毫無疑問，自16世紀(jì)以來，光學(xué)顯微鏡已經(jīng)歷漫長的旅程。首次被知曉的復(fù)合顯微鏡是由Zacharias和Hans Janssen構(gòu)造的。盡管這些顯微鏡沒有保存下來，但人們確信這些顯微鏡已能夠?qū)⒎糯蟊堵蕪?/span>3倍提高到9倍。17世紀(jì)末期，Leeuwenhoek首次將放大倍率和分辨率提高到細(xì)胞水平。他存留下來的顯微鏡有275倍的放大倍率和令人震驚的1μm分辨率。在19世紀(jì)晚期，Ernst Abbe發(fā)現(xiàn)光學(xué)顯微鏡的分辨率是由入射光波長和顯微鏡數(shù)值孔徑的函數(shù)關(guān)系決定的。這一發(fā)現(xiàn)使分辨J限達(dá)到220nm左右。在之后的約100年內(nèi)，顯微鏡學(xué)家始終停留在這一分辨J限。空間分辨率的限制排除了光學(xué)顯微鏡分辨亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)如核糖體、囊泡以及其他分子相互作用的可能性，這些物質(zhì)尺寸均在光學(xué)顯微鏡的分辨能力之下。

20世紀(jì)30年代后期，德國科學(xué)家Ernst Ruska發(fā)明了電子顯微鏡，它的出現(xiàn)并不久，而Max Knoll推動(dòng)其分辨率J限低至10埃左右。這是一個(gè)不可思議的壯舉。不幾年后，生物學(xué)家就開始利用這種新型的工具。1945年3月，Keith Porter, Albert Claude和Ernest Fullam 在論文“電子顯微鏡用于組織培養(yǎng)細(xì)胞的研究”中發(fā)表了**張單個(gè)細(xì)胞的電子顯微鏡照片，文章發(fā)表在Journal of Experimental Medicine上。接下來的幾十年涌現(xiàn)出大量由生物學(xué)家利用TEM揭示詳細(xì)和復(fù)雜超微結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)工作。

然而，生物顯微鏡的目的是了解細(xì)胞存活時(shí)如何發(fā)揮機(jī)能。“細(xì)胞生命”則是科學(xué)家為得到TEM驚人分辨率所需付出的代價(jià)。細(xì)胞樣品要求被固定、脫水、包埋于塑型劑并切成超薄切片。這就產(chǎn)生了一個(gè)高度加工和*終長時(shí)間操作的樣品的二維圖像。我們花了很長時(shí)間尋找合適的固定劑和緩沖劑，以*大限度地減少人工操作。同樣，利用超薄連續(xù)切片，目前三維的細(xì)胞重構(gòu)也成為可能，但數(shù)據(jù)仍然僅呈現(xiàn)一個(gè)快照的時(shí)間。而生命是動(dòng)態(tài)的，它的周期超過一個(gè)快照的時(shí)間。

接下來這一領(lǐng)域出現(xiàn)了超分辨顯微鏡。為充分認(rèn)識(shí)動(dòng)態(tài)生命進(jìn)程，我們需要推進(jìn)光的分辨率J限，并將熒光和共聚焦成像的先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于亞細(xì)胞水平。我們需要能夠應(yīng)用于活細(xì)胞的更高分辨率。1978年，兄弟Thomashe和Christopher Cremer兩人在Microscopia Acta上發(fā)表了“對(duì)具有高分辨率和穿透深度的激光掃描顯微鏡的思考”。文章中的觀測數(shù)據(jù)開啟了在光的衍射J限之下的觀測的大門。