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【2014诺贝尔奖】化学奖揭晓:看到纳米的世界

作者:佚名 来源:果壳网 点击数: 更新时间:2015-5-4

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 。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。

在纳米显微学(nanoscopy)的领域中,科学家使活细胞中不同分子的运动可视化——他们能够看到脑部神经细胞间的突触是如何形成的,他们能够观察到与帕金森氏症、阿尔兹海默症和亨丁顿舞蹈症相关的蛋白聚集过程,他们也能够在受精卵分裂形成胚胎时追踪不同的蛋白质。

今天,科学家们竟然能够从最微小的分子细节来研究活细胞,在前人看来这简直是不可能的事情。在1873年,显微镜学者恩斯特·阿贝(Ernst Abbe)给传统的光学显微镜分辨率规定了一个物理极限:它不可能突破0.2微米。而艾力克·贝齐格(Eric Betzig)、斯特凡·W·赫尔(Stefan W. Hell)和W·E·莫尔纳尔(W. E. Moerner)于2014年被授予诺贝尔化学奖,正是由于突破了这个极限。由于他们的成就,光学显微镜现在可以进入纳米世界了。

左:艾力克·贝齐格,美国人,霍华德·休斯医学研究所的研究带头人。1960年生于美国密歇根州安娜堡,1988年获得美国康奈尔大学博士学位。中:斯特凡·W·赫尔,德国人,哥廷根马克斯普朗克生物物理化学研究所的主任,海德堡德国癌症研究中心的部门主任。1962年生于罗马尼亚阿拉德,1990年获得德国海德堡大学博士学位。右:W·E·莫尔纳尔,美国人,美国斯坦福大学应用物理系和化学系教授。1953年生于美国加州普利桑屯,1982年获得美国康奈尔大学博士学位。图片来源:从左至右:janelia.org, wikipedia, wikipedia

本次奖项颁给两个不同的研究。其一是斯特凡·W·赫尔在2000年发明的受激发射损耗(STED)显微技术。这项研究使用了两道激光束,一束用来激发荧光分子使其发光,另一束则将大部分发光抵消——除了一块纳米尺度的微小区域。显微镜一纳米一纳米地扫描样本,并产生图像,其分辨率远好于阿贝分辨率的限制。


STED显微镜的工作原理。

艾力克·贝齐格和威廉姆·莫尔纳尔各自独立做出的成就,为第二种方法——单分子荧光显微术打下了基础。这种技术关键是发现可以打开和关闭单个分子的荧光。科学家们对同一区域多次成像,每次只让几个零散的分子发出荧光。通过对这些图像进行叠加,他们得到了一幅纳米级分辨率的超级稠密图像。2006年,埃里克·白兹格首次将这种技术投入了实际运用。

今天,纳米显微技术已经在全球被广泛使用,并且不断在为人类做出新的贡献。

2014诺贝尔奖化学奖奖项解读。

(编辑:Calo)

文章题图:nobelprize.org

 

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编译来源

nobelprize.org, The Nobel Prize in Chemistry 2014
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