【活动名称】【2014解读诺奖】化学——突破！光学显微镜的极限
【活动时间】12月12日 周五 14:00-17:30
【活动地点】上海 黄浦区 上海科学会堂1号楼2楼卢浮厅（南昌路47号，近思南路）
【活动性质】科普
【活动亮点】院士解读诺贝尔化学奖
【活动简介】中学课本告诉我们，光学显微镜是有极限的，由于衍射现象的存在，超过一定限度，就不能使用光子而只能用电子对物质进行成像……而2014年度的诺贝尔化学奖得主竟然突破了光学衍射的极限！ 到底是怎么一回事呢？12月12日科学会堂卢浮厅，大牌科学家为你解读诺贝尔化学奖突破极限的秘密！
【活动链接】http://www.douban.com/event/23142307/
中学课本告诉我们，光学显微镜是有极限的，由于衍射现象的存在，超过一定限度，就不能使用光子而只能用电子对物质进行成像……
而2014年度的诺贝尔化学奖得主竟然突破了光学衍射的极限！
到底是怎么一回事呢？12月12日科学会堂卢浮厅，大牌科学家为你解读诺贝尔化学奖突破极限的秘密！
主持人：庄松林 院士
中国工程院院士、教授、博导。 上海理工大学光电信息与计算机工程学院院长
报告人：程亚 研究员
中科院上海光学精密机械研究所研究员，博士生导师。长期工作在强场激光物理与超快微纳光子学领域。发表学术论文100余篇、出版英文论著2 本、国际会议邀请报告100 余次。现任国内外期刊Journal of Laser Micro/Nanoengineering、Chinese Physics Letters等编委，及《激光与光电子学进展》执行主编。中科院“百人计划”择优支持项目入选者、国家杰出青年科学基金获得者、国家科技部中青年科技创新领军人才计划入选者、国家科技部重大科学研究计划项目首席科学家。曾获上海市自然科学奖一等奖、中科院“朱李月华”优秀教师奖等。2012年当选英国物理学会会士。
嘉宾：王海凤 教授
上海理工大学光电信息与计算机工程学院教授、博士生导师、上海东方学者。2001年获中科院理学博士学位，2001年—2004年在荷兰代夫特理工大学和阿姆斯特丹自由大学从事博士后研究。2010年被中国科学院上海光机所聘为客座教授。美国光学学会会员，光学领域系列杂志的审稿人。在国际上首次提出超分辨光学纵波的概念，发表在Nature Photonics 杂志上，并从实验上产生和测量了光学纵波。长期从事超分辨光学纳米成像研究，2010年受Laser & Photonics Reviews杂志邀请发表了克服光学系统分辨率极限、实现纳米光学成像的特邀评论文章，并对纳米荧光成像作了重点讨论。
媒体记者：江世亮 副理事长
文汇报科技部原主任长期从事科学传播工作，文汇报高级编辑，上海市科普作家协会副理事长。
解读概要：《他们突破了难以逾越的光学衍射极限》
2014年度的诺贝尔化学奖授予在超分辨光学显微镜领域做出开创性贡献的三位科学家：埃里克·白兹格（Eric Betzig）、斯特凡·W·赫尔（Stefan W. Hell）和威廉姆·艾斯科·莫尔纳尔(William E. Moerner)。对于很多同行而言，这件事既在意料之中，但也颇显意外。
所谓意料之中，是因为成像与观测领域的重大突破一直被诺贝尔奖所青睐。300 余年前，荷兰科学家列文虎克利用自己搭建的显微镜发现了悬浮在水滴中的细小浮游微生物，从此向世人打开了进入微观世界的大门。从几何光学的角度看，通过合理设计光学成像系统，光学显微镜具备实现任意放大倍率的能力。换言之，如果将光束的传播轨迹看成几何线条的话，利用光学显微镜可以将任意小的待观测对象以无限的倍率放大，直到能够被肉眼直接观测为止。
不幸的是，我们身处的世界在本质上是量子世界, 最终一切物质都必须用“波”的概念来描述，对光自然也不例外。因此，当我们利用光波来进行显微观测，量子力学中的“测不准”原理为光学显微镜的分辨率设置了一道屏障，即由德国科学家阿贝于1873年首次提出的光学衍射极限。此后，直到上世纪九十年代，人们一直认为光学显微镜所能够看清的物体的最小尺寸大约为光波长的一半左右（对于可见光而言，这一极限尺寸大约在200 纳米）。在这样的认识背景下，即便很多一流的光学科学家也认为，突破光学衍射极限在原理上是一件不可能的事情。正是得益于今年的诺贝尔化学奖获奖者们提出的开创性成像新概念，这一状况才得以被奇迹般地终结。
这次化学奖中有一个关键词是所谓的荧光超分辨率显微技术，这实际上是指借助于光与物质相互作用产生的奇特效应来突破光学衍射极限。例如，赫尔等提出的超分辨成像方法都利用荧光分子作为成像对象的标记物。荧光分子的特性是可以被一束波长较短的光束激发，然后发射出波长较长的荧光。正如我们觉得暗夜中穿着荧光衣的人特别显眼，荧光标记使得我们感兴趣的观测对象在复杂的生物结构中脱颖而出，这对生命科学研究尤为重要。
为了提高成像的分辨能力，1994年，赫尔通过扫描一束激光聚焦焦斑来对样品进行逐点成像，为了缩小荧光激发体积，赫尔采用了两束组合激光将荧光发射局限于直径仅为20纳米左右的区域。而白兹格则另辟蹊径。他注意到光学衍射原理虽然不允许人们同时分辨间距小于焦斑直径的两个荧光分子，但一旦两个分子间的间隔增大，从光学上讲，他们都可以无限高的空间精度被分别定位。2006年，借助于另一位获奖者莫尔纳尔的单分子技术，白兹格将相互位置过于靠近而无法被传统光学显微镜分辨的荧光标记分子逐个予以激发，并分别记录多幅图像，使不同图像中的荧光分子所成点像不再相互干扰，从而能够对每个荧光分子逐个进行定位。在全部荧光标记分子的定位完成后，一幅超越衍射极限的图像即已形成。可以说，当前超分辨光学成像领域各种新技术层出不穷，但基本原理都和上述两条途径同渊共源。
由于上述三位获奖者解决了光学显微成像领域中长达一个半世纪之久的难题，并在很短的时间内形成了一个全新的研究领域，其科学意义显而易见。早在近十年前，不少同行学者已认为光学超分辨成像领域的几位先驱将有望被授予诺贝尔奖。事实上，当时人们甚至比现在更为乐观，认为这些技术能很快实现小分子级的成像精度，这将对生命科学研究领域带来根本性变革。然而，随后的研究发现，虽然原理上具备了潜力，但在技术上彻底实现这一目标仍存在诸多挑战。因此，超分辨光学成像领域的后续发展空间仍十分巨大，孕育着产生新原理、新技术，并在生命科学、纳米科学等相关领域获得进一步广泛应用的诸多机会。诺贝尔奖评奖委员会在离实现这些美好愿景尚有一段距离的时候，就将本年度的化学奖颁给该领域的科学家，这是出乎一般人的意料的。简言之，即使该领域在短期内很难被再次授予诺贝尔奖，但仍有望产生诺贝尔奖级的研究成果。
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