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2014化学诺奖:超分辩光学显微镜是物理仪器 精选

已有 13912 次阅读 2014-10-8 18:25 |个人分类:科普|系统分类:科普集锦|关键词:超分辨,显微镜,荧光| 显微镜, 荧光, 超分辨

昨天蓝光诺奖参合太多了,化学就不想参合了,谁知道,全慧又及时转来消息:

这下麻烦了,更加落到我的领域范围之内了,不得不说点。


[13]刘全慧  2014-10-8 09:55

2014 Nobel Prize in Chemistry

The Nobel Prize in Chemistry 2014 was awarded jointly to Eric Betzig, Stefan W. Hell and William E. Moerner "for the development of super-resolved fluorescence microscopy".

获奖原因:他们开发了超分辨荧光显微镜。


去年我在博文中已经明确说了,这个超分辨荧光显微镜肯定获奖,Stefan W. Hell(我还翻译成阎王爷先生)是我看好的。但是,另外两个的技术我也简单评论过,不够靠谱。还有一位华人,庄晓威,我明确说过不行,等她抹鼻涕去吧!

同时明确宣告:双光子显微镜正式出局。


2012-10-4, 我看到的一些诺贝尔奖级别的成果和工作 (http://blog.sciencenet.cn/blog-99360-619316.html)


 6. 超级分辨光学显微镜
 德国马普学会一家研究所的阎王爷先生 Stefan W. Hell 发明的STED 技术Stimulated Emission Depletion Microscopy),我觉得是板上钉钉要得,不知道是那一年。同时和这个竞争的还有 STORMPALM 技术。个人觉得后面两种以及变种不太靠谱,技术复杂后处理麻烦也不实用,纯粹玩玩而已。但是现在授奖很可能有纠结产生纠纷,因为给了第一个后面两个会有意见。反正大家都年轻,最好等几年,适者生存,如果后面的技术被时间淘汰掉了,诺奖委员会就好办了。
研究实现STED超分辨率光学显微成像,http://paper.sciencenet.cn/htmlpaper/20126281046454225044.shtm

 

7. 双光子荧光显微镜和非线性光学显微技术
双光子荧光显微镜的分辨率略微低于光学衍射极限,普林斯顿的3W大概1991年发明的,并申请了专利保护。这种显微镜非常实用,目前市场非常好。但是,你3W申请专利保护严重阻碍了市场的开发,后来的超分辨显微镜后来居上,青不是出于兰但是胜于蓝,你估计只有冷板凳了。你也去遗憾擦肩而过吧。

跟这个紧密相关的是著名华人Sunny Xie 的非线性光学显微技术,如果没有超分辨显微镜,可望和3W 分享。现在只能空留遗憾了。
总之,科学的进步不等人。

**********************************************

这里有博主,北大的席鹏,对这个技术有详细的科普,整个系列。

(看到他的博文了:有感于超分辨获得2014诺贝尔化学奖


不需要看诺奖委员会的获奖理由了,我简单介绍几句。

光学显微镜有个分辨率的极限问题,大概是半个光学波长,比这个波长更小的物体,就分辨不出来了,比如使用400纳米的光,分辨率就是200纳米左右。这个极限大概19世纪就知道了,最近二十年才被打破,所以意义重大,所用的手段是纯粹的物理学,所以说今年的化学诺奖是物理学的胜利。

以前有双光子显微镜,可以稍微低于这个分辨率极限,但是实际上就在极限上工作。所谓的超分辨率荧光显微镜,就是打破了这个分辨率的极限,比如还用400纳米的光,可以容易分辨200纳米以下的物体,甚至可以达到20纳米。


以前的显微镜总是用一束光,这束光是一根细丝,聚焦到一个很小的小点上,这个小点就是分辨率极限。由于光的衍射效应,这个小点的大小受到光的波长的限制。这也是自从人类发明光学显微镜以来,困扰了200多年的难题。

阎王爷先生的超分辨荧光显微镜叫做STED, 基本原理是用两束光,实际上是两束激光,一束是正常的光聚焦到一个小点上,下图左边,这个就是衍射极限的最大分辨率;另一束激光变成中空的筒子一样,下图中间;两束光聚焦到同一点上,由于第二束光把第一束光给灭了,只有中间那点没有灭掉,所以才能看到,这个更小的小点就是新的分辨率,打破了衍射极限,下图右边。这就是这个项目的重大意义所在。


这样,使用这样的光学显微镜就可以清楚看到更小的物体,比如纳米材料的形貌,更广泛的应用是在生物学领域,比如下图,等待生物学专业人士来科普。


顺便说一句,中国目前是否有这样的超分辨光学显微镜我还不清楚,北大的席锋那里可能有,质量和运性情况不知道,其他单位没有听说过。

比这个显微镜更低档一点是,双光子显微镜,所用的激光就是飞秒激光,国内估计总共有50台左右,价格每台300万到600万元,全部西方制造,只有五家公司:尼康,奥林巴斯,莱卡和蔡斯等。

更低一点档次的显微镜是激光显微镜,每台大概200万元,国内估计200台到300台之间,只有西方制造。


还有电子显微镜,分辨率可以达到0.1纳米或许更小,远远比这个超分辨的光学显微镜高,但是各有优缺点。以后抽空再来评述。


有重要信息,会回来更新。




2014年诺贝尔奖
http://blog.sciencenet.cn/blog-99360-833993.html

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