2014年諾貝爾化學獎,Stefan Hell教授

  新浪科技訊 8月11日消息, 8月10-12日,世界科技創新論壇在北京會議中心舉辦,包括Kip Thorne、Thomas J.Sargent、Michael Levitt、朱棣文在內的20餘位諾貝爾獎獲得者,以及曹春曉、美國國家工程院院士陳剛等諸多中外頂級學者專家應邀出席,共同打造史無前例的中國最高級別智慧盛宴,探討全球科技創新成果、描繪未來中國科技創新藍圖。

  科學和技術的革命對於人類的作用是巨大的。我記得還在學校的時候學到的都是一些很簡單的東西,當時我們都用顯微鏡去觀測,其實在17世紀,當時有了顯微鏡之後,打開了人的視野。

  以下是演講全文:

  太感謝了,很高興邀請我參加這個活動。這是我在得到諾貝爾獎之後第一次來中國,所以變得尤其的不同。

  科學和技術的革命對於人類的作用是巨大的。我記得還在學校的時候學到的都是一些很簡單的東西,當時我們都用顯微鏡去觀測,其實在17世紀,當時有了顯微鏡之後,打開了人的視野。百家樂在17世紀以後,我們才發現所有的生物都是由細胞構成的。我們可以通過顯微鏡來觀測細胞內的機制,但是我們說到這種簡單的顯微鏡它的顯像率非常低,如果想看病毒需要微顯微鏡。在20世紀中期,微型顯微鏡的出現進一步帶來了很多的發現,比如說我們講小分子、細菌,都可以通過進一步改進的顯微鏡讓我們看得更清楚。也有一系列的諾貝爾獎是跟這方面的發現有關的,答案非常的簡單,這種電顯微鏡讓我們可以看到更仔細的物質,我們想看到裏面的這種活性的機制,你需要3D,你想看到顯微鏡下活著的結構我們就需要用光顯微鏡。因為光是唯一的一個能夠讓我們看到活的組織它裏面的狀態。對於像我這樣的物理學家,我們要重新解決顯微鏡的成像率的問題,這樣我們才能夠更清晰地看到活的生物組織裏面的東西,只有這樣我們才能看到包括像蛋白質,以及其它的結構。

  這裏我們出現了超解析度的熒光顯微鏡,這個其實說實話沒有那麼難。其實到最後只是個鏡頭的問題,我們使用了這樣的一個鏡頭,我們用光來照明這個樣本,比如說有很多的點,比如說是分子。那麼今天我們用比如說激光,我們要讓光能夠聚焦到觀測點,比如說一個分子上。但是由於光傳播的時候像波,這個我們在學校已經學了。這時候要把所有的光聚集在一點的話會形成一個光點,這時候所有的分子就在這個光圈裡面,比如說200微米同時被照亮,因為這個光點照亮之後非常大,那麼這200個分子可能都被照亮了。那麼這些分子都會產生信號,它都會被點亮。那麼如果我們想收集這個光,通過鏡頭來收集的話,那麼每一個分子它返回來的時候也會產生一個光圈,返還到觀察者的眼睛里,這時候就變得更模糊了,這裏同時有這麼多個分子,在反射回來這種光,這時候你在觀察的時候不管觀察員是誰,是眼睛、是電子,甚至這個世界上最好的鏡頭、照相機,這裏面的內容太多了,所以你沒有辦法區分一個分子和其它的分子。所以我們做不到分子層面的區分。這個問題是由這個先生髮現的,19世紀末的幾位德國的先生。這時候他搞了一個衍射邊界,叫做Diffraction boundary,這個等式在這個PPT上面,他說不可能有更高解析度了,D就是200納米,不可以比這個有更好的解析度了,這個等式的發現很重要。這是在德國維也納的紀念館上,這裏印了他發現的等式,似乎是寫在石頭上的,不可改變的。在今天所有講光學、物理學、甚至講生命科學,都有公式,似乎就是一個不可改變的公式。

  那麼後來我回頭檢視這個公式,這是我們發現到目前為止能夠實現的最高解析度的照片,你可以看到細胞內的精細的結構,但是你可以看到很明顯它不是那麼清晰的,它也很模糊,後來我想了一個辦法,叫STED的方法。其實我們可以看得更清晰,然後帶來以下幾個結果,第一個就是當時我見到了第一位北歐的國王,是挪威的國王,給我頒發了卡弗里獎,六周之後我接到了他的電話,是瑞典的一個國王,給我發了諾貝爾獎,當時頒獎之後有非常好的宴會,食物非常好吃,還有非常棒的夥伴坐在我邊上。其實在我人生之初我沒有看到這樣的一個人生走向,因為從我的人生成長背景來說不應該有這樣的發現,因為我是羅馬尼亞農村長大的孩子,13歲以前我都不知道,那時候的生活很不容易,到13歲我意識到要去西方世界尋找更好的生活,所以當時我說服了我的父母離開羅馬尼亞,搬到了西德居住。當年西德有非常大方的移民政策,所以1978年打包我們的行李,當年我們的行李好多都是中國製造,因為當年我們跟中國的關係特別好。後來移民到了海德堡,我是在海德堡學基礎物理,主要學物理的一些基本原理,搞清楚自然界的一些規律。但是當時我又做了一個決定,我做博士論文的時候有點失去勇氣了,他們說你如果做基礎科學到最後只能當計程車司機,幹不了別的。所以當時我決定加入一個我的教授創立了一家公司,當年電腦晶元都是IBM的晶元,通過這種晶元觀察小的微小的結構,當時我很沮喪,因為學物理的初衷不是做這個事情。當時覺得19世紀的物理學跟現在的光學顯微鏡沒有太大的關係。我們發現一個顯微鏡的問題,需要我去改善,所以我希望打破這個衍射的邊界,如果能打破這個邊界我就會很厲害,所以我想說服我的教授讓他們給我提供一個博士后的獎學金。

  後來我去了芬蘭,芬蘭有一個人說我有一家公司,你可以來我的公司工作,一邊給我工作,一邊研究你的項目。所以到了1993年,這個已經跟我後面得諾貝爾獎有關了,當時我說的這個難題,就是這麼多的分子都會同時被照亮,會造成混亂。這些綠色的信號,我說能不能用一束光,能把這些噪音信號關掉?哪怕把其中一部分關掉,那麼我作為物理學家我知道怎麼樣把這些信號滅活,所以我決定用不同的波長可以把這些構成干擾的信號關掉,那麼就使最中間的分子,只有它把信號傳過來。最後我們只留一個分子的信號,後來我寫了一篇論文,當時沒有人相信我的道理,但是後來我花了三到四年的時間才說服他們,當時就是馬克斯·普朗克研究院,他們認可了我的想法,決定給我五年的時間證明我的觀點,如果不行我就得放棄,所以我又回到了德國,這是我們實驗的結果。百家樂這是當年在現有技術下最好的結果,這是基於STED的解決之後變得最好,我確實證明了我的方法是可以的,大家看這個成像率的邊界被我們打破了。現在我們可以看到細胞內的細節了,大家看在這個部分,有這個核液,之前跟之後的,非常漂亮的對稱。原來的光學顯微鏡之下也是看不清楚的。

  過去,我們是不知道它可以的,我只是寫了一個提案。當時我們要做非常複雜的實驗,最初的實驗是這樣的複雜,為了達到實驗的目的很複雜,但是時間在發展、技術在進步,我們對這個現象的理解更好了。今天我們需要把所有的硬體放在一個很小的盒子里,像今天做商用級別的顯微鏡是這樣的,現在更小了,它可以提高清晰度,所以我決定跟我的學生創立一家公司做商用。現在我們可以把這個盒子放在任何的光顯微鏡下,加在你現有的光顯微鏡上,可以提高它的清晰度。按一鍵就可以達到這種效果,能夠達到這種清晰度照片的公司,已經放在了諾貝爾的網站上,我們極大的提高了清晰度的閾值。那麼它的應用前景是非常廣的,大家可以想像我們可以有新的發現,由於我們清晰度的提高,我們做基因研究、做生命醫學方面,可以讓研究人員看到更細緻的分子層面的動態,甚至包括神經科學也會從中得益。那麼要想讓神經科學家有所發現,工欲善其事,必先利其器。現在可以把這個盒子放在任何的顯微鏡上,我們創立了一家公司,可以說是從科學發現到商用的非常好的關係,我們是一兩年前在德國建的公司,我們在瑞士也成立了一個姐妹公司,在美國也成立了公司。

  我為什麼來這裏呢?是因為兩天前我們公司和蔡司覺得在中國成立合資公司,很快中國任何一家實驗室里,都會有這種高清晰度的顯微鏡。我真心的希望未來的中國科學家會因為我的這個發現而使得你們的研究工作如虎添翼。非常感謝。

  朱丹:非常感謝,謝謝您。他把企業家定義為創新者,創新是企業家的靈魂。當然,在科技創新的領域當中,必須要有嗅覺敏銳的企業家,他們開拓市場把技術轉化為產品,接下來要請出就是本次論壇的最後一位演講嘉賓,他是一位企業家,也是一位低調務實的學者型官員,在資本市場、貨幣方面都有比較深的研究經驗,接下來有請中國金融證券股份有限公司董事長聶慶平先生。

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