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2014年诺贝尔化学奖花落超高分辨显微技术领域 Stefan Hell 获奖

日期: 2014-12-29
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瑞典皇家科学院宣布,将2014年诺贝尔化学奖授予埃里克·白兹格(Eric Betzig)、斯蒂芬·黑尔(Stefan W. Hell)和威廉·莫尔纳(William E. Moerner),以表彰他们为发展超高分辨率荧光显微镜所作的贡献。

获奖理由
很长时间以来,人们都认为光学显微技术无法突破一条极限:它永远不可能获得比所用光的半波长更高的分辨率,这被称为“阿贝衍射极限”。然而,2014年诺贝尔化学奖的得主使用荧光分子,巧妙地绕开了这一极限。他们突破性的工作将光学显微技术带到了纳米尺度。

成果解析
埃里克·白兹格、斯蒂芬·黑尔和威廉·莫尔纳由于超越了0.2微米这个极限而被授予2014年的诺贝尔化学奖。由于他们的贡献,现在通过光学显微镜我们可以观察到纳米世界。

此次诺贝尔化学奖授予两项不同的工作。其中一项是斯蒂芬·黑尔在2000年开发的STED显微镜技术。这项技术同时使用两束激光,其中一束激发荧光分子发光,另外一束将除了一个纳米尺寸之外的荧光全部猝灭掉。这样,通过一个纳米一个纳米地扫描样品,我们可以获得分辨率高于阿贝衍射极限的图像。

另一项工作来自于埃里克·白兹格和威廉·莫尔纳,他们各自独立地建立了单分子显微镜(single molecule microscopy)的技术,GSDIM和超高分辨显微镜 Leica SR GSD 3D正是基于这项技术。这项成果可以将单个分子的荧光打开或者关掉。科学家们对同一区域反复成像,每次只允许几个分散的分子发光。将这些图像叠加就获得了分辨率达到纳米尺度的图像。在2006年,埃里克·白兹格首次使用了这种方法。

获奖者简介

埃里克·白兹格(Eric Betzig):美国人。1960年生于美国密歇根州安阿伯(Ann Arbor)市,1988年获康奈尔大学博士学位。现为美国弗吉尼亚州阿什伯恩市(Ashburn)霍华德·休斯医学研究所珍莉亚农场研究园区研究组长。

威廉·莫尔纳(William E. Moerner):美国人。1953年出生于加利福尼亚州的普莱森顿(Pleasanton),1982年在康奈尔大学获博士学位。现为斯坦福大学哈里•莫舍化学教授,和应用物理学兼职教授。

 

斯蒂芬·黑尔(Stefan W. Hell):德国人。1962年出生于罗马尼亚的阿拉德(Arad),1990年在德国海德堡大学获得博士学位。现为哥廷根马克斯·普朗克生物物理化学研究所主任,和位于德国海德堡的德国癌症研究中心部门负责人。

早在2004年徕卡显微系统(Leica Microsystems)就与Stefan Hell合作推出了商业化4Pi超高分辨显微镜,开启了超高分辨产品商业化的先河。2007年,他将STED专利技术授权徕卡(Leica)研发,最新一代Leica TCS SP8 STED 3X受激发射损耗显微镜,推向市场后,该系列产品广受好评。Stefan Hell与徕卡显微系统(Leica Microsystems)的工程师和科学家有长期良好的关系,从他还是博士生时,他就与徕卡(Leica)共同研发超高分辨显微镜,至今双方合作超过15年。

Marcus Dyba 撰写博士生论文时,在Stefan Hell实验室研发第一款STED显微镜,他现在已经是徕卡显微系统超高分辨技术发展项目的牵头人。他说:“我很高兴诺奖组委会认可了S.H的创举,因为他触发了光学显微镜的革新。我经常回想起当初我在他的实验室里研究STED技术的日子。即使在那时,徕卡显微系统也是他主要的合作伙伴,对他的想法和革新极富热情,且愿意接受具有风险的创新之举。”

凭借受激发射损耗显微镜Leica TCS SP8 STED 3X Leica SR GSD 3D三维定位显微镜,徕卡显微系统是唯一一家提供超高分辨技术的企业。超高分辨技术使科学家们就能在显微镜下看到生物细胞内纳米级别的粒子运动的情况。他们可以看到微小的粒子是如何在神经细胞之间形成突触的,也可以看到那些在帕金森症、阿茨海默症等等疾病的萌发中起到关键作用的微小蛋白质粒子, 还能跟踪胚胎分裂时单个蛋白质分子的运动轨迹。

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