突破光学“束缚”看见“纳米”世界——他们人类可以看见纳米世界

一叶孤舟 · 发表于 2014-10-11 08:59:53

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瑞典皇家科学院8日宣布，将2014年诺贝尔化学奖授予美国科学家埃里克·贝齐格、威廉·莫纳和德国科学家斯特凡·黑尔，以表彰他们为发展超分辨率荧光显微镜所作的贡献。3名科学家成功突破传统光学显微镜的极限分辨率，将显微技术带入“纳米”领域，让人类能以更精确的视角窥探微观世界。

诺贝尔化学奖评选委员会当天声明说，长期以来，光学显微镜的分辨率被认为不会超过光波波长的一半（约为0.2微米，即200纳米，或200亿分之一米），这被称为“阿贝分辨率”。借助荧光分子的帮助，今年获奖者们的研究成果巧妙地绕过了经典光学的这一“束缚”，他们开创性的成就使光学显微镜能够窥探纳米世界。如今，纳米级分辨率的显微镜在世界范围内广泛运用，人类每天都能从其带来的新知识中获益。

　　诺贝尔化学奖评选委员会当天声明说，黑尔于2000年开发出受激发射损耗（STED）显微镜，他用一束激光激发荧光分子发光，再用另一束激光消除掉纳米尺寸以外的所有荧光，通过两束激光交替扫描样本，呈现出突破“阿贝分辨率”的图像。贝齐格和莫纳通过各自的独立研究，为另一种显微镜技术—单分子显微镜的发展奠定了基础，这一方法主要是依靠开关单个荧光分子来实现更清晰的成像。2006年，贝齐格第一次应用了这种方法。因此，这两项成果同获今年诺贝尔化学奖。

　　今年诺贝尔化学奖奖金共800万瑞典克朗（约合111万美元），将由三位获奖者平分。

　　创新破“极限”

　　3名获奖者中，现年54岁的贝齐格来自美国霍华德·休斯医学研究所，现年61岁的莫纳现任美国斯坦福大学教授，现年51岁的黑尔同时就职于马克斯·普朗克生物物理化学研究所和德国癌症研究中心。

　　长期以来，光学显微镜的成像效果被认为受到光的波长限制，无法突破0.2微米、即光波长二分之一的分辨率极限。这三位科学家则以创新手段“绕过”这一极限，通过激光束激活荧光分子，在荧光分子发光的时候通过特别手段消除或过滤掉多余荧光，从而获得比“极限”更精确的成像。

　　诺贝尔化学奖评选委员会在当天发表的声明中说，通过荧光分子的帮助，这些科学家实现了这一突破，使用这一革命性显微技术在各自专业领域研究生命的最微小组成部分。

　　其中，黑尔通过研究神经细胞了解大脑突触现象，莫纳研究与亨廷顿氏症（一种神经退化性紊乱疾病）相关的蛋白质，贝齐格研究胚胎内部的细胞分裂。

　　探索“无止境”

　　这一“纳米显微”技术问世前，人类凭借光学显微镜对细胞内分子作用的观察一直存在局限，而使用电子显微镜观察的前提通常是将被研究细胞杀死。

　　按照诺贝尔化学奖评选委员会的说法，3位科学家的成果将显微技术带入“纳米”领域，让人类能够“实时”观察活细胞内的分子运动规律，为疾病研究和药物研发带来革命性变化。

“在帕金森氏症、阿尔兹海默氏症（老年痴呆症）或亨廷顿氏症发作时，他们（科学家）可以跟踪与之有关的蛋白质（变化）；受精卵分裂并发育成胚胎的过程中，他们也可以观察这些单个蛋白质（变化），”诺贝尔化学奖评选委员会说，3人的研究成果为微生物研究带来了几乎无限的可能，“理论上讲，如今没有什么物质结构小得无法研究。”

　　如今，“纳米显微”技术在世界范围内被广泛运用，每天人类都能从其带来的新知识中获益。