William E.Moerner教授將訪問上海

William E. Moerner教授作為世界上首位成功探測到單個熒光分子的科學家，他所發明的技術和方法超越了光學顯微成像的極限，給生命科學帶來了革命性的突破，讓如今的科學家們能夠對活細胞中的單個生物分子進行納米尺度的成像。

William E. Moerner教授是單分子光譜和熒光光譜領域的著名專家。現為美國斯坦福大學哈利·S·莫什講座教授。1982年，獲得康奈爾大學物理學博士學位；1981年至1995年，在IBM位於加利福尼亞州聖荷西的研究中心擔任研究人員和管理人員；1993年至1994年，在瑞士蘇黎世聯邦理工學院擔任訪問客座教授；1995年至1998年，在聖地亞哥加利福尼亞大學擔任傑出教授；1998年至今，在斯坦福大學擔任教授。

2014年，因「研製出超解析度螢光顯微鏡」，與Eric Betzig、Stefan W. Hell共同獲得諾貝爾化學獎。

下文節選自台灣大學化學系蔡蘊明老師所譯之諾貝爾化學獎委員會公布給大眾的新聞稿：https://www.ch.ntu.edu.tw/nobel/2014.html

英文原文可自以下官方網站取得：

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2014/popular-chemistryprize2014.pdf

如何將光學顯微鏡變成納米顯微鏡

Eric Betzig，Stefan W. Hell以及William E. Moerner等三人得到了2014年的諾貝爾化學獎，這是因為他們越過了一個科學上設想的限制，也就是一個光學顯微鏡永遠無法超越0.2微米的解析度規格。利用分子的螢光，科學家現在可以監看在細胞內部分子之間的相互作用；他們可以觀察與疾病相關的蛋白質之聚集，也可以在納米的尺度里追蹤細胞的分裂。

紅血球細胞、細菌、酵母菌細胞以及遊動精子：當科學家在十七世紀第一次開始在顯微鏡下研究活體組織時，一個新的世界在他們的眼前打開。這是微生物學出世之際，從此之後，光學顯微鏡成為生命科學家工具箱裡面最重要的工具之一。其它的顯微鏡術，例如電子顯微鏡，其所需的準備方法最終會殺死細胞。

William E. Moerner首先觀測到單一的螢光分子

在大部分的化學方法中，例如量測吸收和螢光，科學家們是同時觀察上百萬的分子，在這些實驗中所得到的結果，反映的只是一種典型平均化的分子表現，但科學家們不得不接受這種困境，因為沒有別的可能性。不過有很長的一段時間，他們夢想著能夠測量每一個單一的分子，因為越豐富越詳盡的資訊，就越可能去了解比如疾病是如何發展的。

在1989年，W. E. Moerner成為全球第一位科學家能夠量測單一分子對光的吸收，那是一項具有關鍵性的成就。當時他正在位於美國加州聖荷西的IBM研究中心工作，那個實驗打開了一扇通往新未來的大門，並且啟發了許多化學家將注意力轉移到單分子的身上。

八年之後，Moerner朝單分子顯微鏡邁出了第二步，那是運用之前諾貝爾獎在2008年所表彰過的綠色螢光蛋白質(GFP)。

分子大小的燈一開一關

在1997年，W. E. Moerner進入了在加州大學的聖地牙哥分校，那正是後來獲得諾貝爾桂冠的錢永健所在的學校，當時錢永健正嘗試要讓GFP放出像彩虹般的各種螢光。這個綠色螢光蛋白質是從一種螢光水母身上分離出來的，它的好處在於能讓細胞裡面的其它蛋白質顯像。科學家們先利用基因科技，將綠色螢光蛋白質偶合到其它的蛋白質上，那綠色的螢光就會暴露出這個被標記的蛋白質位在何處。

W. E. Moerner發現有一種GFP可隨意點亮或關掉，當他用488納米波長的光去激發蛋白質的時候，蛋白質就開始發出螢光，但一個短暫的時間之後就會熄滅，在這之後無論他再用多強的光去照射這個蛋白質，它也不會發光，不過他後來發現當光的波長改為405納米時，這個蛋白質就會恢復生機，當蛋白質重新活化後，它又會放出488納米波長的螢光。

Moerner將這些可被激發的蛋白質均勻的散佈在一個膠質內，讓每個蛋白質之間的距離大於0.2微米的阿貝繞射極限，因為它們稀疏的散開來，一個普通的光學顯微鏡就可以區辨每一個發亮的分子 ― 它們就好像一堆具有開關的小燈泡，這項結果發表在1997年的「自然」期刊上。

透過這個發現，Moerner展示了可以透過光學的方式，控制單一分子們的螢光，這解決了一個Eric Betzig在兩年之前所想到的問題。

這幾位得獎者仍企圖在描繪生命最深層的奧秘

這些由Eric Betzig，Stefan Hell以及W. E. Moerner等三人所開發的方法，發展出了幾個現在爲全世界各地所使用的納米顯微鏡技術。這三位得獎者仍然活躍在這個不僅龐大，而且一直在增長的科學社群中，將創新的矛頭對著納米顯微鏡術的領域，當他們將功能強大的納米顯微鏡瞄準在生命中最小的零件時，他們也同時取得了最尖端的知識。Stefan Hell為了對腦突觸有更好的了解，窺探了活的神經細胞內部；W. E. Moerner研究了與杭丁頓氏症(舞蹈症)有關的蛋白質；Eric Betzig追蹤了在胚胎中細胞的分裂，這些只是眾多例子當中的幾個。有一件事情是肯定的，2014年的諾貝爾化學桂冠得主們，對發展人類最重要的知識，已經奠定了基石。

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