19世紀(jì)一個德國人發(fā)現(xiàn)的光學(xué)顯微鏡極限，100多年后被另一個德國人突破。10月8日，諾貝爾化學(xué)獎頒給了德國人黑爾，以及兩位美國人貝齊格和莫納。他們的新顯微鏡，讓科學(xué)家能更清晰地透視微觀奧秘。

　　由于光會衍射，一個發(fā)光點(diǎn)，被眼睛或者底片捕捉到的是一塊暈斑（準(zhǔn)確說，是一塊圓形的漣漪）。19世紀(jì)德國大光學(xué)家阿貝發(fā)現(xiàn)，兩個點(diǎn)靠太近，近到光波的一半左右，顯微鏡下就顯示為一塊暈斑了。根據(jù)“阿貝極限”，傳統(tǒng)顯微鏡能看清200納米以上的細(xì)菌，但看不見200納米以下的病毒和蛋白質(zhì)分子。

　　后來，電子顯微鏡問世了。電子也是一種光波，波長極短，電子顯微鏡分辨率可以突破200納米?！暗牵娮语@微鏡時間分辨率低，不能觀察運(yùn)動的東西?！敝锌圃夯瘜W(xué)所研究員方曉紅說，“要觀察生物，得把對象冷凍了，放進(jìn)真空。沒法看到活著的細(xì)胞器怎么運(yùn)動和行使功能?！?/p>

　　一直到了1990年代，鉆研顯微鏡技術(shù)的德國人黑爾（出生在羅馬尼亞）提出了新的辦法。他給普通的光源上，套上了一個面包圈一樣的環(huán)裝光源?！懊姘Α必?fù)責(zé)“擦除”。

　　“兩束光波長是一定的，一束激發(fā)熒光，環(huán)形的一束則退激發(fā)，這樣就只留下中間一小塊有光?！狈綍约t說。如此一來，顯微鏡分辨度終于突破了200納米。黑爾給他的這項(xiàng)發(fā)明取名STED，即“受激發(fā)射損耗”。

　　黑爾后來回憶說，STED的靈感是他一次躺在床上看理論書籍時想到的，之后他立刻沖進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室，那是他科研生涯最激動的一刻。

　　STED技術(shù)之后，另一些技術(shù)方案也獲得成功。此次兩位美國諾獎得主的PALM技術(shù)，思路截然不同。STED是靠擦除光暈提高分辨率；PALM則是設(shè)法讓光點(diǎn)不要挨得太近。

　　利用生物基因改造，被觀察的蛋白質(zhì)分子與熒光蛋白質(zhì)分子整合（相當(dāng)于給每個對象配一盞指示用的燈泡）。燈泡要發(fā)熒光，先得被一種特定波長的激光激活。PALM技術(shù)的要訣，就是每次只給很低能量的激光，這樣，燈泡的大海之中，只有幾個激活，燈泡挨在一起的幾率基本為零。PALM會拍很多張照片，每張照片上，都有稀稀拉拉、位置清楚的發(fā)光分子，疊加在一起就顯示出蛋白質(zhì)分子精確的分布。假如在普通顯微鏡下，就會呈現(xiàn)為模糊一片。

　　方曉紅從事的研究，也得益于這些技術(shù)進(jìn)步。她提到，哈佛大學(xué)華人教授莊小威的STORM技術(shù)，同是大獲成功的超分辨率顯微技術(shù)，與PALM技術(shù)同樣發(fā)明于2006年，此次沒有同獲諾獎有些可惜。在科學(xué)網(wǎng)博客上也有人為莊小威鳴不平。

　　“這些技術(shù)雖然比較新，但在化學(xué)和生物學(xué)上已經(jīng)廣泛應(yīng)用。它們突破了‘光學(xué)分辨率極限不可突破’的認(rèn)識，很了不起。”方曉紅說，“黑爾在1990年代就提出了STED技術(shù)，但真正用到生物觀測還是2007年。因?yàn)楹跔柺莻€物理學(xué)家，一開始大家沒有意識到STED技術(shù)用在細(xì)胞方面的前景，十幾年后才有了認(rèn)識。2009年我們在北京開香山會議，邀請黑爾來的時候，大家已經(jīng)都說他遲早會獲諾貝爾獎?！?/p>

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