜,在下方装一块铜板,再钻一个小孔,这就是一台简易显微镜的雏形。他把手上的皮肤、蜜蜂腿上的毛、蚊子的腿都放到镜片下审视,发现了很多有意思的景象。经过不断改进,他能看到一滴雨水里有许多头部伸出两只角的生物,于是给皇家学会写信道“比全荷兰的人数还多许多”。他还发现了精子。

  以至于几百年后,一个学生物的女孩在网络上对他表白:“亲爱的列文虎克男神,请听我为您带来一首《你是我的眼》,‘因为你是我的眼,让我看见,这世界就在我眼前。’”这位网友小时候央求父亲把单位的显微镜借回家,虽然“又旧又笨重”,但她还是兴奋地把各种叶子、种子和羽毛放到镜头下,“我拥有了微观的世界”。

  如果有心分析诺贝尔奖获得者,也会发现科学家能看到的微观世界越来越丰富了。从1907年开始,已经有22个奖项颁给了与显微有关的技术。科学家看到活细胞,看到蛋白质大分子,看到HIV病毒怎样侵袭人类的T免疫细胞,看到癌细胞如何扩散,也看到钢铁里有雪花一般的树状组织。

  “有些东西完全没有人看到过,我们看到了。”陈震回忆起发现新奇结构时的兴奋。最近他看到原子自然形成的一种像积木的方块和拼图般的造型,如同美术画作。有时他也会“职业病发作”,看到一个物体,并不是看它的颜色和形状,而是像透视一样思考它内部的结构。

  不只是科学家,微观世界的魅力也逐渐散播到普通人中。日本相机制造商尼康已经举办了43届显微世界摄影大赛。从世界各地传来的照片里,海藻正在释放子海藻,像张大嘴吐泡泡的圆脑袋海怪;人类皮肤细胞中的角蛋白结构,经过染色,就像被镶嵌在木盒里的蓝宝石,它也是皮肤癌诊断的标志物;蝴蝶翅膀背面的鳞片,如铠甲一般,中间两条柱显示着力量。它们的拍摄者有教师、医生,还有其他微观世界的爱好者。

  探究生命和自然的奥秘,“看清”是很多工作的第一步。根据陈震介绍,他们的研究应用范围很广,比如在材料领域,石墨烯“可以像一张纸折叠和扭曲,这样得到的新的材料从上方往下方看,视野会被遮住,原子间间距会变小,普通的成像分辨率难以分开”。在生物领域,冷冻电镜解析生物大分子,比如蛋白质的结构如今已经接近可以达到的分辨率的极限,但它还需要被看得更清楚,“我们的方法提供了一个新的方向”。

  另据媒体报道,这项研究也将和康奈尔大学代谢物理中心合作,研究癌症是如何在细胞间发展。19年前,诺贝尔化学奖获得者理查德·斯莫利在美国国会众议院的听证会上介绍纳米科技,他期待纳米级药物可以定向杀死突变的癌细胞,“癌症,将永远成为过去”。那时他正饱受淋巴癌的折磨,脸颊凹陷,头发几乎掉光。

  人们还不知道世界大有多大,小有多小。哈勃望远镜在宇宙130亿光年处拍到了最遥远的星系,它被命名为z8_GND_5296,但这并不是宇宙的边界。1897年汤姆森往阴极射线上加电场和磁场,发现人类第一种基本粒子,打开了微观世界的大门。原子、原子核、介子、夸克、轻子、前子不断被发现,最近也时常有发现新粒子的声音。

  破了空间分辨率的记录后,姜毅和陈震过了一个轻松的圣诞节假期。但他们当时觉得技术还远没有达到理想的状态,他们还想看得更清晰。

  袁文幻 来源:中国青年报

编辑:谷永光
 
 

相关阅读

 
 

高清图库

 

首发策划

  • 当高温遇到街头的“爱心冰柜”

    高温天气频发,一些城市街头设立了"爱心冰柜",为交警、环卫工人、快递员等户外工作者提供免费冷饮。

  • 农民工居住情况调查

    作为城市新移民的主体、城市经济建设的重要贡献者,这些农民工进城打工之后,居住在哪里?

  • 聚焦2018年暑运

    7月1日零时起,全国铁路实施新的列车运行图暨暑期图,铁路暑运工作拉开帷幕。

热门排行

 

热点推荐

  • 退休军官王成帮的绿色梦想

    它的树干青绿1988年,新疆军区上校军官王成帮结束30余年军旅生涯,带着“雷锋式的干部”等多个荣誉称号和6枚立功奖章。

  • 鹭舞盛夏

    盛夏时节,大批鹭鸟飞抵江苏省淮安市盱眙县境内的湿地、公园栖息避暑。近年来,盱眙县加强对境内的河湖生态治理和环境保护,吸引多种珍稀鸟类到此繁衍生息。

  • 全国农村留守儿童关爱保护活动走进建筑工地

    7月27日,全国农村留守儿童关爱保护“百场宣讲进工地”四川地区首场活动在中国科学院光电技术研究所科学园区项目举行。

 

优势栏目

    • 优势栏目

      2018阳光少年成长营闭营仪式在京举行

    • 优势栏目

      助力国家精准扶贫 “角膜移植西部行”走进宁夏

    • 优势栏目

      安徽界首:公益岗位成脱贫攻坚“好帮手”

 
关于我们 | 广告服务 | 联系我们 | 本站地图 | 投稿邮箱 | 版权声明 | 违法和不良信息举报电话:010-84151598 | 网络敲诈和有偿删帖举报电话:010-84151598
Copyright © 2008-2018 by www.workercn.cn. all rights reserved
扫码关注



工人日报
客户端
苹果版
安卓版