突破光顯微限制 美德3學者奪諾貝爾化學獎

美國科學家貝齊格(Eric Betzig)、美國科學家莫納(William E. Moerner)和德國科學家赫爾(Stefan W. Hell)、因為「研發出超解析率螢光顯微鏡技術(super-resolved fluorescence microscopy)」摘下2014年諾貝爾化學獎桂冠,均分800萬瑞典克朗獎金。特別的是,今年3位化學獎得主都是物理學博士。

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評審委員會表示:「長久以來,光顯微技術因假設性限制而受限,也就是解析度絕對頂多達到光波波長的一半。在螢光分子的協助下,2014年諾貝爾化學獎得主巧妙規避這項限制。」

很長一段時間裡,科學家認為光學顯微鏡有一個極限:光學顯微鏡一直受成像清晰度的限制,無法獲得比半光波長更好的分辨率。在熒光分子的幫助下,今年諾貝爾化學獎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顯微鏡帶入了納米維度。

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赫爾在2000年研發出「受激發射損耗顯微鏡技術」(STED),利用兩道雷射光,一道激發螢光分子,另一道將所有超過奈米範圍的螢光抑制掉。以這種方式在樣本上一奈米一奈米掃描,就可以得到解析率超越阿貝繞射極限的圖像。

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貝齊格和莫納分別獨立地進行研究,為第二種技術打下了基礎,即單分子顯微技術。這種方法依賴於開關單個分子熒光的可能性。科學家對同一區域進行了多次「繪圖」,每次僅僅讓很少量的分散分子發光。將這些圖像疊加起來產生了密集的納米尺寸超分辨率圖像。 2006年,貝齊格首次採用了這一技術。

納米顯微鏡技術(nanoscopy)讓科學家看到活體細胞之中個別分子的路徑,腦部神經細胞如何利用分子來建立突觸(synapse),追蹤巴金森氏症 (Parkinson’s disease)、阿滋海默氏症(Alzheimer’s disease)與杭丁頓氏舞蹈症(Huntington’s)的致病蛋白質如何堆積,觀察受精卵發育成胚胎過程中的特定蛋白質。而且這項技術正在快速發展,不斷造福人類。

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螢光顯微鏡影像

貝齊格現年54歲,美國康奈爾大學( Cornell University)物理學博士,目前任職於維吉尼亞州霍華德.休斯醫學研究所(Howard Hughes Medical Institute)的珍利亞農場研究園區(Janelia Farm Research Campus)。

赫爾現 年52歲,生於羅馬尼亞,德國公民,德國海德堡大學(University of Heidelberg)物理學博士,目前擔任馬克斯.普朗克生物物理化學研究所(Max Planck Institute for Biophysical Chemistry)所長,同時也在海德堡的德國癌症研究中心(DKFZ)任職。

莫納現年61歲,康奈爾大學物理學博士,目前在加州史丹福大學(Stanford University)擔任講座教授。■

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