超分辨率显微镜荣获诺贝尔奖为何华人学者落选

　　瑞典皇家科学院8日宣布，将2014年诺贝尔化学奖授予美国科学家Eric Betzig、William Moerner 和德国科学家Stefan Hell，以表彰他们为发展超分辨率荧光显微镜所作的贡献。

　　几个世纪以来，光学显微镜的“衍射极限”一直被认为是无法超越的。现在人们从不同途径“突破”了这一极限，这类技术就是超高分辨率显微技术或纳米显微技术（nanoscopy）。

　　Stefan Hell早在上个世纪90年代就设计一种“纳米电筒”，可在纳米范围内扫描目标样本，并以此为基础构建“受激发射损耗”(STED)显微技术。虽然他的理论当时没有引起哄动，但已引来学界关注。同个时期，William Moerner成为全球首位量度单分子光吸收量的科学家，并在8年后受绿色荧光蛋白GFP的启发，开发出能够开关GFP发光功能的方法。

　　另外一位科学家Eric Betzig则利用Moerner对可开关荧光分子的研究，研发出“单分子显微技术”，通过重复扫描目标样本，并在每次拍摄时只让少量分子发光，最后把所得图像重迭在一起，得出解像度突破“绕射极限”的显微影像。

　　近十年来，这些技术被广泛应用到了生物学领域。这意味着研究者们现在可以区分细胞内的微小物体（细胞器甚至大分子复合体），此前它们还只是无法分辨的模糊点。超高分辨率显微技术仍然发展迅猛，尤其是超高分辨率数据的分析，这些技术为研究分子和细胞的科学家们开启了全新的视界。

　　在超分辨率荧光显微技术的探索道路上，无数科学家们付出了辛苦的努力，其中也不乏华人学者的身影，如美国哈佛大学教授谢晓亮，庄小威等。

　　其中谢晓亮教授1999年受聘哈佛大学化学与化学生物学系正教授，2009年受聘哈佛Mallinckrodt讲席教授。2011年5月当选美国科学院院士。他作为室温下单分子荧光显微技术的开拓者之一，推动和带领了单分子研究在生物学中的应用。谢晓亮教授也是单分子酶学的奠基人，开创了活细胞中的单分子研究。他主导研制的以快速拉曼散射为主的高灵敏、无标记光学成像技术，为生物医学研究提供了全新的方法。

　　谢晓亮教授曾荣获美国化学会Harrison Howe奖，这个奖项的一大特征就是高达39%的获奖人日后获得诺贝尔化学、物理学、生理或医学奖。谢晓亮教授是该奖历史上第三位华人学者。

　　而庄小威教授在她34岁时就成为哈佛的化学和物理双学科正教授，是哈佛物理系和化学系少有的双科教授，2012年当选为美国国家科学院院士。

　　庄小威教授等人于2005年研发出了一种能够几百次地反复在各种颜色的光照下使用的，驱动为荧光态和暗态的发光分子团，从而得到了比传统光学显微镜高10倍以上分辨率的显微技术。他们将其命名为STORM技术，利用这种技术，能表现组织或细胞更加细微的结构。

　　STORM采用光转换荧光探针，在时间上分离相互重叠发光的荧光分子，然后重构得到高分辨率图像。应用这一想法，分子复合物，细胞及组织的二维，三维多色荧光成像的分辨率可达到数十纳米。这一技术可以记录纳米尺度的细胞内分子间相互作用及组织内细胞间的相互作用。可谓是真是实现了三维同步超高分辨率显微。

　　利用这一技术，庄小威等人分析了神经细胞中肌动蛋白，血影收缩蛋白(spectrin) 等相关蛋白的组织结构，还将散光成像（astigmatism imaging）与双物镜构架相结合，提高了随机光学重建显微镜STORM的成像分辨率，在生物成像中获得了小于10纳米的横向分辨率，以及小于20纳米的纵向分辨率。

　　那为何这两位学者未得到青睐，此前曾有分析指出庄小威研发的STORM技术与另外一位学者：Sam Hess的新技术类似，只不过后者将其称为FPALM技术，这些技术类似而且不是第一个提出来的，两者得奖的可能性小。不过在未来漫长的检验实验路上，也不是没有可能获奖。