解讀諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)：繞過“束縛” 開啟納米微時(shí)代

據(jù)諾貝爾獎(jiǎng)官方網(wǎng)站消息，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)于當(dāng)?shù)貢r(shí)間8日揭曉，獲獎(jiǎng)?wù)邽榘＠锟?middot;貝齊格、威廉·莫納和斯特凡·黑爾，他們的獲獎(jiǎng)理由是在超分辨率熒光顯微技術(shù)領(lǐng)域取得的成就。

中新網(wǎng)10月9日電 綜合消息，瑞典皇家科學(xué)院8日宣布，將2014年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予美國科學(xué)家埃里克·貝齊格、威廉·莫納和德國科學(xué)家斯特凡·黑爾，以表彰他們?yōu)榘l(fā)展超分辨率熒光顯微鏡所作的貢獻(xiàn)。

據(jù)報(bào)道，顯微鏡技術(shù)早于數(shù)百年前已逐步成形，分辨率亦隨技術(shù)進(jìn)步不斷提升，但受制于光線波長限制，0.2微米成為顯微鏡難以突破的瓶頸。德國物理學(xué)家阿貝在1873年提出“繞射極限”概念，稱0.2微米是傳統(tǒng)光學(xué)顯微技術(shù)解像度的物理極限。很多人就這樣接受現(xiàn)實(shí)，但亦有小部分科學(xué)家堅(jiān)定不移，矢志打破界限。

1990年完成博士學(xué)位后，黑爾一直尋找突破“繞射極限”的方法，更不惜從德國前赴芬蘭，結(jié)果遇上當(dāng)時(shí)仍處于研究階段的熒光顯微學(xué)。于是黑爾想到設(shè)計(jì)一種“納米電筒”，可在納米范圍內(nèi)掃描目標(biāo)樣本，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建“受激發(fā)射損耗”(STED)顯微技術(shù)。雖然他的理論當(dāng)時(shí)沒有引起哄動(dòng)，但已引來學(xué)界關(guān)注。黑爾其后制作STED顯微鏡，并在2000年實(shí)際展示其功能，聲名大噪。

而在大西洋對岸的美國，莫納1989年成為全球首位量度單分子光吸收量的科學(xué)家，并在8年后受到“綠色熒光蛋白”(GFP)啟發(fā)，發(fā)展出能夠開關(guān)GFP發(fā)光功能的方法。“綠色熒光蛋白”是2008年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的研究，當(dāng)年得獎(jiǎng)?wù)甙ㄒ压?ldquo;中國導(dǎo)彈之父”錢學(xué)森堂侄、美國華裔科學(xué)家錢永健。

莫納為科學(xué)家觀察單一分子打開大門，更成為貝齊格的突破口。貝齊格多年來為突破“繞射極限”費(fèi)盡腦筋，他利用莫納對可開關(guān)熒光分子的研究，研發(fā)出“單分子顯微技術(shù)”，通過重復(fù)掃描目標(biāo)樣本，并在每次拍攝時(shí)只讓少量分子發(fā)光，最后把所得圖像重迭在一起，得出解像度突破“繞射極限”的顯微影像。

雖然目前也有電子顯微鏡等能提供高分辨率顯微，然而這些方法的準(zhǔn)備過程會殺死細(xì)胞，因此無法用于觀察活細(xì)胞的活動(dòng)。

諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)評選委員會當(dāng)天聲明說，長期以來，光學(xué)顯微鏡的分辨率被認(rèn)為不會超過光波波長的一半，這被稱為“阿貝分辨率”。借助熒光分子的幫助，今年獲獎(jiǎng)?wù)邆兊难芯砍晒擅畹乩@過了經(jīng)典光學(xué)的這一“束縛”，他們開創(chuàng)性的成就使光學(xué)顯微鏡能夠窺探納米世界。如今，納米級分辨率的顯微鏡在世界范圍內(nèi)廣泛運(yùn)用，人類每天都能從其帶來的新知識中獲益。

諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)評選委員會還指出，得獎(jiǎng)?wù)叩难芯吭试S人類觀察病毒以至細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)，對了解有關(guān)物質(zhì)的功能作出重大貢獻(xiàn)，例如可用于觀察帕金森癥、腦退化癥和亨廷頓病患者體內(nèi)的蛋白變化等。委員會贊揚(yáng)三人的研究不僅為人類未來探求知識打下重要基礎(chǔ)，他們現(xiàn)在仍然站在科研的最前線，通過科學(xué)研究為人類社會謀福祉。