2014年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)揭曉

Eric Betzig

Stefan W. Hell

William E. Moerner

北京時(shí)間10月8日下午5點(diǎn)52分，2014年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)揭曉，美國(guó)及德國(guó)三位科學(xué)家Eric Betzig、Stefan W. Hell和William E. Moerner獲獎(jiǎng)。獲獎(jiǎng)理由是“研制出超分辨率熒光顯微鏡”。三人將均分800萬瑞典克朗獎(jiǎng)金。

Eric Betzig，美國(guó)公民。1960年出生于美國(guó)密歇根州安娜堡市。1988年從康奈爾大學(xué)獲得博士學(xué)位。目前為霍華德-休斯醫(yī)學(xué)研究所團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。

Stefan W. Hell，德國(guó)公民。1962年出生于羅馬尼亞阿拉德。1990年從德國(guó)海德堡大學(xué)獲得博士學(xué)位。目前為德國(guó)馬普生物物理化學(xué)研究所主任、及德國(guó)癌癥研究中心分部主任。

William E. Moerner，美國(guó)公民。1953年出生于美國(guó)加州普萊森頓。1982年從康奈爾大學(xué)獲得博士學(xué)位。目前為美國(guó)斯坦福大學(xué)化學(xué)教授及應(yīng)用物理學(xué)教授。

突破光學(xué)顯微鏡的極限

很長(zhǎng)一段時(shí)間里，科學(xué)家認(rèn)為光學(xué)顯微鏡有一個(gè)極限：光學(xué)顯微鏡無法獲得比半光波長(zhǎng)更好的分辨率。在熒光分子的幫助下，今年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的幾位獲得者巧妙的繞開了這種極限。他們突破性的研究將光學(xué)顯微鏡帶入了納米維度。

在納米顯微鏡下，科學(xué)家實(shí)現(xiàn)了活體細(xì)胞中單個(gè)分子通路的可視化。他們能夠觀察到分子是如何在大腦神經(jīng)細(xì)胞之間生成神經(jīng)突觸；他們可以追蹤帕金森病、阿爾茲海默癥和亨廷頓癥患者體內(nèi)相關(guān)蛋白的累積情況；他們還能跟蹤受精卵在分裂形成胚胎時(shí)蛋白質(zhì)的變化過程。

幾乎顯而易見的是，科學(xué)家是可以在最小分子水平上對(duì)活體細(xì)胞進(jìn)行研究的。1873年，顯微鏡學(xué)家Ernst Abbe提出影響傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡最大分辨率的一個(gè)物理極限：無法小于0.2微米。因?yàn)槌晒ν黄屏诉@種極限，Eric Betzig, Stefan W. Hell和William E. Moerner被授予2014年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。由于他們的貢獻(xiàn)，我們可以利用光學(xué)顯微鏡對(duì)納米世界一探究竟。

這次獲獎(jiǎng)的是兩項(xiàng)獨(dú)立的技術(shù)。第一項(xiàng)是Stefan Hell于2000年研制的受激發(fā)射減損（STED）顯微技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)采用了兩束激光；一束負(fù)責(zé)激發(fā)熒光分子使其發(fā)光，另一束則負(fù)責(zé)抵消大部分熒光，只留下一塊納米大小體積的熒光區(qū)域。用該技術(shù)仔細(xì)掃描樣本，得出的圖像分辨率打破了Abbe提出的顯微分辨率極限。

Eric Betzig和William Moerner分別獨(dú)立地進(jìn)行研究，為第二種技術(shù)打下了基礎(chǔ)，即單分子顯微技術(shù)。這種方法依賴于開關(guān)單個(gè)分子熒光的可能性?？茖W(xué)家對(duì)同一區(qū)域進(jìn)行了多次“繪圖”，每次僅僅讓很少量的分散分子發(fā)光。將這些圖像疊加起來產(chǎn)生了密集的納米尺寸超分辨率圖像。2006年，Eric Betzig首次采用了這一技術(shù)。

今天，納米顯微技術(shù)被世界廣泛采用，新知識(shí)源源不斷地產(chǎn)生，造福著人類。