約翰·赫歇爾(John Herschel)
1852年，英國的喬治·斯托克斯 (George Stokes) 在他的巨著《論光的折射率變化 (On the Change of Refrangibility of Light) 》中指出：用分光計觀察太陽光照射奎寧和葉綠素的水溶液時，只有當(dāng)溶液置于光譜的紫外光區(qū)域才會產(chǎn)生所發(fā)光的波長比入射光波長要長效果 。
斯托克斯判定：這種現(xiàn)象是由于這些物質(zhì)吸收光能后重新發(fā)射出不同波長的光 (屬光致發(fā)光)，并非因光的漫射作用引起，他把這種光稱為熒光 (Fluorescence) 。
1864年他在一次演講中首次提出：熒光可作為一種分析工具，可惜他的建議沒能被很快地應(yīng)用于光學(xué)顯微成像技術(shù) 。
喬治·斯托克斯(George Stokes)
過了40多年，德國的奧古斯特·科勒 (August K?hler) 與亨利·西登托普夫 (Henry Siedentopf) 于1911年研制出首個熒光顯微鏡 (Fluorescence Microscope) 測試裝置 。
當(dāng)時的熒光顯微鏡以紫外光線為光源，用熒光色素對觀測目標(biāo) (細(xì)菌、植物、動物組織等) 進(jìn)行染色處理，紫外光的照射會激發(fā)觀測目標(biāo)上的熒光物質(zhì)發(fā)出熒光，研究者根據(jù)自發(fā)熒光的成像開展研究 。
熒光顯微鏡可用于觀察細(xì)菌、植物和動物組織中的自發(fā)熒光現(xiàn)象 。但因植物和動物組織中的自發(fā)熒光很弱，加之當(dāng)時相關(guān)的技術(shù)還不夠成熟，熒光顯微鏡的應(yīng)用在20世紀(jì)初期發(fā)展較慢 。
奧古斯特·科勒(August K?hler)、亨利·西登托普夫(Henry Siedentopf)
第一臺熒光顯微鏡測試裝置
20世紀(jì)30年代后，得益于各相關(guān)科學(xué)領(lǐng)域技術(shù)的進(jìn)步和創(chuàng)新，熒光顯微成像技術(shù)迎來了新的發(fā)展機(jī)遇 。
1935年，奧地利的馬克斯·海廷格 (Max Haitinger) 等人改進(jìn)了生物組織標(biāo)本的染色技術(shù)，用熒光色素染色來標(biāo)記不能自發(fā)熒光的特定組織成分、細(xì)菌和其它病原體，標(biāo)本的熒光亮度增強(qiáng)了，在熒光顯微鏡下可觀察到生物組織的續(xù)發(fā)性熒光 。20世紀(jì)50年代，隨著熒光抗體標(biāo)記方法及熒光顯微鏡裝置的改進(jìn)，熒光技術(shù)的應(yīng)用逐漸推廣 。
日本的下村修 (Osamu Shimomura) 等人1962年從維多利亞水母中發(fā)現(xiàn)了一種奇特的蛋白質(zhì)，從藍(lán)光到紫外線都能使其受激發(fā)而發(fā)出綠色熒光 。1974年，他們得到了這種蛋白的純化物，稱為綠色熒光蛋白 (Green Fluorescent Protein，簡稱GFP)。綠色熒光蛋白的最突出特點(diǎn)是光毒性比傳統(tǒng)的熒光分子弱得多，非常適合用于對活細(xì)胞進(jìn)行標(biāo)記 。而基于綠色熒光蛋白的光學(xué)成像技術(shù)可使觀察者直接看到從微觀到宏觀各個層次的生命現(xiàn)象 。
下村修(Osamu Shimomura)
在發(fā)現(xiàn)綠色熒光蛋白20多年后，美國的馬丁·查爾菲 (Martin Chalfie) 于1993年通過基因重組技術(shù)使除水母以外的生物 (大腸桿菌等) 也產(chǎn)生出綠色熒光蛋白 。他將綠色熒光蛋白真正應(yīng)用于生物樣品的標(biāo)記，建立起用綠色熒光蛋白研究基因表達(dá)的基本方法 。由于許多重大疾病都與基因表達(dá)異常相關(guān)，查爾菲的成果意義重大 。
美籍華人錢永健 (Roger Y. Tsien) 大幅度改造優(yōu)化了綠色熒光蛋白，提升了它的發(fā)光效率，還進(jìn)一步發(fā)展出紅、藍(lán)、黃色的熒光蛋白，在生物學(xué)研究領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用 。這些熒光蛋白成為生物學(xué)家們得心應(yīng)手的工具，實(shí)時監(jiān)測各類病毒“作案”過程的愿望已可以實(shí)現(xiàn)了 。
下村修、查爾菲與錢永健三位科學(xué)家因發(fā)現(xiàn)、提取和改進(jìn)綠色熒光蛋白的杰出貢獻(xiàn)獲得了2008年諾貝爾化學(xué)獎 。
馬丁·查爾菲(Martin Chalfie)
錢永健(Roger Y. Tsien)
熒光顯微鏡
熒光標(biāo)記的重組病毒感染模型系統(tǒng)
03 激光
“強(qiáng)光源”也是迫切需要解決的關(guān)鍵技術(shù)！
阿爾伯特·愛因斯坦 (Albert Einstein) 1916年提出了“關(guān)于輻射的量子理論 (On the Quantum Theory of Radiation) ”，其中包括“受激輻射的光放大 (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，簡稱Laser) ”的概念 (中文譯為激光)，這是如何得到強(qiáng)光源的一個思路，他的論述為后來激光的實(shí)現(xiàn)奠定了理論基礎(chǔ) 。
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