שטפן הל

שטפן וולטר הל (בגרמנית: Stefan Walter Hell ; נולד ב-23 בדצמבר 1962) הוא פיזיקאי גרמני יליד רומניה, חבר דירקטוריון של מכון מקס פלאנק לכימיה ביופיזיקלית בגטינגן, חתן פרס נובל לכימיה לשנת 2014 על פיתוח מיקרוסקופיה פלואורסצנטית ברזולוציית-על יחד עם אריק בציג וויליאם מורנר. הל נולד למשפחה ממוצא גרמני בעיר ארד ברומניה. ב-1978, כשהיה בן 16, היגרה המשפחה לעיר לודוויגסהאפן בגרמניה המערבית. אביו היה מהנדס ואימו מורה. את לימודיו האקדמיים החל הל באוניברסיטת היידלברג ב-1981. הוא השלים את לימודי הדוקטורט בפיזיקה ב-1990. מחקרו עסק בשימושים במיקרוסקופיה קונפוקלית לדימות של מבנים מיקרוסקופיים שקופים (Imaging of transparent microstructures in a confocal microscope). לאחר סיום לימודי הדוקטורט ניסה הל להמשיך במחקר באופן עצמאי ולשפר עוד את הרזולוציה של מיקרוסקופיה קונפוקלית. בשנים 1991–1993 הועסק הל במעבדת הביולוגיה המולקולרית היוקרתית בהיידלברג (EMBO), ובמחקרו התמקד בפיתוח מיקרוסקופ ה-4Pi. לאחר מכן, ב-1993, ניהל הל קבוצת מחקר באוניברסיטת טורקו בפינלנד, ועבד על פיתוח העקרונות העומדים בבסיס מיקרוסקופיית STED. לאחר כ-3 שנים שימש הל כחוקר אורח באוניברסיטת אוקספורד, ובשנת 1996 הוא השלים את עבודת ההביליטציה (פוסט-דוק) באוניברסיטת היידלברג . שנה לאחר מיכן הקים הל קבוצת מחקר במכון מקס פלאנק לכימיה ביופיזיקלית בגטינגן, אשר עסקה בחקר המיקרוסקופיה. ב-2002 מונה הל למנהל מכון מקס פלנק לכימיה ביופיזיקלית, והקים את המחלקה לננופוטוניקה. מאז 2003 הוא משמש במספר תפקידים גם באוניברסיטת היידלברג, וב-2004 אף קיבל תואר פרופסור של כבוד בפיזיקה מאוניברסיטת גטינגן. המצאותיו ופיתוחיו בתחום מיקרוסקופיית ה-STED איפשרו התקדמות משמעותית ביכולת ההפרדה (רזולוציה) של מיקרוסקופיה פלואורסצנטית, ובמיוחד היכולת להפריד בין עצמים במרחק הקטן ממחצית אורך הגל המאיר (כ-200 נאנומטר) - פריצת גבול אבה. רזולוציה, או כושר ההבחנה, היא אחת התכונות החשובות ביותר בעולם המיקרוסקופיה. מחקריו של הל התמקדו בשימוש במיקרוסקופיה פלואורסצנטית. בשיטה זו, קושרים החוקרים מולקולות מטרה (חלבונים לדוגמה) לסָמַן פלואורסצנטי. לאחר מכן, כאשר הדוגמה מוארת באמצעות אור מתאים, הסמן בוהק והמולקולות ניתנות לצפייה במיקרוסקופ. הרזולוציה במיקרוסקופיה פלואורסצנטית מוגבלת על ידי גבול אבה (שהוגדר כבר ב-1873) לרזולוציה של כ-200 נאנומטר, היות שהאותות הנובעים משתי מולקולות סמוכות עולים זה על זה. הל ושותפיו השתמשו לראשונה בשני מקורות אור במקום באחד. הם עוררו את הסמנים הפלואורסצנטיים באורך גל אחד (לדוגמה באור ירוק), והשתמשו באור באורך גל אחר (לדוגמה באור אדום) על מנת לכבות את האותות מסביב לנקודת המיקוד של קרן האור הירוקה. כך למעשה הם כיבו את הסמנים של מולקולות בסביבת נקודת העירור המרכזית (הירוקה) והצליחו לייצר הפרדה ברורה בין מולקולות סמוכות במרחק עשרות ננומטרים בודדים . את תגליתם הם כינו בשם מיקרוסקופיית Stimulated Emission Depletion, או בקיצור STED. מחקריהם של הל ושותפיו פתחו צוהר לתחום חדש בפיזיקה וביולוגיה, המכונה מיקרוסקופיה ברזולוצית על, ועל פריצת דרך זו זכה הל במספר פרסים, המובהק שביניהם הוא פרס נובל לכימיה לשנת 2014. להלן רשימה חלקית מתוך מעל 400 מפרסומיו: Göttfert et al. (2017) "Strong signal increase in STED fluorescence microscopy by imaging regions of subdiffraction extent".  PNAS 114, 2125-2130 Balzarotti, F., Y. Eilers, K. C. Gwosch, A. H. Gynna, V. Westphal, F. D. Stefani, J. Elf, S. W. Hell (2017): "Nanometer resolution imaging and tracking of fluorescent molecules with minimal photon fluxes".   Science 355, 606-612 Chojnacki, J., T. Staudt, B. Glass, P. Bingen, J. Engelhardt, M. Anders, J. Schneider, B. Müller, S. W. Hell, H.-G. Kräusslich (2012): "Maturation-Dependent HIV-1 Surface Protein Redistribution Revealed by Fluorescence Nanoscopy". Science 338, 524 - 528 Berning, S., K. I. Willig, H. Steffens, P. Dibaj, S. W. Hell (2012): "Nanoscopy in a Living Mouse Brain".  Science 335, 551 Grotjohann, T., I. Testa, M. Leutenegger, H. Bock, N. T. Urban, F. Lavoie-Cardinal, K. I. Willig, C. Eggeling, S. Jakobs, S. W. Hell (2011): "Diffraction-unlimited all-optical imaging and writing with a photochromic GFP". Nature 478, 204 - 208 Hell, S. W. (2007): "Far-Field Optical Nanoscopy". Science 316, 1153-1158 Willig, K. I., R. R. Kellner, R. Medda, B. Hein, S. Jakobs, S. W. Hell (2006): "Nanoscale resolution in GFP-based microscopy". Nature Meth. 3, 721-723. Westphal, V., S. W. Hell (2005): "Nanoscale Resolution in the Focal Plane of an Optical Microscope" Phys. Rev. Lett. 94, 143903 Klar, T. A., S. Jakobs, M. Dyba, A. Egner, S. W. Hell (2000): "Fluorescence microscopy with diffraction resolution limit broken by stimulated emission".  PNAS 97, 8206-8210. Hell, S. W., J. Wichmann (1994): "Breaking the diffraction resolution limit by stimulated emission: stimulated-emission-depletion fluorescence microscopy". Opt. Lett. 19, 780-782. מדיה וקבצים בנושא שטפן הל בוויקישיתוף אתר האינטרנט הרשמי של שטפן הל שטפן הל, באתר פרס נובל (באנגלית) שטפן הל, באתר גוגל סקולר שטפן הל, באתר Semantic Scholar שטפן הל, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית) ד"ר משה נחמני, פרס נובל לכימיה לשנת 2014 למגלי המיקרוסקופ הפלואורסצנטי: דוחקים את מגבלות מיקרוסופ האור, באתר הידען, 8 באוקטובר 2014 עידו אפרתי, פרס נובל לכימיה הוענק למפתחי שימוש חדשני במיקרוסקופ הפלורסנטי, באתר הארץ, 8 באוקטובר 2014 Michael Hofmann, Christian Eggeling, Stefan Jakobs, and Stefan W. Hell, Breaking the diffraction barrier in fluorescence microscopy at low light intensities by using reversibly photoswitchable proteins The Nobel Prize in Chemistry 2014, NobelPrize.org (באנגלית אמריקאית) Nobel Prize in Chemistry 2014 for Max Planck researcher Stefan Hell, www.mpg.de (באנגלית) MaxPlanckSociety, Stefan Hell (Nobel Prize in Chemistry 2014): STED - Insights into the nanoworld, YouTube Bo Huang, Hazen Babcock, Xiaowei Zhuang, Breaking the Diffraction Barrier: Super-Resolution Imaging of Cells, Cell 143, 2010-12-23, עמ' 1047–1058 doi: 10.1016/j.cell.2010.12.002