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＊本篇文章由元利儀器贊助，《科技報導》獨立製作＊

從小到大，我們或多或少都曾經學校實驗課中使用顯微鏡觀察過洋蔥表皮細胞、人類口腔皮膜細胞的形態，抑或是在生物課本上看見過細胞在顯微鏡下的樣子。當時的我們，可能會開始對微觀世界中未知的事物產生好奇，但這些平凡又樸實無華的影像，可能很難讓我們將科學研究與「美學」掛鉤。而隨著顯微影像技術的進步，科學家可以逐漸看見更細微、更清晰的微觀世界，也能透過顯微攝影的方式引領人們看見微觀世界的獨特美感，拉近了科學與大眾間的距離。

顯微鏡下，你看見了什麼？

為了發掘科學之美、推廣顯微攝影的技術，元利儀器於去（2021）年舉辦了第一屆「2021 Taiwan顯微攝影競賽」，徵集了來自臺灣各地顯微影像的愛好者們，透過微觀的視野讓大眾看見科學不為人知的另一面。

COVID-19 on earth

從一顆細胞，看見一個世界？

「這些背後的實驗故事，如果沒有發表出去就沒人知道。」談起決定報名顯微攝影競賽的心路歷程，去年獲得優選的參賽者，目前任職於中央研究院（簡稱中研院）生物醫學研究所的郭濬澤對著我們這麼說。他當初會報名參加比賽完全是場意外，僅是剛好看到所上儀器室佈告欄上的徵稿海報，實驗室又恰好有許多顯微攝影的實驗紀錄照片，即使有些照片令人印象深刻，最終也可能因為種種因素不會被放到期刊論文上，就此被雪藏在實驗室的硬碟中——而顯微攝影競賽就給了這些影像另一條出路，讓他們能透過這次比賽分享這些實驗故事，令其他人也能看到這些實驗室曾發生過的故事。

嚴重特殊傳染性肺炎（COVID-19）在2019年12月底爆發，至今全球的累積病例數已超過五億，而本次優選之一的作品也與COVID-19有關。在郭濬澤獲得優選的作品「COVID-19 on earth」中，這顆乍看之下有點像地球的是什麼呢？它其實是一顆被新型冠狀病毒（SARSCoV-2）感染的3D細胞球！圖中藍色的部分為細胞核，綠色的則是病毒蛋白。有別於傳統實驗室常用的2D培養，在三維空間中培養出來的3D細胞球，它的細胞外基質（extracellular matrix, ECM）將變得更複雜，可能會表現出一些有利於病毒感染的因子，並增強病毒的攻勢。一旦SARS-CoV-2病毒攻擊3D培養的細胞球之後，細胞球上就會出現非常多病毒蛋白，呈現出圖中的樣貌。此外，這個3D培養出的細胞模型也比較貼近在真實世界中細胞被病毒感染的狀況，因此當時團隊也希望可以透過這種模式，建立一個COVID-19的藥物篩選平臺。「在實驗過程中這顆細胞球剛好最圓，看起來就像是一個小顆的地球，讓我特別印象深刻。」郭濬澤說。

由於先前沒有沒有3D培養細胞，以及以螢光染色3D細胞的經驗，這些工作內容對郭濬澤來說都是第一次，整個實驗從細胞的3D培養、染色，全都是需要再重新學習的技術。此外，因為過往缺乏操作SARS-CoV-2這種會感染人類病毒的經驗，郭濬澤也將3D細胞球送到中研院P3實驗室，請他們協助將細胞球感染上SARSCoV-2病毒，並在實驗室中做固定、消毒以確保沒有任何病毒殘留。後續再將送回來的3D細胞球染色、想辦法讓螢光顏色染到裡面，最後一個步驟才是進到共軛焦顯微鏡（confocal microscopy）裡面看樣本、拍照。雖然照片上的顏色看起來並不豐富，似乎也不是很華麗，但為了拍出這張照片，其實需要許多事前準備的時間，從最初的實驗到拍出成果，大約歷經了兩個月左右。

郭濬澤 COVID-19 on earth

Gill Garden

你知道「魚鰓」之中，其實藏著一片花園嗎？「比較少人在做魚類相關的研究，尤其是鰓這個器官。」另一位優選者是來自臺灣大學生命科學系的學生施尚武，最初因為實驗的需求開始接觸共軛焦顯微鏡，在拍了不少影像之後也開始對顯微攝影產生了興趣，而在施尚武的作品「Gill Garden」中，他拍攝了一種實驗室中常用的模式生物青鱂魚（Oryzias latipes）的鰓。魚類的鰓由許多種類的細胞所組成，主要負責氣體交換與離子交換，更發展出許多複雜的結構以更有效率的執行這兩項功能。施尚武的這項作品透過免疫螢光染色，利用兩種抗體呈現出魚鰓中主要負責離子交換的離子細胞（ionocyte）。在實驗中，兩種抗體分別標定了兩種不同的運輸蛋白，綠色為鈉鉀幫浦（Na⁺/ K⁺-ATPase）、藍色則是鈉氫離子交換蛋白（Na⁺/H⁺ exchanger），最後再使用DAPI染劑（紅色）染出細胞核，呈現出整個鰓的結構。

施尚武分享，在拍攝過程中比較困難的地方其實在於樣品的前處理。因為魚鰓的結構相當複雜，一片鰓上有兩排緊密相連的鰓絲構造，而這次拍攝的主角離子細胞，主要就座落在兩排鰓絲的內側，因此他必須將其中一排鰓絲剪開才能看得到細胞。此外，因為青鱂魚屬於小型魚，鰓絲也就相對來說更小，所以要剪出一個完整、沒有破損的樣品十分不容易，光是處理樣本就花了許多時間，使用很多種不同類型的精細剪刀才終於把其中一邊的鰓絲剪下來，順利完成後續的拍攝。

而在拍攝技巧與視角的選擇方面，施尚武則認為這牽扯到個人在拍攝過程中的思考，例如在提升影像的品質方面，除了可以調整物鏡的選擇、標本與物鏡之間的介質、曝光度這些基本條件之外，還能夠考慮一些更進階的方式，像是使用多色高解析度觀察（airyscan）的輔助等。另一方面是可以去考量如何帶出作品的美感、創意，要怎麼做才有可能從眾多的作品中脫穎而出。此外，作品的套色也是一個重點，「一般來說染DAPI都會是藍色的，但換一個顏色就可以讓大家感受全然不同。」透過拍攝過程中的多方思考，調整各式參數、拍攝的角度，或許就能產生出讓人耳目一新的感覺。

施尚武Gill Garden

高第的彩蕨

在動物細胞中看見植物的影子，這是有可能的嗎？「看著這些影像要自己發揮一些想像力，有想像力的話看什麼都可以把它想成一幅漂亮的畫。」優選得獎者，目前任職於捷絡生物科技公司的林以文說。在生物科技公司工作的她，時常會與許多合作夥伴共同執行一些臨床研究計畫，當她第一次看見小鼠十二指腸絨毛樣本時就認為它長得很像蕨類，於是便決定用這個概念去發展作品。

在「高第的彩蕨」這項作品的描述中，林以文引用了西班牙建築師高第（Antoni Gaudí）的一句話：「直線屬於人類，曲線屬於上帝。」而作品中小鼠的十二指腸絨毛彎曲、不規則的放射狀展開，絨毛排列的部分像是蕨類的葉片一般，根部肌肉層則像蕨類植物的葉柄。整體的捲曲姿態讓絨毛看起來如同蕨類初生的嫩芽，展現出強大的生命力。

在實驗中，林以文透過螢光染色試劑對小鼠十二指腸絨毛的細胞膜、細胞核進行染色，再經過水溶性的組織澄清液去澄清，並以共軛焦顯微鏡拍攝，經過後製軟體加工將顏色變得更為鮮豔，製成現在看到的這幅影像。作品中可以看到一顆顆的細胞，在經過後製呈現出繽紛的色彩，就像是高第在建築上使用的大量馬賽克磁磚一樣，一顆顆彩磚到建構出一片片羽葉，根部巧妙卷曲的葉柄串起高第的精髓，色澤也充分展現出這幅作品的熱情洋溢。

此外，你看得出這幅作品其實是由一個個小畫面拼接而成的嗎？在作品拍攝時，林以文拍下了許多不同視野的影像，並將這些影像拼接成一幅完整的畫面。在拼接過程中，也曾出現失敗、影像之間有接縫無法銜接得很漂亮的困難，幸好後來透過Olympus cellSens的拼接軟體，再搭配上一些參數設定才成功做出這幅影像。從核膜染色到拼接、後製，總共大約花了5∼7天完成。

林以文高第的彩蕨

用顯微鏡，看見微米尺度下的科學之美

在這個「人手一機」的時代，拍照、攝影可說是現代人的必備技能。使用手機、相機攝影通常是一瞬間的事，快門一按下去便能立刻得到一幅清晰的影像——但顯微攝影就不同了，從樣品的前處理、拍攝過程，再到後製都需要花費許多時間與精力，才能得到眼前的精美影像。

在顯微鏡的鏡頭底下，我們看見的是一個微觀的世界，更能捕捉到物質最細微的樣貌，各種物質在放大的倍率下展現了不同於我們日常生活中習以為常的面貌。此外，搭配上螢光染色的優勢，科學家還能瞄準或指定感興趣的細節做出呈現並進行拍攝，這些都是手機與相機做不到的。此外，透過雷射掃描共軛焦顯微鏡（laser confocal microscope）還能把所有非聚焦面的光去掉，再將一層一層的照片疊起來，那麼這張照片的每一個點都會是對焦過的。不同於我們平常使用相機的時候，無論是拍風景或人像時，會希望一些地方可以散焦、透過模糊來增加影像的美感，「在顯微鏡的世界裡，我們追求的是愈聚焦、愈清晰愈好。」郭濬澤說，而這些清晰的照片也會令觀看者產生另一種不同的感受。

「因為這個比賽，我才第一次發現原來『科學』不僅僅是單純的做研究，還可以呈現出藝術。」施尚武神情認真地分享道，他也說到以前在拍攝時都有點像是為了證明一件事情去做拍攝，其實沒有想過要讓影像變得很漂亮。「平常就在拍攝這些影像，但只有我們做實驗的人才會看到這些影像，缺乏一個平台讓大家發現它們的美。」林以文說。而透過顯微攝影競賽，便能讓人們知道實驗室裡面發生的科學事，看見科學與藝術影像的結合與微米尺度下的科學之美，也使得科學更平易近人。