莊小威：讓分子輪流發光，越過200納米那道坎

關鍵詞：她借物理學的一個開關，讓熒光分子一個一個輪流亮，光學顯微鏡於是看清了幾納米的東西

莊小威，女，1972年1月生於江蘇如皋。1987年，15歲的她從蘇州中學考入中國科學技術大學少年班；1991年獲中國科學技術大學物理學學士學位，1996年獲美國加州大學伯克利分校物理學博士學位；1997年至2001年在斯坦福大學做博士後，師從1997年諾貝爾物理學獎得主朱棣文。2001年起任教於哈佛大學化學與化學生物學系、物理系，2005年成為霍華德·休斯醫學研究所研究員，2006年升任正教授，2014年起任哈佛大學David B. Arnold Jr.科學教授。2012年當選美國國家科學院院士，2013年當選美國藝術與科學院院士，2015年當選中國科學院外籍院士，2020年當選美國國家醫學科學院院士。

1873年，德國物理學家恩斯特·阿貝給光學顯微鏡算出一道坎：兩台透鏡再好，也分不清距離小於半個可見光波長的兩個點，200納米上下。比這更小的東西，落到鏡頭裏只是一團糊光。這道坎後來被叫作衍射極限，一百三十多年裏，沒有人能用透鏡把它挪開。

細胞本身其實不小，直徑從10微米到100微米，大約一根頭髮絲的寬度。可細胞裏真正幹活的東西很小：蛋白質、RNA、DNA，大多隻有幾納米。200納米到幾納米，差着一到兩個數量級。要看清它們，只能換一種看法。

莊小威原本是學物理的。1997年博士畢業，她應聘斯坦福大學物理系教職被拒，轉身進了朱棣文的實驗室做生物物理博士後。多年後她回憶那兩年，說自己的生物水平只停留在高中階段，什麼成果也沒做出來，“但是每天都能學到新東西也是一件很快樂的事”。她把帶熒光的標記物貼到病毒上，用激光照，再用顯微鏡跟。2001年到哈佛建起自己的實驗室，第一年，學生在顯微鏡前喊她過去看。她拍下了單個流感病毒進入細胞的全過程，據中國僑網當年的報道，那是世界上首次記錄到病毒侵入細胞的各個階段。

卡住所有人的還是那道坎。兩個捱得很近的熒光分子同時發光，光斑疊在一起，分不出誰是誰。2005年，她的團隊在《物理評論快報》報告了一種可以被光反覆開關的熒光染料。開關一有，辦法就有了：每一幀只讓極小一部分分子亮着，稀到彼此不重疊；每個光斑的中心可以用擬合算出納米級的座標；亮完關掉，換一批再亮。如此重複成千上萬幀，把每一幀算出的座標疊回同一張圖上，圖像就重構成了。

2006年8月9日，《自然·方法》在線發表了這個方法，全稱隨機光學重構顯微術，英文縮寫STORM。論文報告的分辨率是20納米，比傳統熒光顯微鏡提高約10倍。此後隨着更亮的光控染料和熒光蛋白被合成出來，分辨率進一步壓到幾納米，比衍射極限高出近兩個數量級。她的學生把標記物掛在抗體上，抗體認得出各種生物分子，於是這套辦法可以對着DNA、蛋白纖維、細胞器一路看下去。

造出工具只是半件事。她把STORM對準神經元軸突，看見了一層此前沒有人描述過的結構：肌動蛋白圍成一個個環，被另一種蛋白等距串起來，像一列規整的柵欄順着軸突排下去。她把成像容積做大，繪出神經元突觸輸入區的圖譜；也看清了端粒蛋白在端粒環形成中起的作用。這些結論不是推斷出來的，是從圖像裏讀出來的。

2015年，她把“看結構”推到“讀信息”。《科學》雜誌刊出她團隊的單分子熒光原位雜交方法MERFISH，能在單個細胞裏對數千種RNA同時成像並定量，而且是在這些RNA保持天然位置的狀態下。細胞哪個角落正在表達哪一段基因，能在一張圖上看完。

獎項沿着這條線落下來。2003年，她獲得麥克阿瑟基金會獎金50萬美元的“天才獎”，是當年24位獲獎者中年紀最小的一位；中國僑網當年的報道稱，她也是第一位獲得這一榮譽的華人女科學家。2012年，40歲的她當選美國國家科學院院士。2015年，因發明基於單分子熒光檢測的超高分辨率成像方法，她獲美國國家科學院分子生物學獎。2019年，她獲生命科學突破獎，獎金300萬美元。突破獎基金會的授獎理由是：表彰她通過開發超分辨成像發現細胞中的隱藏結構，這種方法超越了光學顯微鏡的基本空間分辨率極限。

她和國內的聯繫一直沒斷。她是中國科學技術大學大師講席教授，多次回母校講學；2015年8月，中科大生命科學學院成立國際諮詢委員會，她是委員之一。2016年在哈佛畢業典禮上演講的何江，是她的博士生。

2017年，她在江蘇接受新華報業記者採訪時說，別人看到的只是她成功的一面，“其實挫折是挺多的，只是失敗的你沒聽到”。被問到成績從哪來，她的回答很平：“我自己腦子是比較靈一些，但是更大的原因是因為我特別堅持，五六年甚至十年，碰到困難也不退縮，遇到挫折也不改初衷。”

1873年阿貝寫下的那個數字，到2006年8月9日《自然·方法》上線的那篇論文，中間隔着133年。（香港府右新聞·《時代風雲》欄目組）