在过去的二十年中，科学家发现光学显微镜可用于检测，跟踪和成像比传统极限小得多的物体-大约是可见光波长的一半或几百纳米。

　　这项具有开创性的研究获得了2014年诺贝尔化学奖，它使研究人员能够追踪受精卵中的蛋白质，观察分子如何形成大脑神经细胞之间的电连接，并研究微型电动机的纳米级运动。

　　现在，美国国家标准技术研究院(NIST)的研究进展使显微镜能够以更高的精确度测量这些纳米级细节。

　　NIST的塞缪尔·斯塔维斯(Samuel Stavis)说：“我们将光学显微镜放在显微镜下，以达到接近原子级的精度。”

　　由于传统上没有使用光学显微镜来研究纳米级，因此它们通常缺乏校准(与检查结果是否正确的标准进行比较)，而该校准是获取该级精确信息所必需的。显微镜可以是精确的，始终如一地指示单个分子或纳米颗粒的相同位置。然而，与此同时，这可能是非常不准确的-由于无法解释的误差，显微镜所识别的对象的位置实际上可能在十亿分之一米以内。NIST的合著者Jon Geist说：“没有准确性的精确度可能会令人误解。”

　　为了解决该问题，NIST开发了一种新的校准过程，可以仔细检查并纠正这些成像错误。该过程使用参考材料(具有众所周知且稳定的特征的对象)，有可能进行批量生产并广泛分布到各个实验室。

　　这很重要，因为光学显微镜是常见的实验室仪器，可以轻松放大不同的样本，从精致的生物样本到电气和机械设备，不一而足。同样，光学显微镜在智能手机中集成了科学版的照明灯和摄像头后，其功能和经济性也越来越高。

　　NIST团队依靠纳米级制造工艺来开发参考材料。研究人员使用电子束和离子铣削在玻璃载玻片上穿过铂薄膜形成针孔小孔阵列。该过程使团队能够将5,000纳米的孔间隔开，以达到大约1纳米的精度。通过这种方式，研究人员在光圈位置中建立了精确度度量。

　　穿过孔阵列发出的光产生了一系列成像点。但是由于所有显微镜镜头都有瑕疵，因此在成像过程中不可避免地会发生错误，这些错误会改变点的视在位置，从而使光圈之间的间距看起来大于或小于团队设计的实际间距。知道真实的间距可以校正成像误差，并可以校准显微镜，从而可以在宽广的视场中高精度地测量位置。

　　即使是很小的错误也可能导致大问题。考虑例如当制造商指定的预期倍率是100倍时，具有103倍实际倍率的显微镜。3%的最终误差在整个显微镜图像上相距很远。由于镜头缺陷，还会出现更微妙的问题-显微镜的放大倍率在整个图像中发生变化，从而导致图像失真。为解决此问题，NIST团队设计了可在大视野范围内工作的光圈阵列和校准过程。

　　孔径阵列可以使单个研究人员在自己的实验室中进行校准，可以将光学显微镜准确定位单个分子和纳米颗粒位置的能力提高10,000倍。