——专访诺贝尔奖获得者Stefan Hell教授
因为提出并证明了光学衍射极限能够被打破，并成功研制出超分辨率荧光显微镜，2014年Stefan Hell被授予了诺贝尔化学奖。后来，Stefan Hell又和同事提出MINFLUX技术，并成功产业化，将光学显微技术带入三维单纳米尺度，就此开启了“后超分辨时代”。
本期“Light人物”将带您重新认识诺贝尔奖得主Stefan Hell教授。
Stefan Hell 教授
他首次在光聚焦荧光显微镜中构想、验证并应用了打破阿贝衍射极限的概念。得益于这一成就，史蒂芬·赫尔荣获了多项荣誉，包括：2014年纳米科学领域的卡弗里奖、诺贝尔化学奖。
史蒂芬·赫尔于1990年获得海德堡大学物理学博士学位。1991年至1993年，他在欧洲分子生物学实验室工作；1993年至1996年在芬兰土尔库大学任高级研究员；1994年他在牛津大学做访问学者。1997年，他被任命为马克斯·普朗克生物物理化学研究所（自2002年起更名为马克斯·普朗克多学科科学研究所）组长，后在2002年晋升为所长。2003年至2017年，他还负责领导德国癌症研究中心的一个研究小组。此外，赫尔教授还担任海德堡大学和哥廷根大学的物理学荣誉教授。
采访嘉宾：Stefan Hell
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.07.25.501426v1
Q：您是世界上第一个提出并打破衍射极限实现超分辨率的人，是什么启发您这个想法的？
A：这确实是事实。实际上，有些人甚至会在会议和论文中说我夸大了事实，或者说我的说法是错误的。随着时间的推移，这些人变得越来越沉默，但却没有一个人能够坦白承认自己错了，更不用说道歉了。这是一个有趣的心理现象，持强烈否定观点的人，其想法是很难改变的。科学的进步不是靠人们承认自己的错误，而是靠下一代科学家顺理成章地接受新思想。一项新发现或者新发展的反对者会随着时间的推移而消失。顺便说一下，这一点早已被德国诺贝尔奖得主，奠定量子力学基石的马克斯·普朗克所指出。1989-1994年当我开始研究荧光纳米显微镜领域时，我并不知道自己未来会得诺奖。事实上，如果当时你有机会问我是否认为自己会成为一名知名科学家时，我会笑的。那时，我的论文甚至都无法发表在知名学术期刊上。但是，我一直在坚持，因为我认为我的科研想法是合理的，我真的很享受科研，我更相信人类的创造力。请记住，当一个人决心想要解决某个特定问题时，永远不要低估其创造力。
图1：2014年10月8日赫尔教授在获得诺贝尔奖后答记者问
图2：赫尔教授开香槟与大家庆祝获得诺贝尔奖
图3：赫尔教授的诺贝尔奖证书
Q：不久前，北京大学席鹏教授邀请您在iCANX上做了非常精彩的报告，现场观众达到3.78万人，获得巨大反响。他也曾经到您的实验室访问工作过，并且在回到中国后继续从事STED方面的工作。您如何看待中国在该领域的发展呢？
Q：如今，STED显微镜已经成功实现了商业化，成立了Abberior Instruments公司做显微镜系统，其成果应用在生物分子和神经科学等领域，为人类带来了技术革新，您还成立了Abberior-labels公司，这两个公司有什么联系么？您如何看待科研成果与成果转化两者之间的关系？
A：我相信所有基础的科学发现都有其商业价值。有时其商业价值可能需要一段时间才会凸显出来，而有时其商业价值是即刻显现的。但是，人们不应该低估商业化对科学的积极促进作用。毕竟，商业化创造了税收，反过来又被用于推动科学的进步和发展。当你回溯历史，你会发现强大的国家经济总是与强大的全球科学地位齐头并进。我之所以成立这两个公司，是因为其负责的荧光团及其特征调制技术对超分辨率显微镜分辨率和对比度的提升至关重要。如果你问我，我真正的科学发现是什么的话，那就是荧光团的能量状态有助于打破衍射极限。我意识到荧光团的状态——不是对光波传播的修正——而是打破衍射极限的关键。我在构思STED显微镜的时候，它纯粹是基于将荧光团制备成不同的状态来进行分离，其他的科学家，最著名的如Eric Betzig——开发了依靠通过纳米尺寸的开口挤压光波的近场光学显微镜。那时我知道这是一个效率低下的概念。因此，在我寻找最高分辨率的过程中，荧光团一直处于核心位置。我成立了一家专门制造荧光团的公司，其目的就是尽可能地为超分辨率荧光成像提供最好的荧光团。
Q：您曾说过“每一台共聚焦系统都应该是一套STED系统。”从历史发展来看，您能解释一下STED技术与共聚焦系统的关系吗？
A：20世纪80年代我在读博士时研究共聚焦显微镜，当时它还是一种相对较新的现代光学显微镜。我意识到，与广角或多点扫描显微镜相比，单点扫描系统在技术上更容易克服衍射极限，因为这种扫描显微镜一次只能成像一个点。我当时想，如果能够解决单点成像的问题，那么就可以将“并行”原理同时应用到多个点上。此外，共聚焦针孔提供了有效的背景抑制，在你寻找新的光学效应和开发新的测量设备时，这一直是一个问题。这就是为什么我从共聚焦显微镜开始做研究的原因。这并不是说我认为在广角显微镜下是行不通的。我只是觉得，共聚焦显微镜会更容易实现。尽管如此，直到今天，我认为标准的STED显微镜之所以具有独特的“按下按钮就能获得超分辨率图像”的功能，是因为它是在共聚焦扫描系统中实现的。是的，我仍然相信每一个激光光束扫描共聚焦系统都必须有一个“STED按钮”，以保持更新和多功能。
Q：从1994年起您便开始了STED技术的研究，一路走来，是什么吸引您一直致力于这项研究？光学对您有着怎样的意义？
A：很难说。说实话，我不知道。我还没有考虑过这个问题。
A：那时的德国，可能直到今天，都有一个非常自由的大学系统，在这里一个人可以花尽可能多的时间来学习和研究一个特定的主题。一切都是免费的，甚至没有学费。此外，我们没有笔试，只有口试，这样做的缺点是，许多学生尤其是积极性较低的，无法得到足够好的教育。然而，对于那些想要有所建树的学生却被给予了足够多的自由时间来建立自己对各种物理学科的观点和理解。因此，好学生可以建立强大且高度原创性的个人技能。我之所以能成功，就是因为我在这个教育体系下形成自己的观点，即对于光学衍射极限的最佳解释，尽管这个解释一直饱受争议，但最终我还是成功地打破了这一极限。
A：只要他们在我的实验室工作，他们就会研究我喜欢和优先考虑的问题。然而，我强烈鼓励他们提出自己的科学看法和建立自己的实验室。
图5：赫尔教授开香槟，与学生们共同祝贺他获得诺贝尔奖
Q：在您科研生涯中最激动的时刻是什么？
A：当我意识到光学衍射极限是能够被打破的时候，这意味着它将成为打开通往分子尺度分辨率的大门。现在，我们正在进一步研究MINFLUX技术。
Q：您曾来中国访问和交流，能谈谈中德两国科研体系的异同吗？在您眼中，中国学者的特点是什么，优势在哪里，哪些方面还需要加强？您未来有访问中国的计划吗？
A：我很喜欢中国文化并欣赏中国学者。我认为他们的研究活动就像西方科学家在20世纪末所做的一样，将改变21世纪的世界。尽管如此，科学是无边界的，世界各地都在其中发挥自己的作用。当然，我将会访问中国，因为我喜欢与这些年轻且未来有可能成为科学新星的科学家们交流。
图6：赫尔教授（右四）与顾敏教授（右一，上海理工大学）及其同事共进晚餐，1995年4月摄
图7：赫尔教授与中国博士后在诺贝尔奖庆祝晚会上
Q：在您的职业生涯中，有没有对您影响非常大的人或者事？是以什么方式影响的？
A：通常情况下，对手比所谓的导师对一个人的人生轨迹有着更大的影响。对手会迫使你想要去证明他们是错的。
Q：是什么让您拥有这么惊人的创造力呢？
A：我也希望我知道答案。创造力不是一项很难的工作。如果你觉得很辛苦，那就做点别的吧。
A：我再强调一次，一定要做你最喜欢的工作，这样你就不会感到困难。只有当你在享受和动力之间找到平衡时，你才会有创造力。
A：和我的孩子们一起踢足球。
Q：您对年轻工作者在事业和生活上有什么建议？
A：志存高远，脚踏实地。
于存，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所（长春光机所）国际合作处职员，主要负责中白国际创新中心外联、俄乌白国际合作与交流等工作；在《国际人才交流》、Light: Science & Applications杂志上发表多篇文章；中科院科技翻译工作者协会会员。
姚东，博士研究生学历，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所副研究员，硕士研究生导师。本科及硕士毕业于北京航空航天大学，博士毕业于中国科学院大学。主要从事航空多维度目标特性精确遥感研究，实现光谱视频遥感技术和偏振超分辨技术的关键技术攻关，并开展遥感目标特性解译方法研究；同时在高精密三维形貌测量领域探索新方法和新技术。迄今发表论文7篇，获得授权专利10项；主持国家级和省部级科研项目7项。目前担任Applied Optics期刊审稿人，中国光学工程学会高级会员。
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