manbet手机版我manbet手机版1962年12月23日出生在阿拉德，这是罗马尼亚西部一个多民族的中型城市，与匈牙利接壤。manbet手机版在那个年代，大街上经常能听到罗马尼亚语、匈牙利语和德语，大多数当地人——包括乡巴佬——都能流利地说其中两到三种语言。manbet手机版种族冲突是未知的，因为在1918年之前，该地区是奥匈帝国的一部分，语言和宗教的多样性是正常的状态。manbet手机版我的父母来自再往北几公里的一个叫桑塔纳(德语:Sankt Anna)的地方，它是18世纪德国移民建立的。manbet手机版圣安娜的大多数人，包括我的父母，都以德语为母语，或者更准确地说，是当时德国西南部的一种方言。manbet手机版我在这里度过了大部分的童年时光。

manbet手机版我父亲在一家公司担任管理职务，是工程师。manbet手机版我的母亲是一名小学老师。manbet手机版事实上，她很想学习数学，但在20世纪50年代的共产主义罗马尼亚，由于她所谓的“资产阶级”背景，这是不可能的。manbet手机版她被学校开除了几次，后来才花了很大的努力拿到了毕业证书。manbet手机版这种情况，以及1945年降临在我祖父母那一代人身上的其他几次灾难，包括基于种族的物质剥夺和被驱逐到苏联劳改营，最终导致了这样一种观点:“没有人能夺走你所学到的东西。”manbet手机版无论你走到哪里，你都会带着它。manbet手机版“教育是唯一值得实现的资产。manbet手机版因此，我们的房子里堆满了书。manbet手机版我的父母学会了任何哪怕是一点点有趣的东西。manbet手机版他们喜欢旅行，但这只能在国内进行。 Nevertheless, we were aware of what was happening outside Romania, as we were well informed from listening to Western radio stations.

manbet手机版我的母亲是一名教师，她尽她所能在很早的时候教育我，我在很小的时候就学会了阅读。manbet手机版因为我不是特别喜欢幼儿园，她经常带我去上她的课。manbet手机版那里的事情更令人兴奋。manbet手机版我没有兄弟姐妹，我花了很多时间阅读书籍，比如一本来自西德的百科词典，我对它进行了详细的研究。manbet手机版我对链式反应之类的东西特别感兴趣，尽管我并不完全理解它。manbet手机版我至今还清楚地记得在电视上观看登月的情景，当时电视上充斥着共产主义的宣传。manbet手机版但这让亮点变得更加有趣:来自美国的科幻惊悚片在周日用英语播放，并配有罗马尼亚字幕。manbet手机版这非常令人兴奋，不知怎的，我心中产生了一种后来想成为科学家的愿望。

manbet手机版我们的课程主要用德语授课，因为罗马尼亚的基础教育是用所有少数民族语言进行的。manbet手机版我们把法语作为外语来学习。manbet手机版回想起来，我认为我非常幸运，因为当时我的许多老师都是二三十岁的年轻人，他们非常有动力去激励学生。manbet手机版我还记得我的化学老师(图1)是如何用一种引人入胜的方式解释原子结构的基本原理的，以及当我了解到大部分原子质量都位于小得多的原子核中时是多么惊讶。

manbet手机版图1。manbet手机版1977年，罗马尼亚桑塔纳市，斯蒂凡·赫尔(上排左六)与小学德语部八年级的同学和老师们在一起。manbet手机版最下面一排老师:Martini女士(数学系，左二);manbet手机版Hans Kling先生(化学，右三)。

manbet手机版八年级之后，也就是我十四岁的时候，我得以在蒂米什瓦拉的尼古劳斯·勒诺中学(Nikolaus Lenau Lyceum)获得为数不多的入学名额，这是全国最好的中学之一。manbet手机版在那里，你可以专攻数学和物理。正是在那里，我第一次被物理学所推动，因为我赢得了当地的一场比赛，并意识到物理学很有趣。manbet手机版另一方面，日常生活很艰难，我把在蒂米什瓦拉的学校宿舍里的时光与睡觉时肚子咕咕叫联系在一起。manbet手机版毕竟，那是共产主义的罗马尼亚，齐奥塞斯库正在扩大他的独裁统治。manbet手机版布加勒斯特的政权——不像街上的普通人——正变得越来越民族主义和古怪。manbet手机版铺天盖地的宣传让人们越来越觉得，生活在独裁统治下不好，尤其是对少数族裔来说。manbet手机版很容易从我的姓氏推断出后者。

manbet手机版另一种感觉在我心中扎根:公开宣称和不断重复的事情不一定是真的。manbet手机版恰恰相反:我开始怀疑那些公认的观点。manbet手机版再加上没有任何改善的前景，这一切意味着，大多数甚至有一点点可能声称有德国或犹太背景的人都试图离开这个国家。manbet手机版但这远非易事。

manbet手机版当一个同学和她的家人一起移民时，我说服了我的父母，他们也应该申请出境签证。manbet手机版此外，我母亲早在两年前就被诊断出患有一种疾病，她的一位医生建议她移民到德国，在那里她可以得到更好的医疗服务。manbet手机版在经历了两年的不确定和与官员们的不便之后，我们获准带着一些物品前往西德。manbet手机版那是1978年4月8日;manbet手机版我是十五岁。manbet手机版我们在德国没有近亲，在远离铁幕的莱茵河以西的工业城市路德维希港定居。manbet手机版我还发现路德维希港很不错，因为我在地图上看到，大学城海德堡(Heidelberg)离这里只有几公里远，这让我觉得这是一个值得追求的目标。

manbet手机版我对在西方的机会感到兴奋，尽管这也伴随着我父母在德国定居的努力。manbet手机版在路德维希港，我上了一所中学，很快我就意识到我在科学方面远远领先于我的同学。manbet手机版我还有一个很棒的物理老师，埃克先生，他给了我很大的鼓励。manbet手机版话说回来，我的英语仅限于在罗马尼亚看的没有配音的美国和英国电影。manbet手机版最后，我了解到我可以从中学毕业，只有法语作为外语，我利用了允许我比平常提前一年毕业的规定。manbet手机版1981年，我开始在海德堡大学学习物理学。

manbet手机版学习物理是下一个伟大的解放，因为学习材料不再依赖manbet手机版时代精神manbet手机版或政治。manbet手机版与此同时，海德堡的气氛非常有利。manbet手机版每周五晚上，会有一个讨论会，之后大家会喝上葡萄酒，吃上椒盐卷饼。manbet手机版我在研讨会上听到的第一个演讲者是manbet手机版依拉比manbet手机版．manbet手机版不幸的是，这对我来说并不容易，因为在简短地开始说德语之后，他在某个时候转向了英语。manbet手机版尽管如此，看到和听到20世纪最伟大的科学头脑之一是一个重要的和高度激励的经验。

manbet手机版我不知道自己作为学生是否出众。manbet手机版无论如何，当我觉得演讲者没有抓住问题的核心时，我总是不满意。manbet手机版我永远不会接受诸如“如果你做一下数学计算，你就会知道为什么会这样。”manbet手机版我坚信一切都可以归结为简单的原则。manbet手机版如果这是不可能的，人们就不理解这个问题。manbet手机版尽管如此，这种态度的一个后果是，在我的学习过程中，我花了很多时间思考如何才能将现象和概念提炼到它们的本质。manbet手机版在假期里，我设法躲在房间里好几个月——这让我的朋友们很担心——从早到晚“拆解”课本，在一叠笔记本上写下我自己对这门课的理解。manbet手机版有时我只进步了一两页，当我仍然没有抓住问题的核心时，我很沮丧。manbet手机版但最终“发现”核心是什么，真是太棒了。manbet手机版我还认为——这可能是真的——我非常不擅长记忆东西，如果我不完全理解某件事，我就会忘记它，口试就会不及格。 Fortunately, that did not happen.

manbet手机版和许多物理专业的学生一样，我曾计划专门研究粒子物理或核物理，而海德堡正是这样一个地方。manbet手机版另一方面，我听说从事大型项目会让人幻想破灭，而且工作前景并不好。manbet手机版后一种考虑被证明是决定性的，因为父亲的工作越来越不确定，而母亲又被诊断出患有重病。manbet手机版随着写毕业论文的时间越来越近(最后的硕士论文需要2年时间)，我选择了——违背我的意愿——一个当时我认为可以为我找到工作提供良好前景的主题。manbet手机版它是关于微光刻的，在用于计算机芯片的光刻胶材料中生产精细结构。manbet手机版应用物理研究所的Siegfried Hunklinger教授是一位低温固态物理学家，刚刚从斯图加特的马克斯普朗克固态研究所搬到海德堡，他想用光刻技术生产压电表面波转换器，并与他的同事Josef Bille教授合作，建造了一种可以用来记录微结构的激光扫描仪。

manbet手机版我的毕业论文一定做得相当不错，因为我是汉克林格教授打算留作博士学位的为数不多的学生之一。manbet手机版但是，在我的博士论文中，我想把重点放在一些应用较少的东西上——这并不特别，因为其他大多数学生都关心低温固态物理。manbet手机版实际上，汉克林格教授也为我做了计划，但最后这又变成了一个与应用物理学有关的学科。manbet手机版我没有勇气说我会毫无激情地去做。

manbet手机版碰巧，Bille教授和Hunklinger教授刚刚成立了海德堡仪器有限公司，这是一家初创公司，开发激光扫描光学系统，应用范围广泛:光刻、眼科、生物共聚焦显微镜，以及微光刻检查。manbet手机版共聚焦显微镜即将成为一种新的显微镜技术，具有抑制来自焦平面上方或下方的光的优点。manbet手机版因此，在20世纪80年代中期，人们认为这可以用于更精确地测量透明的3D光刻胶微结构，这对计算机芯片的大规模生产非常重要。manbet手机版我的任务是弄清楚这是否行得通以及如何行得通。manbet手机版然而，这并不容易，因为硅片上的结构是透明的，并且与光的波长具有相同的宽度和高度。manbet手机版共焦原理并不能真正解决这个问题;manbet手机版相反，它产生的复杂图像会随着结构尺寸的微小变化而发生巨大变化。manbet手机版我称这些图像为“外星人”，因为它们让我想起了当时流行的电脑游戏中的人物。manbet手机版起初，我想找到一个数学模型来预测它们，但需要处理的工艺参数太多了，最终这种方法对半导体制造商来说是不切实际的。

manbet手机版作为海德堡仪器公司唯一的物理学研究生，我或多或少都是靠自己。manbet手机版偶尔，我可以求助于该公司的开发经理Roelof Wijnaendts van Resandt，他几年前曾在海德堡的欧洲分子生物实验室(EMBL)管理一个共聚焦显微镜小组。manbet手机版但他几乎没有时间陪我，因为公司正在艰难地生存。manbet手机版还有一个生物学研究生，Werner Knebel，他正在研究共聚焦显微镜在细胞生物学中的适用性。manbet手机版我们经常互相交谈。manbet手机版我向他解释了成像的物理原理，他向我介绍了生物学中的荧光成像。manbet手机版除此之外，我的日常生活只会被每周的固体物理研讨会、教学任务、小组会议和周五晚上的座谈会打断。manbet手机版我很沮丧。manbet手机版实际上，我想做一些比光学显微镜更令人兴奋的事情——在我看来，光学显微镜是19世纪一门无聊的物理学科，除了衍射和偏振，它什么也做不了。

manbet手机版在此期间，我从一家基金会获得了一笔津贴，这意味着我不依赖于公司。manbet手机版我还知道我的论文导师是一个“真正的”物理学家，对物理有热情。manbet手机版所以我开始问自己，光学显微镜到底有没有可能留下一个有趣的问题。manbet手机版在我看来，唯一有趣的是衍射的分辨率极限。manbet手机版所以我认为打破这个限制将是非常新鲜和令人兴奋的!manbet手机版突然之间，一切看起来都更明亮了，因为对光学显微镜的思考有了新的意义。

manbet手机版所以我决定按照最初的要求继续完成论文工作，但真正激励我的是解决问题。manbet手机版我当然知道近场光学显微镜的存在，但在我看来它像是一种扫描隧道显微镜。manbet手机版与之相反，我想发明一种光学显微镜，它看起来和操作起来都像光学显微镜，但不受衍射的限制。manbet手机版于是我又开始翻阅我的课本，寻找适合克服衍射势垒的现象。manbet手机版我考虑了各种选择，从斯塔克到塞曼效应。manbet手机版我甚至查阅了核物理的教科书。manbet手机版我的努力一开始并不成功。

manbet手机版但有一件事最自然地出现了:我几乎与光学界隔绝，但我想出了如何计算大聚焦角下的焦点光场，并为此编写了一个计算机程序。manbet手机版我用自己的方法解决了这个问题，并在现场计算中获得了很多乐趣，效果非常好。manbet手机版当时最佳物镜的最大对焦角(即光圈角)在71°左右。manbet手机版当然，我也在我的程序中插入了理论上最大的90°值，这对应于一个收敛的半球形波前。manbet手机版我还计算了一个完整球体的情况。manbet手机版虽然最后两种情况很有趣，但不切实际，如果一个镜头以71°光圈角并置，使它们的波前在一个共同的焦点处建设性地相加，计算会发生什么要实际得多。manbet手机版沿着光轴，主衍射峰会变得锐利三到四倍(manbet手机版zmanbet手机版)而不是用最好的单镜头。manbet手机版然而，不太明显的结果是，沿轴的二次衍射峰小到足以在势像中辨别;manbet手机版它们不会产生歧义或“幽灵图像”。manbet手机版因此，通过使用两个反对齐的~70°透镜以相干方式，沿光轴提高3-4倍的分辨率似乎是可行的。manbet手机版这就是后来被称为4Pi显微镜背后的想法。

manbet手机版那时候我称它为双透镜显微镜，并在1988年的某个时候在汉克林格教授的系列研讨会上展示了结果——作为我实际应该做的工作的一个附录。manbet手机版这个想法被认为很有趣，但是要将两个透镜对准同一点并控制波前相位的困难被认为是令人畏惧的。manbet手机版当然，这个概念并不适用于硅片——只适用于生物细胞等透明标本。manbet手机版事实上，我本来是想试一试的，但海德堡仪器公司在1989年解体成几个分支，亨克林格教授也辞职了。manbet手机版值得注意的是，处理共聚焦显微镜的亚单元是由Leitz公司购买的，该公司后来成为Leica Microsystems GmbH，共聚焦显微镜的领先供应商。

manbet手机版1990年夏天，当我完成我的博士论文时，我确信一定有一种方法可以从根本上提高分辨率。manbet手机版用双透镜法，我至少找到了一个起点，尽管只是在衍射的限制范围内。manbet手机版但我为自己建立的思维模式，对教科书的吹毛求疵，告诉我，物理现象一定存在，应该适合从根本上克服障碍。manbet手机版20世纪物理学取得了如此巨大的进步，以至于至少要有一种现象才能使基于透镜的光学显微镜具有纳米级的分辨率。

manbet手机版我的津贴已经用完了，我问汉克林格教授我是否可以再呆一年，研究解决问题的方法。manbet手机版但光学不是他的研究领域。manbet手机版很明显，我必须走自己的路。manbet手机版这并不容易，因为当时德国没有给年轻研究人员提供起步机会的机构。manbet手机版通常，你需要一个教授(导师)，你会为他工作几年，同时为你的manbet手机版资格manbet手机版有自己的学生和演讲需要博士后学位。manbet手机版我既没有这样的导师，也没有申请美国博士后的选择。manbet手机版首先，我在那里谁也不认识;manbet手机版第二，我的英语很普通。

manbet手机版幸运的是，我的祖父母，他们跟随我的父母来到路德维希港，存了一万德国马克，当我获得博士学位时，他们把这钱作为礼物送给了我。manbet手机版我花了几个星期的时间思考如何用两个并置的透镜建造一个“双共聚焦显微镜”，并用这笔钱请律师为它申请专利。manbet手机版因为我曾在一家初创公司工作过，所以我想我也许能说服徕卡或另一家大公司支持我的开发。manbet手机版但事情的发展却截然不同:Roelof Wijnaendts van Resandt把我介绍给了他以前的博士生Ernst Stelzer，后者接替他成为海德堡欧洲分子生物学实验室(EMBL)显微镜组的组长。manbet手机版我向恩斯特表示，我想从事解决问题的工作，他给我提供了几个月的津贴，条件是我必须在剩下的时间里申请外部津贴。manbet手机版人们必须认识到，当时德国物理学家过剩，从事学术研究的前景很渺茫。manbet手机版然而，我刚刚经历了惨痛的教训，明白不做自己真正喜欢的事情是错误的。

manbet手机版因此，我向德国研究基金会(DFG)——德国的主要资助机构——提交了一份助学金的小申请。manbet手机版基本上，我描述了双透镜显微镜和我对提高基于透镜的光学显微镜的分辨率的前景的看法。manbet手机版虽然EMBL位于海德堡，但在法律上是在德国之外的，这意味着在当时，除非我的申请得到德国大学的正式支持，否则我无法得到德国联邦政府的资助。manbet手机版由于我再也无法吸引汉克林格教授，我查阅了海德堡大学物理学教授的名录，挑出两位兴趣似乎与这门学科最密切相关的教授。

manbet手机版我对他们俩都不熟悉。manbet手机版一位是来自Gisbert zu Putlitz教授原子光谱学讲座的讲师Reinhard Neumann;manbet手机版他问我是否想做近场光学显微镜。manbet手机版我回答说“只在远处”，于是他瞪大眼睛看着我。manbet手机版但他读了我的文章，最后写了一封支持信。manbet手机版另一位是Christoph Cremer教授，他从事流式细胞术和染色体组织的研究，是名录中唯一的生物物理学家。manbet手机版他还饶有兴趣地读了我的小文章。manbet手机版当我几天后回来的时候，他很兴奋，给我看了一篇他在1978年发表的论文，他开玩笑地称之为manbet手机版jugendsundemanbet手机版，即年轻时的小过失。manbet手机版这篇论文提出了一个假设的全息图，产生一个自由传播的椭圆波前，该波前被预测汇聚在一个单点的光中，这个光可能变得无限锐利，至少比衍射势垒小得多。manbet手机版扫描样品上的这个超锋利点应该能产生分辨率远远超过衍射势垒的图像。manbet手机版他称之为“4π显微镜”。

manbet手机版我立刻意识到，即使你能造出想要的全息图，它也不会产生无限锐利的光点。manbet手机版这个概念不符合电磁辐射传播的规律。manbet手机版但是Cremer教授也很支持他，并写了另一封信。manbet手机版这笔津贴后来被批准了，条件是我必须出国六个月。manbet手机版我选择了牛津大学，和托尼·威尔逊教授一起工作，他是早期共焦显微镜的先驱。manbet手机版(四年后，也就是1995年，我终于做到了。)

manbet手机版EMBL是个很棒的地方。manbet手机版它是国际性的，工作语言是英语。manbet手机版我利用这段时间学习英语，在听了很多演讲后，我终于鼓起勇气自己用英语演讲。manbet手机版我终究别无选择。manbet手机版我和恩斯特·施特尔策同意用两个反向排列的透镜建造显微镜，看看是否能实现轴向分辨率的提高。manbet手机版它不是一件容易的事。manbet手机版我记得1991年12月，在我生日的前一天，我得到了第一个明确的信号，表明这是可行的。manbet手机版关键是我可以准确地预测实验数据应该是什么样子的，所以我能够区分错位。manbet手机版在论文中，恩斯特建议我们称它为“4π显微镜”，对此我并不太高兴。manbet手机版一方面，双透镜排列的立体角远远达不到4π。 Furthermore, the actual discovery was that ‘4π’ wasn’t needed to increase the axial resolution; two high-angle lenses were sufficient. Moreover, the Cremer paper had drawn an improper physical conclusion (i.e. a point-like spot of light) and had completely missed the axial resolution increase as the actual benefit of adding the other side of the solid angle. Ernst and I finally compromised not to use the Greek letter π, but the Roman letters Pi. Whether I liked it or not, the name 4Pi stuck. The group was later reinforced by two talented physics diploma students, Gernot Reiner and Steffen Lindek. Since Ernst did not have themanbet手机版资格manbet手机版，论文工作正式由Cremer教授负责，他对决议主题越来越感兴趣。

manbet手机版在这种使用两个透镜来增加轴向分辨率的探索中，仅产生具有反传播波的焦点干涉图样是不够的。manbet手机版挑战是创建一个主焦衍射峰与可忽略的次要衍射峰，即显微镜的光学传递函数，沿光轴扩展和相邻。manbet手机版否则，人们将以图像人工制品结束。manbet手机版随着Winfried Denk及其同事在显微镜中引入的双光子激发模态的使用，使得连续传递函数成为可能。manbet手机版但是仍然没有拍摄到生物标本的图像，当然，使用两个相反的透镜也没有打破衍射障碍。manbet手机版后者尤其使我烦恼。manbet手机版然而，好消息是，远场显微镜的分辨率问题已经被提出，让所有人都能看到，重要的是，我迈出了第一步。

manbet手机版恩斯特·施特尔策和我最终对克服衍射极限的现实程度产生了截然不同的看法。manbet手机版我们在1993年分道扬镳。manbet手机版他继续倾斜两个低角度透镜，使它们彼此接近90°，并称之为共焦θ显微镜。manbet手机版后来，他把这种结构改进成了现在所说的光片显微镜。

manbet手机版1993年春天，津贴用完了，我不能再呆在EMBL了。manbet手机版DFG刚刚设立了一个名为“生物和医学新显微镜”的特别资助项目，它告诉我，我不能申请研究基金，因为我没有工作，也没有实验室可以工作。manbet手机版不过他们资助了几个近场光学显微镜项目。

manbet手机版但我又一次很幸运:在Stelzer小组工作的还有一位芬兰同事Pekka Hänninen，他计划回到芬兰。manbet手机版Pekka已经意识到分辨率课题的及时性，并把我介绍给了他未来的教授，图尔库大学的Erkki Soini，他提出要以我的身份向芬兰科学院提交一份关于4Pi显微镜的研究计划书。manbet手机版学院同意资助这个项目，条件是我必须在图尔库工作。manbet手机版所以我在1993年夏天到达图尔库，埃尔基·索伊尼，佩卡和我非常努力地建立了一个小型光学实验室。manbet手机版我们从我在EMBL停止的地方开始，即4Pi显微镜——首先，因为这是当时唯一可行的方法，其次，因为整个努力的可信度岌岌可危。manbet手机版有传言说，我的努力最终会像以前所有其他远场光学“超分辨率”的努力一样，成为学术上的珍品。manbet手机版Ernst Stelzer开始在出版物中与他在实验室进行的“4Pi”工作保持距离，这一事实并没有帮助这种情况。

manbet手机版与此同时，我觉得简单地改变光线聚焦的方式或重新排列镜头不会从根本上改变问题。manbet手机版要做到这一点，唯一的方法要么是通过一些量子光学效应，要么——看起来更有希望的——通过被成像分子的状态。manbet手机版最容易操纵状态的分子是荧光分子，幸运的是，这也是生命科学领域感兴趣的分子。

manbet手机版1993年秋天的一个星期六的早晨，我正在浏览罗德尼·劳登(Rodney Loudon)关于光的量子理论的书，希望能找到合适的内容。manbet手机版几个星期前，我曾设想过，如果荧光分子使用微偏移光束从激发态重新被激发会发生什么。manbet手机版当我读到一章关于受激发射的内容时，我突然明白了:为什么不激发分子，为什么不使分子失激，也就是说，为了将它们与相邻的分子分开，使它们保持非荧光状态。manbet手机版我被这个想法震撼了，立即查阅了弗里茨Schäfer关于染料激光器的书，看看关于罗丹明等荧光团受刺激发射的报道。manbet手机版快速评估表明，在焦平面上可以获得至少30-35纳米的图像分辨率，即超过衍射势垒6-8倍。manbet手机版这是惊人的。manbet手机版很明显，可达到的分辨率只取决于样品所能承受的强度，原则上是无限的。

manbet手机版另一个让我感兴趣的事实是，决议可以在没有manbet手机版先天的manbet手机版关于被成像特征分布的假设。manbet手机版这是因为在当时，人们普遍认为，要在远场中获得更高的分辨率，需要进行数据处理，这通常需要对目标进行一些假设。manbet手机版然而，在我的情况下，数学处理是不需要的。manbet手机版这个概念只是基于基本状态转换的使用，即“仅仅基于物理学”。manbet手机版我终于有了一个我一直在寻找的方法类型的例子。manbet手机版这就是STED显微镜的概念。

manbet手机版但要在图尔库验证这个想法并不容易。manbet手机版我还认为可能需要一个可调谐染料激光器来优化去激发。manbet手机版但是到处都没有染料激光器。manbet手机版在向佩卡、埃尔基和实验室里的其他朋友解释完这个概念后，我打电话给德国亨克林格实验室以前的学生朋友莱昂诺尔·霍尼格(Leonore Hornig)，他在此期间成为了一名专利律师。manbet手机版我向她解释了这个想法，并简要介绍了申请专利的情况。manbet手机版我还觉得，我应该以理论的方式发表这个想法，使它尽可能接近现实，因此很难被挑战。manbet手机版在我离开海德堡之前，我私下认识的物理系学生Jan Wichmann曾表示，他希望在完成Jürgen Wolfrum教授的毕业证书工作后，于12月来图尔库与我一起实习两周。manbet手机版我向他解释了这个概念，并请他用数字建模，以确保数据尽可能接近真实的实验。manbet手机版简倾向于使用高斯光束，因为用代数程序可以相对容易地处理高斯光束manbet手机版Mathematicamanbet手机版．manbet手机版速率方程的数值计算与我最初的评估基本一致。manbet手机版无论如何，提出STED显微镜的论文最终读起来像一个食谱:它充满了数字。manbet手机版我尽量忽略任何可能被理解为过分简化或夸张的东西，因为没有导师，而且知道这只是一个理论上的建议，我非常担心会被彻底拒绝。

manbet手机版另一方面，这篇论文的目的是让社区相信纳米级远场荧光显微镜是可行的，同时也希望获得一份工作和资金来进行这项研究。manbet手机版当时，我自己是否能够实现这一点确实令人怀疑，因为芬兰学院的拨款已逐渐接近尾声。manbet手机版然而，回想起来，我必须说在芬兰的那段时间真的是令人兴奋和决定性的(图2)。

manbet手机版图2。manbet手机版Stefan Hell在1993年在芬兰图尔库的医学物理系，大约在STED显微镜概念出现的时候。

manbet手机版我也很快意识到，受激发射并不是唯一可以用于相同目的的状态转变。manbet手机版毕竟，基本的想法是确保被激发光照亮的部分特征保持短暂的黑暗，这样它们就可以从衍射范围内的其他特征中分离出来。manbet手机版所以我有了一个想法，将荧光团置于黑暗的亚稳态中，这是染料激光操作人员试图不惜一切代价避免的。manbet手机版这还有一个重要的好处，那就是不需要那么强烈的光线。manbet手机版因为我所有的论文都发表在专业的光学期刊上——这并没有让我的简历看起来特别令人印象深刻——我把这个提案提交给了一家更普通的物理期刊。manbet手机版几个月过去了，我没有得到任何回复，于是我鼓足勇气给编辑打了电话，他碰巧是德国人。manbet手机版他告诉我，他对衍射极限是否能被克服表示怀疑。manbet手机版他把手稿寄给了三位近场光学显微镜方面的专家——其中有一位在美国很有名——但只有一位回复了他。manbet手机版答复是不赞成的。manbet手机版编辑说，在做出这样的断言之前，这一切都必须经过实验验证。 When he realised my despair and that I didn’t really have the means to do that, he advised me to go back to Professor Hunklinger, so that he submits an application to the DFG on my behalf. I was terribly disappointed about the German academic system.

manbet手机版今天，这可能很难理解，但在20世纪90年代，人们并不特别接受在基于透镜的光学显微镜中获得纳米级分辨率的概念。manbet手机版尽管我从1994年4月起就大力提倡这个概念，但从没有一个实验室尝试过STED这个事实就可以很容易地得出结论。manbet手机版在我看来，这有两个原因。manbet手机版首先，近场光学显微镜似乎是当时的发展方向，包括生命科学。manbet手机版Eric Betzig，在20世纪90年代早期在贝尔实验室工作，发表了著名的论文，例如manbet手机版科学manbet手机版1993年的论文，显示单分子在室温下的近场光学记录。manbet手机版第二个原因可能更重要。manbet手机版在20世纪，许多人反复提出了克服远场衍射势垒的概念，其中最著名的是Toraldo di Francia和Lukosz。manbet手机版然而，这些概念都不实际，也没有超过2倍。manbet手机版因此，人们自然不会把像STED这样的远场方法和相关想法当回事。

manbet手机版我确信这次情况会有所不同。manbet手机版我的理由很简单:STED与其他概念的根本不同在于它依赖于通过样品的分子状态来分离特征，而不是解决衍射本身。manbet手机版但更重要的是，我在我的概念中找不到一个基本的物理疏忽——与之前报道的所有疏忽相反。manbet手机版如果在实现过程中遇到问题，它们将只是技术上的，而不是概念上的，这意味着它们可以通过开发来克服。manbet手机版通过正确的过渡，人们可以在两种状态之间转移荧光团，比如明亮和黑暗状态，就像你喜欢的那样。manbet手机版当分子处于黑暗状态时，并不意味着(荧光)信号丢失了;manbet手机版它只是没有被生产出来。manbet手机版换句话说，你可以通过保持其中一些分子的沉默来辨别相邻的分子，而不损失任何东西，除了时间。manbet手机版如果某些信号仍然丢失了，那不是由于方法，而是由于另一些事情也发生了这一事实——一些在概念框架之外的事情。manbet手机版通过区别对待，我们可以让这个概念发挥作用。 This insight gave me the courage to carry on with the development.

manbet手机版然而，1995年图尔库向一个欧洲赠款机构提交的第一个研究提案被拒绝了，该提案的目的是实施科学与技术试验室。manbet手机版但幸运的是，玛丽·居里个人博士后津贴在最后一刻通过了。manbet手机版在这种不稳定的情况下，索伊尼教授建议我将我1990年私人拥有的双透镜显微镜(又名4Pi)专利授权给位于瓦拉克奥伊图尔库的一家公司，以换取研究经费。manbet手机版该公司的首席执行官同意将10万美元转入一个大学账户。manbet手机版直到今天，我仍然相信同情心发挥了作用。

manbet手机版这些资金是至关重要的，因为它们为我赢得了时间，为我生命中非常幸运的一件事做准备:托马斯·乔文博士，当时马克斯·普朗克生物物理化学研究所(Göttingen)的常务董事，已经知道了我的活动。manbet手机版他是一位有Ameri- can背景的有成就和思想开放的科学家，他成功地掌握了分子生物学、荧光团化学和光学等方面的最新发展，说服了Erwin Neher、Herbert Jäckle、Peter Gruss、Klaus Weber、Jürgen Troe和研究所的其他主任，邀请申请建立一个小型显微镜研究小组，为期五年。manbet手机版他们想到了Winfried Denk(当时在贝尔实验室)或者我。manbet手机版1996年春天，我和温弗里德通了电话。manbet手机版当他说他对这种非终身职位不感兴趣时，我松了一口气。manbet手机版我很有可能得到这份工作。

manbet手机版与此同时，我们在图尔库的STED显微镜技术取得了进展。manbet手机版在巴尔的摩约瑟夫·拉科维茨(Joseph Lakowicz)团队的伊格纳西·格里琴斯基(Ignacy Gryczynski)在一个比色皿中测试了一些具有荧光调节作用的染料溶液后，我发现，在显微镜条件下，使用啁啁性很强的钛蓝宝石激光器可以几乎完全关闭暗红色荧光团(商品名Pyridin2)。manbet手机版这并不容易做到，因为不像在试管中，在显微镜样品中，搅拌不是去除自由基和漂白的方法，而且强度要高几个数量级。manbet手机版也很难直接证明分辨率的增加，因为Pyridin2不能与生物分子耦合。manbet手机版幸运的是，我想到了如何间接地做到这一点:稍微偏移STED光束相对于激发光束，预计将焦点荧光区域减少到亚衍射尺寸。manbet手机版然后，跨图像平面的共焦点探测器的平移证明了这种减少确实发生了。manbet手机版这些测量是在1995年和一个文凭学生Franziska Meinecke一起完成的。manbet手机版从那一刻起，我知道STED显微镜可以工作——至少在某些条件下。manbet手机版弗兰兹斯卡没那么乐观。manbet手机版她最后放弃了科学，说她很同情我:研究课题难，支持少，前途渺茫，牺牲很多。 It was sobering to hear that from a student, but I decided to carry on.

manbet手机版我没有写那些最初的测试结果，因为我认为它可能会再次出现在一个低级别的期刊上。manbet手机版然而，1996年1月，我在海德堡的周五物理研讨会上展示了这些数据。在那里，我在我以前的教授面前做了一个演讲，包括奥托·哈克塞尔、弗朗茨·韦格纳、约阿希姆·海因策和德克·施瓦姆，他们在结束时提出了问题。manbet手机版这是我的manbet手机版资格manbet手机版讲座,manbet手机版资格manbet手机版进行科学研究和监督自己的文凭和博士学生(正式)是很重要的。manbet手机版在那之前，克里默教授负责办理手续。manbet手机版因此，他也成为了一些论文的合著者，并建议我如何避开政治问题manbet手机版资格manbet手机版的过程。manbet手机版今天，我非常感谢物理系允许我在海德堡接受训练，尽管所有的工作都是在图尔库完成的。manbet手机版但与许多公开的说法相反，我从来都不是Cremer教授的学生或博士后。manbet手机版我也没有在他的知识指导下工作。manbet手机版相反，这种关系部分反映了20世纪90年代德国学术体系的无能，未能为年轻的研究人员提供真正的独立性。

manbet手机版1996年12月，我在Göttingen任职。manbet手机版这是在关键时刻，因为Wallac Oy的钱已经用完了。manbet手机版Göttingen上的马克斯·普朗克研究所(Max Planck Institute)令人难以置信，因为我第一次能够提前一点计划，并提交自己的研究提案。manbet手机版我向德国联邦研究部(Federal Ministry of Research)的一个机构提交了一份研发技术的拨款，但很快就被拒绝了。manbet手机版然而，负责的官员接受了我的上诉，并批准了拨款，不顾科学家的建议。manbet手机版此后不久，托马斯·克拉尔申请到我的实验室做博士生。manbet手机版托马斯很快就掌握了STED的概念，而且非常有天赋。manbet手机版结合现有的更好的设备，在几个月的时间里，我们复制并超越了在图尔库进行的实验。同时，4Pi显微镜也产生了引人注目的图像。

manbet手机版1999年，Stefan Jakobs作为第一个生物学博士后加入，极大地扩展了小组的跨学科专业知识。manbet手机版他意识到分辨率正在经历一个转变，并被开创其在生命科学中的应用的想法所吸引。manbet手机版因此，我们能够毫无疑问地表明，远场荧光显微镜的分辨率可以大大提高，也可以用于生物成像。manbet手机版这篇论文最初是为杂志撰写的manbet手机版自然manbet手机版该公司决定不把它送去审查。manbet手机版我重新提交给manbet手机版科学manbet手机版在美国，它也有同样的命运。

manbet手机版最终，它发表在manbet手机版美国自然科学院学报manbet手机版在2000年。manbet手机版这一次我们比较幸运。manbet手机版我们后来得知，这份手稿最终由劳伦斯伯克利国家实验室的西蒙·韦斯(Shimon Weiss)拿到，他几个月前参加了一个研讨会，我在会上首次展示了这些数据。manbet手机版他和其他评论家接受了这篇论文，西蒙在里面写了一篇评论manbet手机版PNASmanbet手机版指出其含义。manbet手机版考虑到它的历史，很高兴看到这篇论文在Måns Ehrenberg教授的2014年诺贝尔化学奖演讲中被突出。

manbet手机版2000年在另一方面也很幸运:我娶了我的妻子安娜，她是Göttingen大学医院的儿科整形外科医生，我们是在1997年Göttingen认识的。

manbet手机版2002年，令我惊讶的是，马克斯·普朗克学会邀请我成为Göttingen研究所的科学会员，这意味着终身教职和对我的科学研究的稳定资助。

manbet手机版自1994年以来，人们已经很清楚，荧光分子和非荧光分子状态之间的任何可逆转变都是克服衍射极限的可能候选。manbet手机版事实上，我实验室里的每个人都被指示要睁大眼睛，寻找调节分子荧光能力的意想不到的方法。manbet手机版同样清楚的是，采用具有长寿命态对的可逆开关跃迁将降低克服衍射势垒所需的强度。

manbet手机版强度问题经常被拿来反对技术测试。manbet手机版因此，在2003年，为了让化学家和荧光蛋白设计者意识到这种开关状态转变对显微镜的变革潜力，我写了一些通信给manbet手机版自然manbet手机版．manbet手机版在我看来，该通信强调了设计可转换荧光标记以打破衍射势垒的历史机遇。

manbet手机版这一次,manbet手机版自然manbet手机版发送了通信进行审核，但三位审稿人都直接拒绝了论文，实际上是有不恰当的论点和论点。manbet手机版在我看来，被拒绝的实际原因是荧光显微镜领域的“专家”不愿意接受分辨率即将发生历史性的变化。manbet手机版他们不知道荧光分子是这个变化的关键角色。manbet手机版他们更愿意看到以多光子激发、荧光寿命成像和单分子检测为中心的场，这些无疑也很重要。manbet手机版无论如何，这张纸最终被manbet手机版达成。manbet手机版理论物理。manbet手机版一个manbet手机版在那里，只有那些明确筛选过的人才能看到它。manbet手机版后来，我问自己，如果使用可光转换分子的力量在更大的化学和生物学界更早地显现出来，会发生什么?

manbet手机版在这种情况下，我觉得我必须自己推进可光交换的荧光团合成，这并不容易，因为有机化学和分子生物学不是我的专业背景。manbet手机版因此，我扩大了实验室，包括有机化学(与Vladimir Belov)和可切换荧光蛋白开发(与Stefan Jakobs)。manbet手机版这让我可以遵循一种更系统的方法来玩“开-关游戏”，也利用其他状态转换，如顺-反异构化。manbet手机版因此，STED的想法可以扩展到包括其他状态转换，特别是在低光水平(RESOLFT)下的操作。manbet手机版因此，从2003年开始，我强烈主张开发和使用可光转换荧光蛋白和有机荧光团，因为我觉得它们有潜力为荧光显微镜中的分辨率问题提供最终解决方案。

manbet手机版STED“适当的”也在进步。manbet手机版2003年，我们报道了第一张使用STED的纳米级远场免疫荧光图像。manbet手机版仍有许多障碍需要克服。manbet手机版但是很多都是可以一个一个被夺走的——或者我们周围的技术发展对我们有利。

manbet手机版2004年初，在与癌症抗争了20年之后，母亲在路德维希港去世。manbet手机版大约在同一时间，我还开始在邻近的海德堡的德国癌症研究中心(DKFZ)成立一个小组，让该领域的研究人员直接接触到显微镜的新发展。

manbet手机版同年，美国大型慈善组织霍华德·休斯医学研究所(HHMI)开始建立詹尼利亚农场研究校园，这是一种新型的研究所，科学家在这里有充足的资源和自由，可以集中精力研究重要的科学问题。manbet手机版2004年，HHMI和Janelia农场的主任Gerald Rubin邀请Max Planck协会和其他组织帮助确定需要解决的重要问题。manbet手机版为了确定这样的研究主题，我参加了两次研讨会，其中一次是我和慕尼黑马克斯·普朗克学会的另一位成员一起组织的。manbet手机版在这次会议上，我和来自加州大学旧金山分校的著名瑞典同事Mats Gustafsson代表了超分辨荧光显微镜。manbet手机版马茨大约在1996 - 1997年通过引入双镜头的广角版本(“4Pi”)安排进入了该领域。manbet手机版马茨方法的一个特点是描述空间频域的分辨率和图像形成。manbet手机版事实上，我从未见过一个人能像马茨那样有效地在频率空间中思考。manbet手机版虽然我不排除在宽视场布局中获得超分辨率，但我觉得在单光斑布局中首先克服衍射势垒会更容易。manbet手机版这种想法并没有错，但Mats在基于广域摄像头的布局上的进步远远超出了我和任何人的想象。manbet手机版这不仅适用于轴向分辨率的提高，也适用于横向分辨率的提高。 He was of historical calibre.

manbet手机版在那个年代，我和Mats大概是唯一推动远场光学超分辨技术的人。manbet手机版在科学会议上，我们会直接从光学表中展示我们的最新数据——通常是在提交之前的好几个月。manbet手机版这方面给我们的会议增添了某种味道——以至于偶尔会被我们的友好竞争所标记。manbet手机版这也适用于在慕尼黑举行的HHMI-Max- Planck会议。manbet手机版这时，远场超分辨荧光显微镜对任何人来说都是一个很明显的热门话题。manbet手机版值得注意的是，马茨后来被雇用到詹尼利亚农场，遗憾的是，他在显微镜方面留下了巨大的遗产，并于2011年去世。

manbet手机版2005年，我收到了Eric Betzig非常赞赏的电子邮件，说他被我和Mats的工作所吸引，将再次进入超分辨率领域。manbet手机版我没有亲自见过他，但我知道他在20世纪90年代初在近场光学领域的杰出作用。manbet手机版然而，这次埃里克开始在遥远的田野里工作。manbet手机版事实上，杰内利亚农场的高年级学生曾问过我，我是否觉得埃里克还能有所作为。manbet手机版考虑到他在近场光学方面的成就，我对此非常有信心。manbet手机版一年后，当我再次收到他的来信时，事实证明这是真的。

manbet手机版2005年，我的妻子安娜生下了双胞胎男孩塞巴斯蒂安和乔纳森。

manbet手机版2006年将成为一个manbet手机版重大之年manbet手机版的字段。manbet手机版2005年，我的团队进行了三项研究，首次证明了远场超分辨荧光显微镜能够为生物学提供新的见解(例如与Katrin Willig、Silvio Rizzoli、Thorsten Lang和Robert Kellner);manbet手机版它们于2006年初出版。manbet手机版在这方面，我特别感谢我的同事Reinhard Jahn和Stephan Sigrist，他们现在是柏林的教授，他们提出了有趣的生物学问题。manbet手机版2006年，第一台商用STED显微镜的研制也完成了。manbet手机版重要的是，Eric Betzig和Harald Hess首先实现并提出了远场超分辨率的另一个重要概念，称为PALM。manbet手机版与使用光模式短暂关闭荧光团的STED或RESOLFT不同，PALM采用的是“自下而上”的方法:将要解析的特征分子随机地单独打开和关闭，然后进行定位以确定位置。

manbet手机版探测单个分子的技术由W.E. Moerner和Michel Orrit开创，并与远场超分辨成像共存了大约15年。manbet手机版超分辨率和单分子检测实际上是两个不同的领域，它们都有各自的动力和支持者。manbet手机版例如，直到2006年，单分子在超分辨显微镜中只用于测试分辨率。manbet手机版系统地使用开-关开关以空间随机的方式分离分子，如PALM首次完成的那样，为超分辨荧光显微镜增加了一个新的维度。

manbet手机版在庄晓伟(哈佛大学)和萨姆·赫斯(缅因州大学)发表相同的概念之前，埃里克的工作被公开了，他们分别称它们为STORM和FPALM。manbet手机版早在一年前，Paul Selvin (Urbana-Champaign)， Nobert Scherer (Chicago)和Rainer Heintzmann (King 's College London)的团队也非常接近这个概念，他们见证了在2005年远场荧光纳米显微镜不再是一个奇异的话题。manbet手机版无论如何，2006年埃里克(他当时已经搬到珍妮利亚农场)、庄晓伟、山姆·赫斯和他们的团队发表的作品给这一领域带来了巨大的推动。

manbet手机版“超分辨率”荧光显微镜或我们今天理解的“纳米显微镜”，与衍射有限的显微镜有本质区别，因为相邻结构细节的分离不是通过使用中的聚焦光来完成的，而是通过两种不同分子状态的短暂占据。manbet手机版在我看来，这一原理是如此的基本，它为开发一系列强大的超分辨率变体提供了许多机会。manbet手机版我很高兴看到这一领域的发展，以及它如何推动生命科学和其他领域的发展。

manbet手机版而4Pi显微镜没有克服衍射势垒manbet手机版本身manbet手机版目前，基于“4Pi”排列的次衍射分辨率荧光显微镜的类sted和随机单分子变体都已实现，以便提供最大的轴向分辨率，从而提供可能的3d分辨率。manbet手机版同时，所有主要的显微镜制造商都提供“超分辨率”显微镜作为他们的旗舰产品。

manbet手机版2009年，我们的女儿夏洛特出生了。manbet手机版我们非常感激有三个很棒的孩子，他们丰富了我们的生活，给了我们巨大的灵感和动力去做我们所做的工作。

manbet手机版2014年9月，我与托马斯·埃贝森和约翰·彭德里爵士分享了2014年纳米科学卡弗里奖。manbet手机版奥斯陆的庆祝活动对我、我的妻子和孩子们来说是非常难忘的。manbet手机版一个月后，因为另一件大事即将到来，这实际上是我家人的一次精致的“练习”。manbet手机版10月8日，皇家斯威什学院秘书斯塔凡·诺马克教授通知我，我将与埃里克·贝齐格和W.E.莫尔纳共同获得2014年诺贝尔化学奖。manbet手机版诺贝尔周不仅对我的家人来说是一次真正独特的经历，对在斯德哥尔摩加入我们的许多团队成员和朋友来说也是如此。

manbet手机版多年来，我很幸运地有更多优秀的学生和博士后科学家陪伴，他们都加入了这一探索，每个人都做出了重要贡献:马丁·施拉德、亚历山大·埃格纳、安德烈亚斯Schönle、Jörg比沃斯多夫、沃尔克·韦斯特法尔、拉尔斯·卡斯特鲁普、简·凯勒、杰拉尔德·唐纳特、约翰·恩格尔哈特和克里斯蒂安·埃格林，仅举几例。manbet手机版虽然我和我的同事们所做的工作得到了最大的认可，但还有很多工作要做，我仍然有很大的热情为这个领域的发展做出贡献。

manbet手机版如今，作为新一代科学家的共同负责人，我经常在想，科学组织的方式是否足以鼓励年轻的研究人员追求不同寻常的研究课题。manbet手机版到目前为止，我一直远离行政职责和科学决策——这让我的团队感到高兴，但我的同事们并不总是如此。manbet手机版但有一件事我一直很关心:我最近发起了一项倡议，旨在探索帮助年轻研究人员在职业生涯早期从事高风险项目的新方法。manbet手机版由于我在马克斯·普朗克学会的许多同事也认为这个想法非常有趣，我对这项努力也会取得成功持乐观态度。

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