化学奖:打破光学显微极限
10月8日,2014年度诺贝尔化学奖揭晓,美国科学家埃里克·贝齐格、威廉·莫纳和德国科学家斯特凡·黑尔三人成为最终的幸运儿。官方称,该奖是为表彰他们在超分辨率荧光显微技术领域取得的成就。
获奖研究偏向于技术
“偏冷门”——这是一些科学家对于本届诺贝尔化学奖的第一印象。中国科学院院士刘忠范是纳米化学与纳米结构器件研究的专家,对于这三名美德科学家获奖,他向记者表示“感觉有些意外”。
北京大学医药卫生分析中心细胞分析实验室袁兰博士认为,此次诺贝尔化学奖偏向于生物化学方向,这是因为生物化学不分家。“要搞好生物研究,首先要有化学基础。同时,很多仪器都是基于荧光信号,发光的多为化学物质。比如,人体的代谢,分子的相互作用等都是化学领域的内容。”
从物理学奖的蓝光LED,到化学奖的超分辨率荧光显微技术,刘忠范认为,2014年的诺贝尔奖明显存在偏技术的倾向。
中科院化学所研究员王树介绍,超分辨率荧光显微技术从原理上打破了原有的光学远场衍射极限对光学系统极限分辨率的限制,在荧光分子帮助下很容易超过光学分辨率的极限,达到纳米级分辨率。这一技术在生物、化学、医学等多个学科拥有广泛的应用。
“此前,超分辨技术在相关领域是空白的,贝齐格等人的研究恰巧弥补了这项空白。”袁兰表示。这项技术对于纳米、分子、生物应用等研究都有很大帮助。“一般这些研究都是靠电镜进行,超高分辨对于活体细胞的研究意义之大,是其他显微镜所不能取代的。”
王树认为,利用超高分辨率显微镜,可以让科学家们在分子水平上对活体细胞进行研究,如观察活细胞内生物大分子与细胞器微小结构以及细胞功能如何在分子水平表达及编码,对于理解生命过程和疾病发生机理具有重要意义。
“冤家”亦“亲家”
贝齐格毕业于康奈尔大学,后在贝尔实验室工作。其主要贡献是研发用于分子生物学、神经科学的光学成像工具。鲜为人知的是,他还和北京大学长江讲座教授、美国科学院院士谢晓亮有过一段“缘分”。
“1993年10月,在加拿大温哥华的一次会议上,贝齐格宣布单分子成像获得成功。当时我在听众席上,觉得很遗憾。”谢晓亮说。当时在美国太平洋西北国家实验室(PNNL)工作的他,和同事没日没夜地做同一方向的实验,但还是被贝尔实验室抢了先。
美国和法国化学家分别在1989年和1990年做出了低温单分子实验;1990年美国化学家在溶液里用激光检测到了单个分子的荧光,但没有成像。
在这种背景下,谢晓亮开始想如何才能在室温下做单分子成像,这也成为他在PNNL面试时提出的新方向,最后获得通过。“应该说,在某种程度上,谢晓亮和贝齐格是竞争对手。”刘忠范说。
中科院生物物理所研究员徐平勇介绍,贝齐格做科研十分严谨,每项工作的每一个细节,都必须做到完美、精准之后才会发表。由此,他所做的技术往往能在多方面得到应用,获得很多数据。
贝齐格非常低调,不喜欢与外界接触,他的学生曾代他去领一个重要奖项。另外,他还是第二个获诺奖的中国女婿。
“而现在,他无疑是全世界做非线性结构光照最好的科学家。”徐平勇说。