庄小威又添殊荣！高分辨率成像获“科学突破奖”
谷 君 说
2018年10月17日，2019年度科学突破奖（Breakthrough Prize）揭晓。5位生物学家、2位物理学家及一位数学家共同获奖。
科学突破奖
文/ towersimper
华人科学家庄小威（如图1所示）获奖的理由是开发出超越传统光学显微镜的超分辨率成像技术，揭示出细胞内部的全新结构。
图1. 著名的庄小威教授
科学突破奖用以表彰全世界最杰出的科学家，这是科学突破奖颁发的第七个年头。
科学突破奖分为生命科学奖（每年最多四个奖项）、基础物理奖（每年一个奖项）以及数学奖（每年一个奖项）。
此外，每年还会有不超过三个物理新视野奖以及不超过三个数学新视野奖。
科学突破奖被誉为全世界最慷慨的科学奖，每个奖项的奖金为300万美金。
旨在表彰在生命科学、基础物理和数学方面提出最终极的问题，并寻求最深刻的答案的杰出科研工作者。
颁奖典礼将于11月4日在美国硅谷举行，今年的颁奖典礼将由饰演过“007”的英国演员皮尔斯·布鲁斯南主持。
图2. 科学突破奖
科学突破奖在2012年由俄罗斯亿万富翁尤里·米尔纳夫妇设立。
奖金由尤里·米尔纳夫妇、谷歌联合创始人谢尔盖·布林，脸书联合创始人马克·扎克伯格夫妇，腾讯公司联合创始人马化腾和基因技术公司23andMe联合创始人安妮·沃希斯基等知名实业家赞助。
其评审委员会由之前在各个领域的获奖者组成。
此次庄小威获得科学突破奖有人评论说，这是对她无缘2014年诺贝尔奖的一种安慰。
2014年美国及德国三位科学家Eric Betzig、Stefan W. Hell和William E. Moerner因研制出”超分辨率荧光显微镜”而获得诺贝尔化学奖三人均分800万瑞典克朗奖金，当时就引发了争议。
因为当时很多人都猜测，如果超分辨率荧光显微镜是诺奖成就。
那庄小威必然是得奖者，这是因为她在超分辨率荧光显微镜领域也取得非凡的成就。
2004年初，庄小威等人就意外发现了一些花青染料可以用作光敏开关。
这也就意味着这些染料既可以被激活发出荧光，也可以被关闭不发光。
人们可以使用不同颜色的光束来随意控制这些花青染料的开和关。
从那以后，庄小威等人就一直在研究如何用光敏开关探针来实现单分子发光技术。
他们希望能用光敏开关将原本重叠在一起的几个分子图像暂时分开。
这样就能获得单分子图像，从而提高分辨率，庄小威教授一直从事生物物理显微成像方面的研究。
她在2005年发现了一种能够几百次地反复在各种颜色的光照射下使用的，能够驱动为荧光态和暗态的发光分子团。
从而得到了一种比传统光学显微镜高10倍以上的分辨率的显微技术，并将这种技术命名为随机光学重建显微法(stochastic optical reconstruction microscopy，STORM)。
具体而言，就是用很弱的光激发荧光分子，使细胞内的一小部分荧光分子发光，而不是全部。
这样由于发光的点分布比较分散，重叠比较少，因此每个光晕可以近似为一个荧光分子。
在一次激发中，可以确定一部分光晕的中心，在下一次激发中，可以确定另外一部分光晕的中心。
把这许多次激发的结果叠加，就可获得完整而清晰的图像。
使用STORM可以以20nm的分辨率看到DNA分子和DNA-蛋白复合物分子。
图3. 通过三维STORM观察到的一个哺乳动物细胞内线粒体网状系统。传统荧光成像（左图）；三维STORM成像（中图），其中，采用不同颜色标记出z的位置；三维STORM成像中的xy维图像（右图）。图片来自庄小威研究小组。
2006年，庄小威针对STORM在《自然-方法》（Nature Methods）期刊上发表相关论文。
2007年，她又发现了特殊的荧光探针家族，实现了多色随机光学重建显微法（multicolor stochastic optical reconstruction microscopy, 多色STORM）。
并利用这种方法以20-30纳米级别的分辨率演示了DNA模式样品和哺乳动物细胞的多色成像。
2011年，她又进一步克服了之前耗时长的缺点，开发出了更高性能的STORM。
庄小威也成了超分辨率荧光显微镜的大户，隔三差五就在顶级杂志上发表重要研究成果。
庄小威发明的这种超高分辨率成像方法（即STORM）利用状态可切换的荧光分子打破了传统显微镜的衍射限制，使得实时揭示生物分子运动成为可能。
在电子显微镜的真空条件下，生物无法生存，观察生命运动也基本没辙。
因长达10年的物理学根底赋予她敏锐的直觉，启发她创造性地将带荧光的分子标记物附在病毒上。
当用激光照射时，标记物会发射出艳丽迷人的色彩。借助超分辨率显微镜技术，就可以实现跟踪拍摄。
庄小威创造性地将荧光光谱和显微分析技术应用于单个分子。
这种崭新的物理手段，使得实时揭示复杂生物过程中的分子个体及其运动步骤成为可能。
借助STORM技术，她的实验室发现了原本未知的细胞结构，比如大脑中的神经元内部周期性的膜骨。
在长达几十年的科学研究过程中，她不断地探索生命科学的奥秘，为保障人类生命作出了突出贡献。
庄小威此次能够获得科学突破奖实至名归！
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