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香港桂冠論壇（Hong Kong Laureate Forum）聚集邵逸夫獎（The Shaw Prize）得獎者，包含了香港與來自世界各地的 200 位青年科學家，在數天的時間內進行密集的互動、交流以啟發科學靈感。

沃夫岡· 鮑邁斯特。（Wikipedia）

論壇內容包括研討會、討論小組、海報專題、參觀香港最新的科學實驗室以及參與社交活動等。論壇自 2023 年開始每兩年舉辦一次。

邵逸夫獎在香港設立，於 2004 年開始頒發，以表彰科學家在天文學、生命科學與醫學及數學科學方面取得突破和作出的傑出貢獻，每項獎金 120 萬美元。

筆者於去（2025）年 11 月受邀參加第二屆香港桂冠論壇，在聚集了 12 位邵逸夫獎得主與青年科學家的香港科學園（Hong Kong Science Park）會場中，參與邵逸夫獎 2025 年生命科學獎得主鮑邁斯特（Wolfgang Baumeister）教授的兩場聯合採訪。這位剛剛斬獲邵逸夫獎年近八旬的大師，在訪談中與我們分享了一場他與細胞內部的追尋之旅。

（香港桂冠論壇提供）

科學之路的起點

鮑邁斯特早年就讀一所以古典語言為主的中學，當時自然科學並不被重視，學術之路平淡無奇，直到一位生物教師啟發了鮑邁斯特進行植物生態學的研究，畢業後將相關成果集結成冊，獲得了許多榮譽，因此才讓鮑邁斯特決心從事生物學的研究。

當他回憶起在德國明斯特大學（University of Münster）的求學時光，鮑邁斯特直言不諱地說那裡的課程極度無聊。當時的生物學教育仍停留在傳統階段，學生被迫坐在實驗室裡解剖老鼠或鳥類，並繪製精細的解剖圖。直到他轉學到波恩大學（University of Bonn）後，在一個偶然的情況下，鮑邁斯特在農業植物學研究所發現了一臺被遺棄的電子顯微鏡，從此開啟了他於結構生物學濃厚的興趣。至此，他一頭栽進了這個新世界，獲得校方許可後他修復了那臺被遺棄的顯微鏡，並且自學樣本製備技術。憑藉著這股純粹的好奇心，他利用這臺被他修復的顯微鏡完成了畢業論文，而這可以說是他的科學研究生涯真正的起點。

堅持或放棄？科學家最艱難的決定

為了看清生命的樣貌，鮑邁斯特很早就意識到必須解決觀看本身帶來的破壞。早期科學界正面臨兩難：電子顯微鏡需要真空的環境，但生物樣本都含有水分。在 1972 年，鮑邁斯特聽了來自美國水牛城學者帕森斯（Donald Parsons）的簡報，就此有了一些靈感，鮑邁斯特便利用了第一筆研究經費打造了水合室（hydration chamber）的複製品，試圖在真空中維持一個濕潤環境。

然而，這條路異常艱辛，實驗操作極其困難，更無法解決電子束對常溫樣本造成的輻射損傷，導致他最終根本沒辦法得到任何有意義的結果。就在陷入泥淖時，來自美國加州大學柏克萊分校（University of California, Berkeley）的生化教授格雷澤（Robert Glaeser）展示了關鍵證據：他將樣本進行玻璃化冷凍技術（vitrification），不僅能完美保存結構，更能有效減緩輻射破壞。這讓鮑邁斯特果斷放棄水合室，全面轉向冷凍技術。

在承認水合室這個早期的賭注是大錯特錯後，鮑邁斯特感嘆在科學研究中，決定放棄往往比堅持下去更難。因為當你對一個計畫投入了大量的時間與心血，難免會產生難以割捨的情感依附，要斬斷這份執著，需要極大的理性與勇氣。

漫漫研究路迎來結果，冷凍電子斷層掃描技術的發明

確立了冷凍的方向後，在 1980 年代末期，由於有自動化數據與 CCD相機等技術上的發展，鮑邁斯特看到了一個機會，他不想只看平面的死細胞，他對於能親眼看見細胞內原位（in situ）的立體分子結構非常著迷，而這需要斷層掃描技術（tomography）。

這在當時普遍被認為是不可能的，因為電子束的高能量會瞬間燒毀脆弱的冷凍樣本。然而幸運的是，馬克斯．普朗克研究所（Max Planck Institute）偏好高風險的計畫，因此鮑邁斯特可以繼續進行這項研究，進一步發展出冷凍電子斷層掃描技術（Cryo-Electron Tomography, Cryo-ET）這項顛覆的技術。

Cryo-ET 是一種生物成像技術，它可以在細胞環境中，以接近自然的狀態，獲取高解析度生物樣本的三維影像，由於解析度可接近原子級別，非常適合用來研究細胞分子間的交互作用，這項突破性進展使得鮑邁斯特開創了原位結構生物學（In situ structural biology）〔註〕的新領域。

〔註〕原位結構生物學在接近其生理狀態下研究生物大分子（如蛋白質）結構與功能的科學。這項技術著重於在分子原本所在的環境下觀察它的結構和功能，與傳統研究生物分子結構時將其從細胞中分離出來的方法不同。

而在發展 Cryo-ET 的過程中，鮑邁斯特團隊陸續攻下了數項核心技術挑戰的里程碑。

光學顯微鏡與電子顯微鏡的解析能力。（資料來源：香港科學館，作者拍攝）

里程碑一：玻璃化冷凍技術

玻璃化冷凍技術是指在微秒內冷卻電子顯微鏡網格上的樣本，當樣本浸入液態乙烷（通常以液態氮冷卻至接近乙烷凝固點 -183° C，使它保持液態）中時，樣本中的水會被快速冷卻到 -137℃，這個溫度也就是讓樣本玻璃化的溫度。這個過程讓水變成非晶態冰，此狀態不會形成冰晶破壞細胞結構或干擾電子束，如此一來可以保存微生物和細胞分子的排列和結構，呈現出生物樣本的自然狀態。……【更多內容請閱讀科學月刊第673期】