รางวัลโนเบลสาขาเคมีปี 2014

By: terminus
Writer
on Wed, 08/10/2014 - 16:54

วันนี้ (วันที่ 8 ตุลาคม 2014) ที่ประชุมคณะกรรมการรางวัลโนเบล ณ ราชสมาคมวิทยาศาสตร์แห่งสวีเดน กรุงสตอกโฮล์ม ได้ประกาศมอบรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2014 ให้แก่นักวิทยาศาสตร์ 3 ท่าน คือ Eric Betzig, Stefan W. Hell และ William E. Moerner ในฐานะที่พัฒนาเทคโนโลยีกล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนส์ความละเอียดสูง (super-resolved fluorescence microscopy)

ใน ค.ศ. 1873 นักฟิสิกส์และนักประดิษฐ์ Ernst Abbe ได้เสนอโดยดุษฎีว่าเทคโนโลยีกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงที่ใช้กันอยู่ไม่สามารถให้ความละเอียดสูงไปได้เกินกว่า 0.2 ไมโครเมตร แต่ในตอนปลายของคริสตศตวรรษที่ 20 จนถึงตอนต้นของคริสตศตวรรษที่ 21 เทคโนโลยีด้านฟลูออเรสเซนส์ในระดับนาโนก็พัฒนาไปอย่างรวดเร็ว และในที่สุดนักวิทยาศาสตร์ก็สามารถก้าวข้ามข้อจำกัดที่ Ernst Abbe วางไว้ได้ เทคโนโลยีกล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนส์ความละเอียดสูงได้รับการบุกเบิกด้วยผลงานของนักวิทยาศาสตร์สามท่าน

คนแรก คือ Stefan Hell แห่ง Max Planck Institute for Biophysical Chemistry เป็นผู้ที่พัฒนาเทคนิคที่เรียกว่า stimulated emission depletion (STED) microscopy เทคนิคนี้อาศัยการทำงานของลำแสงเลเซอร์พร้อมกัน 2 ลำแสง ลำแสงแรกจะไปกระตุ้นให้โมเลกุลฟลูออเรสเซนท์เรืองแสงขึ้นมา ส่วนอีกลำแสงจะไปทำหน้าที่หักล้างลำแสงลำแรกโดยเว้นให้เหลือเส้นลำแสงแคบๆ เล็กๆ ในระดับนาโนเมตร เมื่อขยับส่องไฟฉายนาโนนี้ไปทีละนาโนเมตรให้ทั่วๆ วัตถุก็จะได้ผลลัพธ์ออกมาเป็นภาพที่มีความละเอียดในระดับนาโนเมตร

ส่วนอีกเทคนิคหนึ่งคือเทคนิคที่เรียกว่า single-molecule microscopy ซึ่งพัฒนาโดย Eric Betzig และ William Moerner (แม้ปัจจุบันสองคนนี้จะสังกัดอยู่มหาวิทยาลัยคอร์เนลเหมือนกัน แต่ในขณะนั้นทั้งสองคนต่างทำงานพัฒนาแยกกัน) หลักการของเทคนิคนี้อาศัยพื้นฐานความน่าจะเป็นที่จะเกิดการเรืองแสงของแต่ละโมเลกุลฟลูออเรสเซนท์ เมื่อกระตุ้นให้เกิดการเรืองแสงและใช้กล้องจุลทรรศน์ถ่ายภาพในตำแหน่งเดียวกันหลายๆ ภาพ จากนั้นก็นำภาพมาซ้อนกันและประมวลรวมให้เป็นภาพเดียว ก็จะได้ภาพความละเอียดสูงออกมา

ผลงานระดับรางวัลโนเบลของทั้งสามท่านทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถเห็นอนุภาคและรายละเอียดขนาดเล็กได้โดยไม่ต้องใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน แม้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจะให้ภาพที่ละเอียดคมชัดกว่าอยู่แล้วด้วยเหตุผลข้อจำกัดด้วยคุณสมบัติการเลี้ยวเบนของคลื่น (คลื่นแสงกับคลื่นอิเล็กตรอน) แต่มันเสียเปรียบกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงตรงที่กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนไม่เหมาะกับศึกษาระบบชีวเคมีในเซลล์ที่ยังมีชีวิตเนื่องจากมันต้องทำในสุญญากาศและต้องมีการเตรียม specimen ที่ยุ่งยาก อีกทั้งลำแสงอิเล็กตรอนพลังงานสูงที่ยิงเข้าไปก็ฆ่าเซลล์อยู่แล้ว เทคนิคกล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนส์ความละเอียดสูงช่วยให้เราสามารถติดตามการเคลื่อนที่ของก้อนโปรตีนในเซลล์, รายละเอียดการทำงานของไมโทคอนเดรีย เป็นต้น

เงินรางวัล 8 ล้านโครนสวีเดนจะแบ่งให้ทั้งสามท่านเท่าๆ กัน

ที่มา - Nobel Prize Press Release

9 Comments

tontan's picture

น่าสนใจดีนะครับ ต่อไปคงมีกล้องจุลทรรศน์คุณภาพดี ๆ ความคมชัดสูง ออกมาให้ใช้งานกัน

บล็อก:wannaphong.com

-Rookies-'s picture

แอบสงสัยว่าเทียบกับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนมันมีข้อดีข้อเสียต่างกันยังไงครับ

Golflaw's picture

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนสมัยผมเรียนมันยังได้แค่ขาวดำครับ (ปัจจุบันไม่แน่ใจ)

ส่วนตัวนี้จากการที่ใช้กล้องจุลทรรศกับแสงที่เรืองออกมาเดาว่าคงได้สีด้วย (ไม่แน่ใจเช่นกันครับ)

terminus's picture

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ยังไงมันก็ได้ภาพที่ละเอียดคมชัดกว่าอยู่แล้วครับด้วยเหตุผลทางคุณสมบัติการเลี้ยวเบนของคลื่น (คลื่นแสงกับคลื่นอิเล็กตรอน) แต่มันเสียเปรียบกล้องแบบใช้แสงตรงที่มันศึกษา live specimen ไม่ได้ เพราะมันต้องทำในสุญญากาศและต้องมีการเตรียม specimen ที่ยุ่งยาก อีกทั้งลำแสงอิเล็กตรอนที่ยิงเข้าไปก็น่าจะทำลาย live specimen ด้วย กล้องแบบใช้แสงมันทำตรงนี้ได้ หากคุณต้องการศึกษาการเคลื่อนที่ของก้อนโปรตีนภายในเซลล์หรือศึกษาการทำงานของไมโทคอนเดรีย กล้องแบบใช้แสงตอบโจทย์ได้ดีกว่าครับ

เรื่องสีไม่ใช่ประเด็นใหญ่สักเท่าไรครับ ใส่เพิ่มเอาได้ด้วยโปรแกรมแต่งรูป (โดยเทียบเอาจากสีธรรมชาติหรือสีตามจินตนาการที่มันควรเป็น) สีที่เห็นผ่านกล้องแบบใช้แสงส่วนใหญ่ก็ไม่ใช่สีธรรมชาติ บาง specimen ก็ต้องย้อมสี ยิ่งกล้องฟลูออเรสเซนส์ ยังไงสีที่เห็นออกมาก็คือสีของสีย้อมเรืองแสงอยู่แล้ว

hisoft's picture

ตอนนี้ขีดจำกัดของกล้องแต่ละแบบอยู่ที่ขนาดเท่าไหร่ครับ?

The Phantom Thief

terminus's picture

ถามผมว่าตอนนี้กล้องจุลทรรศน์มีกี่แบบ ผมยังไม่รู้จะตอบยังไงเลยครับ กำลังขยายของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนมันขึ้นอยู่กับพลังงานของลำอิเล็กตรอนด้วย ซึ่งผมก็ไม่รู้ว่ามันสูงสุดได้แค่ไหน

hisoft's picture

รับทราบครับ ขอบคุณครับ (จริงๆ ผมหมายถึงเฉพาะแบบฟลูออเรซเซนต์กับอิเล็กตรอนนี่แหละครับ ;) )

The Phantom Thief

-Rookies-'s picture

โอ้ กระจ่างเลยครับ ซึ่งตรงนี้ผมว่าสำคัญนะ แต่ข่าวทุกสำนักที่ผมอ่านมาไม่มีใครพูดถึงกล้องอิเล็คตรอนเลย ผมคิดว่าควรเอาใส่ไว้ในข่าวด้วยดีมั้ยครับ?