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很長時間以來，人們都認為光學(xué)顯微技術(shù)無法突破一條極限：它永遠不可能獲得比所用光的半波長更高的分辨率 。然而，2014年諾貝爾化學(xué)獎的得主使用熒光分子，巧妙地繞開了這一極限。他們突破性的工作將光學(xué)顯微技術(shù)帶到了納米尺度。

在納米顯微學(xué)（nanoscopy）的領(lǐng)域中，科學(xué)家使活細胞中不同分子的運動可視化——他們能夠看到腦部神經(jīng)細胞間的突觸是如何形成的，他們能夠觀察到與帕金森氏癥、阿爾茲海默癥和亨丁頓舞蹈癥相關(guān)的蛋白聚集過程，他們也能夠在受精卵分裂形成胚胎時追蹤不同的蛋白質(zhì)。

今天，科學(xué)家們竟然能夠從最微小的分子細節(jié)來研究活細胞，在前人看來這簡直是不可能的事情。在1873年，顯微鏡學(xué)者恩斯特·阿貝（Ernst Abbe）給傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡分辨率規(guī)定了一個物理極限：它不可能突破0.2微米。而艾力克·貝齊格（Eric Betzig）、斯特凡·W·赫爾（Stefan W. Hell）和W·E·莫爾納爾（W. E. Moerner）于2014年被授予諾貝爾化學(xué)獎，正是由于突破了這個極限。由于他們的成就，光學(xué)顯微鏡現(xiàn)在可以進入納米世界了。

左：艾力克·貝齊格，美國人，霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所的研究帶頭人。1960年生于美國密歇根州安娜堡，1988年獲得美國康奈爾大學(xué)博士學(xué)位。中：斯特凡·W·赫爾，德國人，哥廷根馬克斯普朗克生物物理化學(xué)研究所的主任，海德堡德國癌癥研究中心的部門主任。1962年生于羅馬尼亞阿拉德，1990年獲得德國海德堡大學(xué)博士學(xué)位。右：W·E·莫爾納爾，美國人，美國斯坦福大學(xué)應(yīng)用物理系和化學(xué)系教授。1953年生于美國加州普利桑屯，1982年獲得美國康奈爾大學(xué)博士學(xué)位。
圖片來源：從左至右：janelia.org, wikipedia, wikipedia

本次獎項頒給兩個不同的研究。其一是斯特凡·W·赫爾在2000年發(fā)明的受激發(fā)射損耗（STED）顯微技術(shù)。這項研究使用了兩道激光束，一束用來激發(fā)熒光分子使其發(fā)光，另一束則將大部分發(fā)光抵消——除了一塊納米尺度的微小區(qū)域。顯微鏡一納米一納米地掃描樣本，并產(chǎn)生圖像，其分辨率遠好于阿貝分辨率的限制。
 

艾力克·貝齊格和威廉姆·莫爾納爾各自獨立做出的成就，為第二種方法——單分子熒光顯微術(shù)打下了基礎(chǔ)。這種技術(shù)關(guān)鍵是發(fā)現(xiàn)可以打開和關(guān)閉單個分子的熒光?？茖W(xué)家們對同一區(qū)域多次成像，每次只讓幾個零散的分子發(fā)出熒光。通過對這些圖像進行疊加，他們得到了一幅納米級分辨率的超級稠密圖像。2006年，埃里克·白茲格首次將這種技術(shù)投入了實際運用。

今天，納米顯微技術(shù)已經(jīng)在全球被廣泛使用，并且不斷在為人類做出新的貢獻。

2014諾貝爾獎化學(xué)獎獎項解讀。