Похоже, в этом году Шведская королевская академия наук решила, наконец, вспомнить, что, кроме науки, Альфред Нобель в своем завещании, учреждающем премию, говорил и о «наиболее важных изобретениях». Физикам нобелевский миллион достался за светодиоды, а химикам — за сверхзоркие микроскопы.

Восемь миллионов шведских крон «за развитие флюоресцентной микроскопии со сверхвысоким разрешением» разделят между собой гражданин США Эрик Бетциг (Eric Betzig, 1960 года рождения) из Медицинского института Говарда Хьюза (штат Мэриленд), гражданин Германии румынского происхождения Штефан Хелль (Stefan W. Hell, 1962), директор Института Макса Планка по биофизической химии, и еще один американец — Уильям Мернер (William E. Moerner, 1953) из Стэнфордского университета.

Они совершили действительно революционных научный прорыв, без всяких сомнений заслуживающий нобелевской награды.

С тех пор, как голландец Захария Янсен в 1590-м году установил на концах дюймовой трубы выпуклые линзы и научился увеличивать изображения предметов, а спустя пару десятилетий великий и более предприимчивый Галилей, воспроизвел эти увеличители и наладил их бесперебойное производство, оптические микроскопы покорили мир. Еще бы — долгое время у человечества не было других инструментов для того, чтобы разглядеть невидимое глазу.

В XX веке, когда ученые еще сильнее прищурились, вглядываясь в микробы и живые клетки, а то и отдельные молекулы, выяснилось, что оптическая микроскопия для этого не очень подходит. Дифракция накладывала на этот метод увеличения предел в 0,2 микрона. Куда более зоркие электронные микроскопы тоже не годились — они убивали живые клетки и потому не позволяли понять, что в них происходит.

Рис. 1. Немецкий ученый и лауреат Нобелевской премии по химии 2014 года Штефан Хелль с наноскопом. Фото: Kai Pfaffenbach / Reuters.

Рис. 2. Штефан Хелль — один из лауреатов Нобелевской премии по химии 2014 года. Фото: Jonathan Nackstrand / AFP.

И вот в 1994 году Штефан Хелль высказал такую идею: если нельзя должным образом осветить микрообъект, то можно посмотреть, как он светится сам. Хелль предложил действовать двумя лазерными импульсами – один заставлял светиться все флуоресцентные молекулы, а другой, наоборот, подавлял лишнее свечение.

Свой метод он назвал STED — stimulated emission depletion — микроскопия на основе подавления спонтанного испускания.

Идея не была подхвачена научным сообществом, и, в конце концов, теоретик Хелль реализовал ее сам, переквалифицировавшись в экспериментатора и создал в 2000 году STED-микроскоп, который уже можно было бы назвать наноскопом.

Ученый благополучно продемонстрировал его работу на бактерии Е-коли и доказал, что дифракционного предела для оптической микроскопии не существует.

Рис. 3. Принципы работы STED-микроскопии. Изображение: nobelprize.org.

Параллельно с Хеллем, независимо от него и даже друг от друга американцы Эрик Бетциг и Уильям Мернер тоже заинтересовались флуоресценцией и в те же девяностые разработали свой метод — микроскопию одиночных молекул.

Мернер научился включать и выключать излучение молекул, направляя на них лазерные лучи определенных частот, а Бетциг придумал способ, позволявший с помощью этих переключений находить место, где располагаются эти молекулы. Суть способа сводится к тому, чтобы переключать лазером молекулы помногу раз, а потом накладывать полученные изображения одно на другое.

Рис. 4. Уильям Мернер. Фото: Linda
A. Cicero, Stanford University / AP.

Рис. 5. Эрик Бетциг. Фото: Christof
Stache / AFP.

В 2006 году в журнале Science Бетциг опубликовал фотографию мембраны лизосомы (клеточный органоид) с куда большим разрешением, чем это позволял дифракционный предел. По мнению коллег, уровень разрешения при таком способе приближается к тому, которого можно достичь электронной микроскопией.

Честно говоря, мы не очень понимаем, при чем здесь химия, но, несомненно, премию эта троица получила вполне за дело — в комментариях, публикуемых на сайте Нобелевского комитета, — восторг, благодарность и восхищение коллег.

«Пьем за вас много-много шампанского!»…

И еще одно. Этих ученых объединяет не только и даже не столько тематика исследований, сколько истовое стремление сделать то, что, по мнению других, невозможно. Их не замечали, их отталкивали, они сами порой готовы были сдаться. Но не сдавались. И сделали невозможное.

Автор: Владимир Покровский.