很长时间以来，人们都认为光学显微技术无法突破一条极限：它永远不可能获得比所用光的半波长更高的分辨率 。然而，2014年诺贝尔化学奖的得主使用荧光分子，巧妙地绕开了这一极限。他们突破性的工作将光学显微技术带到了纳米尺度。
在纳米显微学（nanoscopy）的领域中，科学家使活细胞中不同分子的运动可视化——他们能够看到脑部神经细胞间的突触是如何形成的，他们能够观察到与帕金森氏症、阿尔兹海默症和亨丁顿舞蹈症相关的蛋白聚集过程，他们也能够在受精卵分裂形成胚胎时追踪不同的蛋白质。
今天，科学家们竟然能够从最微小的分子细节来研究活细胞，在前人看来这简直是不可能的事情。在1873年，显微镜学者恩斯特·阿贝（Ernst Abbe）给传统的光学显微镜分辨率规定了一个物理极限：它不可能突破0.2微米。而艾力克·贝齐格（Eric Betzig）、斯特凡·W·赫尔（Stefan W. Hell）和W·E·莫尔纳尔（W. E. Moerner）于2014年被授予诺贝尔化学奖，正是由于突破了这个极限。由于他们的成就，光学显微镜现在可以进入纳米世界了。
左：艾力克·贝齐格，美国人，霍华德·休斯医学研究所的研究带头人。1960年生于美国密歇根州安娜堡，1988年获得美国康奈尔大学博士学位。中：斯特凡·W·赫尔，德国人，哥廷根马克斯普朗克生物物理化学研究所的主任，海德堡德国癌症研究中心的部门主任。1962年生于罗马尼亚阿拉德，1990年获得德国海德堡大学博士学位。右：W·E·莫尔纳尔，美国人，美国斯坦福大学应用物理系和化学系教授。1953年生于美国加州普利桑屯，1982年获得美国康奈尔大学博士学位。图片来源：从左至右：janelia.org, wikipedia, wikipedia
本次奖项颁给两个不同的研究。其一是斯特凡·W·赫尔在2000年发明的受激发射损耗（STED）显微技术。这项研究使用了两道激光束，一束用来激发荧光分子使其发光，另一束则将大部分发光抵消——除了一块纳米尺度的微小区域。显微镜一纳米一纳米地扫描样本，并产生图像，其分辨率远好于阿贝分辨率的限制。
STED显微镜的工作原理。
艾力克·贝齐格和威廉姆·莫尔纳尔各自独立做出的成就，为第二种方法——单分子荧光显微术打下了基础。这种技术关键是发现可以打开和关闭单个分子的荧光。科学家们对同一区域多次成像，每次只让几个零散的分子发出荧光。通过对这些图像进行叠加，他们得到了一幅纳米级分辨率的超级稠密图像。2006年，埃里克·白兹格首次将这种技术投入了实际运用。
今天，纳米显微技术已经在全球被广泛使用，并且不断在为人类做出新的贡献。
2014诺贝尔奖化学奖奖项解读。
（编辑：Calo）
文章题图：nobelprize.org
编译来源
nobelprize.org,TheNobelPrizeinChemistry2014