2014年諾貝爾化學獎得主8日傍晚揭曉,由美國科學家貝席格(Eric Betzig)、德國學者黑爾(Stefan W. Hell),及美國學者莫納(William E. Moerner)獲得;得獎理由是「研發出超高解析的螢光顯微技術」(for the development of super-resolved fluorescence microscopy)。

根據諾貝爾獎官方網站所發布的新聞稿「超越光學顯微鏡的極限」一文,說明今年的得獎技術和理由。

長久以來,光學顯微鏡一直有個前提假設限制:解析度沒有辦法達到光波長的一半。透過螢光分子2014年諾貝爾獎化學獎得主們巧妙地規避了這項限制。他們劃時代的貢獻將傳統光學顯微鏡技術帶進了奈米領域。

目前眾所皆知的「奈米螢光顯微技術」(Nanoscopy),科學家們將活細胞內個別的分子路徑視覺化。他們可以觀察腦內神經細胞的分子如何創造細胞間的突觸;他們可以追蹤、匯總帕金森症、阿茲海默症以及亨丁頓舞蹈症等疾病的蛋白質發展狀況;他們可以追尋記錄受精卵發展成胚胎的過程中個別蛋白質的進展。

很明顯地科學家必須能夠研究活細胞內的極微小分子細節。1873年顯微鏡光學家恩斯特•阿貝(Ernst Abbe)規定了傳統光學顯微鏡最大解析度的物理限制: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(即0.00002公分)。

美國科學家貝席格(Eric Betzig)、德國學者黑爾(Stefan W. Hell),及美國學者莫納(William E. Moerner)獲得2014年諾貝爾化學獎的肯定,就是因為他們突破了這項光學限制。由於他們的貢獻,光學顯微技術現在可以進展到奈米世界。

兩項特別的技術原則因而受獎。其一使得STED(Stimulated Emission Depletion)遠場光學奈米顯微技術變得可能,這是由黑爾在2000年發明。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。

兩位美國科學家貝席格與莫納,則分別為單分子顯微技術(single-molecule microscopy)奠定基礎。科學家利用此技術控制分子發光熄滅,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。2006年貝席格第一次將這樣的方法問世。

今日奈米光學顯微技術已在全球通用,每天都有許多人類因此項新技術獲得新知益處