Хелль, Штефан

Из семьи банатских швабов. Учился в средней школе в Тимишоаре. В 1978 году эмигрировал с родителями в ФРГ.

Штефан Хелль поступил в Гейдельбергский университет (ФРГ) в 1981 году, а в 1990 году в этом же университете получил степень доктора по физике^[10]. Его научным руководителем был проф. Зигфрид Хунклингер (Siegfried Hunklinger) — специалист по физике твердого тела, — а темой диссертационной работы стало «Изображение прозрачных микроструктур в конфокальном микроскопе».

Некоторое время Штефан Хелль был самостоятельным изобретателем и работал над улучшением глубины резкости (осевого оптического разрешения) в конфокальной микроскопии, что впоследствии привело к изобретению т. н. 4Pi-микроскопа. «Разрешение» — это самое главное свойство любого микроскопа, основанное на способности раздельно наблюдать два схожих объекта, находящихся на очень близких расстояниях друг от друга.

В период с 1991 до 1993 год Штефан Хелль работал в Европейской Лаборатории молекулярной биологии в Гейдельберге, где ему удалось продемонстрировать принципиальные возможности 4Pi-микроскопии. Позже (в 1993—1996 годах) Хелль был руководителем группы на факультете медицинской физики в Университете Турку (Финляндия), где он разработал новые принципы оптической микроскопии основанной на эффекте (избирательного) вынужденного гашения флуоресценции (т. н. микроскопия STED — stimulated emission depletion)^[10]. Наряду с этим, в течение 6 месяцев в 1993—1996 годах Штефан Хелль работал по приглашению в Оксфордском университете.

В 1996 году он прошёл процедуру хабилитации по физике в Гейдельбергском университете^[11], а 15 октября 2002 года был назначен директором в Институте биофизической химии общества Макса Планка, где основал отдел нанобиофотоники.

В 2003 году Хелль стал руководителем отдела «Оптической наноскопии» в Немецком центре по исследованию рака в Гейдельберге; эту должность он занимал до 2017 года^[12]. С 2004 года является почётным профессором факультета физики Гёттингенского университета^[11]. В 2016 году был назначен директором в Институте медицинских исследований Макса Планка в Гейдельберге^[13]. Открытие и последующее развитие микроскопии STED и подобных ей методов оптической «наноскопии» позволило существенно улучшить самое важное свойство флюоресцентного микроскопа — его разрешающую способность, изначально ограниченную значением половины длины волны используемого света (>200 нанометров). Штефан Хелль был первым кому удалось показать — в теории и на практике — что оптическое разрешение флуоресцентного микроскопа не зависит от дифракции и улучшить его до значений существенно меньших, чем длины волн видимого света (до нескольких десятков нанометров). С того времени, как Эрнст Карл Аббе опубликовал свой принцип (1873), это считалось невозможным. Открытие проф. Ш. Хелля и его значение для науки в целом и, в особенности, для естественных наук и медицины, были отмечены «Немецкой премией будущего» (Deutscher Zukunftspreis), вручаемой ежегодно и присужденной профессору Хеллю 23 ноября 2006 года, когда он стал десятым лауреатом этой премии.

В 2014 году стал лауреатом премии Кавли в области нанотехнологий и Нобелевской премии по химии (совместно с Эриком Бетцигом и Уильямом Мернером) за создание флуоресцентного микроскопа, позволившего сделать множество открытий в других областях науки^[14].

После разработки метода STED-микроскопии Штефан Хелль и его научная группа сосредоточились на применении и усовершенствовании технологий наноскопии для изучения живых систем. В 2008 году им удалось в реальном времени заснять движение синаптических везикул в живых нервных клетках с помощью STED-микроскопии, что стало прорывом в изучении динамических процессов на наноуровне^[15][16]. Ключевым достижением этого периода стала работа 2012 года, опубликованная в журнале Science, в которой впервые была продемонстрирована возможность получать изображения нейронов в мозге живой мыши с разрешением менее 70 нанометров, что позволило наблюдать за тонкими структурами дендритных шипиков^[17][18].

В 2010 году Хелль задумал концепцию нового метода микроскопии — MINFLUX (MINimal emission FLUXes), который объединял преимущества STED-микроскопии и методов локализации одиночных молекул (PALM/STORM)^[19][20]. В 2016 году его команда разработала первый микроскоп MINFLUX, который позволил оптически разделять молекулы на расстоянии нескольких нанометров^[21]. Первая научная статья, описывающая метод, была опубликована в журнале Science в 2017 году. В ней демонстрировалась возможность определять положение флуоресцентных молекул с точностью до одного нанометра^[22][23]. В последующие годы технология была усовершенствована для отслеживания быстрых молекулярных перемещений (2018)^[24] и получения трёхмерных многоцветных изображений клеточных структур (2020).

Дальнейшее развитие концепции привело к созданию в 2021 году метода MINSTED (MINimal photon STED), который позволил ещё больше повысить точность локализации^[25]. В 2022 году его группа опубликовала работу, в которой было показано, что наноскопия MINSTED достигла диапазона локализации в один ангстрем^[26]. В 2023 году с помощью новых методов удалось визуализировать движение одиночной белковой молекулы кинезина по микротрубочке^[27]. В 2024 году команда Хелля продемонстрировала возможность оптического измерения внутримолекулярных расстояний с ангстремной точностью с помощью усовершенствованной технологии MINFLUX, опубликовав результаты в журнале Science^[28]. В 2025 году было объявлено о достижении 30-кратного увеличения разрешения во флуоресцентной микроскопии благодаря использованию луча с полосой нулевой интенсивности^[29].

Штефан Хелль известен как наставник для нового поколения учёных. Среди его бывших сотрудников, работавших в его лаборатории в качестве постдоков, есть добившиеся значительных успехов и занимающие видные научные позиции^[30][31]:

• Илария Теста (англ. Ilaria Testa) — во время работы в лаборатории Хелля сыграла ключевую роль в разработке метода микроскопии RESOLFT. Впоследствии стала профессором на факультете прикладной физики в Королевском технологическом институте KTH в Швеции^[30].
• Франсиско Бальсаротти (англ. Francisco Balzarotti) — будучи постдоком в отделе нанобиофотоники Хелля, сыграл центральную роль в разработке метода микроскопии сверхвысокого разрешения MINFLUX. В настоящее время является руководителем исследовательской группы в Научно-исследовательском институте молекулярной патологии (IMP) в Вене (Австрия)^[31].

• Премия Международной комиссии по оптике (2000)^[32]
• Премия Карла Цейса (2002)
• Приз Юлиуса Шпрингера по прикладной физике (2007)^[33]
• Премия Коццарелли (2007)^[34]
• Премия имени Лейбница (2008)^[35]
• Премия Отто Гана (2009)^[32]
• Премия Эрнста Гельмута Витса (2010)^[36]
• Премия Лизе Мейтнер в Гётеборге (2010/2011)^[33]
• Премия Кёрбера (2011)^[32]
• Премия Мейенбурга (2011)^[37]
• Премия Хансена (2011)^[38]
• Научная премия Фонда Фрица Беренса (2012)^[21]
• Золотая медаль Пауля Каррера (2013)^[39]
• Медаль Каруса (2013)^[21]
• Премия Кавли в области нанонаук (2014)^[33]
• Нобелевская премия по химии (2014)^[40]
• Медаль Гленна Т. Сиборга (2015)^[41]
• Орден «За заслуги перед землёй Баден-Вюртемберг» (2015)^[33]
• Большой крест со звездой ордена «За заслуги перед ФРГ» (2016)^[33]
• Медаль Вильгельма Экснера (2016)
• Onsager Medal, Норвежский университет естественных и технических наук (2016)
• Кольцо Вернера фон Сименса (2022)^[42]