超高解析螢光顯微技術，德美科學家共獲諾貝爾化學獎

2014 諾貝爾化學獎得主甫揭曉，由德國科學家赫爾（Stefan W. Hell）、美國科學家貝齊格（Eric Betzig）與莫爾納（William E. Moerner），共同以「超高解析螢光顯微技術」領域之成就，成功摘下桂冠。三人突破傳統光學顯微鏡的物理限制，將光學顯微技術推進奈米等級，為人類與相關研究領域貢獻良多。

過去由於傳統光學顯微鏡受到繞射限制（diffraction limit）的影響，解析度僅達可見光波長的一半約 0.2 微米，無法清楚解析細菌、蛋白質、分子等微小物質的內部結構。德國科學家赫爾在 1994 年於芬蘭從事研究工作期間，發明 STED（Stimulated Emission Depletion）遠場光學奈米顯微技術。此技術利用兩道雷射，一道用來激發特定螢光分子，另一道則是抑制其餘超過奈米範圍的螢光，藉此方式所掃描出來的圖像，其解析度能有效突破繞射限制而提高。

▲STED 顯微技術利用兩道雷射激發與抑制螢光分子，掃描出高解析圖像

至於兩位美國科學家貝齊格與莫爾納，則為單分子顯微技術（single-molecule microscopy）奠定基礎。科學家利用此技術控制少數分子發光，並重覆掃描同一區塊，將所有掃描影像重疊後，便得出奈米解析等級的影像。

現在，科學家能更清楚看見活體細胞內的單分子路徑，在化學與生物學交互作用下，進一步觀察蛋白質與疾病間的連結關係，對於研究阿茲海默症、帕金森氏症等疾病方面極具助益。

▲單分子顯微技術

三位得獎人中，年紀最大的是現年 61 歲的莫爾納，現於美國史丹福大學（Standford University）擔任教授。54 歲的貝齊格曾任職於美國貝爾實驗室（AT&T Bell Labs），現於美國霍華德休斯醫學研究所（Howard Hughes Medical Institute）珍莉亞農場研究園區（Janelia Farm Research Campus）任職。52 歲的赫爾，現擔任德國馬克斯普朗克生物物理化學研究所（Max Planck Institute for Biophysical Chemistry）所長，同時擔任德國癌症研究中心部門主任。