傳統光學顯微鏡受限於「繞射極限」，難以窺探奈米尺度的微觀世界，而電子顯微鏡又無法觀察活體樣品。一項由中央研究院應用科學研究中心陳壁彰研究員團隊主導的突破性技術，成功將光學顯微鏡的解析度推向奈米級別，為神經科學研究開啟嶄新篇章。

左起)中研院細胞與個體生物學研究所林子暘博士,國科會自然處賴明治處長,中研院應用科學研究中心陳壁彰研究員

這項名為「聚丙烯酸鉀膨脹層光奈米顯微術（KA-ExM）」的技術，近期榮登國際頂尖期刊《自然通訊》（Nature Communications）。在國科會優秀年輕學者研究計畫的支持下，陳壁彰團隊巧妙結合「樣品空間放大」與「貝索層光顯微鏡」兩大創新方法，讓科學家得以利用光學顯微鏡對果蠅全腦進行三維成像，解析度高達約 10 奈米。

KA-ExM 技術的核心創新來自於一個聰明的化學策略：「先把樣品放大再進行觀察」。研究團隊運用 聚丙烯酸鉀（KA）這種高吸水性聚合物來製作凝膠。如同嬰兒尿布中的吸水材料，當生物樣品被固定在這種凝膠中並加入水後，凝膠會大量吸水並均勻膨脹，使得樣品體積最多可膨脹約 64,000 倍，將原本難以分辨的奈米結構「膨脹放大」，使其在光學顯微鏡下變得清晰可見。舉例來說，一個原始大小約 0.5 毫米的果蠅腦，經過膨脹處理後可達 1 至 2 公分，使得觀察整個神經網絡成為可能。

在樣品放大之後，研究團隊進一步搭配了 「貝索層光顯微鏡」 進行成像。這項技術運用特殊的「貝索光束」，能產生極薄且均勻的光片，使得科學家能夠深入厚重的生物組織，進行快速且極低光漂白性的三維成像掃描。

透過這兩項技術的結合，科學家不僅能清晰地觀察整個果蠅腦的結構，更能辨識出神經細胞之間極微小的突觸。這包括了作為資訊傳遞「電纜」的突觸支架蛋白，以及如同「開關插座」般調節資訊傳遞的突觸囊泡。這些微觀結構對於理解記憶、學習以及神經疾病的機制，都具有關鍵意義。

KA-ExM技術的突破性在於其兼具高解析能力與大尺度影像覆蓋範圍。這就像擁有一台兼具廣角與微距鏡頭的超級相機，既能拍下整棟 101 大樓的全景，又能放大看清楚建築物內螞蟻窩的細節。

陳壁彰研究員團隊的這項技術，未來不僅限於果蠅腦，更具備拓展至其他生物樣品（如小鼠腦或人類組織）的巨大潛力。其高解析度與三維成像能力，將讓科學家以前所未有的細節與立體視角觀察生物結構，可望推動基礎與應用科學的持續突破，為神經科學、醫學研究等領域帶來深遠影響。