美國科學家埃里克·貝齊格、威廉·莫納和德國科學家斯特凡·黑爾因開發(fā)出超分辨率熒光顯微鏡而獲得2014年度諾貝爾化學獎。諾貝爾化學獎評審委員會8日在瑞典首都斯德哥爾摩宣布這一消息時認定，3名科學家成功突破傳統(tǒng)光學顯微鏡的極限分辨率，將顯微技術帶入“納米”領域，讓人類能以更精確的視角窺探微觀世界。

　　創(chuàng)新破“極限”

　　3名獲獎者中，現(xiàn)年54歲的貝齊格來自美國霍華德·休斯醫(yī)學研究所，現(xiàn)年61歲的莫納現(xiàn)任美國斯坦福大學教授，現(xiàn)年52歲的黑爾同時就職于馬克斯·普朗克生物物理化學研究所和德國癌癥研究中心。

　　長期以來，光學顯微鏡的成像效果被認為受到光的波長限制，無法突破0.2微米即光波長二分之一的分辨率極限。這三位科學家則以創(chuàng)新手段“繞過”這一極限，通過激光束激活熒光分子，在熒光分子發(fā)光的時候通過特別手段消除或過濾掉多余熒光，從而獲得比“極限”更精確的成像。

　　諾貝爾化學獎評審委員會在當天發(fā)表的聲明中說，通過熒光分子的幫助，這些科學家實現(xiàn)了這一突破，使用這一革命性顯微技術在各自專業(yè)領域研究生命的最微小組成部分。

　　其中，黑爾通過研究神經(jīng)細胞了解大腦突觸現(xiàn)象，莫納研究與亨廷頓氏癥(一種神經(jīng)退化性紊亂疾病)相關的蛋白質(zhì)，貝齊格研究胚胎內(nèi)部的細胞分裂。

　　探索“無止境”

　　這一“納米顯微”技術問世前，人類憑借光學顯微鏡對細胞內(nèi)分子作用的觀察一直存在局限。

　　按照諾貝爾化學獎評審委員會的說法，3位科學家的成果將顯微技術帶入“納米”領域，讓人類能夠“實時”觀察活細胞內(nèi)的分子運動規(guī)律，為疾病研究和藥物研發(fā)帶來革命性變化。

　　“在帕金森氏癥、阿爾茲海默氏癥(老年癡呆癥)或亨廷頓氏癥發(fā)作時，他們(科學家)可以跟蹤與之有關的蛋白質(zhì)(變化)；受精卵分裂并發(fā)育成胚胎的過程中，他們也可以觀察這些單個蛋白質(zhì)(變化)，”諾貝爾化學獎評審委員會說，3人的研究成果為微生物研究帶來了幾乎無限的可能，“理論上講，如今沒有什么物質(zhì)結構小得無法研究?！?/p>

　　如今，“納米顯微”技術在世界范圍內(nèi)被廣泛運用，每天人類都能從其帶來的新知識中獲益。

　　獲獎“太意外”

　　獲得諾貝爾獎，對德國科學家黑爾似乎太過意外。他告訴諾貝爾獎基金會，接到電話時，他正在安靜地閱讀一篇科研論文，以為打來的是一個惡作劇電話。

　　“太令人意外了，我沒敢相信。我一開始覺得這可能是個惡作劇，”黑爾說，“幸運的是，我記得(瑞典皇家科學院常任秘書)諾爾馬克教授的聲音，我意識到(他)旁邊還有其他人……才認為這是真的?！?/p>

　　不過，黑爾沒有陷入驚喜中，而是掛完電話繼續(xù)閱讀論文。

　　“我讀完了那篇我希望讀到結尾的論文，然后再給我妻子打電話，還有幾個和我關系密切的人。”黑爾說，他沒有去理會如潮水般涌來的電話和采訪請求。

　　回憶起研究成果，黑爾說，他的研究最開始時遭到業(yè)內(nèi)人士的強烈抵制，“人們覺得這個‘極限’自1873年就存在，再去做一些研究……有點瘋狂，不太現(xiàn)實”。

　　“然而，我的觀點是，20世紀發(fā)生了那么多物理學(研究發(fā)現(xiàn))……我覺得一定有某種東西或現(xiàn)象能幫助你突破那個極限，”黑爾說，“我一直都樂于挑戰(zhàn)事物，挑戰(zhàn)公共智慧?！?/p>

　　本版據(jù)新華社京華時報記者郭瑩 張思佳

　　□解讀 顯微鏡下的更小世界

　　從光學顯微鏡到能探知納米世界的超分辨率顯微鏡，2014年諾貝爾化學獎所表彰的科學研究突破了以往物體觀測尺寸的界限，使人類得以研究更微小的世界。

　　北京大學生物動態(tài)光學成像中心研究員孫育杰介紹，超分辨率熒光顯微技術主要應用于生物領域。孫育杰說，傳統(tǒng)光成像分辨率一般是波長的一半200納米。這個分辨率在細胞成像上有些大了。很多細胞結構小于這個，很多生物分子排列很緊，這樣也看不到。因此，科學家們致力于超分辨率領域的研究。

　　孫育杰介紹，超分辨率領域的發(fā)展分為三個階段，在1994年，德國人斯特凡·黑爾最先從原理和技術上實現(xiàn)了超分辨率，當時稱為STED，但因為生物兼容性很差，很容易將生物樣品燒壞，因此一直沒能大范圍應用。2006年，此次諾獎得主埃里克·貝齊格與華裔科學家莊小威幾乎在同一時間各自獨立發(fā)表論文，發(fā)明了新的超分辨率技術。二者在原理上非常像，且生物兼容性非常好，“這個技術一下子火起來”。

　　此后，最早推出超分辨率技術的黑爾教授也在技術上不斷改革，使得生物兼容性很好。因此，目前該領域主要廣泛使用這三種技術。“這3個技術都很成熟，也有公司投入生產(chǎn)。比如尼康、奧林巴斯等，已經(jīng)商用化了。北京還有10多家實驗室在用這個技術?！?/p>

　　目前，這幾種技術把傳統(tǒng)成像分辨率提高了10到20倍，最好的能達到10納米，“這種提高是非常了不起的”。因此，超分辨率技術推出后，科學家們可以看到細胞內(nèi)的細節(jié)，包括細胞結構，分子間的相互作用，相互定位及動態(tài)過程等?！昂帽纫粋€近視眼的人突然戴上了合適的眼鏡”。

　　化學獎屬于跨界出品

　　物理學的原理和技術，廣泛應用于生命科學領域，最后卻獲得了諾貝爾化學獎，這令一些人感到困惑。對此，孫育杰說，這幾個技術都是跨界技術。實際上黑爾和莊小威都是物理專業(yè)畢業(yè)。他們都是一直從事物理研究，最后轉(zhuǎn)做生物，用物理理論解決了生物的技術需求。“這是一個典型的技術諾貝爾獎，也是跨界的結果”。

　　對于此技術獲得化學獎，他說這幾類技術實現(xiàn)超分辨率，都是利用熒光探針的性質(zhì)，包括化學有機染料、熒光蛋白等。在2008年也有科學家憑借熒光蛋白獲得過諾貝爾化學獎?！斑@其實是個生物領域”。他表示，這個技術就是利用了生物分子、化學分子的性質(zhì)，實現(xiàn)了突破衍射極限的超高分辨率成像。

　　□反應 學界為華裔學者叫屈

　　昨天，諾貝爾化學獎公布后，很多學界專家都認為華裔科學家莊小威更有資格獲得該獎。

　　原北大生命科學院院長饒毅在第一時間發(fā)表文章稱，“貝齊格的工作不僅與華裔教授莊小威的工作在物理原理上完全一樣，而且他們研究論文發(fā)表的時間也一樣，令人不解為何厚此薄彼”。

　　孫育杰認為，在熒光顯微技術這一領域，莊小威也是極為重要的貢獻人。

　　有學者說，莫納雖然在成像領域里德高望重，備受尊敬，但是相比諾貝爾獎，還有一定差距。在質(zhì)量上遠不如黑爾、貝齊格和莊小威。

　　據(jù)介紹，莊小威目前任哈佛大學化學系和物理系教授，兼北京大學生物動態(tài)成像中心研究員。莊小威畢業(yè)于中國科技大學少年班，美國加州大學物理學博士、斯坦福大學博士后，40歲當選美國科學院院士。

　　■埃里克·貝齊格

　　1960年出生于美國密歇根州，1988年獲得美國康奈爾大學博士學位。美國神經(jīng)科學家、發(fā)明家、應用物理學家，他從康奈爾大學畢業(yè)后在貝爾實驗室工作。其主要貢獻是研發(fā)了用于分子生物學、神經(jīng)科學的光學成像工具。現(xiàn)在美國弗吉尼亞州霍華德·休斯醫(yī)學研究所工作。

　　2011年7月，貝齊格接受BBC的采訪介紹超分辨率顯微鏡技術時說，我們第一次掌握了這種技術，可以讓我們了解正在發(fā)生的復雜的三維動態(tài)。

　　2006年，超高分辨率顯微鏡研究行業(yè)翻開了新的篇章。貝齊格和其他三個科研小組幾乎同時發(fā)表了他們提高顯微鏡分辨率的科研成果。貝齊格和研究伙伴一起在2006年的《科學》雜志上發(fā)表了他們的研究成果。

　　■斯特凡·黑爾

　　1962年生于羅馬尼亞阿拉德，于1981年進入德國海德堡大學學習，并于1990年獲得海德堡大學物理學博士學位。現(xiàn)為德國籍，是馬克斯·普朗克生物物理化學研究所所長之一。

　　1991年至1993年，黑爾在位于德國海德堡的歐洲分子生物學實驗室從事研究工作。1993年至1996年在芬蘭圖爾庫大學的物理醫(yī)學系從事研究工作。1994年，黑爾發(fā)明了STED顯微鏡，是超分辨率顯微技術的一大突破。

　　1997年，黑爾遷往哥廷根，成為馬克斯·普朗克學會在哥廷根的生物物理化學研究所的研究員。2003年至今，黑爾也是位于海德堡的德國癌癥研究中心高分辨率光學顯微技術部門的主任。

　　2002年，黑爾獲德國雷賓赫激光技術獎。2008年，曾獲德國科學技術最高獎——萊布尼茨獎。

　　■威廉·莫納

　　1953年生于美國加利福尼亞州的普萊森頓，1982年獲得康奈爾大學物理學博士學位?，F(xiàn)為美國斯坦福大學哈利·S·莫什講座教授，是單分子光譜和熒光光譜領域的著名專家。

　　1981年至1995年，莫納在IBM位于加利福尼亞州圣荷西的研究中心擔任研究人員和管理人員。1993年至1994年，在瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院擔任訪問客座教授。1995年至1998年，在加利福尼亞大學擔任杰出教授(物理化學領域)。1998年至今，在斯坦福大學擔任教授。

　　莫納曾獲得不少榮譽，1984年獲得羅杰·I·威爾金斯全美杰出年輕電氣工程師獎；2001年獲得美國物理學會厄爾勒·K·普利勒獎；2008年獲得以色列沃爾夫獎化學獎；2009年獲得歐文·朗繆爾化學物理學獎。