諾貝爾生醫、物理、化學獎落誰家?

【本刊訊】2014年諾貝爾獎從10月6日起陸續公布,科學領域三大獎項生醫獎、物理獎和化學獎成為頭三個公布的獎項。

今年生醫獎的得主為三位神經科學家,包含英國的歐基夫(John O’Keefe)以及挪威的梅‧ 莫瑟(May Britt Moser)與艾德瓦‧ 莫瑟(Edvard I. Moser)夫婦二人。他們共同找出大腦用以建構空間、位置記憶的神經細胞,幫助我們了解大腦內部的GPS系統。

物理獎頒發給發明藍光LED的三位發明者,藍光LED奠定了白光LED的發展基礎,以既有效率又能省電的方式,照亮我們的世界。得獎的三位科學家為日籍的赤崎勇(Isamu Akasaki)、天野浩(Hiroshi Amano),以及美籍的中村修二(Shuji Nakamura)。

化學獎則由美國人貝吉格(Eric Betzig)、莫厄納(William E. Moerner)及德國人赫勒(Stefan W. Hell)共同獲得。他們突破了光學顯微鏡的限制,成功提升解析度,讓科學家可以藉由光學顯微鏡一窺奈米層級的世界。

生醫獎
記憶空間的細胞
我們對於位置、空間的概念怎麼形成?我們的大腦如何去處理相關的訊息,讓路徑的訊息可以被儲存起來?現在的科技或許很方便,GPS 導航功能隨處可以使用,不過我們大腦中可是早就「安裝」了GPS定位系統,幫助我們處理空間等問題。

神經學家歐基夫可說是這個領域的始祖,他目前是英國倫敦大學學院的教授。1960年代他對於大腦如何控制行為和做決定的機制感到著迷,他嘗試在大鼠自由活動時,紀錄大鼠的大腦海馬迴的神經訊號,藉以觀察。歐基夫發現,大鼠在環境中不同位置時,會活化大腦中不同的神經細胞,他將這種神經細胞稱為位置細胞(space cell)。一旦這些位置細胞被活化時,它們就能產生空間位置的輪廓圖,幫助大鼠對於環境空間的記憶。

而莫瑟夫婦則是發現了大腦內嗅皮質的網格細胞(grid cells),這些細胞的活化幫助我們建立空間中的座標系統,負責導航。並且這些網格細胞還能夠跟其他辨識方位和空間界線的細胞合作,也能與位置細胞共同作用,幫助空間路線圖的產生。

現年75歲的歐基夫在接受諾貝爾基金會電話訪問,談到這個他在43年前進行的研究時,他表示當時很多人對他的研究抱持懷疑的態度,而現在能拿到這個獎,不僅是對自己或是莫瑟夫婦的肯定,更是對這整個領域的科學家們的肯定。

物理獎
藍光LED開展照明新紀元
LED 一詞可能對於許多人都不陌生,甚至我們周遭環境處處都可以見到。發光二極體(LED)的發明讓我們可以脫離白熾燈泡的使用,而改用更有效率和省電的照明裝置。不同顏色的LED 燈,在發展時間上有所差異,其中綠光和紅光較早發明出來,但是光的三原色中獨缺藍光,因而使白光無法產生。

直到日本名古屋大學赤崎勇和天野浩兩位科學家,改良LED材料的結晶製程,才能成功做出藍光LED中重要的氮化鎵結晶。而另一位任職於日亞化學工業公司的中村修二博士,則是解決了氮化鎵結晶過程中,溫度升高而產生的上升氣流,對於結晶生成的影響。他成功壓制上升氣流,也使整個結晶過程更為順利,讓藍光LED的量產逐漸變為可能。

對於獲得諾貝爾獎的消息,中村修二對於自己能夠獲獎感到十分不可思議,他認為通常是在物理基礎理論突破上有貢獻的科學家,才有機會。他坦承他甚至沒有想過自己的研究,在現在竟然能夠對於現代照明這麼重要。

化學獎
用螢光突破光學顯微鏡
顯微鏡對於科學家來說,是幫助他們能夠一窺我們肉眼看不見的世界。長期以來卻一直受限於顯微鏡技術,傳統光學顯微鏡最高的解析度也只到可見光波長的一半,這個極限科學家又稱為阿貝繞射極限,約是0.2微米。今年諾貝爾化學獎的三位得主,卻是巧妙地運用了螢光分子突破光學顯微鏡的限制。

雖然都是運用螢光分子,但此次獲獎的技術主要分為兩種。德國馬克斯普朗克生物物理化學研究所的赫爾博士,所發明的為「受激發射損耗顯微鏡技術」(STED),突破了以往一般光學顯微鏡只用一道激發雷射光的限制,他加入第二道抑制雷射光。只有激發雷射光時,我們大致上只能在顯微鏡下看到一個模糊的輪廓,但增加了抑制雷射光後,它可以將超過範圍的螢光抑制掉,讓圖像更清晰。

而目前任職美國霍華德休斯醫學研究所的貝吉格,和美國史丹福大學講座教授莫厄納,雖是分別研究,但卻共同奠定了「單分子顯微鏡技術」(single-molecule microscopy)。這個技術的概念是每次掃描時控制少數分子發螢光,多次掃描後,再將影像疊合起來,就能得到比原本光學顯微鏡解析度更高的影像。

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