2014年诺贝尔化学奖 颁给了三位生物医学成像的先驱，他们的工作使得人们能够以精细的细节捕捉细胞内的纳米级特征。 美国霍华德·休斯医学研究所的 埃里克·贝齐格， 德国马克斯·普朗克生物物理化学研究所的 斯特凡·赫尔，以及美国斯坦福大学的 WE·莫尔纳，将因“超分辨率荧光显微镜的开发”而分享该奖项。
他们开发的技术使得使用光学显微镜能够产生极高分辨率的图像。他们的工作规避了“衍射极限”的问题——即光显微镜无法区分小于可见光波长一半或约200纳米的结构。这一进展使得纳米级结构——包括单个分子——能够在活细胞内可视化，这是电子显微镜等技术无法实现的。
诺贝尔化学奖委员会的 斯文·利丁 在宣布时说：“化学和生物化学中的大多数过程都发生在远小于[光波长]的长度尺度上。” “获奖者的工作使得实时研究分子过程成为可能。”
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2000年，赫尔在马克斯·普朗克研究所的小组开发了受激发射损耗（STED），以产生更高质量的光学显微镜图像。STED使用一种激光激发引入样品中以帮助可视化的荧光分子。然后使用第二种激光来抑制除两个激光器中心纳米级大小的微小区域之外的所有区域的荧光。通过用这些激光器一次扫描一个纳米宽的条带，可以建立起诸如细胞器之类的结构的高分辨率图像，因为来自会产生模糊图像的其他荧光分子的光被抵消了。
单分子快照
另外，贝齐格和莫尔纳——当时都在业界工作——通过证明检测单个荧光分子发出的光是可能的，为另一种称为单荧光团显微镜的技术奠定了基础。有了这些知识，他们表明可以通过将少量荧光蛋白引入样品中，逐个快照地建立高分辨率图像。他们通过使用弱光脉冲一次激发样品中少量荧光蛋白来创建高分辨率图像。由于样品中的荧光蛋白很少且彼此相距很远，因此发光的荧光蛋白通常相距 200 纳米以上——这是光学显微镜的衍射极限。当受激发的荧光蛋白“耗尽”时，他们一次又一次地重复激发过程，拍摄散布在样品中的荧光蛋白的许多快照。然后可以将这些图像叠加起来，以建立样品的高分辨率图像，再次规避了光波长对光学显微镜的限制。
自那以后，这些成像工具使分子生物学家能够追踪信号分子或疾病标记物在单个细胞内的运动，例如绘制单个神经细胞在学习过程中的分子变化。
赫尔在宣布时通过电话告诉记者，他对获奖感到“非常惊讶”，并谈到了他研究早期阶段的一些挑战。“科学界对克服衍射障碍的想法不太接受，”他说，“但我意识到，你不是通过改变光波来克服衍射障碍，而是通过玩弄分子。这就是为什么我如此自信并坚持下去，尽管在此期间不断出现各种问题。”
英国皇家化学学会主席 多米尼克·蒂尔德斯利 说：“贝齐格、赫尔和莫尔纳为提高传统光学显微镜分辨率所做的工作，使科学家们能够将他们对生理过程的理解更加清晰地展现出来。” 他补充说，他们开发的技术正在“揭示人体内正在发生的纳米级的新理解水平”。
来自英国剑桥大学的 史蒂文·李 曾是莫尔纳在斯坦福大学实验室的博士后研究员，他认为这个消息“太棒了”。他告诉《化学世界》，“这些激动人心的发现是通过物理科学家多年来为更好地理解光如何在基本层面上与物质相互作用而进行艰苦研究的结果。” “我很幸运能与 W E 莫尔纳合作——他好奇和充满激情的科学方法是对我们所有人的启发。”
本文经《化学世界》许可转载。该文章于2014年10月8日首次发表