我們用顯微鏡來觀察細胞，因為顯微鏡可以讓物體的影像變大。但如果把物體本身變大不就有相同效果？這種看似不科學的說法要如何辦到？答案跟嬰兒用的尿布有關。麻省理工學院神經工程師 Edward Boyden 研發一種稱為“擴展顯微鏡”(expansion microscopy) 的技術，讓被觀察的物體膨脹，生物學家甚至可以用普通顯微鏡看到分子等級的腦部細節。

與昂貴技術有相同效果

    Boyden 的技術其實跟 2014 年諾貝爾化學獎三位得主的螢光顯微技術可以做個對比。諾貝爾獎的顯微鏡技術突破了可見光最小波長 400 納米的限制，對于距離只有 20 納米的物體仍能清晰分辨，不過缺點是所需的儀器很昂貴，且面對有厚度的物體較不易觀察，例如腫瘤細胞或是整個大腦。Boyden 的技術則可以觀察立體的組織，例如腦部神經細胞之間突觸間隙及間隙一端的突觸鈕 (synaptic bouton)。

    Boyden 運用的是丙烯酸類聚合物。常見的尿布或衛生棉之所以具有鎖水功能，其中便含有丙烯酸；丙烯酸還能留住蛋白質分子。在 Boyden 的技術下，首先要把螢光分子鎖定在要觀察的蛋白質上，然后開始注水，要觀察的組織因為加入丙烯酸而膨脹了 91.125 倍（三維方向各自膨脹 4.5 倍）。因為組織膨脹，被螢光分子標記的蛋白質彼此距離也拉開，可以讓用可見光進行觀察的顯微鏡也能看見。Boyden 表示這項技術可以讓原先距離在 60 納米以上的分子被清楚觀察。

物質膨脹但無太多質變

    重要的是，組織中的細胞仍然保持完好狀態，蛋白質的相對位置與方向沒有太大的改變，如上圖左是膨脹后的樣子，與圖右的原始狀態比較改變不大。這項改變根據研究團隊的估計，大約是 1% 至 4% 之間。

   2014 年諾貝爾化學獎得主之一的 Stefan Hell 表示，這項技術很有趣也值得繼續發展，他提到 1990 年代德國就有科學家有類似的點子，但看來 Boyden 的研究團隊才是真正把構想實現的人。

（首圖來源：Boyden, E., Chen, F. & Tillberg, P. / MIT / Courtesy of National Institutes of Health）