2014年諾貝爾化學獎揭曉

　　北京時間10月8日下午5點52分，2014年諾貝爾化學獎揭曉，美國及德國三位科學家Eric Betzig、Stefan W. Hell和William E. Moerner獲獎。獲獎理由是“研制出超分辨率熒光顯微鏡”。

　　Eric Betzig，美國公民。1960年出生于美國密歇根州安娜堡市。1988年從康奈爾大學獲得博士學位。目前為霍華德-休斯醫學研究所團隊負責人。

　　Stefan W. Hell，德國公民。1962年出生于羅馬尼亞阿拉德。1990年從德國海德堡大學獲得博士學位。目前為德國馬普生物物理化學研究所主任、及德國癌癥研究中心分部主任。

　　William E. Moerner，美國公民。1953年出生于美國加州普萊森頓。1982年從康奈爾大學獲得博士學位。目前為美國斯坦福大學化學教授及應用物理學教授。

　　很長一段時間里，科學家認為光學顯微鏡有一個極限：在半光波長以下，光學顯微鏡無法獲得更好的分辨率。在熒光分子的幫助下，今年諾貝爾化學獎的幾位獲得者巧妙的繞開了這種極限。他們突破性的研究將光學顯微鏡帶入了納米維度。

　　來源：科學網

        相關解讀《如何實現光學超分辨》

　　很多事件都非常相似，但是沒有這么相似：這兩個技術，第一個叫PALM，第二個叫FPALM；發明人中，第二個發明人叫Hess，第一個的發明人之一、共同第一作者也叫Hess（如果把s掰直成l，那就是STED的發明人教主Hell，更亂了）；第一個投出時間在06年3月早春，第二個是在06年夏天6月。

　　先說Eric Betzig，我是很有幸讀到他的那篇2006年的Science論文，發現他竟然和我同在美國密西根州蘭欣市。然后在組會上給大家介紹他的工作，我老板也很驚訝：“哦，是他啊？原來做近場光學的，早幾年我們還一起吃過飯、討論過關于光學成像的相關問題。后來他自己出去開公司了，就沒了聯系。沒想到他竟然去了HHMI。”

　　于是我就很得意地暢想，或許，我們曾經在同一條河里釣過bash，只不過不在同一個時空而已。甚至，有可能從他鉤下逃脫的小魚，剛好在另一個時域被我撈起。蘭欣能釣魚的地方并不多。

　　Eric Betzig，一個典型的高帥富的奮斗故事。以下故事部分來源于HHMI的個人介紹，和2008年Nature Photonics的編輯采訪：

　　Eric本科畢業于Caltech，在康奈爾大學獲得博士學位。之后進入貝爾實驗室，在那里的六年中，他研究近場光學（上篇帖子里有讀者希望我再寫一點perfect lens的超分辨，其中就有很多是近場光學倏逝波的探測）并將其用于生物細胞成像。他注冊了一家公司叫New Millennium Research，但是很快就得到父親的召喚，去管理他們的加工業帝國。要知道，在汽車工業興盛的密西根州，加工業的地位舉足輕重。

　　在那里，有一個困擾著加工業多年的問題，也許因為它太難，所以大家對它習以為常，熟視無睹：為了加工一個小部件，必須讓一個很大很重的部件移動或停止。這樣，很多的時間和能量消耗在了移動加工工具上。Eric巧妙地讓加工機械高速移動，卻不犧牲加工精度。因此極大地提升了加工效率。

　　但是，燕雀安知鴻皓之志。在無數個深夜，Eric在夢里都回到了他熟悉的顯微鏡前，那里，一個個細胞在游動，神秘的生命信號在傳遞。然而，模糊的雙眼無法看清這一切。。。他驚醒了！因為他想到了應該怎么做就能看到這一切的神奇。

　　然而Eric也是一個十分現實的人：在申請職位的時候，他的簡歷上，有十年之久是學術空白。“要想讓這個世界再聽你的理論，你必須拿出一些讓人折服的好東西。”Eric說。

　　可是，他老爹似乎并不是非常支持兒子離開家族企業。Eric在到HHMI之前，沒有自己的實驗室。其實要想留住兒子，劃出30平米的小房子做個實驗室，應該不是難事。

　　Eric他們所有的實驗都因陋就簡，大部分是在他的好朋友，Harold Hess在加州的的公寓改裝的實驗室完成的。在那里，他們把光學平臺放在客廳里，鼓搗他們的新型顯微系統。可能我們讀者里面，很多人的實驗室硬件條件比他們更好。

　　Hess承認，自己與Betzig對生物學的認識都不深。但是他們堅信，生物學的發展能夠為超分辨帶來轉機。于是，他們屢敗屢戰了15年，希望能運用生物學知識獲取高分辨率的顯微圖像。當Hess和Betzig了解到Lippincott-Schwartz和George Patterson在2002年發明的光敏綠色熒光蛋白（photoactivatable green fluorescent protein）后，他們知道他們已經找到了解決問題的關鍵所在：開關-定位。

　　接下來的整個冬天，Eric Betzig、Harald Hess以及Lippincott-Schwartz等人都一直在那間狹小的沒有取暖設備的實驗室里工作。

　　三個人，一個團隊。沒有漫長的圣誕假期，沒有奢侈的實驗裝備，有的，只是一個共同的信念支持著他們前行：既然理論上可行，那就不要借口。我們一定要在實驗上證明它！

　　冬去春來的時節，他們終于看到了轉機。回想起當時的情形，Lippincott-Schwartz指出：“他們當時非常激動。我還記得當我們得到第一張顯微圖像時，你根本無法看出那是什么東西。直到我看到他們將熒光圖像和電鏡圖像疊加之后的結果才相信，我們成功了。我當時覺得這一切真是太神奇了。”

　　2006年，Eric Betzig、Harald Hess以及Lippincott-Schwartz小組在《科學》雜志上發表了他們的PALM研究成果。使用PALM可以清楚得看到細胞黏著斑和特定細胞器內的蛋白質。整個出版過程：3月13號投稿，8月2號接收，10號網上發表。

　　PALM用于觀察溶酶體跨膜蛋白。

　　再來說說FPALM的故事。Samuel T Hess，分別在耶魯大學和康奈爾大學完成本科和博士學位；當時在Maine大學擔任助理教授。在那兒他申請了一個課題，很快要結題了，所以有些經費要趕緊花掉（美帝也有類似制度）。但是Samuel并沒有隨便買些家當，而是沉迷于和學校的化學工程師和生物學工程師的一些討論：如何提高觀察活體細胞脂筏結構的分辨率？

　　2005年的一個夏夜，Hess被一陣電子打擊樂吵醒。鄰居家又在舉辦舞會了。無奈啊，愛好宴樂的蕓蕓眾生，哪知道我等科研工作者都是不眠不休的怪物呢？半睡半醒的Hess走下樓來，本想出去告訴他們安靜些，但是礙于情面（看過《生活大爆炸》的讀者大概都知道，我們科學家是多么不擅長這個的），只好作罷。他隨手畫了一副設計圖，可以通過借助熒光標記的蛋白質來顯示細胞形態。

　　所以，我經常教育我的學生：當你思路不清楚的時候，畫圖！

　　第二天早上，當Hess重新翻看這幅非清醒狀態繪制的潦草的設計圖時，不由得大笑起來：它是那么簡潔，但解決了“看不清”的難題。不可能吧？再看看，令人吃驚的是，這幅設計圖竟然沒有未被任何物理原理。于是他將信將疑地把這幅圖拿給物理系的同事peer review，也沒有發現任何問題。

　　接下來，Hess就按照他的設計圖開始制作顯微鏡了。此時，他的科研經費所剩不多，而結題時間轉眼就到。因此，Hess等人以最快的速度組裝好顯微鏡，并進行了試驗。同時，在不到兩天的時間里，緬因州立大學表面科學技術實驗室的同事就為Hess制備好供檢驗顯微鏡效果的藍寶石晶體樣品。所以，有一個高效的合作團隊至關重要。

　　相比與Eric等人的效率，Samuel還是相對有點慢了：從2005年有了想法、做了實驗到2006年6月文章投出，他用了一年時間。這個幾乎直接導致了他的工作的影響因子比Eric他們差了一個數量級。同時，由于他作圖相對潦草——未能在生物細胞上演示這一工具的強大魅力，也直接導致了他的工作相對不大受到關注。

　　2006年底，《生物物理學期刊》（Biophysical Journal）刊登了Hess小組的科研成果。2007年，Hess小組證明了FPALM可以分辨細胞膜脂筏上的蛋白質簇。

　　回到我們本章的標題。PALM/FPALM，突然想起了林憶蓮的《至少還有你》：

　　如果 全世界我也可以忘記

　　至少還有你

　　值得我去珍惜

　　你掌心的痣

　　我總記得 在哪里。

　　在《圣經—新約》里，耶穌第二次來到門徒中間，門徒們認不出已經變了身的救主。于是耶穌將手讓門徒看。當門徒們看到那釘痕，立刻就分辨了出來，就歡呼：“是主！”從此，幾個沒有受過教育的村夫，幾個已經嚇破膽準備散伙的門徒，重新團結起來，將耶穌的思想傳遍了世界，影響著我們今天的主要生活。

　　PALM，也正是因為在手掌（衍射極限分辨決定的區域內）范圍內通過蛋白質開-關的效應，因為只有一個釘痕，所以就能夠通過定位將其分辨出來了。

　　來源：席鵬科學網博客

　　作者席鵬，系北京大學工學院副教授