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2014-10-08 21:25:20| 人氣4,672| 回應0 | 上一篇 | 下一篇

超解析螢光顯微技術 3傑獲諾貝爾化學獎

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超解析螢光顯微技術 3傑獲諾貝爾化學獎

2014-10-08 19:34

〔本報訊〕2014年諾貝爾化學獎由美國霍華德休斯醫學研究院科學家貝齊格（Eric Betzig）、美國史丹福大學教授莫納（William E. Moerner）和德國哥廷根生物化學研究中心主任赫爾（Stefan W. Hell）共同獲得，他們研發出比現有顯微鏡解析度更高的超解析螢光顯微鏡學，可以更深入探討細胞內活動狀況。

2014年諾貝爾化學獎得主是3名來自德國與美國的科學家。（照片擷取自諾貝爾獎YouTube頻道）
得獎原因是3人共同研發了超解析螢光顯微鏡學，突破現行顯微鏡的最高解析度。（照片擷取自諾貝爾獎YouTube頻道）

頒獎典禮過程中，化學獎委員會專家指出，現行的顯微鏡只能供科學家看到細胞的外型，不過超解析螢光顯微鏡學的發明，讓科學家今後可以更深入的探討細胞內的活動狀況。

據委員會解說，超解析螢光顯微鏡學的運作方式是利用不同功率的螢光放射掃描目標物，然後再將多張不同映像程度的畫面合成一張完整的顯微放大圖，這項發明是超高精度顯微技術領域的一大突破。

透過電話接受記者訪問的化學獎得主赫爾回答相當清楚冷靜，記者提問為何得到大獎後仍能應對自若時，赫爾表示其實自己心中非常興奮，這項發明能夠得獎，他真的是始料未及。

化學獎自1901年到2013年共發出105次獎項，其中63次一人獨得，女性得主則有4位。英國生物化學家弗雷德里克桑格（Frederick Sanger）是唯一一位得過兩次化學獎的得主，得獎年份分別為1958年級1980年，此外化學獎最年輕的得主是1935年的得主弗雷德里克居禮（Frédéric Joliot）也就是居禮夫人的丈夫；最老的得主則是約翰芬恩（ John B. Fenn），2002年得獎時他已經85歲了。

參考網站：超解析螢光顯微技術 3傑獲諾貝爾化學獎

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延伸閱讀一：

2014年諾貝爾化學獎超解析率螢光顯微鏡技術

2014年諾貝爾化學獎得主貝齊格、赫爾與莫納（美聯社）

2014年諾貝爾化學獎得主8日揭曉，美國科學家貝齊格（Eric Betzig）、德國科學家赫爾（Stefan W. Hell）、美國科學家莫納（William E. Moerner）因為「研發出超解析率螢光顯微鏡技術（super-resolved fluorescence microscopy）」摘下桂冠，均分800萬瑞典克朗（SEK，約新台幣3350萬元）獎金。特別的是，今年3位化學獎得主都是物理學博士。

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螢光顯微鏡影像（維基百科）

貝齊格現年54歲，美國康奈爾大學（ Cornell University）物理學博士，目前任職於維吉尼亞州霍華德．休斯醫學研究所（Howard Hughes Medical Institute）的珍利亞農場研究園區（Janelia Farm Research Campus）。

赫爾現年52歲，生於羅馬尼亞，德國公民，德國海德堡大學（University of Heidelberg）物理學博士，目前擔任馬克斯．普朗克生物物理化學研究所（Max Planck Institute for Biophysical Chemistry）所長，同時也在海德堡的德國癌症研究中心（DKFZ）任職。

莫納現年61歲，康奈爾大學物理學博士，目前在加州史丹福大學（Stanford University）擔任講座教授。

瑞典皇家科學院（Royal Swedish Academy of Sciences）指出，3位得主研發出來的技術「超越了光學顯微鏡技術的限制」。長期以來，傳統光學顯微鏡的解析率最多只能到達可見光波長的一半（阿貝繞射極限，0.2微米），然而今年3位得主利用螢光分子，巧妙地繞過這道門檻，將光學顯微鏡技術帶入奈米（1公尺的10億分之1）領域。

赫爾在2000年研發出「受激發射損耗顯微鏡技術」（STED），利用兩道雷射光，一道激發螢光分子，另一道將所有超過奈米範圍的螢光抑制掉。以這種方式在樣本上一奈米一奈米掃描，就可以得到解析率超越阿貝繞射極限的圖像。

貝齊格與莫納則是為「單分子顯微鏡技術」（single-molecule microscopy）奠定基礎，這種技術重複掃描同一區域，每一次只讓少數幾個分子發光。將這些影像重疊，就可以得到奈米解析率的影像。

螢光顯微鏡下的細胞（維基百科）

奈米顯微鏡技術（nanoscopy）讓科學家看到活體細胞之中個別分子的路徑，腦部神經細胞如何利用分子來建立突觸（synapse），追蹤巴金森氏症（Parkinson’s disease）、阿滋海默氏症（Alzheimer’s disease）與杭丁頓氏舞蹈症（Huntington’s）的致病蛋白質如何堆積，觀察受精卵發育成胚胎過程中的特定蛋白質。而且這項技術正在快速發展，不斷造福人類。

參考網站：2014年諾貝爾化學獎超解析率螢光顯微鏡技術

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延伸閱讀二：

研發高解析螢光顯微鏡 3人獲化學獎

〔編譯管淑平／綜合報導〕瑞典皇家科學院八日宣布今年諾貝爾化學獎得主，美國和德國三名學者因利用螢光分子突破光學顯微鏡解析度限制，達到奈米級的「超解析螢光顯微影像技術」而共同獲獎，「因為他們的成就，光學顯微鏡能一窺奈米世界」，對疾病研究與藥品設計帶來革命性的改變。

貝吉格（法新社）。
莫納（檔案照，歐新社）。
諾貝爾化學獎得主赫爾和奈米級的顯微鏡（路透）。

突破光學限制一窺奈米世界

評審委員會主席林登說，這種奈米螢光顯微影像技術，讓科學家得以即時觀察活體細胞內個別分子活動情況，擁有更佳利器研究帕金森氏症、阿茲海默症和杭廷頓舞蹈症等疾病。

獲獎三人分別為五十四歲的美國霍華休斯醫學研究所（HHMI）物理學家貝吉格（Eric Betzig）、六十一歲的美國史丹福大學物理化學家莫納（William E. Moerner），以及五十一歲的德國馬克思蒲朗克生物物理化學研究所奈米生物光子學部門主任赫爾（Stefan W. Hell）。三人將均分八百萬瑞典克朗（三千三百七十萬台幣）獎金。

赫爾得知獲獎後大表意外，「我完全沒想到，簡直無法相信」，「幸好我記得諾馬克的聲音，才明白這是真的。」諾馬克為瑞典皇家科學院常務秘書。莫納正在巴西開會，透過美聯社記者告知才知道得獎，他說︰「我興奮得不得了，也很高興與貝吉格、赫爾同時獲獎。」

過去一段長時間裡，光學顯微鏡解析度受限於光波繞射，最高僅能達光波長的一半、即○．二微米（micrometre），此即為根據德國顯微鏡光學家阿貝（Ernst Abbe）命名的「阿貝繞射極限」。不過，貝吉格等三人利用螢光分子繞過這個限制，發展出「超解析螢光顯微影像技術」；三人使用兩套不同方法，但殊途同歸。赫爾於二○○○年開發「受激發光抑制（STED）顯微影像技術」；貝吉格、莫納各自的研究，則為單分子顯微影像技術（single-molecule microscopy）奠基。

帕金森等研究將有革命性改變

受激發光抑制顯微影像技術利用兩道雷射光束，一道刺激螢光分子發光、另一道抑制其他螢光分子作用，對著觀察樣本掃描後的成像解析度，得以突破阿貝繞射極限。單分子顯微影像技術有賴於調控個別分子上螢光分子發光與否，藉由對樣本上同一區域重複多次造影，每次僅讓少量分子發光，再將這些影像重疊後得出奈米等級解析度影像。

皇家科學院指出，這種奈米顯微影像技術，「理論上不再會有任何結構小到無法研究」，使科學家能即時觀察活體細胞內的個別分子，了解大腦神經細胞分子如何建立突觸，追蹤帕金森氏症、阿茲海默症、杭廷頓舞蹈症中致病蛋白質如何堆積，也能在受精卵分化成胚胎過程中觀察個別蛋白質分子。這種技術如今已廣受使用，每天都帶來新發現，造福人類，醫學與生物學界受惠最大。

參考網站：研發高解析螢光顯微鏡 3人獲化學獎

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延伸閱讀三：

諾貝爾化學獎【圖解版】

發稿時間：2014/10/09 15:33 最新更新：2014/10/09 16:04

科學背景：SUPER-RESOLVED FLUORESCENCE MICROSCOPY

參考網站：諾貝爾化學獎【圖解版】

美國學者貝吉格、莫厄納及德國學者赫勒開發超高解析度的螢光顯微鏡學，獲得2014諾貝爾化學獎。（圖取自nobelprize.org）

（中央社網站）2014諾貝爾化學獎得主8日揭曉，由美國學者貝吉格（Eric Betzig）、莫厄納（William E. Moerner）及德國學者赫勒（Stefan W. Hell）獲得。

他們開發超高解析度的螢光顯微鏡學，讓光學顯微能夠窺視奈米大小的細小分子，有利於疾病及藥物研究。

超高解析螢光顯微術和傳統光學顯微鏡有什麼差別？中央社用一張圖表帶你了解！