Фібробласти (сполучна тканина) - фотографія, отримана за допомогою флуоресцентної мікроскопії. Нобелівський комітет оголосив лауреатів премії з хімії 2014 року. Ними стали троє вчених, які розробили і довели до практичного застосування технологію флуоресцентної мікроскопії, що дозволило оптичному спостереженню вийти за межі дифракційних обмежень.
Цього року члени комітету нібито згадали, що у своєму заповіті шведський промисловець Альфред Нобель доручив видавати премії не тільки за відкриття в галузі фізики і хімії, а й за винаходи та удосконалення. «Нобелівка» з фізики присуджена за винахід синіх світлодіодів, премію з хімії вручили «за розвиток флуоресцентної мікроскопії з надвисокою роздільною здатністю».
Оптичні мікроскопи багато століть були єдиним інструментом людства для спостереження за мікроміром, але ще наприкінці XIX століття Ернстом Аббе була відкрита дифракційна межа - максимально можлива роздільна здатність, рівна половині довжини хвилі світла. Для видимого діапазону це в кращому випадку 200 нм. Надалі були винайдені рентгенівські мікроскопи, у яких довжина хвилі, а значить, і дозвіл, на кілька порядків менше, а також ще більш чутливі електронні мікроскопи. Однак їх застосування досить обмежене: для рентгенівських мікроскопів занадто багато середовищ однаково прозорі, а електронні вимагають безпосереднього контакту з матеріалом. Нобелівську премію з хімії 2014 року розділили Ерік Бетциг, Штефан Хелль і Вільям Мернер.
Жодна з наявних технологій не дозволяла спостерігати молекули в живих клітинах. Вчені були практично впевнені, що можливості дослідити рух окремих молекул у клітинах організмів не буде ніколи: закони фізики представлялися непорушними. Проте оптичні мікроскопи змогли проникнути в наномир.
Нагороди удостоєні два різних методи, проте обидва вони використовують флуоресценцію окремих молекул. Перший метод був винайдений у 2000 році Штефаном Хеллем (Stefan Hell), директором Інституту Макса Планка з біофізичної хімії, громадянином Німеччини румунського походження. Він полягає в наступному: потрібна область освітлюється двома лазерними пучками, один з яких стимулює флуоресцентне випромінювання, а інший пригнічує флуоресценцію у всій області, за винятком області порядку одного нанометра. Покрокове сканування області дає зображення з дуже високою роздільною здатністю. Методика мікроскопії, розроблена і реалізована Штефаном Хеллем. Вимірювання положення молекули за допомогою флуоресценції впирається в дифракційну межу (ліворуч), однак якщо до складання зображень обробити кожну і визначити центр плями, можна досягти на порядки більш високої точності (праворуч).
Інший спосіб був незалежно розроблений американцями Еріком Бетцигом (Eric Betzig, Корнелльський університет) і Вільямом Мернером (William Moerner, Стенфордський університет). У 2006 році Бетциг з колегами виконали роботу, в якій змогли виміряти місце розташування молекул білка з точністю близько декількох нанометрів. Для цього вони активували молекули білка лазером і фіксували флуоресцентне випромінювання від кожної молекули - близько 104 фотонів від кожної молекули потрапляло на прийомник, перш ніж випромінювання затухало. Розміри плями відповідали дифракційній межі, однак яскравість розподілялася по Гауссу, і вчені просто вираховували центр цієї плями. Складаючи результати численних циклів активації молекул, Бетциг отримав зображення розсіяних молекул білка з раніше недосяжною точністю. Внесок Мернера полягає в тому, що він перший зміг домогтися флуоресцентного випромінювання від єдиної молекули, а також відкрив той факт, що флуоресценція може включатися і відключатися за допомогою лазера.
Незважаючи на очевидний прорив у спостереженні за окремими органічними молекулами, слід зазначити, що можливості застосування винаходів, за які вручена премія, обмежені молекулами, здатними до флуоресценції. Неоднозначну реакцію викликало і те, що удосконалення технологій спостереження за молекулами не можна однозначно віднести до досягнень у галузі хімії. Але історія знає і більш дивовижні номінації: У 1908 році Нобелівську премію з хімії отримав Ернест Резерфорд за дослідження радіоактивного розпаду.
