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光學(xué)顯微鏡到掃描式探針顯微鏡發(fā)展歷程

早在17世紀(jì)虎克發(fā)明了第一臺(tái)的光學(xué)顯微鏡(opticalmicroscope)，觀察到植物細(xì)胞的構(gòu)造，并經(jīng)過(guò)長(zhǎng)久的光學(xué)發(fā)展，可以將生物樣本的結(jié)構(gòu)看得更清楚。

其后再藉助電腦與壓電掃描器製作技術(shù)的進(jìn)步，更有共軛焦顯微鏡(confocal microscope)的發(fā)明，大大提升了光學(xué)顯微鏡在Ｚ軸上的解析度，且配合螢光染色技術(shù)可對(duì)細(xì)胞膜上或胞內(nèi)的分子做定性與定量上的量測(cè)，但其解析度仍受到Abbe障礙(Ernst Abbe, 1840~1905, 解析度為觀測(cè)光源波長(zhǎng)之半)的限制只能達(dá)到0.2 µm。此光學(xué)的極限在1934年Emst Ruska發(fā)明了以電子束為光源的

電子顯微鏡才得以解決，并得以截取許多極微觀世界的資料與分子結(jié)構(gòu)的觀察。但這種必須以一次電子穿透(穿透式電子顯微鏡，TEM)或二次電子反射(掃描式電子顯微鏡，SEM)的顯微技術(shù)，則須透過(guò)將試樣乾燥后鍍金甚至切片的前處理后，置于真空中才能觀測(cè)，顯然這樣的試片製備程序在在會(huì)破壞生物樣本的原有結(jié)構(gòu)，而無(wú)法得到生物樣本在含水狀態(tài)下的真實(shí)特性。

到了1980年初期，掃描式穿隧電流顯微鏡 (scanning tunneling microscopy,STM)的發(fā)明則將顯微鏡的解析度提高到原子等級(jí)，其后更有利用原子間作用力呈像的原子力顯微鏡(atomic force microscope, AFM)被發(fā)明，由于AFM具有可在液相、氣相中操作且樣本不需複雜前處理的特性，被廣泛的應(yīng)用在生物樣本型態(tài)學(xué)的研究，且其力學(xué)量測(cè)的功能更被視為量測(cè)軟組織或分子間機(jī)械特性的利器。近年更有多種利用不同原理開發(fā)出來(lái)藉以評(píng)估樣本表面電性與磁性分布的顯微鏡問(wèn)世，這些利用探針掃描樣本表面的顯微鏡都統(tǒng)稱為掃描式探針顯微鏡(scanning probe microscopy, 掃描探針顯微鏡)。表1列出四種主要顯微鏡對(duì)表面量測(cè)的特性