В этом году члены комитета будто бы вспомнили, что в своём завещании шведский промышленник Альфред Нобель поручил выдавать премии не только за открытия в области физики и химии, но и за изобретения и усовершенствования. «Нобелевка» по физике присуждена за изобретение синих светодиодов, премию по химии вручили «за развитие флуоресцентной микроскопии со сверхвысоким разрешением».
Оптические микроскопы многие века были единственным инструментом человечества для наблюдения за микромиром, но ещё в конце XIX века Эрнстом Аббе был открыт дифракционный предел — максимально возможное разрешение, равное половине длины волны света. Для видимого диапазона это в лучшем случае 200 нм. В дальнейшем были изобретены рентгеновские микроскопы, у которых длина волны, а значит, и разрешение, на несколько порядков меньше, а также ещё более чувствительные электронные микроскопы. Однако их применение довольно ограничено: для рентгеновских микроскопов слишком много сред одинаково прозрачны, а электронные требуют непосредственного контакта с материалом.
Ни одна из имевшихся технологий не позволяла наблюдать молекулы в живых клетках. Учёные были практически уверены, что возможности исследовать движение отдельных молекул в клетках организмов не будет никогда: законы физики представлялись незыблемыми. И тем не менее, оптические микроскопы смогли проникнуть в наномир.
Награды удостоены два различных метода, однако оба они используют флуоресценцию отдельных молекул. Первый метод был изобретён в 2000 году Штефаном Хеллем (Stefan Hell), директором Института Макса Планка по биофизической химии, гражданином Германии румынского происхождения. Он заключается в следующем: нужная область освещается двумя лазерными пучками, один из которых стимулирует флуоресцентное излучение, а другой подавляет флуоресценцию во всей области, за исключением области порядка одного нанометра. Пошаговое сканирование области даёт изображение с очень высоким разрешением.
Иной способ был независимо разработан американцами Эриком Бетцигом (Eric Betzig, Корнелльский университет) и Уильямом Мёрнером (William Moerner, Стэнфордский университет). В 2006 году Бетциг с коллегами выполнили работу, в которой смогли измерить местоположение молекул белка с точностью порядка нескольких нанометров. Для этого они активировали молекулы белка лазером и фиксировали флуоресцентное излучение от каждой молекулы — порядка 104 фотонов от каждой молекулы попадало на приёмник, прежде чем излучение затухало. Размеры пятна соответствовали дифракционному пределу, однако яркость распределялась по Гауссу, и учёные просто вычисляли центр этого пятна. Складывая результаты многочисленных циклов активации молекул, Бетциг получил изображение рассеянных молекул белка с ранее недостижимой точностью. Вклад Мёрнера заключается в том, что он первый смог добиться флуоресцентного излучения от единственной молекулы, а также открыл тот факт, что флуоресценция может включаться и отключаться с помощью лазера.
Несмотря на очевидный прорыв в наблюдении за отдельными органическими молекулами, следует отметить, что возможности применения изобретений, за которые вручена премия, ограничены молекулами, способными к флуоресценции. Неоднозначную реакцию вызвало и то, что усовершенствование технологий наблюдения за молекулами нельзя однозначно отнести к достижениям в области химии. Но история знает и более удивительные номинации: в 1908 году Нобелевскую премию по химии получил Эрнест Резерфорд за исследования радиоактивного распада.
