10月8日，2014年度諾貝爾化學(xué)獎揭曉，美國科學(xué)家埃里克·白茲格、威廉姆·艾斯科·莫爾納爾和德國科學(xué)家斯特凡·W·赫爾三人成為最終的幸運(yùn)兒。官方稱，該獎是為表彰他們在超分辨率熒光顯微技術(shù)領(lǐng)域取得的成就。
在接受《中國科學(xué)報》記者采訪時，專家們認(rèn)為，本屆諾貝爾自然科學(xué)獎存在明顯的“偏技術(shù)”的傾向。目前，在超分辨率熒光顯微技術(shù)領(lǐng)域，國內(nèi)也不乏人才，但相關(guān)設(shè)備主要靠進(jìn)口，國家對于這些技術(shù)的研究關(guān)注不足，支持不夠。
偏向于技術(shù)
“偏冷門”——這是一些科學(xué)家對于本屆諾貝爾化學(xué)獎的第一印象。
中國科學(xué)院院士劉忠范是納米化學(xué)與納米結(jié)構(gòu)器件研究的專家，對于這三名美德科學(xué)家獲獎，他向《中國科學(xué)報》記者表示“感覺有些意外”。
北京大學(xué)醫(yī)藥衛(wèi)生分析中心細(xì)胞分析實驗室袁蘭博士認(rèn)為，此次諾貝爾化學(xué)獎偏向于生物化學(xué)方向，這是因為生物化學(xué)不分家。“要搞好生物研究，首先要有化學(xué)基礎(chǔ)。同時，很多儀器都是基于熒光信號，發(fā)光的多為化學(xué)物質(zhì)。比如，人體的代謝，分子的相互作用等都是化學(xué)領(lǐng)域的內(nèi)容。”
從物理學(xué)獎的藍(lán)光LED，到化學(xué)獎的超分辨率熒光顯微技術(shù)，劉忠范認(rèn)為，2014年的諾貝爾獎明顯存在偏技術(shù)的傾向。
長期以來，光學(xué)顯微鏡的分辨率都被認(rèn)為是有極限的，它不可能超過二分之一個光波長度。然而，獲獎的三位科學(xué)家打破了這一極限，使光學(xué)顯微鏡步入了納米時代。
中科院化學(xué)所研究員王樹向《中國科學(xué)報》介紹，超分辨率熒光顯微技術(shù)從原理上打破了原有的光學(xué)遠(yuǎn)場衍射極限對光學(xué)系統(tǒng)極限分辨率的限制，在熒光分子幫助下很容易超過光學(xué)分辨率的極限，達(dá)到納米級分辨率。這一技術(shù)在生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)等多個學(xué)科擁有廣泛的應(yīng)用。
“此前，超分辨技術(shù)在相關(guān)領(lǐng)域是空白的，白茲格等人的研究恰巧彌補(bǔ)了這項空白。”袁蘭表示。這項技術(shù)對于納米、分子、生物應(yīng)用等研究都有很大幫助。“一般這些研究都是靠電鏡進(jìn)行，超高分辨對于活體細(xì)胞的研究意義之大，是其他顯微鏡所不能取代的。”
王樹認(rèn)為，利用超高分辨率顯微鏡，可以讓科學(xué)家們在分子水平上對活體細(xì)胞進(jìn)行研究，如觀察活細(xì)胞內(nèi)生物大分子與細(xì)胞器微小結(jié)構(gòu)以及細(xì)胞功能如何在分子水平表達(dá)及編碼，對于理解生命過程和疾病發(fā)生機(jī)理具有重要意義。
“冤家”亦“親家”
白茲格畢業(yè)于康奈爾大學(xué)，后在貝爾實驗室工作。他的主要貢獻(xiàn)是研發(fā)了用于分子生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)的光學(xué)成像工具。鮮為人知的是，他還和北京大學(xué)長江講座教授、美國科學(xué)院院士謝曉亮有過一段“緣分”。
“1993年10月，在加拿大溫哥華的一次會議上，白茲格宣布單分子成像獲得成功。當(dāng)時我在聽眾席上，覺得很遺憾。”謝曉亮說。當(dāng)時在美國太平洋西北國家實驗室(PNNL)工作的他，和同事沒日沒夜地做同一方向的實驗，但還是被貝爾實驗室搶了先。
美國和法國化學(xué)家分別在1989年和1990年做出了低溫單分子實驗;1990年美國化學(xué)家在溶液里用激光檢測到了單個分子的熒光，但沒有成像。
在這種背景下，謝曉亮開始想如何才能在室溫下做單分子成像，這也成為他在PNNL面試時提出的新方向，最后獲得通過。“應(yīng)該說，在某種程度上，謝曉亮和白茲格是競爭對手。”劉忠范說。
中科院生物物理所研究員徐平勇向《中國科學(xué)報》介紹，白茲格做科研十分嚴(yán)謹(jǐn)，每項工作的每一個細(xì)節(jié)，都必須做到完美、精準(zhǔn)之后才會發(fā)表。由此，他所做的技術(shù)往往能在多方面得到應(yīng)用，獲得很多數(shù)據(jù)。
生活中，白茲格非常低調(diào)，不喜歡與外界接觸，他的學(xué)生曾代他去領(lǐng)一個重要獎項。另外，他還是第二個獲諾獎的中國女婿。
“而現(xiàn)在，他無疑是全世界做非線性結(jié)構(gòu)光照最好的科學(xué)家。”徐平勇說。
“國外牽頭做，我國在跟跑”
上世紀(jì)八九十年代，有兩項和顯微鏡相關(guān)的技術(shù)在同時發(fā)展，一個是掃描隧道顯微鏡，一個是近場光學(xué)顯微鏡，白茲格主要的貢獻(xiàn)是和近場光學(xué)顯微鏡有關(guān)。但后來，人們對掃描隧道顯微鏡使用得比較多，近場光學(xué)顯微鏡便遭到冷落。
“近場光學(xué)顯微鏡可以說是‘工匠的藝術(shù)’，可操作性比較差。當(dāng)然，評委把諾貝爾獎給他，我覺得主要是看中與超分辨率熒光技術(shù)的結(jié)合與發(fā)展。”劉忠范說。
無獨有偶，德國科學(xué)家斯特凡·W·赫爾的主要貢獻(xiàn)是發(fā)明了STED顯微鏡，實現(xiàn)了超高精度顯微技術(shù)的一大突破。袁蘭介紹，STED技術(shù)現(xiàn)在在理論上已經(jīng)可以達(dá)到40~50nm的分辨率，“人們已經(jīng)能夠通過它看到微管蛋白是什么樣的”。
袁蘭認(rèn)為，目前，世界上超分辨率熒光顯微技術(shù)已經(jīng)很成熟，遺憾是，“國外牽頭做，我國在跟跑”。并且，使用的儀器也是從國外購買。
王樹介紹，我國的科學(xué)工作者在超分辨率熒光顯微技術(shù)領(lǐng)域做了很多工作，在提高成像分辨率上達(dá)到了較高水平，“但在該領(lǐng)域的原始創(chuàng)新方面還有待突破”。
“我們國家對于這些技術(shù)的研究關(guān)注不足，支持不夠，科研人員沒有從技術(shù)投入中得到資助。而國外的超高分辨，發(fā)明之后很快就進(jìn)入市場了，而我們的技術(shù)轉(zhuǎn)化很慢，往往存在理論和實踐應(yīng)用的脫節(jié)。”袁蘭說，“我國有很多應(yīng)用嗷嗷待哺，急需技術(shù)支持、經(jīng)費(fèi)支持和政策支持。”
在接受《中國科學(xué)報》記者采訪時，專家們認(rèn)為，本屆諾貝爾自然科學(xué)獎存在明顯的“偏技術(shù)”的傾向。目前，在超分辨率熒光顯微技術(shù)領(lǐng)域，國內(nèi)也不乏人才，但相關(guān)設(shè)備主要靠進(jìn)口，國家對于這些技術(shù)的研究關(guān)注不足，支持不夠。
偏向于技術(shù)
“偏冷門”——這是一些科學(xué)家對于本屆諾貝爾化學(xué)獎的第一印象。
中國科學(xué)院院士劉忠范是納米化學(xué)與納米結(jié)構(gòu)器件研究的專家，對于這三名美德科學(xué)家獲獎，他向《中國科學(xué)報》記者表示“感覺有些意外”。
北京大學(xué)醫(yī)藥衛(wèi)生分析中心細(xì)胞分析實驗室袁蘭博士認(rèn)為，此次諾貝爾化學(xué)獎偏向于生物化學(xué)方向，這是因為生物化學(xué)不分家。“要搞好生物研究，首先要有化學(xué)基礎(chǔ)。同時，很多儀器都是基于熒光信號，發(fā)光的多為化學(xué)物質(zhì)。比如，人體的代謝，分子的相互作用等都是化學(xué)領(lǐng)域的內(nèi)容。”
從物理學(xué)獎的藍(lán)光LED，到化學(xué)獎的超分辨率熒光顯微技術(shù)，劉忠范認(rèn)為，2014年的諾貝爾獎明顯存在偏技術(shù)的傾向。
長期以來，光學(xué)顯微鏡的分辨率都被認(rèn)為是有極限的，它不可能超過二分之一個光波長度。然而，獲獎的三位科學(xué)家打破了這一極限，使光學(xué)顯微鏡步入了納米時代。
中科院化學(xué)所研究員王樹向《中國科學(xué)報》介紹，超分辨率熒光顯微技術(shù)從原理上打破了原有的光學(xué)遠(yuǎn)場衍射極限對光學(xué)系統(tǒng)極限分辨率的限制，在熒光分子幫助下很容易超過光學(xué)分辨率的極限，達(dá)到納米級分辨率。這一技術(shù)在生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)等多個學(xué)科擁有廣泛的應(yīng)用。
“此前，超分辨技術(shù)在相關(guān)領(lǐng)域是空白的，白茲格等人的研究恰巧彌補(bǔ)了這項空白。”袁蘭表示。這項技術(shù)對于納米、分子、生物應(yīng)用等研究都有很大幫助。“一般這些研究都是靠電鏡進(jìn)行，超高分辨對于活體細(xì)胞的研究意義之大，是其他顯微鏡所不能取代的。”
王樹認(rèn)為，利用超高分辨率顯微鏡，可以讓科學(xué)家們在分子水平上對活體細(xì)胞進(jìn)行研究，如觀察活細(xì)胞內(nèi)生物大分子與細(xì)胞器微小結(jié)構(gòu)以及細(xì)胞功能如何在分子水平表達(dá)及編碼，對于理解生命過程和疾病發(fā)生機(jī)理具有重要意義。
“冤家”亦“親家”
白茲格畢業(yè)于康奈爾大學(xué)，后在貝爾實驗室工作。他的主要貢獻(xiàn)是研發(fā)了用于分子生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)的光學(xué)成像工具。鮮為人知的是，他還和北京大學(xué)長江講座教授、美國科學(xué)院院士謝曉亮有過一段“緣分”。
“1993年10月，在加拿大溫哥華的一次會議上，白茲格宣布單分子成像獲得成功。當(dāng)時我在聽眾席上，覺得很遺憾。”謝曉亮說。當(dāng)時在美國太平洋西北國家實驗室(PNNL)工作的他，和同事沒日沒夜地做同一方向的實驗，但還是被貝爾實驗室搶了先。
美國和法國化學(xué)家分別在1989年和1990年做出了低溫單分子實驗;1990年美國化學(xué)家在溶液里用激光檢測到了單個分子的熒光，但沒有成像。
在這種背景下，謝曉亮開始想如何才能在室溫下做單分子成像，這也成為他在PNNL面試時提出的新方向，最后獲得通過。“應(yīng)該說，在某種程度上，謝曉亮和白茲格是競爭對手。”劉忠范說。
中科院生物物理所研究員徐平勇向《中國科學(xué)報》介紹，白茲格做科研十分嚴(yán)謹(jǐn)，每項工作的每一個細(xì)節(jié)，都必須做到完美、精準(zhǔn)之后才會發(fā)表。由此，他所做的技術(shù)往往能在多方面得到應(yīng)用，獲得很多數(shù)據(jù)。
生活中，白茲格非常低調(diào)，不喜歡與外界接觸，他的學(xué)生曾代他去領(lǐng)一個重要獎項。另外，他還是第二個獲諾獎的中國女婿。
“而現(xiàn)在，他無疑是全世界做非線性結(jié)構(gòu)光照最好的科學(xué)家。”徐平勇說。
“國外牽頭做，我國在跟跑”
上世紀(jì)八九十年代，有兩項和顯微鏡相關(guān)的技術(shù)在同時發(fā)展，一個是掃描隧道顯微鏡，一個是近場光學(xué)顯微鏡，白茲格主要的貢獻(xiàn)是和近場光學(xué)顯微鏡有關(guān)。但后來，人們對掃描隧道顯微鏡使用得比較多，近場光學(xué)顯微鏡便遭到冷落。
“近場光學(xué)顯微鏡可以說是‘工匠的藝術(shù)’，可操作性比較差。當(dāng)然，評委把諾貝爾獎給他，我覺得主要是看中與超分辨率熒光技術(shù)的結(jié)合與發(fā)展。”劉忠范說。
無獨有偶，德國科學(xué)家斯特凡·W·赫爾的主要貢獻(xiàn)是發(fā)明了STED顯微鏡，實現(xiàn)了超高精度顯微技術(shù)的一大突破。袁蘭介紹，STED技術(shù)現(xiàn)在在理論上已經(jīng)可以達(dá)到40~50nm的分辨率，“人們已經(jīng)能夠通過它看到微管蛋白是什么樣的”。
袁蘭認(rèn)為，目前，世界上超分辨率熒光顯微技術(shù)已經(jīng)很成熟，遺憾是，“國外牽頭做，我國在跟跑”。并且，使用的儀器也是從國外購買。
王樹介紹，我國的科學(xué)工作者在超分辨率熒光顯微技術(shù)領(lǐng)域做了很多工作，在提高成像分辨率上達(dá)到了較高水平，“但在該領(lǐng)域的原始創(chuàng)新方面還有待突破”。
“我們國家對于這些技術(shù)的研究關(guān)注不足，支持不夠，科研人員沒有從技術(shù)投入中得到資助。而國外的超高分辨，發(fā)明之后很快就進(jìn)入市場了，而我們的技術(shù)轉(zhuǎn)化很慢，往往存在理論和實踐應(yīng)用的脫節(jié)。”袁蘭說，“我國有很多應(yīng)用嗷嗷待哺，急需技術(shù)支持、經(jīng)費(fèi)支持和政策支持。”
