有没有能大到可以用光学显微镜看见的单个分子？
你想知道有没有哪些单个分子大到能用光学显微镜看得清清楚楚，是吧？这个问题很有意思，而且答案比你想象的要复杂一些。
咱们先说说光学显微镜是怎么工作的。它的核心原理是利用可见光来“照亮”我们想要观察的物体，然后通过透镜把这个物体的放大影像呈现出来。想象一下，你用手电筒照东西，光会反射回来，你就能看到它。显微镜就是把这个过程做得特别精细，而且放大了无数倍。
但是，光有它自己的“极限”。这个极限叫做“衍射极限”。简单来说，光波在遇到障碍物（比如分子）的时候，会发生弯曲，就像水波遇到石头一样，会散开。这个弯曲导致了我们看到的影像并不是一个点，而是一个小小的光斑，叫做“艾里斑”。这个艾里斑的大小，很大程度上决定了我们能分辨的最小细节。
在可见光波长范围内（大概在400到700纳米之间），衍射极限大概在200纳米左右。这意味着，即使理论上你能把显微镜的放大倍数调到天上去，两个距离小于200纳米的物体，在你的显微镜下看起来也会是模糊的一团，你分不清它们是独立的还是挨在一起的。
那么，分子有多大呢？大部分我们熟悉的有机小分子，比如葡萄糖、氨基酸，它们的尺寸大概在0.5到1纳米之间。蛋白质根据种类和结构，大小差异很大，但很多也就在几纳米到几十纳米。DNA双螺旋的直径大约是2纳米，而它的长度可以达到几米。
这么一对比，你就会发现，绝大多数单个的小分子，比如一个葡萄糖分子，尺寸在1纳米左右，比光学显微镜的衍射极限小了200倍以上。它们就像一颗小沙粒，你即使站在几公里外，用高倍望远镜也看不见。它们太小了，被光的衍射效应完全“模糊”掉了。
那么，有没有例外呢？
答案是，有，但是要看你怎么定义“看见”和“单个分子”。
严格意义上说，如果你是指用普通的光学显微镜，直接“盯”着一个单独的、静止的、结构清晰的小分子看，那是不可能的。它太小了，在光的衍射作用下，它就变成了一个小小的、模糊的光点，你无法分辨它的具体形状或者识别出它是一个“分子”。
但是，科学家们有办法“间接”地看见或者说“探测”到这些非常小的分子，而且还能做到“单分子”的层面。
1. 标记和放大效应：
荧光标记： 这是最常见也最重要的方法。科学家会在分子上附着一个“荧光团”，这是一种能吸收特定波长的光，然后发出另一种波长的光的特殊小分子。当用特定波长的光去照射时，这个荧光团就会发光。即使这个荧光团本身很小，但它发出的光信号就比背景光强很多，这使得我们能探测到它的存在。
超高分辨率显微镜（Superresolution Microscopy）： 这是一个革命性的技术突破。科学家们找到了绕过衍射极限的方法。最著名的几种技术包括：
STED (Stimulated Emission Depletion) 显微镜： 它利用一束“消耗光”来“压制”荧光，只让一个非常小的区域内的荧光分子发光，从而实现比衍射极限更高的分辨率。
PALM (Photoactivated Localization Microscopy) 和 STORM (Stochastic Optical Reconstruction Microscopy)： 这两种技术更巧妙。它们不是同时激活所有的荧光分子，而是随机地、一次只激活少数几个荧光分子，精确地测量它们发出的光的中心位置，然后重复这个过程，最终通过计算重构出超高分辨率的图像。
利用大的生物分子或复合物： 有些天然的生物分子或由多个分子组成的复合物，它们本身可能已经大到能够被光学显微镜“勉强”看到，或者它们的形状和结构可以通过荧光标记放大。例如：
病毒： 病毒的大小通常在20到300纳米之间，有些大型病毒（如巨型病毒）甚至可以大到几百纳米，它们已经足够大到用光学显微镜清晰地观察到了。
细菌： 细菌是微生物，通常比病毒大得多，一般在几百纳米到几微米之间，光学显微镜更是可以轻松观察。但细菌不是“单个分子”。
一些大型蛋白质复合物： 比如细胞骨架中的某些蛋白质纤维，或者细胞器中的某些大分子机器，它们由成千上万个小分子组成，本身可能已经达到了几百纳米甚至微米级别。当它们以特定的结构排列时，就能被光学显微镜观察到。
2. “看见”的定义：
探测到存在： 如果“看见”只是意味着知道“这里有一个东西”，而不是看到它的形状，那么通过荧光标记，我们确实可以探测到单个分子的存在。
看到结构： 如果“看见”意味着能分辨出分子的形状、大小、甚至内部结构，那么对于绝大多数小分子，即使是超高分辨率显微镜，也只能看到一个非常小的亮点，因为分子本身太小了，其精细结构仍然超出可见光的解析能力。
所以，总结一下：
直接“看见”单个非常小的分子（比如几纳米的蛋白质）的精细结构，用普通光学显微镜是绝对不可能的。
通过荧光标记，我们可以“探测”到单个分子的存在，发出微弱的光。
利用超高分辨率显微镜技术，我们可以将分辨率提高到几十纳米甚至十几个纳米，这时我们就能“看见”一些由许多小分子组成的、尺寸达到这个分辨率极限的大分子结构，或者通过标记放大，分辨出单个分子的位置。
一些本身就足够大的分子结构，比如某些大型蛋白质复合物、核糖体、病毒，甚至细胞器的某些部分，它们的大小已经接近或超过了光学显微镜的衍射极限，是可以被光学显微镜直接观察到的。
所以，与其说“能用光学显微镜看见的单个分子”，不如说“能通过光学显微镜（或其改进技术）探测到或大致看到其存在的，尺寸较大的分子结构”。那些构成我们身体、发生着各种生命活动的微小分子，虽然如此重要，它们真正的“个体”形象，更多时候需要依靠电子显微镜（分辨率可以达到原子级别）或者更复杂的探测手段才能窥探一二。
咱们先说说光学显微镜是怎么工作的。它的核心原理是利用可见光来“照亮”我们想要观察的物体，然后通过透镜把这个物体的放大影像呈现出来。想象一下，你用手电筒照东西，光会反射回来，你就能看到它。显微镜就是把这个过程做得特别精细，而且放大了无数倍。
但是，光有它自己的“极限”。这个极限叫做“衍射极限”。简单来说，光波在遇到障碍物（比如分子）的时候，会发生弯曲，就像水波遇到石头一样，会散开。这个弯曲导致了我们看到的影像并不是一个点，而是一个小小的光斑，叫做“艾里斑”。这个艾里斑的大小，很大程度上决定了我们能分辨的最小细节。
在可见光波长范围内（大概在400到700纳米之间），衍射极限大概在200纳米左右。这意味着，即使理论上你能把显微镜的放大倍数调到天上去，两个距离小于200纳米的物体，在你的显微镜下看起来也会是模糊的一团，你分不清它们是独立的还是挨在一起的。
那么，分子有多大呢？大部分我们熟悉的有机小分子，比如葡萄糖、氨基酸，它们的尺寸大概在0.5到1纳米之间。蛋白质根据种类和结构，大小差异很大，但很多也就在几纳米到几十纳米。DNA双螺旋的直径大约是2纳米，而它的长度可以达到几米。
这么一对比，你就会发现，绝大多数单个的小分子，比如一个葡萄糖分子，尺寸在1纳米左右，比光学显微镜的衍射极限小了200倍以上。它们就像一颗小沙粒，你即使站在几公里外，用高倍望远镜也看不见。它们太小了，被光的衍射效应完全“模糊”掉了。
那么，有没有例外呢？
答案是，有，但是要看你怎么定义“看见”和“单个分子”。
严格意义上说，如果你是指用普通的光学显微镜，直接“盯”着一个单独的、静止的、结构清晰的小分子看，那是不可能的。它太小了，在光的衍射作用下，它就变成了一个小小的、模糊的光点，你无法分辨它的具体形状或者识别出它是一个“分子”。
但是，科学家们有办法“间接”地看见或者说“探测”到这些非常小的分子，而且还能做到“单分子”的层面。
1. 标记和放大效应：
荧光标记： 这是最常见也最重要的方法。科学家会在分子上附着一个“荧光团”，这是一种能吸收特定波长的光，然后发出另一种波长的光的特殊小分子。当用特定波长的光去照射时，这个荧光团就会发光。即使这个荧光团本身很小，但它发出的光信号就比背景光强很多，这使得我们能探测到它的存在。
超高分辨率显微镜（Superresolution Microscopy）： 这是一个革命性的技术突破。科学家们找到了绕过衍射极限的方法。最著名的几种技术包括：
STED (Stimulated Emission Depletion) 显微镜： 它利用一束“消耗光”来“压制”荧光，只让一个非常小的区域内的荧光分子发光，从而实现比衍射极限更高的分辨率。
PALM (Photoactivated Localization Microscopy) 和 STORM (Stochastic Optical Reconstruction Microscopy)： 这两种技术更巧妙。它们不是同时激活所有的荧光分子，而是随机地、一次只激活少数几个荧光分子，精确地测量它们发出的光的中心位置，然后重复这个过程，最终通过计算重构出超高分辨率的图像。
利用大的生物分子或复合物： 有些天然的生物分子或由多个分子组成的复合物，它们本身可能已经大到能够被光学显微镜“勉强”看到，或者它们的形状和结构可以通过荧光标记放大。例如：
病毒： 病毒的大小通常在20到300纳米之间，有些大型病毒（如巨型病毒）甚至可以大到几百纳米，它们已经足够大到用光学显微镜清晰地观察到了。
细菌： 细菌是微生物，通常比病毒大得多，一般在几百纳米到几微米之间，光学显微镜更是可以轻松观察。但细菌不是“单个分子”。
一些大型蛋白质复合物： 比如细胞骨架中的某些蛋白质纤维，或者细胞器中的某些大分子机器，它们由成千上万个小分子组成，本身可能已经达到了几百纳米甚至微米级别。当它们以特定的结构排列时，就能被光学显微镜观察到。
2. “看见”的定义：
探测到存在： 如果“看见”只是意味着知道“这里有一个东西”，而不是看到它的形状，那么通过荧光标记，我们确实可以探测到单个分子的存在。
看到结构： 如果“看见”意味着能分辨出分子的形状、大小、甚至内部结构，那么对于绝大多数小分子，即使是超高分辨率显微镜，也只能看到一个非常小的亮点，因为分子本身太小了，其精细结构仍然超出可见光的解析能力。
所以，总结一下：
直接“看见”单个非常小的分子（比如几纳米的蛋白质）的精细结构，用普通光学显微镜是绝对不可能的。
通过荧光标记，我们可以“探测”到单个分子的存在，发出微弱的光。
利用超高分辨率显微镜技术，我们可以将分辨率提高到几十纳米甚至十几个纳米，这时我们就能“看见”一些由许多小分子组成的、尺寸达到这个分辨率极限的大分子结构，或者通过标记放大，分辨出单个分子的位置。
一些本身就足够大的分子结构，比如某些大型蛋白质复合物、核糖体、病毒，甚至细胞器的某些部分，它们的大小已经接近或超过了光学显微镜的衍射极限，是可以被光学显微镜直接观察到的。
所以，与其说“能用光学显微镜看见的单个分子”，不如说“能通过光学显微镜（或其改进技术）探测到或大致看到其存在的，尺寸较大的分子结构”。那些构成我们身体、发生着各种生命活动的微小分子，虽然如此重要，它们真正的“个体”形象，更多时候需要依靠电子显微镜（分辨率可以达到原子级别）或者更复杂的探测手段才能窥探一二。
网友意见
看怎么定义光学显微镜，怎么定义单个分子，怎么定义“看见”。
荧光显微镜原理上讲也属于光学显微镜，可以用来观测不少生物单分子。
通过提高光的频率，也可以提高分辨率。
体积比较大的生物大分子，叠加高频率光，实现单分子分辨也是有可能的。
再耍个赖，某种意义上讲，一块单晶也可以理解成一个“大分子”。
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