超高分辨率荧光显微镜获2014年诺贝尔化学奖

发布时间：14年11月14日

编译常炯

（从左向右依次为）白兹格、莫纳尔和赫尔

　　2014年度诺贝尔化学奖授予了美国科学家埃里克·白兹格（Eric Betzig）、威廉·E·莫纳尔（William E.Moerner）和德国科学家斯特凡·W·赫尔(Stefan W.Hell)，以表彰他们开发出超高分辨率荧光显微镜，让人类能以精确视角窥探到小于衍射极限的纳米级微观世界光学图像。

　　白兹格和莫纳尔分别就职于美国霍华德·休斯医学研究所和斯坦福大学，赫尔则在德国马普生物物理化学研究所和德国癌症中心工作。其中，莫纳尔是发现单荧光分子第一人，这是他在位于加利福尼亚州圣荷西的IBM阿尔马登研究中心工作时取得的成果。

超越阿贝光学衍射极限

　　在圣地亚哥加利福尼亚大学工作时，莫纳尔发现，蛋白发出的荧光可被随意地开启和关闭。当受到488纳米光束激发时，蛋白发出荧光，但不会消退。他还发现，蛋白在405纳米光束下可重新被激活发出荧光，还可用488纳米光束熄灭荧光。这种开关光控荧光蛋白原理是光激活定位显微镜（PALM）的基础。例如，1989年莫纳尔首先发现了荧光单分子，为标记生物单个蛋白激活荧光分子开启了大门。这种技术最终被白兹格所用。

　　白兹格则是从溶酶体细胞的破碎和再生中捕捉到单个细胞图像，绕过了阿贝光衍射极限最终取得突破性进展。白兹格曾用被称为绿色荧光蛋白的水母分子标记溶酶体膜中数百万天然分子，在一定光波长下，蛋白发出的短暂绿光可正确显示它们的所在位置――通过采集标记蛋白子集图像并拼接在一起的方法得到合成图像，突破了阿贝光学衍射极限。

　　2006年，白兹格与哈拉尔德·赫斯（Harald Hess）合作，一起在赫斯的客厅创建了PALM样机。在PALM下，光激活荧光蛋白来回转换每次只需少许时间。该方法要求光激活蛋白分开时其位置可精确定位，而图像的建立需多次循环重叠。

　　同年，哈佛大学庄小威（Xiaowei Zhuang，音译）和缅因州立大学的塞缪尔·T·赫斯（Samuel T.Hess）也创造了类似方法（光随机重显显微镜－STORM和荧光激活定位显微镜－fPALM）。

　　而赫尔创造的受激发射损耗显微技术(STED)原理则有所不同，它是用激光束激发耦合生物分子荧光细胞，在第二次重叠环状激光束关闭所有细胞荧光后，仅剩下纳米微小物质,最后通过对样本的扫描，得到纳米级高分辨率的图像。其过程是,将生物样本中天然分子在密封的红色激光“衬套”中受蓝色激光照射致其产生荧光蛋白。衬套避免了蓝光聚焦在图像的单一点上，超越了阿贝光学衍射极限，从而捕捉到埃希氏大肠杆菌的高清晰度图像。