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超分辨率荧光显微技术进入“纳米时代”

行业聚焦点中国仪表网2014年10月09日 09:39人气:5352

  【中国仪表网 行业聚焦点】10月8日,2014年的诺贝尔化学奖由来自美国的埃里克·白兹格(Eric Betzig)和威廉姆·莫尔纳尔(William Moerner)、以及来自德国的斯特凡·赫尔(Stefan Hell)共同获得,以表彰他们在超分辨率荧光显微技术领域取得的成就。这三位科学家将共同分享价值800万克朗(约110万美元)的奖金。
  

        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。
  
  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。
  
  声明还说,黑尔于2000年开发出受激发射损耗(STED)显微镜,他用一束激光激发荧光分子发光,再用另一束激光消除掉纳米尺寸以外的所有荧光,通过两束激光交替扫描样本,呈现出突破“阿贝分辨率”的图像。贝齐格和莫纳通过各自的独立研究,为另一种显微镜技术——单分子显微镜的发展奠定了基础,这一方法主要是依靠开关单个荧光分子来实现更清晰的成像。2006年,贝齐格第一次应用了这种方法。因此,这两项成果同获今年诺贝尔化学奖。
  
  今年诺贝尔化学奖奖金共800万瑞典克朗(约合111万美元),将由三位获奖者平分。
  
  此前外界预测的热门人选之一、美国华裔化学家邓青云本年度未能获奖。
  
  诺贝尔奖的介绍显示,埃里克·白兹格是荧光显微技术领域科学家,现就职于美国霍华德休斯医学研究中心(Howard Hughes MedicalInstitute);威廉姆·莫尔内尔是光谱领域著名学者,现为美国斯坦福大学讲座教授;斯蒂凡·赫尔是德国哥根廷大学教授,现为德国马克斯·普朗克生物物理化学研究所(Max PlanckInstitutefor Biophysical Chemistry)所长。
  
  针对三位获奖科学家的研究领域,国家973重大研究计划项目首席科学家、有机光电材料与器件领域专家张晓宏教授在接受媒体采访时表示,这是一种超分辨率荧光显微技术,在该技术的指导下,科学家们通过显微镜就可以观察类似病毒、蛋白质等的微小结构,最小可分辨至0.00000002米,为非常高的分辨率。
  
  路透社的报道称,早在1873年,科学家们认为光学显微镜的分辨率是有限的,即最多只能分辨0.2微米,或人类头发宽度的1/500。但今年诺贝尔化学奖三位获奖人的发现却打破了这一局限,进一步将分辨率带入至“纳米时代”。目前,这一技术正广泛应用到细胞内部的不同细胞器的建造。
  
  德国的赫尔在得知获奖消息后召开的新闻发布会上表示,(此次获奖的技术)在帮助了解细胞功能和检查细胞问题方面十分重要。他同时表示,对于此次获奖“十分惊讶”,而白兹格也同样对获奖消息表示惊讶。
  
  “得知获奖消息后,我在慕尼黑的城市里迷茫地走了一个小时,恐怕我的生命从此将要有所改变。”赫尔在接受路透社电话采访时透露,而他原计划本周三在慕尼黑举办一场讲座。
  
  10月8日颁布的诺贝尔化学奖是本年度诺贝尔科学奖的最后一个奖项。
  
  美国科学家埃里克·贝齐格、威廉·莫纳和德国科学家斯特凡·黑尔因开发出超分辨率荧光显微镜而获得2014年度诺贝尔化学奖。
  
  诺贝尔化学奖评审委员会8日在瑞典首都斯德哥尔摩宣布这一消息时认定,3名科学家成功突破传统光学显微镜的极限分辨率,将显微技术带入“纳米”领域,让人类能以更精确的视角窥探微观世界。
  
  成像突破“极限”
  
  3名获奖者中,现年54岁的贝齐格来自美国霍华德·休斯医学研究所,现年61岁的莫纳现任美国斯坦福大学教授,现年51岁的黑尔同时就职于马克斯·普朗克生物物理化学研究所和德国癌症研究中心。
  
  长期以来,光学显微镜的成像效果被认为受到光的波长限制,无法突破0.2微米、即光波长二分之一的分辨率极限。这三位科学家则以创新手段“绕过”这一极限,通过激光束激活荧光分子,在荧光分子发光的时候通过特别手段消除或过滤掉多余荧光,从而获得比“极限”更精确的成像。
  
  诺贝尔化学奖评选委员会在当天发表的声明中说,通过荧光分子的帮助,这些科学家实现了这一突破,使用这一革命性显微技术在各自专业领域研究生命的最微小组成部分。
  
  其中,黑尔通过研究神经细胞了解大脑突触现象,莫纳研究与亨廷顿氏症(一种神经退化性紊乱疾病)相关的蛋白质,贝齐格研究胚胎内部的细胞分裂。
  
  显微技术进入纳米领域
  
  这一“纳米显微”技术问世前,人类凭借光学显微镜对细胞内分子作用的观察一直存在局限,而使用电子显微镜观察的前提通常是将被研究细胞杀死。
  
  按照诺贝尔化学奖评选委员会的说法,3位科学家的成果将显微技术带入“纳米”领域,让人类能够“实时”观察活细胞内的分子运动规律,为疾病研究和药物研发带来革命性变化。
  
  “在帕金森氏症、阿尔兹海默氏症(老年痴呆症)或亨廷顿氏症发作时,他们(科学家)可以跟踪与之有关的蛋白质(变化);受精卵分裂并发育成胚胎的过程中,他们也可以观察这些单个蛋白质(变化),”诺贝尔化学奖评选委员会说,3人的研究成果为微生物研究带来了几乎无限的可能,“理论上讲,如今没有什么物质结构小得无法研究。”
  
  科学家称获奖“太意外”
  
  获得诺贝尔奖,对德国科学家黑尔似乎太过意外。他告诉诺贝尔奖基金会,接到电话时,他正在安静地阅读一篇科研论文,以为打来的是一个恶作剧电话。
  
  黑尔说,“幸运的是,我记得(瑞典皇家科学院常任秘书)诺尔马克教授的声音,我意识到(他)旁边还有其他人,才认为这是真的。”不过,黑尔没有陷入惊喜中,而是挂完电话继续阅读论文。
  
  “我读完了那篇我希望读到结尾的论文,然后再给我妻子打电话,还有几个和我关系密切的人,”黑尔说,他没有去理会如潮水般涌来的电话和采访请求。
  
  回忆起研究成果,黑尔说,他的研究最开始时遭到业内人士的强烈抵制,“人们觉得这个‘极限’和分辨率自1873年就存在,再去做一些研究,有点疯狂,不太现实”。“然而,我的观点是,20世纪发生了那么多物理学(研究发现),觉得一定有某种东西或现象能帮助你突破那个极限。
  
  而自10月6日起,瑞典皇家科学院陆续揭晓了其他几个科学类奖项。其中,来自英国和挪威的三位科学家因发现大脑中负责定位系统细胞获今年的诺贝尔生理学或医学奖;来自日本的两位物理学家和一位美籍日裔科学家因发明“高亮度蓝色发光二极管”获得本年度的诺贝尔物理学奖。
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