■本報首席記者 徐瑞哲
  如果要測量一根髮絲的粗細,用“納米”這個單位顯然不適合——因為一根頭髮絲直徑約10萬個納米。對於能看清1個納米的超分辨率熒光顯微鏡來說,頭髮實在是太粗了!
  8日,2014年諾貝爾化學獎授予了研發這種超分辨率熒光顯微技術的3位科學家,他們是美國人埃里克·貝齊格、威廉·莫納,以及德國人斯特凡·黑爾。
  諾貝爾化學獎評審委員會8日宣佈這一消息時認定,3名科學家成功突破傳統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。
  打破經典光學瓶頸
  對於這項諾獎成就,化學獎評委會聲明稱:長期以來,光學顯微鏡的分辨率被認為不可能超過光波波長的一半,這被稱為“阿貝分辨率”。而借助熒光分子的幫助,今年獲獎者的研究成果巧妙繞過了經典光學這一束縛,開創性地使光學顯微鏡能夠窺探納米世界。如今,納米級分辨率的顯微鏡在世界範圍內被廣泛運用。
  光的波長約500納米,而最好的光學顯微鏡也只能分辨它的一半,即250納米。比如可以看見一個細菌,但它只是一個“點”而已。而運用今年化學獎的技術,光學分辨率可提高百倍,比如看到2.5納米,只有一個蛋白質分子的一半大小。由此,人類可以看見幾萬種生命物質是如何靠近、結合併相互作用的。
  當獲知諾貝爾化學獎頒給這項技術時,華東理工大學藥學院特聘教授楊弋想到的不僅是貝齊格,還有另一位華人女科學家莊小威,“本以為兩人會同時獲獎”。2005至2006年,他們通過不同的途徑,為小分子實現了超分辨率成像。事實上,貝齊格用的熒光分子標記,基於2008年諾貝爾化學獎得主錢永健的熒光蛋白方法;而莊小威使用的是小分子染料來進行熒光標記。楊弋認為,可能莊小威發表成果比貝齊格稍晚,因此錯失諾獎。
  德科學家另闢蹊徑
  獲獎的兩名美國科學家,技術路徑基本一致,而德國科學家則是另闢蹊徑,實現了同樣的超分辨效果。黑爾幾乎完全運用激光物理原理,於2000年開發出“受激發射損耗顯微鏡”。
  楊弋解釋說,單束激光一照就是一個光斑,直徑在300納米左右,這決定了它的分辨率不可能更高。但黑爾竟然利用了另一束中空激光,這第二束激光的中空孔徑只有20納米,它發射後就像“橡皮擦”那樣將第一束激光的外圈消除了,這樣剩下的小光斑直徑就只有20納米,達到了納米級成像要求。
  可以說,美國人開發的熒光顯微鏡成像技術,還能用“DIY”的方法,用不同組件自主搭建。而德國人憑藉極為精密的光學技術優勢,開發出這種“激光套激光”的顯微鏡,則幾乎無人可以自製。
  這類光學顯微鏡的分辨率已經與電子顯微鏡等量齊觀,而拿到多項諾獎的電子顯微鏡技術又是無法替代光學顯微鏡的。同樣具有納米視力的電子顯微鏡,必須在真空環境下成像,因此只能觀察死細胞,可以說重在看空間形態,而非活性功能,無法像同級別的光學顯微鏡那樣對細胞的工作動態進行“影像直播”。
  “跨界”成獲獎趨勢
  有學者認為,以著名化學家諾貝爾命名的諾獎,特別是它的化學獎,已越發顯露出理工綜合獎的趨勢。從1901年首屆諾貝爾化學獎開始,算上今年的獲獎者,已有38人因其物理化學領域的成就,獲得諾貝爾化學獎。
  今年,美德三名科學家的所在單位,分別是醫學、生物物理化學、應用物理等科研院所。而他們的研究方法,同樣綜合了“數、理、化”乃至生物等多種學科。可以說,跨界已成為化學作為物質科學的特征之一,不能實現學科交叉融合,恐怕難以適應國際科研大勢,與諾貝爾獎遠離。
  另一方面,有了基礎研究,應用開發同樣有助於奪得諾貝爾獎。楊弋舉例說,這屆諾貝爾化學獎的第一篇相關論文發表於1999年,理論方法的首次實際應用在2006年之前,至今不到10年光景。尤其是德國徠卡這樣的著名光學企業,極其快速地將諾獎級別的研究成果開發為產品。商品化過程大大縮短有利於推廣和驗證諾獎成果,也讓評委們毫不猶豫地投上一票。因此,比起以往二三十年之後“遲到的諾獎”,如今諾獎頒發的周期也越發縮短。  (原標題:他們讓人類得以細窺納米世界)
創作者介紹

龔如心

nrbssdghtjt 發表在 痞客邦 PIXNET 留言(0) 人氣()