2014-10-10

諾貝爾化學獎:奈米顯微術

◆ 研發奈米顯微術 3科學家獲諾貝爾化學獎
http://udn.com/NEWS/WORLD/WORS3/8987759.shtml

【聯合報╱編譯田思怡/綜合報導】2014.10.09

二○一四年諾貝爾化學獎由兩位美國科學家貝吉格和莫厄納,以及德國科學家赫勒共同獲得,他們打破光學顯微鏡的光波長障礙,利用螢光把顯微鏡提升到奈米層次,他們開發的「超高解析度螢光顯微技術」,讓研究人員可以看到活細胞內的最小單一分子,進而看到疾病在細胞內發展的情況。

瑞典皇家科學院聲明說:「他們在光學顯微鏡上的成就,讓我們可以一窺奈米世界。」三人共獲八百萬克朗(約台幣三四八○萬元)獎金。

聲明說,科學家利用這種「奈米顯微術」觀察分子如何在腦部神經細胞間創造神經原的神經線連接,並追蹤巴金森氏症、阿茲海默症和亨丁頓舞蹈症有關的蛋白質發展。

五十四歲的貝吉格(Eric Betzig)是美國霍華德休斯醫學研究所研究員;六十一歲的莫厄納(William E. Moerner)是史丹福大學教授;五十一歲的赫勒(Stefan W. Hell)是德國普朗克生化研究所所長,也任職於德國癌症研究中心。

科學家從十七世紀開始用顯微鏡觀察,但光學顯微鏡受限於光波長,解析度不可能超過光波長的一半。一八七三年,德國光學家阿貝(Ernst Abbe)斷言,顯微鏡的解析度不可能超過○點二微米,大約是頭髮寬度的五百分之一,也就是所謂的「阿貝繞射極限」。

貝吉格等三人各自努力,利用螢光標示打破「阿貝繞射極限」。這次獲獎的有兩種原理,分別為赫勒在二○○○年開發的「受激放射耗乏(stimulated emission depletion,STEP)顯微術」原理,以及貝吉格和莫厄納的「單分子螢光顯微術」(single-molecule microscopy ),兩人各自為這項技術打下基礎。

「受激放射耗乏顯微術」使用兩種雷射光束,一種激發螢光分子發光,另一種把除了奈米大小的螢光以外的所有螢光消滅,掃描樣本時,產生解析度遠高於○點二微米的影像。

羅馬尼亞出生的赫勒用此技術研究神經細胞,更了解腦部神經原的神經線連接。他接到獲獎電話還以為是詐騙電話,「還好我記得(諾貝爾委員會)諾馬克教授的聲音」。「單分子螢光顯微術」依賴單分子的螢光明滅的機率。科學家讓樣本同一區塊的某些分子發亮,反覆做多次,再把這些影像重疊,得到奈米程度的超高解析度影像。

莫厄納早在一九九○年代開始發展此技術,用於研究與亨丁頓舞蹈症有關的蛋白質;貝吉格二○○六年首度使用此技術,追蹤胚胎的細胞分裂。莫厄納說:「和貝吉格和赫勒一起獲獎,非常興奮。」

※ 相關報導:

* 化學獎/超高解析螢光顯微鏡 看見活跳跳細胞
http://udn.com/NEWS/WORLD/WORS3/8987761.shtml

今年諾貝爾化學獎由研發出「超高解析度螢光顯微鏡」的三位學者貝吉格、莫厄納和赫勒獲得,有學者形容這項發明是兩、三百年來光學顯微鏡的重大突破,因為透過這種顯微鏡,人類可以看見更細部的細胞內構造;更重要的是,看見的細胞是活生生的。

貝吉格的學生、中研院應科中心助研究員陳壁彰說,每個研究細胞的科學家都想看得愈細小愈好,但過去顯微鏡一直受到光的基本物理性質「繞射極限」限制,解析度無法再提升。

貝吉格等人的精巧設計,可讓光線在不違反物理定律的情況下突破障礙。



◆ 化學獎/瀟灑貝吉格 已投身更厲害研究
http://udn.com/NEWS/WORLD/WORS3/8987769.shtml

【聯合報╱記者陳皓嬿/台北報導】2014.10.09

今年諾貝爾化學獎得主貝吉格,是在自家客廳「創科學大業」,做出這台令他舉世聞名的高解析度螢光顯微鏡;而貝吉格早在數年前就拋下他這項偉大發明,投身下個更厲害的顯微鏡研究。

貝吉格第一個重要發明,是他念博士時就發表的「近場光學技術」,該技術大幅提升光學解析度,高解析度螢光顯微鏡是貝吉格的二號作品。

跟隨貝吉格兩年半,今年中才返台的中研院應科中心助研究員陳壁彰說,他和貝吉格昨天早上才聯絡,因為他們共同研發的三號作品「層光顯微鏡」即將問世,將可更清楚看見立體且快速活動的細胞內部結構。

貝吉格從前就立志「只開發科學新領域等別人進來,如果裡面人滿了,我就離開」,陳壁彰表示,貝吉格做完近場光學後覺得沒什麼可做,就回父親開的公司幫忙做了六年的手工椅子,後來覺得無聊,就找同事湊了兩萬美元,在自家客廳研發起新一代顯微鏡。

「老師真的很不像正規學者」,陳壁彰說貝吉格講話直來直往,演講時還會迸出髒話;他聽到不對的說法,會直接批別人錯誤,貝吉格也愛開玩笑,「性格像個瀟灑大俠。」

但回到研究,貝吉格卻相當執著且嚴格。陳壁彰回憶當年要求加入貝吉格的研究,貝吉格只問「你能像7-11一樣,沒有假日來上班嗎?」

「我以為他在說笑,進去後才發現他是認真的!」陳壁彰說,貝吉格早上八點就進研究室,早上、中午、下午、晚上各查勤一次,還說若研究做兩、三年沒結果,那就別做了;如此「高壓統治」,讓陳壁彰連結婚也只敢花兩小時搞定,公證完馬上回去做研究。

貝吉格對自己要求亦高。陳壁彰指出,老師寫數字會精確到小數點第三位,每個公式都從頭推導,且不時提醒學生:「開發技術就是要給人用,若沒人用就等於沒用。」所以常常帶學生去找不同領域的學者合作,試用新技術。

貝吉格得獎,陳壁彰驚訝,「因為老師太年輕了,」但相當為貝吉格開心,在陳壁彰眼中,「貝吉格是個見解獨到,永遠看得比別人遠、永遠向前看的人。」

※ 相關報導:

* 化學獎/莫厄納 曾獲諾貝爾前哨沃爾夫獎
http://udn.com/NEWS/WORLD/WORS3/8987770.shtml

今年諾貝爾化學獎得主之一的莫厄納,二○○八年曾獲以色列最高學術榮譽「沃爾夫化學獎」。此獎素來有「諾貝爾獎前哨」之稱,部分獎項的得主每三人就有一人同時榮膺諾貝爾獎桂冠。

* 今年醫學、化學獎 都與阿茲海默症有關
http://udn.com/NEWS/WORLD/WORS3/8987762.shtml

今年的諾貝爾醫學獎和化學獎得主,都對研究阿茲海默症(或稱老人失智症)有貢獻,可見諾貝爾委員會對這種退化性疾病的重視。

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