跨界的诺贝尔化学奖

标签:
诺贝尔化学奖超分辨率物理技术生物领域ppl杂谈 |
分类: 他山之石 |
在2012年诺贝尔奖颁奖之后,饶毅曾写过一篇文章,分析2012年的化学诺贝尔奖。文章指出“诺贝尔化学委员会近9年来6次发给生物学方面的工作”。仔细品味一下2014年的诺贝尔化学奖的获奖成果,看来至少又是一次跨界的奖励。
一、2014年度诺贝尔化学奖
美国科学家埃里克·贝齐格、威廉·莫纳和德国科学家斯特凡·黑尔因开发出超分辨率荧光显微镜而获得2014年度诺贝尔化学奖。诺贝尔化学奖评审委员会8日在瑞典首都斯德哥尔摩宣布这一消息时认定,3名科学家成功突破传统光学显微镜的极限分辨率,将显微技术带入“纳米”领域,让人类能以更精确的视角窥探微观世界。
1873年,德国显微镜学家恩斯特·阿贝通过计算公式演示了显微镜测量的分辨率在光的波长中如何受限。长期以来,光学显微镜的分辨率被认为不会超过0.2微米、即光波波长的一半,这被称为“阿贝原则”。
光学显微镜只能观测到整个细胞和某些细胞器轮廓,但无法再看到更小的物体,如蛋白质分子在细胞内的相互作用。这就相当于只能看到城市的建筑,却无法看清在这些建筑中生活的人们。要更好地研究细胞功能,就必须追踪如蛋白质分子大小的目标。今年获奖的两项研究正是绕开“阿贝原则”,将显微镜技术推向使用荧光分子的新台阶,从理论上突破此前“尺寸小到无法研究”的极限,并催生了纳米显微镜。
与黑尔一同获奖的威廉·莫纳在1989年任职于美国IBM研究中心时,成为世界上第一个能够测量单个分子的光吸收情况的科学家,这是另一种显微镜技术——单分子显微镜成功的关键,这一方法主要依靠“开关”单个荧光分子来实现更清晰的成像。另一位获奖者美国科学家埃里克·贝齐格则在2006年证实这一微观成像方法可用于实践。
目前,这几种技术把传统成像分辨率提高了10到20倍,最好的能达到10纳米。这种提高是非常了不起的,科学家们可以看到细胞内的细节,包括细胞结构,分子间的相互作用,相互定位及动态过程等。好比一个近视眼的人突然戴上了合适的眼镜。
二、饶毅等人为庄小威叫屈
2014年度的诺贝尔化学奖公布后,很多学界专家都认为华裔科学家庄小威更有资格获得该奖。原北大生命科学院院长饶毅在第一时间发表文章称,“贝齐格的工作不仅与华裔教授庄小威的工作在物理原理上完全一样,而且他们研究论文发表的时间也一样,令人不解为何厚此薄彼”。
北京大学生物动态光学成像中心研究员孙育杰认为,在荧光显微技术这一领域,庄小威也是极为重要的贡献人。莫纳虽然在成像领域里德高望重,备受尊敬,但是相比诺贝尔奖,还有一定差距。在质量上远不如黑尔、贝齐格和庄小威。
据介绍,庄小威目前任哈佛大学化学系和物理系教授,兼北京大学生物动态成像中心研究员。庄小威毕业于中国科技大学少年班,美国加州大学物理学博士、斯坦福大学博士后,40岁当选美国科学院院士。
三、令人困惑的颁奖
物理学的原理和技术,广泛应用于生命科学领域,最后却获得了诺贝尔化学奖,这令一些人感到困惑。对此,孙育杰说,这几个技术都是跨界技术。实际上黑尔和庄小威都是物理专业毕业。他们都是一直从事物理研究,最后转做生物,用物理理论解决了生物的技术需求。“这是一个典型的技术诺贝尔奖,也是跨界的结果”。
对于此技术获得化学奖,他说这几类技术实现超分辨率,都是利用荧光探针的性质,包括化学有机染料、荧光蛋白等。在2008年也有科学家凭借荧光蛋白获得过诺贝尔化学奖。“这其实是个生物领域”。他表示,这个技术就是利用了生物分子、化学分子的性质,实现了突破衍射极限的超高分辨率成像。