2014年的诺贝尔化学奖引起了不少人的疑问:为什么几个拥有物理学博士学位背景的人,发明的是在生命科学领域应用的激光物理技术,居然会获得诺贝尔化学奖?在中国大陆,学科内容与分类相当陈旧、缺乏灵活性。
关于2014年的诺贝尔化学奖,不少人的疑问是:为什么看来明明是几个拥有物理学博士学位背景的人,发明的是在生命科
学领域应用的激光物理技术,居然会获得诺贝尔化学奖?甚至有些人还会疑问说:对超高分辨显微技术看起来没有那么直接的贡献的WE Moerner,为什么也是三位获奖者之一?这些疑问的答案很简单:超高分辨荧光显微成像技术之所以能够绕过所谓光学衍射极限的物理限制——200纳米,是建立在利用特殊荧光标记分子的光化学和光物理性质基础之上的科学发展,其重要的科学基础是单分子光谱和单分子显微技术。
因此,WEMoerner对凝聚相中单分子光谱技术和绿荧光蛋白特殊的光学开关性质研究贡献卓著,他获得此项诺贝尔化学奖,自然是当之无愧。
另一位获奖者Stefan Hell发明的Stimulated Emission Depletion(STED,受激辐射亏蚀)成像技术的基本原理,是利用荧光分子的受激辐射亏蚀性质,来实现低于衍射极限的超高分辨。
分子的荧光受激辐射亏蚀,是研究气相中分子高分辨激发态光谱和凝聚相中,超快动力学的现代物理化学方法。尽管从原理上讲STED技术并不必然要求一定要有单分子检测的灵敏度,但Hell近来的工作也表明采用具有特殊稳定寿命的荧光分子的单分子STED能够大大提高STED技术的分辨率。
第三位获奖者Eric Betzig于1990年代初,就在室温下的单分子光谱检测方面取得了重要的进展,并且于1995年就提出了2006年他自己实现的PALM技术和庄小威实现的STORM等技术的基本原理。这些正是Betzig获奖的重要因素。而实现PALM和STORM等技术的关键,正离不开WE Moerner在绿荧光蛋白(GFP)中发现的分子的荧光开关性质。
因此,在普通人看来,似乎是与化学缺乏联系的超高分辨荧光显微成像技术,事实上深深根植于对分子的光化学和光物理性质的物理化学和化学物理的深入研究之上。这一发展同时也结合了激光和光学检测,以及数据分析和处理技术领域的进展,并且在生命和医学科学领域实现了重要的应用。这些特点都充分体现了现代物理化学在物质和生命科学发展和研究中的基础和中心地位。
看不到这些内在联系,其主要原因是缺乏对现代化学的基本认识,自然难以理解为何超高分辨荧光显微成像技术会被授予2014年诺贝尔化学奖。
现代科学的前沿从来都是相互交叉的,简单的学科分类和标签往往会让人产生误解。在中国大陆,学科的分类和内容相当的老旧和缺乏灵活性,的确难以适应现代科学前沿发展中学科高度交叉的需要,而且常常误导公众对科学的了解。
如果我们能更好地理解科学发展中的“源”与“流”及其内涵的变化,以及化学,尤其是物理化学,在物质和生命科学中的基础和中心地位,就不至于对为什么超高分辨荧光显微成像技术会获得2014年诺贝尔化学奖产生疑问,也不至于对于科学研究只有急功近利的认识。否则,我们不仅不会离原创性的研究工作越来越近,且只会离看重原创性研究的诺贝尔奖越来越远。