光学显微镜受光线的波长限制只能够放大两千倍左右的极限，有办法解决么？或者这就是自然定律的一种界限表现？ 第1页

简而言之，对于用肉眼观测的光学显微镜，大于2000倍就没有必要了。对于使用CCD观察的，就更没有必要了。如何解决在回答的后半部分。

其他的回答把分辨率极限说的很好了。由于可见光波长范围λ的限制（390nm~700nm），即使使用波长最短的紫光，在一般的数值孔径N.A.~1

的约束下，分辨率d很难达到200nm以下。

如何从分辨率过渡到放大倍数呢？最开始的光学显微镜是用肉眼观察的，成像的位置必须让实验猿看的足够清楚。像到肉眼的最佳距离被称为Normal Near point，正确的中文名称叫最近对焦点。在这个距离上的物体能够被大多数人正确对焦。如果像成的再靠近眼睛的话，就会有一些人完全无法对焦了（你能看清自己的眼镜框吗？），即使靠的近，看着大，也是没用的。这里要特别说明一下，中文文献中也把这个概念翻译成“明视距离”，对于大多数人来说，这个距离大约是25cm。

如果光学显微系统的放大倍数是2000倍，对应到200nm的分辨率，这个光学系统的成像能力就相当于呈现0.4mm有限分辨率的像。如果你的眼睛在明视距离25cm无法分辨间距0.4mm的两个物体……那你需要的就不是一个更好的显微镜，而是一副眼镜了。以上论证是为了说明，2000的放大倍数对于人眼已经充分够用，更高的放大倍数不是做不到，只是由于可见光的波长限制了分辨率，放得再大，你在显微镜下看的无非是糊的像，没有意义。鉴于一般光学显微镜的分辨率远不及200nm，更高的放大倍数显然是没必要。

现在很多显微镜都把像成到CCD上面了，原理类似数码相机。很多时候都是直接绕开目镜，直接把物镜的像采集下来。这是为什么呢？光学显微镜的目镜一般都是10x的，这样我们假设物镜的放大倍数是200x，对应的像的解析度是200nm*200=0.04mm。那么CCD的一个像素有多大呢？一般来说，一个像素越大，信号的质量越高。比如单反，尼康D800，像素长度大约为35.9mm/7360~0.005mm,说明CCD的解像能力已经远远超过了200x物镜的成像能力，不用再继续放大了。

下面就是解决方法了，足够写一本书的了。我尽量启发性的给你梳理一下最流行的几种。

从分辨率的定义中我们可以看出，两个独立的点源，被点扩散函数调制，变成了两个糊的圆圈。

来源：

这里有个非常非常重要的概念：如果画面里只有一个圆圈，那我们能够很准确的定出它的中心和强度。问题在于一个点和它临近的点如果同时发光，在距离比较小的情况下，我们就分不清这是两个小家庭，或者是一个大家庭，这个能分辨的最小距离称为分辨率。

在明确了这个概念之后，就能有对应的解决方案了。

第一，在局部产生信号的同时，不让附近的东西产生信号，直到我们需要探测周围的东西为止。这是大多数超分辨率方法的核心理念。就像上图，如果一个圆圈先出现，另一个暂时不出现，我们就能先定义出一个点的位置，一会儿之后等到第二个圆圈出现，第一个灭掉的时候，再把第二个点的位置确定出来。

1 STORM (Stochastic optical reconstruction microscopy) 随机光学重建显微术。庄院士和合作者发现了一种能够用光来进行开关的荧光分子团。在强红光照射下，能够把分子团转化为暗态，不产生荧光。在绿光照射下，能把分子团开启，就能产生荧光。具体流程如下：

想得到高分辨率的图像，就要先全部用红光进入暗态，然后用非常弱的绿光打开个别几个分子团，开始一轮成像。然后再全部淬灭，再随机激活几个……如此往复，直到这些分子团被玩儿坏了，永久淬灭了为止。这些每次被点亮的分子团是如此稀疏，使得他们并不互相干扰，每个中心都得以精确的确认，分辨率就上去了。使用这种方式，横向的分辨率能达到20nm，纵向能达到50nm。

来源：

这是STORM（下）和传统成像技术（上）的对比，这个技术2006年刚出来的时候真是把膝盖都跪碎了。有人可能会问这神奇的分子团是啥，其实是花青素类的偶联体，Cy3和Cy5。这才是一花一世界。

2 photo activated localization microscopy (PALM) 光激活定位显微技术。要不说2006是显微技术的奇迹年。这年除了STORM，还有PALM问世。这种技术与STORM大同小异，只是使用了能被405nm光开启，之后才能被488nm激光激发的一种荧光蛋白。与STORM的策略不同的是，在PALM中，首先所有的蛋白都是没有被激活的，然后少量被405nm光开启，受488nm激光照射产生荧光，然后这些被开启的分子就会被大剂量488nm光给漂白，再也亮不起来。然后重新开启405nm光，激活剩下的蛋白，周而复始。如此也能达到不把邻居吵醒的效果。和STORM反复变通的东方智慧相比，PALM是典型的美式简单粗暴哲学。

3 STED （Stimulated emission depletion）受激发射耗尽。不知道题主对激光了解多少，有一个概念叫做受激辐射，大概是说如果电子存在一个比较高的能级上，比较的不稳定；它的下面有很多不同的低能级来接着它，这个电子会朝哪里跃迁呢？如果这时有光子，其能量恰好就是与下面一个能级的能量差，那这个电子就会倾向于发生受激辐射，放出和那个光子能量一样的光子，同时完成跃迁。

这里有两个非常重要的概念：第一，放出的光子能量一样。第二，跃迁会更容易发生，对应的高能级寿命会变短。想象有一个电子被高能量的绿光激发，准备从高能级开始跃迁，发出一个黄的光子。正当它跃跃欲试，准备跳的时候，突然从外面来了个红光，一把就把电子推到了一个比原先的目的地稍高些能量的地方，于是这个电子没能完成当初的计划，只发出来红光。而没被红光推那一下的电子呢，就照常发出黄光。于是思路就有了：用红光包住绿光，形成一个光的夹心冰棍，然后用这个当作光源在样品上面扫。等效的能激发荧光的光源的粗细，就变小了。

来源：

如上图，左是真实的高斯分布的激发用光，中是耗尽光，把这两束光精确的对在一起就能形成一个尺寸很小的光源。

这种技术的要点在于什么呢？就是如何精确的形成激发光和耗尽光，并且精确的套在一起，并且一起快速的在样品上扫来扫去……这种技术也只能由德国人发明……我们隔壁实验室就有一台，百万美元级。

第二，近场光学。衍射分辨率极限是相对于远场光学而言的。在傅里叶光学中，空间频率高于光源空间频率的空间信息会从表面开始向外按指数衰减，等到了远场就不剩了。所以如果采集的地方足够近，还是能找回一些高频信息的，这样空间分辨率就提高了。

4 Near-field scanning optical microscope (NSOM，近场扫描光学显微镜)近场光存在于据光源一个波长以内的地方。这里的想法是我光源的样子不变，拿一个前段开口的小针贴近样品，这样只有针附近的一点点光才能漏进来，被探测器量化。只要我用这个针把感兴趣的地方扫一遍，就能把近场光采下来了。听起来很美？请参考我之前的回答：

这种贴近了扫的显微镜都快不了。

5 超材料。这个离实际应用还有一定的距离。话说我曾经想把超材料作为课题，两位大教授我也都申请了，结果都被秒据了……超材料在某些频段上具有反常的物理特性。空间频率高的信号在里面有时不会衰减反而会传播。这里面的物理比较匪夷所思，比如负折射率什么的。把这种材料紧紧贴在样品表面就能把高频信号传出来。

第三，脑洞大开型。这里需要一些傅立叶变换的知识：我想得到一个图像，可以直接在空间上采样，采到的是对应的像素值。或者我可以对空间的傅立叶变换进行采样。得到我感兴趣的图像在傅里叶平面上的值，然后做反傅立叶变换就行了。如何直接得到傅立叶变换的值呢？

6 Structured illumination microscopy (SIM) 结构照明显微术。加州儿女多奇志……UCSF的Mats Gustoffson教授在2000年提出了结构照明概念：虽然我不能将光束无限缩小，但是我可以将空间有规律的进行照明，如果在实空间照明强度的图案是正弦波，那么就相当于做了一次傅立叶变换。另一方面，不同的空间频率可以产生不同的摩尔纹，横向上的空间被拉长转移到纵向上，就能被测量了。

来源：

如上图，不同的结构性光源能够得到不同的摩尔纹，进而解释为空间频率。

只可惜这种方法不能超过普通光学显微镜极限分辨率的两倍。

个人觉得限制分辨率的因素不全是波长。在现在这个科研技术严重过剩的时代，只要有钱，高分辨不是梦想。上面所述的每一种设备都不便宜。相比之下，700人民币就能买个非常不错的2000倍光学显微镜了。实在想要更高分辨率，不还有我们电子显微镜嘛~