Nobel Hóa học 2014: Tôn vinh những người 'mở cửa' vào thế giới tế bào

Các công dân Mỹ Eric Betzig và William Moerner cùng công dân Đức Stefan Hell đã giành được giải thưởng nhờ việc sử dụng chất huỳnh quang để nâng cao độ phân giải của kính hiển vi quang học. “Nhờ thành tựu của họ, kính hiển vi quang học giờ đã có thể nhìn sâu vào trong thế giới nano” – Viện Hàn lâm Khoa học tự nhiên Hoàng gia Thụy Điển nói khi công bố giải thưởng trị giá 8,8 triệu crown (1,1 triệu USD).

Vượt qua rào cản “không thể vượt qua được”

Trước đó, từ năm 1873, nhà vật lý Ernst Abbe nói rằng có một giới hạn nhất định mà các kính hiển vi quang học không thể vượt qua được. Theo ông, độ phân giải của một kính hiển vi quang học không bao giờ có thể vượt qua mức 0,2 micromet – kích thước nhỏ hơn 500 lần độ rộng của một sợi tóc người.

Tuy nhiên 3 nhà nghiên cứu trên đã vượt qua giới hạn này bằng cách sử dụng các phân tử huỳnh quang. Hell là người đi tiên phong trong nhóm.

Khi còn là một thanh niên trẻ tại Đại học Turku, ông làm việc trong một phòng nghiên cứu về kính hiển vi huỳnh quang. Tại đây các nhà khoa học kích thích các phân tử huỳnh quang và gắn chúng vào tế bào, khiến tế bào trở nên phát sáng và dễ nhìn thấy hơn dưới kính hiển vi quang học. Tuy nhiên công nghệ này vẫn còn hạn chế và hình ảnh thu được vẫn hết sức lộn xộn.

Từ trái qua là Eric Betzig, Stefan W. Hell và William E. Moerner, 3 nhà khoa học đoạt giải Nobel Hóa học năm nay

Mở ra cánh cửa vào thế giới nano

Năm 1994, Hell đã tìm ra giải pháp xử lý hiệu quả. Theo đó ông chiếu 1 luồng sáng đầu tiên để kích thích các phân tử huỳnh quang có trong mẫu vật cần nghiên cứu và chiếu luồng sáng thứ 2 để “tắt” các phân tử huỳnh quang, ngoại trừ những phân tử có kích cỡ nanomet. Thông tin thu được sau lần quét thứ 2 sẽ được tổng hợp lại để tạo ra hình ảnh có độ phân giải cao.

Năm 2000, Hell đã trình diễn sức mạnh của mẫu kính hiển vi sử dụng công nghệ mới, thể hiện qua bức ảnh chụp vi khuẩn E.coli rõ nhất mà một kính hiển vi quang học có thể thu được.

Trong khi đó, Moerner nghiên cứu phương thức “vượt rào” thứ 2, thông qua kiểm soát hoạt động phát sáng của các phân tử huỳnh quang. Ông phát hiện ra rằng nhờ việc sử dụng các bước sóng ánh sáng nhất định, người ta có thể “bật” hoặc “tắt” các phân tử huỳnh quang có màu xanh lục.

Một chiếc kính hiển vi thông thường hoàn toàn có thể phát hiện được hoạt động nhấp nháy này của phân tử huỳnh quang. Hình ảnh thu về sẽ được chồng lên nhau để cho ra hình ảnh cuối có độ phân giải rất cao.

Được truyền cảm hứng từ nghiên cứu của Moerner, Betzig đã tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về chủ đề kiểm soát phân tử huỳnh quang. Năm 2005, ông đã công bố một phát hiện mang tính đột phá: Sử dụng các protein huỳnh quang có thể được tắt và bật theo ý muốn, ông đã tạo ra các hình ảnh có độ phân giải cao hơn nhiều so với giới hạn về lý thuyết.

Theo đó, Betzig chỉ cần dùng các luồng sáng yếu là đã đủ để kích hoạt protein huỳnh quang phát sáng trong thời gian rất ngắn. Mỗi một lần kích thích bằng ánh sáng, một số protein huỳnh quang sẽ phát sáng. Các hình ảnh thu được sau đó sẽ được chồng lên nhau để tạo thành hình ảnh cuối có độ phân giải cao.

Theo Ủy ban Nobel, nghiên cứu của 3 người trên đã đặt nền móng cho kính hiển vi nano hiện đại, có thể theo dõi từng protein trong tế bào, giúp các nhà khoa học hiểu biết hơn về các căn bệnh như Alzheimer và and Parkinson.

Tham gia CLB danh giá

Hell, người là giám đốc Viện nghiên cứu Hóa học và Lý sinh học Max Planck ở Đức, cho biết ông đã “hoàn toàn ngạc nhiên” khi hay tin đoạt giải Nobel. Betzig cũng nói rằng ông rất “sốc” trước tin giành giải. "Tôi đã đi lại loanh quanh trong trạng thái ngạc nhiên sững sờ suốt một giờ qua, trong một ngày tuyệt đẹp ở Munich, sợ rằng cuộc đời mình đã thay đổi” - Betzig nói với phóng viên Reuters qua điện thoại từ Munich.

Hóa học là giải thứ 3 trong mùa giải Nobel năm nay. Được biết giải hóa học thường bị “lép vế” trong cái bóng của giải Vật lý và các nhà khoa học ngôi sao của nó như Albert Einstein, dù rằng đây là lĩnh vực gần gũi nhất với Alfred Nobel, một chuyên gia chế tạo thuốc nổ và là người đã khai sinh ra bộ giải Nobel.

Tường Linh (Tổng hợp)
Thể thao & Văn hóa