紅血細胞、細菌、酵母細胞和精子。當17世紀的科學家第一次在光學顯微鏡下研究這些活的生物體時，他們看到了一個新的世界。微生物學誕生了，從此，光學顯微鏡成為研究生命科學的工具箱中最重要的工具之一。

　　但在很長一段時間，光學顯微鏡無法突破一個物理局限，即所謂的阿貝衍射極限——德國物理學家恩斯特·阿貝于1873年提出的公式證明，受光的波長等因素影響，顯微鏡的解析度是有限的。在20世紀的大部分時間，科學家們都認為，光學顯微鏡永遠無法看到小于光的波長一半的物體，也就是説，解析度超不過0.2微米。雖然某些細胞的細胞器如線粒體的輪廓在光學顯微鏡下清晰可見，但它難以分辨更小的物體，這類似于能夠看到一個城市的建築，卻不知道居民們如何生活。要充分了解細胞的功能，就需要具備跟蹤單個分子活動的能力。

　　阿貝衍射極限仍然成立，但美國科學家埃裏克·貝齊格、威廉·莫納和德國科學家斯特凡·黑爾借助熒光分子的幫助，巧妙地繞過了經典光學的這一“束縛”，使光學顯微鏡發展到了一個新的層次——奈米顯微鏡。現在，科學家們可以監控細胞內單個分子之間的相互作用，觀察與疾病相關的蛋白質如何聚集，並在奈米水準上跟蹤細胞分裂過程。三位科學家也因在超解析度熒光顯微技術領域取得的成就而獲得2014年諾貝爾化學獎殊榮。

　　斯特凡·黑爾：挑戰百年既定法則

　　自1990年獲得海德堡大學博士學位後，斯特凡·黑爾一直在尋找一種方法，希望能繞開阿貝定義了一個多世紀的衍射極限。挑戰一個既定法則的想法是誘人的，但他的熱情遭到了德國資深科學家的質疑，因此，黑爾躲到了芬蘭，圖爾庫大學一位研究熒光顯微鏡的教授將他納入了自己的研究團隊。

　　所謂熒光顯微鏡，就是一種利用熒光分子，比如可與特定細胞DNA（脫氧核糖核酸）耦合的熒光抗體，來對細胞的某個部分成像的技術。如果抗體與DNA耦合，它們會在細胞的中心發光。這種方法可讓科學家看到特定分子所處的位置，但他們找到的是一團分子，比如糾纏的DNA的鏈，過低的解析度使他們無法分清單個的DNA鏈。

　　1993年，當黑爾在翻閱一本量子光學教科書上有關受激發射的內容時，突然靈光乍現——受激發射可以讓熒光分子“熄滅”。1994年，黑爾發表文章闡述了自己的想法。他提出了所謂的受激發射損耗（STED）方法：利用一束光脈衝激發的所有熒光分子，而另一束光脈衝“熄滅”熒光，但每次保留一部分體積約奈米大小分子發著光。用這樣一個奈米“手電筒”沿著樣品掃描並連續地測量光強度，就能夠獲得一張綜合的圖像。每次掃描時保留的熒光分子體積越小，最終圖像的解析度就越高，因此，從理論上來説，光學顯微鏡的解析度再無任何限制了。

　　黑爾的理論文章並沒有立即引發轟動，但因足夠有趣，他得以進入馬克斯·普朗克生物物理化學研究所工作。在隨後的幾年中，他研製出一個STED顯微鏡，並在2000年以光學顯微鏡從未達到的解析度獲得了大腸桿菌的圖像，用實踐證明了自己的理論。

　　威廉·莫納：探測單個熒光分子的第一人

　　大多數的化學方法，例如測量熒光，科學家需要同時研究數百萬個分子。很長一段時間裏，他們都在夢想能夠測量單個分子，因為獲得的認知越豐富、越詳盡，理解就越深入，比如疾病是發展的。因此，1989年，當在IBM研究中心工作的威廉·莫納成功地測量了單個分子的光吸收時，他也為單分子顯微鏡的發展奠定了基礎。他的實驗啟發了許多化學家們將目光投向單個分子，其中就包括埃裏克·貝齊格。

　　1997年，莫納進入加州大學聖地亞哥分校，開始了讓綠色熒光蛋白呈現彩虹的所有顏色的研究。他發現，綠色熒光蛋白的一個變體發出的熒光可被隨意地開啟和關閉——當受到波長488奈米的光激發時，蛋白開始發出熒光，但不久就會逐漸熄滅。他將這些蛋白質分散到凝膠中，並讓它們之間的距離大於0.2微米的阿貝衍射極限。在常規光學顯微鏡下，可以看到單個分子的光，它們就像一盞盞帶開關的小燈。

　　通過這項研究，莫納證明，可以對單個分子的熒光進行光學控制。而這解決了埃裏克·貝齊格1995年構想出來的一個問題。

　　埃裏克·貝齊格：通過疊加圖像超越阿貝衍射極限

　　就像斯特凡·黑爾一樣，埃裏克·貝齊格也一心想要找到繞過阿貝衍射極限的方法。在20世紀90年代初，他在貝爾實驗室裏，致力於研究一種被稱為近場顯微鏡的新型光學顯微鏡。這種顯微鏡可以規避阿貝衍射極限，但也有很多重大缺陷，比如很難看到細胞表面下的結構。他最終放棄了這個研究方向，轉而設想，能否利用不同顏色的熒光分子來避開衍射極限？

　　2005年的一次實驗過程，令貝齊格回想起莫爾納爾的研究，當下茅塞頓開。他意識到，根本不需要不同顏色的熒光分子，通過“開關”控制，這些分子就可以在不同的時間裏發出不同熒光。

　　僅僅過了一年，貝齊格成功了。他的研究團隊將熒光蛋白與包裹溶酶體的膜耦合，並用微弱的光脈衝激活熒光蛋白，使其中的少量蛋白髮光。由於數量少，幾乎所有蛋白之間的距離都超過了阿貝衍射極限的0.2微米。每個熒光蛋白的位置都可以在顯微鏡下精確地記錄下來。待熒光黯淡之後，研究人員又用光脈衝激活另一小群蛋白，如此反覆。當貝齊格將所有圖像疊加在一起，他得到了具有超高解析度的溶酶體膜圖像。

　　方法技術從來都是科學進步的推動力，三位獲獎者的研究成果發展出了多項奈米顯微技術，目前已被世界各地廣泛使用。功能強大的奈米顯微鏡所展示的微小世界，也産生了很多前沿認知。斯特凡·黑爾看到了活神經細胞的內部，這能幫助更好地理解大腦突觸；威廉·莫納研究了與亨廷頓氏病相關的蛋白質；而埃裏克·貝齊格對胚胎中的細胞分裂進行了跟蹤。類似的例子不勝枚舉。毫無疑問，2014年諾貝爾化學獎得主們所作出的成就，將對全人類的福祉作出重大貢獻。