在國科會支持下，中央研究院應用科學研究中心陳壁彰研究員團隊近日於國際期刊《自然通訊》(Nature Communications)發表重大研究成果，成功開發出「放大腦組織」技術突破「聚丙烯酸鉀膨脹層光奈米顯微術」。該技術突破光學顯微鏡解析度物理極限，讓原本無法觀測的奈米尺度神經結構清晰可見，首次展現出精細三維多彩影像，完整描繪腦神經網絡的精細結構。
陳壁彰研究員指出，傳統光學顯微鏡受限於「繞射極限」，解析度最高約為200奈米。當細胞內部結構間距小於此距離時，影像便會模糊重疊，難以辨識。為解決這項技術瓶頸，研究團隊發想出一項巧妙的化學策略，透過材料膨脹技術，先將樣品放大後，再進行觀察。
團隊選用具有高吸水性的聚合物「聚丙烯酸鉀（KA）」製成凝膠，將生物樣品嵌入其中。其原理類似尿布中常見的吸水材料，加入水分後可均勻且大量膨脹，使樣品本身放大約40倍，整體體積放大高達6萬4,000倍。透過這種「物理放大」方式，原本難以觀察的奈米級結構，也能在光學顯微鏡下清晰呈現。例如果蠅的腦部原始大小僅約0.5毫米，經過處理後可放大至1至2公分，使神經網絡的整體樣貌得以被完整觀察。
陳壁彰形容，這項技術就像同時擁有廣角與顯微鏡頭的超強相機，既可捕捉整座101大樓全貌，也能放大觀察建築物內螞蟻窩微小結構。可以用到各式樣品，像是腎臟、心臟及病理切片處理。這種兼具「大尺度」與「奈米細節」的能力，能產出超高精度的「大腦結構地圖」，不僅清楚呈現整體神經迴路架構，更能觀測局部突觸因學習、受損或疾病變化而產生微小差異。
該技術未來除了可應用於果蠅腦的研究，也具備擴展至小鼠甚至人類腦組織的潛力。對於深入解析神經迴路機制與各類神經疾病的病理變化，具有極大應用前景。透過結合高解析與三維成像優勢，科學家得以用前所未有的視角探索生命系統，持續推動基礎與應用生命科學邁向新境界。