2014 诺贝尔化学奖得主甫揭晓,由德国科学家赫尔(Stefan W. Hell)、美国科学家贝齐格(Eric Betzig)与莫尔纳(William E. Moerner),共同以“超高解析萤光显微技术”领域之成就,成功摘下桂冠。三人突破传统光学显微镜的物理限制,将光学显微技术推进奈米等级,为人类与相关研究领域贡献良多。
过去由于传统光学显微镜受到绕射限制(diffraction limit)的影响,分辨率仅达可见光波长的一半约 0.2 微米,无法清楚解析细菌、蛋白质、分子等微小物质的内部结构。德国科学家赫尔在 1994 年于芬兰从事研究工作期间,发明 STED(Stimulated Emission Depletion)远场光学奈米显微技术。此技术利用两道激光,一道用来激发特定萤光分子,另一道则是抑制其余超过奈米范围的萤光,借此方式所扫描出来的图像,其分辨率能有效突破绕射限制而提高。
▲STED 显微技术利用两道激光激发与抑制萤光分子,扫描出高解析图像
至于两位美国科学家贝齐格与莫尔纳,则为单分子显微技术(single-molecule microscopy)奠定基础。科学家利用此技术控制少数分子发光,并重复扫描同一区块,将所有扫描影像重叠后,便得出奈米解析等级的影像。
现在,科学家能更清楚看见活体细胞内的单分子路径,在化学与生物学交互作用下,进一步观察蛋白质与疾病间的连结关系,对于研究阿兹海默症、帕金森氏症等疾病方面极具助益。
▲单分子显微技术
三位得奖人中,年纪最大的是现年 61 岁的莫尔纳,现于美国斯坦福大学(Standford University)担任教授。54 岁的贝齐格曾任职于美国贝尔实验室(AT&T Bell Labs),现于美国霍华德休斯医学研究所(Howard Hughes Medical Institute)珍莉亚农场研究园区(Janelia Farm Research Campus)任职。52 岁的赫尔,现担任德国马克斯普朗克生物物理化学研究所(Max Planck Institute for Biophysical Chemistry)所长,同时担任德国癌症研究中心部门主任。
● The Nobel Prize in Chemistry