活體細(xì)胞激光器在顯微鏡下運(yùn)作的圖像
（激光光斑的隨機(jī)模式源于細(xì)胞不規(guī)則的內(nèi)部結(jié)構(gòu)）

這是科學(xué)家第一次用活體生物材料制作激光器：僅用到單個(gè)人體細(xì)胞和一些水母蛋白質(zhì)。


“激光器開始于物理學(xué)的研究，人們一直將其看成技術(shù)工藝器件”，激光物理學(xué)家Seok-Hyun Yun這樣說，“這是我們第一次使用生物材料搭建激光器并從這些活體組織得到激光”。哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院和波士頓麻省總醫(yī)院研究員Seok-Hyun Yun和他的同僚Malte Gather開發(fā)了這個(gè)生物激光器，該成果發(fā)表于2011年6月12日的《自然光子學(xué)》雜志。

搭建一個(gè)激光器要求兩個(gè)條件：進(jìn)行光放大的激光材料（即增益介質(zhì)）和反射鏡組成的光學(xué)諧振腔來形成能量集中的準(zhǔn)直光束。直到現(xiàn)在，激光增益介質(zhì)一直都采用非生物物質(zhì)如摻入元素的晶體、半導(dǎo)體或氣體等材料。而文中研究者采用了增強(qiáng)型綠色熒光蛋白質(zhì)（GFP），這是一種使水母發(fā)光的物質(zhì)并已經(jīng)被廣泛用于細(xì)胞生物學(xué)進(jìn)行熒光標(biāo)記。

Yun的研究小組構(gòu)建人體胚胎細(xì)胞產(chǎn)生GFP，然后將單個(gè)細(xì)胞放置于兩個(gè)距離僅有20微米反射鏡形成的光學(xué)腔中。當(dāng)他們用藍(lán)光激發(fā)細(xì)胞時(shí)，就會(huì)發(fā)出肉眼能見的準(zhǔn)直激光，而且在此過程中細(xì)胞不會(huì)受到損傷。

據(jù)Yun介紹，與傳統(tǒng)激光器相比，這個(gè)生物激光器的光束“微小”而且亮度也“相當(dāng)弱”，但這個(gè)“漂亮的綠色”亮度比水母熒光高一個(gè)數(shù)量級(jí)。

照亮生物學(xué)

對(duì)于怎么利用該技術(shù)，Yun和Gather有許多特別的想法。

他們建議生物學(xué)家將感興趣的細(xì)胞變成激光器進(jìn)行研究。發(fā)射光特定的波長與細(xì)胞結(jié)構(gòu)和內(nèi)部蛋白質(zhì)有關(guān)。Yun說：“通過分析其光學(xué)模式，你可以得到一些想法知道細(xì)胞內(nèi)正在發(fā)生什么”。

他們也建議一些可能的醫(yī)學(xué)應(yīng)用。今天，醫(yī)生使用激光在體內(nèi)成像和輻射細(xì)胞治病。Yun認(rèn)為激光可以在體內(nèi)產(chǎn)生和放大，這樣能夠在組織中穿透更深。

但更多的工作需要先解決，包括建立激光器使其能夠在實(shí)際的生物器官中工作。Yun設(shè)想將納米光學(xué)腔集成到激光細(xì)胞上。他說這些技術(shù)正在出現(xiàn)，一旦成熟就可以用來產(chǎn)生組織內(nèi)自我激射的單細(xì)胞。

不少專家都稱贊這項(xiàng)有趣的創(chuàng)新工作。加州大學(xué)爾灣分校生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)家Michael Berns表示這項(xiàng)技術(shù)“非常精巧”，他說：“我已經(jīng)在細(xì)胞和激光方面工作了40年，從來沒想到這個(gè)研究”。但他認(rèn)為該技術(shù)可能更適合單細(xì)胞研究而非醫(yī)學(xué)應(yīng)用，并指出需要外部光源泵浦細(xì)胞激光器的過程在體內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)，這將限制該技術(shù)只能在薄組織、細(xì)胞培養(yǎng)或懸浮液中應(yīng)用。

（作者：Zoe Corbyn）