2014年諾貝爾化學獎 頒給了三位生物醫學成像的先驅，他們的工作使得人們能夠以精細的細節捕捉細胞內的奈米級特徵。 美國霍華德·休斯醫學研究所的 埃裡克·貝齊格， 德國馬克斯·普朗克生物物理化學研究所的 斯特凡·赫爾，以及美國斯坦福大學的 WE·莫爾納，將因“超解析度熒光顯微鏡的開發”而分享該獎項。
他們開發的技術使得使用光學顯微鏡能夠產生極高解析度的影像。他們的工作規避了“衍射極限”的問題——即光顯微鏡無法區分小於可見光波長一半或約200奈米的結構。這一進展使得奈米級結構——包括單個分子——能夠在活細胞內視覺化，這是電子顯微鏡等技術無法實現的。
諾貝爾化學獎委員會的 斯文·利丁 在宣佈時說：“化學和生物化學中的大多數過程都發生在遠小於[光波長]的長度尺度上。” “獲獎者的工作使得即時研究分子過程成為可能。”
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2000年，赫爾在馬克斯·普朗克研究所的小組開發了受激發射損耗（STED），以產生更高質量的光學顯微鏡影像。STED使用一種雷射激發引入樣品中以幫助視覺化的熒光分子。然後使用第二種雷射來抑制除兩個雷射器中心奈米級大小的微小區域之外的所有區域的熒光。透過用這些雷射器一次掃描一個奈米寬的條帶，可以建立起諸如細胞器之類的結構的高解析度影像，因為來自會產生模糊影像的其他熒光分子的光被抵消了。
單分子快照
另外，貝齊格和莫爾納——當時都在業界工作——透過證明檢測單個熒光分子發出的光是可能的，為另一種稱為單熒光團顯微鏡的技術奠定了基礎。有了這些知識，他們表明可以透過將少量熒光蛋白引入樣品中，逐個快照地建立高解析度影像。他們透過使用弱光脈衝一次激發樣品中少量熒光蛋白來建立高解析度影像。由於樣品中的熒光蛋白很少且彼此相距很遠，因此發光的熒光蛋白通常相距 200 奈米以上——這是光學顯微鏡的衍射極限。當受激發的熒光蛋白“耗盡”時，他們一次又一次地重複激發過程，拍攝散佈在樣品中的熒光蛋白的許多快照。然後可以將這些影像疊加起來，以建立樣品的高解析度影像，再次規避了光波長對光學顯微鏡的限制。
自那以後，這些成像工具使分子生物學家能夠追蹤訊號分子或疾病標記物在單個細胞內的運動，例如繪製單個神經細胞在學習過程中的分子變化。
赫爾在宣佈時透過電話告訴記者，他對獲獎感到“非常驚訝”，並談到了他研究早期階段的一些挑戰。“科學界對克服衍射障礙的想法不太接受，”他說，“但我意識到，你不是透過改變光波來克服衍射障礙，而是透過玩弄分子。這就是為什麼我如此自信並堅持下去，儘管在此期間不斷出現各種問題。”
英國皇家化學學會主席 多米尼克·蒂爾德斯利 說：“貝齊格、赫爾和莫爾納為提高傳統光學顯微鏡解析度所做的工作，使科學家們能夠將他們對生理過程的理解更加清晰地展現出來。” 他補充說，他們開發的技術正在“揭示人體內正在發生的奈米級的新理解水平”。
來自英國劍橋大學的 史蒂文·李 曾是莫爾納在斯坦福大學實驗室的博士後研究員，他認為這個訊息“太棒了”。他告訴《化學世界》，“這些激動人心的發現是透過物理科學家多年來為更好地理解光如何在基本層面上與物質相互作用而進行艱苦研究的結果。” “我很幸運能與 W E 莫爾納合作——他好奇和充滿激情的科學方法是對我們所有人的啟發。”
本文經《化學世界》許可轉載。該文章於2014年10月8日首次發表