透過澳大利亞的一項新創新，科學家可以近距離觀察迄今為止檢測到的最微小顆粒。
你曾經感覺到過原子嗎？我們自己是由原子組成的，無論是在自己的身體還是在物理世界的各個方面，我們總是與它們接觸。但我們本身沒有感覺到它們。即使你把手掌放在桌子的頂部，你實際上也不是感覺到原子——你感覺到電子以接近光速在每個原子的外圍旋轉所產生的靜電場的排斥。它們產生負電荷，防止其他原子——也具有負電荷——過於接近。在這個細節層面上，整個“硬”表面的世界變成了類似於難以想象的數量的微小同極磁鐵試圖把自己粘在一起的東西。
科學家首次真正嘗試在原子尺度上“感受”物質打開了大門。1981年，為IBM蘇黎世工作的研究人員Gerd Binnig和Heinrich Rohrer開發了“掃描隧道顯微鏡”（STM）。基於量子力學的基本效果之一，STM將本質上非常鋒利的針尖放在離被檢查的材料非常近的地方。當獲得電荷時，電子“跳下”探針尖端，並透過材料“隧道”。這種隧道的模式——電子從尖端跳到材料的地方和時間——為您提供了材料的影象，就像它被X射線射穿一樣。儘管原子無法緊密相連，但賓尼格和羅勒利用量子隧道，使他們能夠如此溫柔地相互放牧——這項研究為他們贏得了1986年諾貝爾物理學獎。
1985年，Binnig繼續對STM進行了首次真正的改進——“原子力顯微鏡”（AFM），該顯微鏡在探針尖端添加了微機械振動器。當AFM尖端來回振動時，它會掃描原子尺度上的材料區域。這個尖端——只有幾百萬分之一米長——既可以“讀取”它下面的材料，也可以（加上適當的電荷）甚至可以用來推動材料四處走動，輕輕地將單個原子推向新位置。為了展示他們新發現的能力，IBM於1989年釋出了一張著名的照片，照片中排列成IBM徽標的一組氙原子。這絕非易事——允許電子從尖端隧道進入材料的量子效應也使這些原子非常容易“漫步”遠離AFM誘導的位置。
原子力顯微鏡使“讀”和“寫”原子成為可能，但美國北卡羅來納大學的一名非常聰明的研究生想出瞭如何觸控它們。羅素·M.Taylor將原子力顯微鏡生成的資訊輸入了一臺數百萬美元的圖形超級計算機。使用這些資料在探針尖端下生成材料的三維“輪廓”。儘管AFM掃描生成的影象粗略地描述了原子的“形狀”，但泰勒的視覺化提供了深度、位置和方向感——不僅僅是一個原子，而且這個原子相對於該原子，揭示了化學上相互關聯的原子（分子）的結構。這些原子和分子投射到一張桌子大小的表面上，用特殊的3D眼鏡觀看，看起來和蘋果和橙子一樣真實。
Taylor在他的研究裝置中添加了最後一次觸控——他的VR系統有一個觸覺介面；也就是說，它可以為桌面虛擬世界中顯示的物件提供虛假的“觸控”感。你可以（虛擬地）用手穿過原子表面，甚至把它們推來推去，感覺它們折回原位。正如泰勒所命名的，這個奈米機械手成為虛擬現實第一時代的里程碑式作品之一。他們與一些研究化學家分享他的工作成果，他們感到驚訝的是，可以“感覺到”穿越一直是理論抽象的化學鍵和分子結構，發現他們從未了解過關於這些物質，因為他們的觸覺揭示了甚至沒有人想到的直覺的細節。奈米機械手涉及多種感官，使原子尺度變得有形，併為化學家提供了一個令人難以置信的思考自己工作的工具。
奈米機械手使原子尺度變得有形。
但奈米機械手很大，很貴，也很精緻。STM和AFM需要一定程度的精度和支援，將它們放入最稀有的實驗室套件中——如果你想嘗試，你仍然需要100多萬美元的超級計算機才能將其轉換為奈米機械手。Taylor精心設計了一個獨一無二的突破性工具。即使為AFM掃描準備樣本也需要做大量工作；AFM和STM的受試者必須被放入一個孤立的真空室——這立即排除了對任何遠處活著的東西的原子尺度觀測。
研究人員克里斯托弗·博爾頓在墨爾本大學的一個實驗室意外發現，為奈米尺度打開了一扇毒性較小的視窗。在他關於鐳射的工作中，博爾頓看到了他以前從未見過或聽說過的東西——從多個角度照亮微觀小的東西，產生了同一物體的多個檢視，博爾頓可以使用相當簡單的數學點將這些影象彙總到那個非常小的東西的單一檢視中。
有多小？光學顯微鏡以半微米（微米是百萬分之一米）達到了他們所能看到的物理極限——因為那時某物是如此小，比光的波長更小。博爾頓發現，使用他用光束從所有角度拍攝物體的方法，他只能對大小的物體進行20分之一——只有25奈米（十億分之一米）的影象。
這項技術幾乎可以用於任何你想扔在顯微鏡幻燈片上的樣本——不需要真空。Bolton報告說：“我們在幻燈片上放了一種活細菌，並在它掙扎時看著它。博爾頓的發現——他與研究顧問Ray Dagastine一起變成了初創企業Tiny Bright Things——看起來它可以為醫學和生物學提供他們看到細菌、病毒以及我們身體和環境之間深度但鮮為人知的相互作用所需的觀測依據。
四百年前，第一臺顯微鏡給了我們一扇窗戶，通向一個我們從未想象過的世界。這些最新的顯微鏡為我們理論上理解但在實踐中從未訪問過的世界開闢了新的前景。當我們看到奈米生物的舞蹈時，我們會學到多少？也許用不了多久，一些有進取心的研究生在這臺新的顯微鏡上拍打觸覺介面，這樣我們就可以觸控病毒表面，感受其尖峰蛋白，也許還能更好地學習如何保護自己免受這些蛋白質的影響？
