庄小威：让分子轮流发光，越过200纳米那道坎

关键词：她借物理学的一个开关，让荧光分子一个一个轮流亮，光学显微镜于是看清了几纳米的东西

庄小威，女，1972年1月生于江苏如皋。1987年，15岁的她从苏州中学考入中国科学技术大学少年班；1991年获中国科学技术大学物理学学士学位，1996年获美国加州大学伯克利分校物理学博士学位；1997年至2001年在斯坦福大学做博士后，师从1997年诺贝尔物理学奖得主朱棣文。2001年起任教于哈佛大学化学与化学生物学系、物理系，2005年成为霍华德·休斯医学研究所研究员，2006年升任正教授，2014年起任哈佛大学David B. Arnold Jr.科学教授。2012年当选美国国家科学院院士，2013年当选美国艺术与科学院院士，2015年当选中国科学院外籍院士，2020年当选美国国家医学科学院院士。

1873年，德国物理学家恩斯特·阿贝给光学显微镜算出一道坎：两台透镜再好，也分不清距离小于半个可见光波长的两个点，200纳米上下。比这更小的东西，落到镜头里只是一团糊光。这道坎后来被叫作衍射极限，一百三十多年里，没有人能用透镜把它挪开。

细胞本身其实不小，直径从10微米到100微米，大约一根头发丝的宽度。可细胞里真正干活的东西很小：蛋白质、RNA、DNA，大多只有几纳米。200纳米到几纳米，差着一到两个数量级。要看清它们，只能换一种看法。

庄小威原本是学物理的。1997年博士毕业，她应聘斯坦福大学物理系教职被拒，转身进了朱棣文的实验室做生物物理博士后。多年后她回忆那两年，说自己的生物水平只停留在高中阶段，什么成果也没做出来，“但是每天都能学到新东西也是一件很快乐的事”。她把带荧光的标记物贴到病毒上，用激光照，再用显微镜跟。2001年到哈佛建起自己的实验室，第一年，学生在显微镜前喊她过去看。她拍下了单个流感病毒进入细胞的全过程，据中国侨网当年的报道，那是世界上首次记录到病毒侵入细胞的各个阶段。

卡住所有人的还是那道坎。两个挨得很近的荧光分子同时发光，光斑叠在一起，分不出谁是谁。2005年，她的团队在《物理评论快报》报告了一种可以被光反复开关的荧光染料。开关一有，办法就有了：每一帧只让极小一部分分子亮着，稀到彼此不重叠；每个光斑的中心可以用拟合算出纳米级的坐标；亮完关掉，换一批再亮。如此重复成千上万帧，把每一帧算出的坐标叠回同一张图上，图像就重构成了。

2006年8月9日，《自然·方法》在线发表了这个方法，全称随机光学重构显微术，英文缩写STORM。论文报告的分辨率是20纳米，比传统荧光显微镜提高约10倍。此后随着更亮的光控染料和荧光蛋白被合成出来，分辨率进一步压到几纳米，比衍射极限高出近两个数量级。她的学生把标记物挂在抗体上，抗体认得出各种生物分子，于是这套办法可以对着DNA、蛋白纤维、细胞器一路看下去。

造出工具只是半件事。她把STORM对准神经元轴突，看见了一层此前没有人描述过的结构：肌动蛋白围成一个个环，被另一种蛋白等距串起来，像一列规整的栅栏顺着轴突排下去。她把成像容积做大，绘出神经元突触输入区的图谱；也看清了端粒蛋白在端粒环形成中起的作用。这些结论不是推断出来的，是从图像里读出来的。

2015年，她把“看结构”推到“读信息”。《科学》杂志刊出她团队的单分子荧光原位杂交方法MERFISH，能在单个细胞里对数千种RNA同时成像并定量，而且是在这些RNA保持天然位置的状态下。细胞哪个角落正在表达哪一段基因，能在一张图上看完。

奖项沿着这条线落下来。2003年，她获得麦克阿瑟基金会奖金50万美元的“天才奖”，是当年24位获奖者中年纪最小的一位；中国侨网当年的报道称，她也是第一位获得这一荣誉的华人女科学家。2012年，40岁的她当选美国国家科学院院士。2015年，因发明基于单分子荧光检测的超高分辨率成像方法，她获美国国家科学院分子生物学奖。2019年，她获生命科学突破奖，奖金300万美元。突破奖基金会的授奖理由是：表彰她通过开发超分辨成像发现细胞中的隐藏结构，这种方法超越了光学显微镜的基本空间分辨率极限。

她和国内的联系一直没断。她是中国科学技术大学大师讲席教授，多次回母校讲学；2015年8月，中科大生命科学学院成立国际咨询委员会，她是委员之一。2016年在哈佛毕业典礼上演讲的何江，是她的博士生。

2017年，她在江苏接受新华报业记者采访时说，别人看到的只是她成功的一面，“其实挫折是挺多的，只是失败的你没听到”。被问到成绩从哪来，她的回答很平：“我自己脑子是比较灵一些，但是更大的原因是因为我特别坚持，五六年甚至十年，碰到困难也不退缩，遇到挫折也不改初衷。”

1873年阿贝写下的那个数字，到2006年8月9日《自然·方法》上线的那篇论文，中间隔着133年。（香港府右新闻·《时代风云》栏目组）