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2014年10月9日 星期四
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啟納米顯微時代 三雄奪化學諾獎


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■黑爾 (51歲)出生地:羅馬尼亞背景:現為德國公民,1990年在德國海德堡大學畢業。現任德國馬克斯普朗克生物物理化學研究所所長、海德堡德國癌症研究中心部門主管。

助觀察腦退化症細胞變化

顯微鏡讓人類得以窺探微觀世界,觀察微生物和細胞,但受制於光線和技術限制,一般光學顯微鏡無法分辨小於0.2微米(即0.0002毫米)的物體。美國科學家貝齊格、莫爾納爾及德國科學家黑爾,透過利用熒光分子成功打破界限,帶領人類從微米世界走進納米世界,為科學研究向前邁進一大步。三人的貢獻昨日獲得肯定,共同榮獲本年度諾貝爾化學獎。

瑞典皇家科學院昨日公布,三人因為「發明超分辨率熒光顯微技術」得獎,將瓜分800萬瑞典克朗(約861萬港元)獎金。評審委員會表示,今次獲獎的兩種提升顯微鏡分辨率的方法,分別由貝齊格和黑爾研發,莫爾納爾的研究則對貝齊格成功取得突破有關鍵功勞,因此決定由三人共享殊榮。

顯微鏡技術早於數百年前已逐步成形,分辨率亦隨技術進步不斷提升,但受制於光線波長限制,0.2微米成為顯微鏡難以突破的樽頸。德國物理學家阿貝在1873年提出「繞射極限」(diffraction limit)概念,稱0.2微米是傳統光學顯微技術解像度的物理極限。很多人就這樣接受現實,但亦有小部分科學家堅定不移,矢志打破界限。

研納米電筒掃描樣本

1990年完成博士學位後,黑爾一直尋找突破「繞射極限」的方法,更不惜從德國前赴芬蘭,結果遇上當時仍處於研究階段的熒光顯微學。黑爾靈機一觸,想到設計一種「納米電筒」,可在納米範圍內掃描目標樣本,並以此為基礎構建「受激發射損耗」(STED)顯微技術。雖然他的理論未有即時引起哄動,但已引來學界關注。黑爾其後製作STED顯微鏡,更在2000年實際展示其功能,聲名大噪。

受錢學森堂侄研究啟發

而在大西洋對岸的美國,莫爾納爾1989年成為全球首位量度單分子光吸收量的科學家,並在8年後受到「綠色熒光蛋白」(GFP)啟發,發展出能夠開關GFP發光功能的方法。「綠色熒光蛋白」是2008年化學諾獎得獎研究,當年得獎者包括已故「中國導彈之父」錢學森堂侄、美國華裔科學家錢永健。

少量分子發光 疊加圖像

莫爾納爾為科學家觀察單一分子打開大門,更成為貝齊格的突破口。貝齊格多年來為突破「繞射極限」費盡腦筋,他利用莫爾納爾對可開關熒光分子的研究,研發出「單分子顯微技術」,透過重覆掃描目標樣本,並在每次拍攝時只讓少量分子發光,最後把所得圖像重疊在一起,得出解像度突破「繞射極限」的顯微影像。

雖然目前也有電子顯微鏡等能提供高分辨率顯微,然而這些方法的準備過程會殺死細胞,因此無法用於觀察活細胞的活動。

諾獎評審委員會指出,得獎者的研究容許人類觀察病毒以至細胞內的蛋白質,對了解有關物質的功能作出重大貢獻,例如可用於觀察柏金遜症、腦退化症和亨廷頓症患者體內的蛋白變化等。委員會讚揚三人的研究不僅為人類未來探求知識打下重要基礎,他們現在仍然站在科研的最前線,透過科學研究為人類社會謀福祉。 ■諾貝爾獎網站/美聯社/法新社/路透社

黑爾 (51歲)

出生地:羅馬尼亞

背景:現為德國公民,1990年在德國海德堡大學畢業。現任德國馬克斯普朗克生物物理化學研究所所長、海德堡德國癌症研究中心部門主管。

貝齊格 (54歲)

出生地:美國密歇根州

背景:1988年在美國康奈爾大學畢業。現任美國霍華德休斯醫學研究所JFRC小組組長。

莫爾納爾 (61歲)

出生地:美國加州

背景:1982年在美國康奈爾大學畢業。現任美國史丹福大學化學講座教授、應用物理學禮任教授。

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