《新民晚报》：观察细胞不再“只见森林，不见树木” 华东理工教授解读2014年度诺贝尔化学奖

      昨天，2014年度诺贝尔化学奖揭晓，华东理工大学药学院及生物反应器工程国家重点实验室特聘教授杨弋接受了本报记者的采访。他说：“超高分辨率荧光显微技术，将光学显微技术带到了纳米尺度，从此，我们在显微镜下观察微生物、细胞，不会再是只见森林，不见树木。”
　

　0.2微米曾为“极限”

      17世纪，当科学家首次在光学显微镜下看到血红细胞、细菌及游动的精子等活生生的生物体时，均兴奋不已。然而，长期以来，光学显微成像技术的发展却一直受制于一个物理极限值的约束：它不可能获得比所用光的半波长更高的分辨率，不可能突破0.2微米。

      杨弋教授解释，所谓0.2微米的极限是指当两个物质（分子）相互靠近、小于0.2微米时，传统的光学显微镜便很难将两者区分开来。一些细胞内部的细胞器，如为细胞活动提供能量的线粒体，它们的轮廓可以看到，但要想观察更小的对象，如细胞内部单个分子之间的相互作用则根本不可能。杨弋打了个形象的比方，你可以看清眼前的一片森林，却看不清森林里的每棵树木。

　 两种研究殊途同归

      杨弋介绍，德国人斯特凡·黑尔、美国人埃里克·贝齐格和威廉·莫纳打破了0.2微米禁区的桎梏。他们使用荧光分子，巧妙地绕开了这一极限，他们突破性的工作不仅将光学显微镜下的世界带到了纳米尺度，更颠覆了传统的生物医学研究方式。

      两国研究超高分辨率显微镜走了不同的道路，却殊途同归。德国科学家斯特凡·黑尔在2000年发明了受激发射损耗(STED)显微技术。这项研究使用两道激光束，一束用来激发荧光分子使其发光，另一束则将大部分发光抵消——除了一块纳米尺度的微小区域。这样，显微镜能够一纳米一纳米地扫描样本，并产生图像，其分辨率远好于0.2微米的限制。

      美国科学家威廉·莫纳和埃里克·贝齐格则使用了另一招：他们各自研发了单分子荧光显微术与光激活定位显微技术。这种技术关键是发现可以打开和关闭单个分子的荧光。科学家们对同一区域多次成像，每次只让几个零散的分子发出荧光。通过对这些图像进行叠加，他们得到了一幅纳米级分辨率的超级稠密图像。2006年，埃里克·贝齐格首次将这种技术投入了实际运用。

　分子运动尽收眼底

      杨弋说，今天，纳米水平的超分辨荧光显微技术已被广泛使用，“在超分辨荧光显微镜下，探索微观世界已经没有了限制。”

      以前，人们无法分辨细胞内两个靠近的分子之间的变化和联系，今天，通过荧光扫描，一个细胞内几万种分子和它们的相互作用都将尽收人类眼底，无迹可遁。通过这项技术，科学家使活细胞中不同分子的运动可视化——他们能够看到脑部神经细胞间的突触是如何形成的，能够观察到与帕金森氏症、阿尔兹海默症和亨丁顿舞蹈症相关的蛋白聚集过程，也能够在受精卵分裂形成胚胎时追踪不同的蛋白质。从长远看，它对人类攻克许多顽固疾病，具有重要的推动作用。

      现在各国仍在强化超分辨荧光显微镜的研究。以华东理工大学为例，该校多位专家致力于研究分子染色与荧光标记技术，也就是说，为细胞内更细微的不同种类分子染色，使之具有荧光性质。这样，能够更容易观察到不同分子间的相互联系及变化，而这，正是药物研究、疾病控制的前提。

      原文来源：《新民晚报》 2014-10-09 | 作者：张炯强

      原文链接： http://xmwb.xinmin.cn/html/2014-10/09/content_14_2.htm