超分辨率顯微鏡榮獲諾貝爾獎為何華人學者落選

　　瑞典皇家科學院8日宣布，將2014年諾貝爾化學獎授予美國科學家Eric Betzig、William Moerner 和德國科學家Stefan Hell，以表彰他們為發展超分辨率熒光顯微鏡所作的貢獻。

　　幾個世紀以來，光學顯微鏡的“衍射極限”一直被認為是無法超越的。現在人們從不同途徑“突破”了這一極限，這類技術就是超高分辨率顯微技術或納米顯微技術（nanoscopy）。

　　Stefan Hell早在上個世紀90年代就設計一種“納米電筒”，可在納米范圍內掃描目標樣本，并以此為基礎構建“受激發射損耗”(STED)顯微技術。雖然他的理論當時沒有引起哄動，但已引來學界關注。同個時期，William Moerner成為全球首位量度單分子光吸收量的科學家，并在8年后受綠色熒光蛋白GFP的啟發，開發出能夠開關GFP發光功能的方法。

　　另外一位科學家Eric Betzig則利用Moerner對可開關熒光分子的研究，研發出“單分子顯微技術”，通過重復掃描目標樣本，并在每次拍攝時只讓少量分子發光，最后把所得圖像重迭在一起，得出解像度突破“繞射極限”的顯微影像。

　　近十年來，這些技術被廣泛應用到了生物學領域。這意味著研究者們現在可以區分細胞內的微小物體（細胞器甚至大分子復合體），此前它們還只是無法分辨的模糊點。超高分辨率顯微技術仍然發展迅猛，尤其是超高分辨率數據的分析，這些技術為研究分子和細胞的科學家們開啟了全新的視界。

　　在超分辨率熒光顯微技術的探索道路上，無數科學家們付出了辛苦的努力，其中也不乏華人學者的身影，如美國哈佛大學教授謝曉亮，莊小威等。

　　其中謝曉亮教授1999年受聘哈佛大學化學與化學生物學系正教授，2009年受聘哈佛Mallinckrodt講席教授。2011年5月當選美國科學院院士。他作為室溫下單分子熒光顯微技術的開拓者之一，推動和帶領了單分子研究在生物學中的應用。謝曉亮教授也是單分子酶學的奠基人，開創了活細胞中的單分子研究。他主導研制的以快速拉曼散射為主的高靈敏、無標記光學成像技術，為生物醫學研究提供了全新的方法。

　　謝曉亮教授曾榮獲美國化學會Harrison Howe獎，這個獎項的一大特征就是高達39%的獲獎人日后獲得諾貝爾化學、物理學、生理或醫學獎。謝曉亮教授是該獎歷史上第三位華人學者。

　　而莊小威教授在她34歲時就成為哈佛的化學和物理雙學科正教授，是哈佛物理系和化學系少有的雙科教授，2012年當選為美國國家科學院院士。

　　莊小威教授等人于2005年研發出了一種能夠幾百次地反復在各種顏色的光照下使用的，驅動為熒光態和暗態的發光分子團，從而得到了比傳統光學顯微鏡高10倍以上分辨率的顯微技術。他們將其命名為STORM技術，利用這種技術，能表現組織或細胞更加細微的結構。

　　STORM采用光轉換熒光探針，在時間上分離相互重疊發光的熒光分子，然后重構得到高分辨率圖像。應用這一想法，分子復合物，細胞及組織的二維，三維多色熒光成像的分辨率可達到數十納米。這一技術可以記錄納米尺度的細胞內分子間相互作用及組織內細胞間的相互作用。可謂是真是實現了三維同步超高分辨率顯微。

　　利用這一技術，莊小威等人分析了神經細胞中肌動蛋白，血影收縮蛋白(spectrin) 等相關蛋白的組織結構，還將散光成像（astigmatism imaging）與雙物鏡構架相結合，提高了隨機光學重建顯微鏡STORM的成像分辨率，在生物成像中獲得了小于10納米的橫向分辨率，以及小于20納米的縱向分辨率。

　　那為何這兩位學者未得到青睞，此前曾有分析指出莊小威研發的STORM技術與另外一位學者：Sam Hess的新技術類似，只不過后者將其稱為FPALM技術，這些技術類似而且不是第一個提出來的，兩者得獎的可能性小。不過在未來漫長的檢驗實驗路上，也不是沒有可能獲獎。