看見納米世界,三位科學家因超解析度顯微鏡獲諾貝爾化學獎
2020-12-01 澎湃新聞看見納米世界，三位科學家因超解析度顯微鏡獲諾貝爾化學獎
澎湃新聞見習記者 周辰 實習生 陶盛輝
2014-10-09 06:03 來源：澎湃新聞
瑞士皇家科學院，諾貝爾化學獎頒獎現場，評選委員會委員斯文·李丹拔下了自己的一根頭髮，向眾人解釋一項突破性研究：一根人類的頭髮大概有100微米，用傳統的光學顯微鏡可以輕鬆看清，但是一個細菌只有大概200納米，傳統光學顯微鏡搞不定。不過，三個獲獎者用兩種方式實現了突破，讓我們看清了細菌。
北京時間10月8日下午，諾貝爾獎委員會宣布，因在超分辨螢光顯微技術發展做出重大貢獻，兩名美國科學家埃裡克·白茲格(Eric Betzig) 、威廉姆·艾斯科·莫爾納爾(William E. Moerner)和一名德國科學家斯特凡·W·赫爾(Stefan W. Hell)獲得2014屆諾貝爾化學獎。
在頒獎現場，斯特凡·W·赫爾接受諾貝爾獎官方的電話採訪時說，在接到諾貝爾化學獎的獲獎電話時，自己正在深入的研究一篇文獻。「太驚訝了，一開始我無法相信，但是漸漸的我就意識到了這是現實。」
諾貝爾委員會稱，這項研究超越光學顯微鏡的極限。
2014年10月8日，瑞典皇家科學院公布2014年諾貝爾化學獎得主。長期以來，光學顯微鏡的解析度都被認為是有極限的：它不可能超過二分之一個光波長度。然而，通過2014年諾貝爾獎獲得者的努力，這一極限被打破，其開創性的工作使光學顯微鏡步入了納米時代。
通過納米顯微鏡，科學家可以觀測到生物細胞內單個分子的運動路徑。他們可以觀測到分子如何在腦神經細胞之間建立突觸，可以追蹤帕金森氏、阿爾茨海默氏症和亨廷頓氏疾病患者體內蛋白質的聚集，還可以觀測到受精卵內分裂成胚胎時蛋白質的狀況。
以前科學家無法從分子層面研究活細胞。1873年，恩斯特·阿貝認為，傳統光學顯微鏡的解析度存在一定的物理極限：它不可能低於0.2微米。
埃裡克·白茲格、斯特凡·W·赫爾和和威廉姆·E·莫爾納爾3位科學家成功打破這一極限，正是因為他們的努力，光學顯微鏡得以窺探納米世界。
此次諾貝爾化學獎共有兩項原理獲獎。第一項由斯特凡·W·赫爾於2000年研發，其使受激發射損耗顯微技術(STED)得以實現。使用兩束雷射，一束激發螢光粉使其發光，另一束與之相互抵消，使之只剩下納米尺寸的螢光。通過掃描樣品，產生的圖像解析度超越了恩斯特·阿貝認為的極限。
第二項原理由埃裡克·白茲格和威廉姆·E·莫爾納爾研究，即單分子顯微鏡的原理。該原理的核心為激活和猝滅單個螢光分子。科學家們在同一區域分好幾次成像，每次就黏附上少數分散的分子，多次沉積這些圖像能得到一個納米級的高密度的超級圖像。埃裡克·白茲格於2006年首次使用了該方法。
如今，全世界都在用著納米尺度，並且每天都有對人類大有裨益的新知識產生。
不過，諾貝爾化學獎的揭曉，意味著此前由知名數據機構湯森路透預測的四位華裔熱門科學家無一上榜。
湯森路透集團主要根據學術論文引文等數據來預測可能的獲獎者。美籍華人科學家楊培東是進入名單的4名華人學者之一，現在加州大學伯克利分校任教。他的入選原因是對納米光子學的貢獻，包括研製出第一個納米導線雷射器。楊培東祖籍江蘇，1993年從中國科技大學畢業後赴美留學。1999年，年僅28歲的他便成為加州大學伯克利分校助理教授，5年後被聘為終身教授。
張首晟是出生在上海的美籍華人科學家，他的入選原因是對量子自旋霍爾效應與拓撲絕緣體的理論與實驗研究。張首晟從復旦大學出國留學，目前任教於史丹福大學。 2013年，張首晟與中國清華大學、中科院物理所的同事從實驗中首次觀測到量子反常霍爾效應，這項成果也被認為屬於「諾獎級」。
名單上的另兩位華人科學家都出生在香港，一位是美國知名醫學研究機構霍華德·休斯醫學研究所所長錢澤南，他是真核細胞轉錄因子的發現者，有可能獲諾貝爾生理學或醫學獎。另一位是鄧青雲，目前任教於香港科技大學和美國羅切斯特大學，他發明了有機發光二極體。
獲獎者簡介：埃裡克·白茲格（Eric Betzig）是美國科學家，1960年生於美國密西根州安阿伯市。1988年在美國康奈爾大學獲得博士學位。他目前是美國霍華德·休斯醫學研究所珍妮莉婭法姆研究學院組長。
斯特凡·W·赫爾（Stefan W. Hell），德國科學家，1962年出生於羅馬尼亞，1990年獲得德國海德堡大學物理學博士學位，目前是馬克斯·普朗克生物物理化學研究所所長和德國癌症研究中心的部門主管。
威廉姆·E·莫爾納爾（William E. Moerner），美國科學家，1953年生於美國加利福尼亞州普萊森頓。1982年獲得康奈爾大學博士學位，美國史丹福大學哈利·S·莫什教授和史丹福大學應用物理客座教授。
（參考諾貝爾委員會官方新聞稿）
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