本文发表于《大众科学》的前博客网络，仅反映作者观点，不一定代表《大众科学》的观点
尽管纳米级成像技术借助透射电子显微镜取得了长足进步，但诺贝尔奖得主丹·谢赫特曼（2011年诺贝尔化学奖）在周二的大师班上警告听众，今天的图像在几年后看来会显得原始。目前，五名学生——四名女性和一名男性——在第63届林道诺贝尔奖获得者大会上展示的研究已达到笔者理解能力的边缘。
所有研究人员都讨论了透射电镜和生物样本的两个主要难题：研究人员如何在避免辐射损伤的同时，利用显微镜捕获最高细节的图像？如何构建图像的 3D 模型？
谢赫特曼提醒我们，透射电镜图像实际上是三维的。但人脑无法填补图像中包含的 3D 信息。“这就像你蒙上一只眼睛看东西一样。你知道物体是三维的，但只用一只眼睛，你只能看到二维，”他解释道。
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琳赛·贝克，现就职于荷兰乌得勒支大学，她概述了“透射电镜的力量”，使用了她在加拿大多伦多大学实验室完成的工作。当她问同事们时，她呼应了谢赫特曼的话：“我们如何从碳、氧、氢或氮分子的二维图像过渡到三维图像？”她很快用一个日常例子解释了这个问题。医生可能会检查病人的骨折 X 射线图像，但一次只能看到骨骼的一部分。如果能一次从各个角度看到整个骨碎片，他的工作就会轻松得多。为了对单个粒子做到这一点，贝克和同事们遵循了三个步骤：1) 他们根据先前的知识，创建了一个他们设想的 3D 图像的地图；接下来，2) 该小组为每个图像分配了投影方向；最后，3) 他们使用这些信息，用他们记录的每个不同的透射电镜图像重建地图。该团队使用了数十万张单粒子图像。“我们一遍又一遍地重复这个过程，数百次，直到我们得到一个准确的 3D 模型，”贝克解释道。
但是，对于细胞中透射电镜无法触及的部分，我们该如何成像呢？德国马克斯·普朗克生物化学研究所的 朱莉娅·马哈米德 给出了以下一系列步骤：玻璃化冷冻、关联显微镜、聚焦离子束和冷冻电子断层扫描。“这听起来很简单，但事实并非如此，”马哈米德说。听众纷纷低语表示赞同：听起来一点也不简单。马哈米德用精美绝伦的 3D 图像平衡了她错综复杂的详细演示，这些图像像色彩缤纷的舞者一样在黑色屏幕上旋转。最后，我们得以看到一个有丝分裂 HeLa 细胞中的整个中心体。
谢赫特曼提醒年轻的研究人员，透射电镜的力量仅取决于样本，而样本当然必须由人提供。“你们的贡献是样本，因此制备是首要任务，”他说。
于 2009 年加入西北大学国际纳米技术研究所的 伊芙琳·奥永 接下来拿起麦克风。“这是一个关于我如何帮助改进透射电镜表征系统的故事，”她开始说道。所说的系统是什么？DNA 纳米粒子超晶格。这些超晶格通常在溶液中操作，但必须处于固态才能成功进行透射电镜成像。早在 2008 年，科学家们就认为这是不可能实现的。奥永重点引用了 Nykypanchuk 等人在《自然》杂志上的一段话：“这种超晶格的开放框架使得该结构在去除溶剂后容易坍塌，从而阻止通过电子显微镜进行准确的形态可视化，”他写道。奥永在演讲中带着一丝胜利的语气，点击投影仪展示了这些图像。她的实验室使用硅包封和 X 射线散射图来对晶格结构进行成像。
德国马克斯·普朗克学会弗里茨·哈伯研究所的 托马斯·伦肯贝恩 随后讨论了透射电镜在催化中的应用。当他的演示文稿上的红色箭头出现以突出屏幕上的纯黑色时，他引起了人群的讽刺性笑声。成像问题无处不在！
最后，德国保罗·谢勒研究所的 梅赫塔普·厄扎斯兰 做了精彩的演讲，受到了谢赫特曼的高度赞扬。最后两个演示文稿缺乏总结完全是笔者的过错，笔者根本无法跟上技术笔记。
在课程结束时，谢赫特曼问道：“我们学到了什么？”他停顿了一下，让房间里的人等待专家回答他的问题。“我们学到的一件事是，可以从样本中收集到许多信号。我们需要朝着更好、更强大的信号收集方向发展，”他说。说完，他鼓励房间里所有渴望的科学家回到各自的国家，帮助建立伟大的实验室，这些实验室有朝一日可能会为诺贝尔奖级别的工作提供环境。
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此博客文章源自 林道诺贝尔在线社区，林道诺贝尔奖获得者大会的互动论坛。第 63 届林道诺贝尔奖获得者大会 致力于化学领域，于 2013 年 6 月 30 日至 7 月 5 日在德国林道举行。35 位诺贝尔奖获得者将与来自约 80 个国家的 600 多名青年研究人员会聚一堂。