Nobel z chemii za nanoskop

Tegoroczna nagroda Nobla z chemii spełnia wszystkie warunki werdyktu doskonałego: wyróżniony został ważny przełom naukowy i technologiczny zarazem, kryją się za nim niezwykłe ludzkie historie, pokazujące, że nauka to pełne pasji zajęcie. W końcu da się o tym wszystkim opowiedzieć. Bohaterami są Eric Betzig (USA), Stefan W. Hell (Niemcy) i William E. Moerner (USA). Pokonali przez długi czas niepokonaną barierę mikroskopii optycznej – tzw. granicę Abbego. Już w 1873 r. Ernst Abbe przedstawił matematyczne wyliczenia pokazujące, że za pomocą mikroskopu optycznego nie da się oglądać obiektów mniejszych niż 0,2 mikrometry, bo taka jest natura fal świetlnych.

Dictum Abbego obowiązywało przez ponad sto lat, aż pojawili się naukowcy, którym bariera ograniczająca możliwość podglądania cząsteczek wewnątrz struktur komórkowych zaczęła mocno dolegać. Stefan Hell zrobił doktorat w prestiżowym Uniwersytecie w Heidelbergu. Gdy jednak podzielił się swym pomysłem na łamanie „naturalnych” barier, spotkał się ze sceptycyzmem profesury, ruszył więc do Finlandii, gdzie przytulił go Uniwersytet w Turku.

Tam mógł pracować nad ideą zaczerpniętą z podręczników optyki kwantowej – stymulowanym emisją światła przez cząsteczki. Istnieje wiele cząsteczek chemicznych o właściwościach fluorescencyjnych – naświetlone emitują następnie promieniowanie świetlne. Hell opisał koncepcję, jak pobudzać cząsteczkę do świecenia za pomocą laserowych nanoimpulsów. W odpowiedzi na taki impuls rozbłyska jedynie fragment cząsteczki o wielkości rzędu nanometrów. Tak przynajmniej mówiła opracowana przez Hella teoria – artykuł ją prezentujący został opublikowany w 1994 r. i umożliwił uczonemu powrót do Niemiec, gdzie w Instytucie Maksa Plancka w Getyndze podjął pracę nad realizacją swojej idei. W 2000 r. światło dziennie ujrzał mikroskop, a raczej nanoskop STED (od Stimulated Emission Depletion).

William E. Moerner i Eric Betzig podeszli do problemu bariery Abbego w sposób niezależny od Hella. Zajęli się pobudzaniem i mierzeniem rozbłysków pojedynczych molekuł. Oczywiście łatwiej napisać, niż zrealizować ten pomysł praktycznie. Prowadzone niezależnie próby Moernera i Betziga zakończyły się powodzeniem w połowie ubiegłej dekady. Jak można przeczytać w oficjalnym doniesieniu o werdykcie Komitetu Noblowskiego:

Metody opracowane przez Erica Betziga, Stefana Hella i Williama Moernera doprowadziły do kilku technik nanoskopii używanych dziś powszechnie na całym świecie.

Sami nagrodzeni są aktywnymi badaczami (choć Betzig znużony w latach 90. brakiem sukcesów w walce z barierą Abbego, wycofał się na kilka lat z nauki). Narzędzia, które opracowali, służą im teraz do opisywania niewidocznych dotychczas obszarów rzeczywistości. Freeman Dyson zwykł przekonywać, że dla postępu nauki najważniejsze są właśnie narzędzia, to one decydują co można zobaczyć, a więc i zrozumieć. Poniżej filmik pokazujący koncepcję Erica Betziga.