Νόμπελ Χημείας για τους... νανοσκόπους

Με αυτή την απόφασή της η επιτροπή απονομής του πολύτιμου βραβείου στη Στοκχόλμη επέλεξε να τιμήσει -με τη συνήθη καθυστέρηση- τους επιστήμονες που επινόησαν και τελειοποίησαν τη «νανοσκοπία», μια τεχνική που χρησιμοποιείται πλέον ευρέως σε όλα τα σύγχρονα εργαστήρια.

Ολοι αναγνωρίζουμε βέβαια την τεράστια σημασία που είχε για την επιστήμη η επινόηση του οπτικού και κατόπιν του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου. Κυριολεκτικά έδωσε στους ανθρώπους τη δυνατότητα να εξερευνήσουν το αόρατο, επί χιλιετίες, σύμπαν του μικρόκοσμου. Ετσι ανακαλύψαμε την ύπαρξη και την ενίοτε βλαπτική συμπεριφορά των μικροοργανισμών. Επίσης χάρη στα μικροσκόπια έγινε ορατή η εσωτερική αρχιτεκτονική και η λειτουργία των μονάδων της ζωής, αποκαλύφθηκε δηλαδή η απίστευτα περίπλοκη μικροδομή των κυττάρων που, ως γνωστόν, συγκροτούν όλους τους πολυκύτταρους οργανισμούς.

Ωστόσο, παρά την ευρύτατη εφαρμογή της, η μικροσκοπία, προκειμένου να αναπτυχθεί περαιτέρω, έπρεπε να υπερβεί ένα μεγάλο εμπόδιο, έναν δήθεν ανυπέρβλητο φυσικό περιορισμό. Αυτό το φυσικό «όριο» το περιέγραψε το 1873 διατυπώνοντάς το ως απαγορευτική αρχή ο μεγάλος οπτικός φυσικός Ερνστ Αμπε (E. Abbe). Ο Αμπε είχε προβλέψει ότι τα οπτικά μικροσκόπια, όσο τέλεια κι αν γίνονταν, δεν θα κατάφερναν ποτέ να υπερβούν το φυσικό όριο των 0,2 μικρομέτρων (χιλιοστά του χιλιοστού): η ανάλυσή τους δηλαδή δεν θα μπορούσε ποτέ να είναι μεγαλύτερη από ό,τι το μισό του μήκους κύματος του φωτός.

Η επιστήμη όμως δεν υπάρχει μόνο για να θέτει ή για να αναγνωρίζει φυσικά όρια, αλλά και για να τα υπερβαίνει! Αυτό ακριβώς έκαναν οι τρεις ερευνητές και γι’ αυτό κέρδισαν το φετινό Νόμπελ Χημείας. Πολύ συνοπτικά, κατάφεραν να υπερβούν αυτό το δήθεν «ανυπέρβλητο» όριο μετατρέποντας τη μικροσκοπία σε... νανοσκοπία.

Το δήθεν φυσικό όριο στη μικροσκοπική ανάλυση που είχε προβλέψει ο Ε. Αμπε αποδείχτηκε ένας μύθος. Η δημιουργικότητα και η επινοητικότητα της επιστημονικής σκέψης κατάφεραν τελικά να παρακάμψουν κι αυτό το εμπόδιο μέσω δύο διαφορετικών αλλά εξίσου καινοτόμων προσεγγίσεων.

Πώς κατέστησαν ορατό το... αόρατο

Την πρώτη προσέγγιση ανέπτυξε ο Στέφαν Χελ το 2000 με την επινόηση των μικροσκοπίων STED (stimulated emission depletion). Τα νέα μικροσκόπια Αποδιέγερσης με Εξαναγκασμένη Εκπομπή ή STED είναι μια εξέλιξη της φθορισμομετρικής μικροσκοπίας που χρησιμοποιεί δύο δέσμες λέιζερ.

Η πρώτη δέσμη λέιζερ μπορεί να διεγείρει τα φθορίζοντα μόρια και να τα αναγκάζει να εκπέμπουν φως, η δεύτερη, αντίθετα, ακυρώνει τον φθορισμό των μεγαλύτερων αντικειμένων, εκτός βέβαια από αυτά που έχουν όγκο μερικών νανομέτρων. Ετσι, χάρη σε αυτήν τη μέθοδο έγινε εφικτή η παράκαμψη της απαγόρευσης του Ε. Αμπε.

Μια διαφορετική προσέγγιση ανέπτυξαν στις ΗΠΑ οι Ερικ Μπέτσιγκ και Ουίλιαμ Μέρνερ. Πρόκειται για τη μικροσκοπία «μεμονωμένων μορίων». Μια τεχνική που βασίζεται στη δυνατότητα επιλεκτικής ενεργοποίησης και απενεργοποίησης των μορίων που έγιναν ορατά χάρη στον χρωματισμό τους με τις κατάλληλες φθορίζουσες ουσίες, μια εξέλιξη δηλαδή της φθορισμομετρικής μικροσκοπίας.

Χάρη σε αυτές τις τεχνικές μπορούμε πλέον να παρακολουθούμε τα κύτταρα σε μοριακό επίπεδο: τα μεμονωμένα μόρια στο εσωτερικό των κυττάρων ή την ελλιπή συγκρότηση και τον ρόλο διάφορων πρωτεϊνών στην εμφάνιση διάφορων νευροεκφυλιστικών παθήσεων.

Κοντολογίς, οι τρεις ερευνητές οδήγησαν τη μικροσκοπία σε μια νέα βαθύτερη διάσταση: στην οπτικοποίηση των αόρατων μέχρι τότε μικροσκοπικών δομών και στην κατασκευή μικροσκοπίων υψηλότατης ανάλυσης που προσεγγίζει πια τη νανομετρική κλίμακα.