MATLAB贝茨极限,2014诺贝尔化学奖：突破光学显微极限

10月8日下午，瑞典皇家科学院宣布，美国科学家埃里克·贝茨格(Eric Betzig)和威廉·莫尔纳(William E. Moerner),德国科学家斯蒂凡·黑尔 (Stefan W. Hell)获得2014年诺贝尔化学奖。他们分别为超分辨率荧光显微技术(fluorescence microscopy)的发展做出了贡献。在这一技术的帮助下，人类突破了光学显微技术的瓶颈，使得对活体细胞内部的蛋白质、DNA等有机分子的观察成为可能。

长期以来，光学显微技术一直被认为存在一个极限，就是分辨率无法超越光线波长的一半，也就是无法小于0.2微米，而对于大多数让科学家感兴趣的生物大分子来说，这些分子都比0.2微米要小，无法被直接观察到。这一极限在1873年被提出后，100多年没有人能够突破，虽然电子显微镜、扫描隧道显微镜等其他非光学显微技术的分辨率更高，但是会对生物分子造成破坏。

而这次三位科学家的贡献，就是天才般的绕过了这个极限。2000年，斯蒂凡·黑尔提出了刺激放射消除技术(stimulated emission depletion ，STED)，用一束激光照射分子使其闪光，然后一束激光去抵消分子的发光，但是留下一个纳米水平的窗口，通过这个窗口观察分子，这样就是一纳米一纳米的扫描生物分子，得到一张分辨率超过0.2微米的图像。

埃里克·贝茨格和威廉·莫尔纳虽然各自独立研究，但是发现了同样的方法，被称为单分子显微技术(single molecule microscopy),这种方法就是设法让分子发光，然后熄灭，通过对于同一分子拍摄多幅图像，然后让这些图像迭加，就可以得到超高分辨率的图像。2006年，贝茨格首先使用了这种方法。

瑞典皇家科学院常任秘书、诺贝尔基金会副主席斯塔凡·诺马克(Staffan Normark)在颁奖发布会上说，在超高分辨率荧光显微技术的帮助下，现在我们可以看到生物体内的分子运动情况，可以看到它们发生反应的过程，甚至可以发现哪里出了问题。

54岁的埃里克·贝茨格来自美国霍华德休斯医学研究所，61岁的威廉·莫尔纳来自斯坦福大学，52岁的斯蒂凡·黑尔来自德国马克斯普朗克研究所。

黑尔教授在接受颁奖现场连线电话采访时说，过去人们认为光学显微不可能超越波长的限制，他希望突破这个限制，很多人认为他疯了，甚至他自己也想过放弃，后来他改变了主意，不是去改变光线的波长，而是去改变分子本身。“这让我重拾信心。”

目前，荧光显微镜技术是对特异蛋白质等生物大分子定性定位研究的最有力工具之一。颁奖委员会委员，瑞典乌普萨拉大学教授曼斯·艾伦博格(mans ehrenberg)说，在这种技术的帮助下，光学显微技术已经没有物理上的限制，过去很多人在遇到了这一限制的时候，没有活下来。■

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