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解读诺贝尔化学奖:绕过“束缚” 开启纳米微时代

  • 发布时间:2014-10-09 08:39:00  来源:中国新闻网  作者:佚名  责任编辑:罗伯特

  

  据诺贝尔奖官方网站消息,诺贝尔化学奖于当地时间8日揭晓,获奖者为埃里克·贝齐格、威廉·莫纳和斯特凡·黑尔,他们的获奖理由是在超分辨率荧光显微技术领域取得的成就。

  中新网10月9日电 综合消息,瑞典皇家科学院8日宣布,将2014年诺贝尔化学奖授予美国科学家埃里克·贝齐格、威廉·莫纳和德国科学家斯特凡·黑尔,以表彰他们为发展超分辨率荧光显微镜所作的贡献。

  据报道,显微镜技术早于数百年前已逐步成形,分辨率亦随技术进步不断提升,但受制于光线波长限制,0.2微米成为显微镜难以突破的瓶颈。德国物理学家阿贝在1873年提出“绕射极限”概念,称0.2微米是传统光学显微技术解像度的物理极限。很多人就这样接受现实,但亦有小部分科学家坚定不移,矢志打破界限。

  1990年完成博士学位后,黑尔一直寻找突破“绕射极限”的方法,更不惜从德国前赴芬兰,结果遇上当时仍处于研究阶段的荧光显微学。于是黑尔想到设计一种“纳米电筒”,可在纳米范围内扫描目标样本,并以此为基础构建“受激发射损耗”(STED)显微技术。虽然他的理论当时没有引起哄动,但已引来学界关注。黑尔其后制作STED显微镜,并在2000年实际展示其功能,声名大噪。

  而在大西洋对岸的美国,莫纳1989年成为全球首位量度单分子光吸收量的科学家,并在8年后受到“绿色荧光蛋白”(GFP)启发,发展出能够开关GFP发光功能的方法。“绿色荧光蛋白”是2008年诺贝尔化学奖的研究,当年得奖者包括已故“中国导弹之父”钱学森堂侄、美国华裔科学家钱永健。

  莫纳为科学家观察单一分子打开大门,更成为贝齐格的突破口。贝齐格多年来为突破“绕射极限”费尽脑筋,他利用莫纳对可开关荧光分子的研究,研发出“单分子显微技术”,通过重复扫描目标样本,并在每次拍摄时只让少量分子发光,最后把所得图像重迭在一起,得出解像度突破“绕射极限”的显微影像。

  虽然目前也有电子显微镜等能提供高分辨率显微,然而这些方法的准备过程会杀死细胞,因此无法用于观察活细胞的活动。

  诺贝尔化学奖评选委员会当天声明说,长期以来,光学显微镜的分辨率被认为不会超过光波波长的一半,这被称为“阿贝分辨率”。借助荧光分子的帮助,今年获奖者们的研究成果巧妙地绕过了经典光学的这一“束缚”,他们开创性的成就使光学显微镜能够窥探纳米世界。如今,纳米级分辨率的显微镜在世界范围内广泛运用,人类每天都能从其带来的新知识中获益。

  诺贝尔化学奖评选委员会还指出,得奖者的研究允许人类观察病毒以至细胞内的蛋白质,对了解有关物质的功能作出重大贡献,例如可用于观察帕金森症、脑退化症和亨廷顿病患者体内的蛋白变化等。委员会赞扬三人的研究不仅为人类未来探求知识打下重要基础,他们现在仍然站在科研的最前线,通过科学研究为人类社会谋福祉。

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