這張顯微鏡圖像展示了從一個單一生物細胞中釋放的綠色激光。
作為光通信、數(shù)據(jù)存儲，以及其他許多現(xiàn)代技術(shù)的核心，激光通常是由無生命的固體、液體或氣體所產(chǎn)生的。如今，兩位美國科學(xué)家研制出了世界上第一束生物激光。以一個單細胞為基礎(chǔ)，有朝一日，生物激光或許能夠用于光基療法，進而殺死位于身體內(nèi)部的癌細胞。
50多年前發(fā)明的激光在本質(zhì)上是一個光放大器。它通過用電、化學(xué)方法或另一束激光將氣體、液體或固體中的原子或分子“激發(fā)”到一個更高的能級來進行操作。一旦激發(fā)，“受激”原子中的一個將最終衰變并釋放出一個光子，而這個光子將開始撞擊其他激發(fā)態(tài)的原子，并在這一過程中釋放出新光子的“洪流”。這些光子通過在兩個鏡面之間來回反彈而進一步放大它們的數(shù)量。其中一個鏡面只有部分鍍銀，以便讓一些光線能夠以典型的聚焦束的形式釋放出去。
美國波士頓市哈佛醫(yī)學(xué)院的物理學(xué)家Malte Gather和Seok-Hyun Yun如今解決了如何在一個活體細胞中復(fù)制這一過程的問題�！拔覀冊诠ぷ鞯拈_始著眼于生物激光的動機在很大程度上是一種科學(xué)好奇心�！盙ather說，“去年恰逢激光誕生50周年。我們意識到，盡管人們用許多不同類型的材料制造激光，但生物學(xué)物質(zhì)卻從未扮演過一個重要角色�！�
Gather和Yun的生物激光的關(guān)鍵是綠色熒光蛋白（GFP）??自從這種分子于上世紀(jì)60年代早期在水母（Aequorea victoria）體內(nèi)被發(fā)現(xiàn)以來，它不斷被證明對生物學(xué)家是非常有用的，這部分緣于活體細胞通過生物程序能夠很容易地合成這種分子。Gather和Yun用源自人體腎臟的細胞完成了這一過程，并加入了用于編碼GFP的脫氧核糖核酸（DNA）。研究人員隨后將一些產(chǎn)生了GFP的細胞置于兩面鏡子之間??它們的距離僅僅相當(dāng)于一個細胞的寬度，即只有約20微米。
為了發(fā)出激光，細胞中的GFP需要被另一束激光??約1毫微焦耳的低能藍光脈沖??所激發(fā)。通常情況下，藍光只能夠使GFP在細胞中發(fā)出熒光，也就是說，隨機向所有方向發(fā)光。但是在緊密的光學(xué)共振腔內(nèi)，光線被來回反彈，將GFP的發(fā)射放大為一束連貫的綠光。雖然這種激光很微弱，但能被清晰地探測到，而用于生成激光的這個細胞仍然存活。研究人員在6月12日的《自然?光子學(xué)》雜志網(wǎng)絡(luò)版上報告了這一研究成果。
美國馬里蘭州巴爾的摩市約翰?霍普金斯大學(xué)的材料科學(xué)家Qingdong Zheng推測，這種生物激光能夠在新型傳感器或光基治療中找到應(yīng)用，例如，這種激光的使用通過使已有藥物產(chǎn)生反應(yīng)從而殺死癌細胞。他說：“這是一項很棒的工作�！�
Gather和Yun也對自己的這種裝置在治療上的發(fā)展?jié)摿芨信d趣。盡管生物激光尚處于研發(fā)的最早期階段，但他們預(yù)測，從長遠來看，它可能有助于光通信的主干從無生命的電子設(shè)備向生物技術(shù)轉(zhuǎn)移。Gather表示，這將使開發(fā)直接的人機界面變得更為容易??即大腦的神經(jīng)細胞用閃爍的激光作為其運作信號，從而能夠被一個外部設(shè)備捕捉到。例如，這樣的裝置將使得殘疾人能夠在沒有鼠標(biāo)或鍵盤的情況下使用計算機。
對于這項成果的應(yīng)用前景，研究人員提出了幾種可能。首先，由于不同的細胞結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的激光在光學(xué)性質(zhì)上有差異，可以通過分析最后得到的光，來研究細胞和機體組織；第二，目前醫(yī)學(xué)上有一種光基療法，可把對光敏感的藥物送到要醫(yī)治的機體部位，然后用光照來激發(fā)藥效，如果在這種療法中能用上“細胞激光器”，也許可以增進療效。
不過研究人員也表示，要完全實現(xiàn)在機體組織內(nèi)部產(chǎn)生激光，還要解決一個問題，即如何在機體組織內(nèi)形成一個光學(xué)共振腔，而不是像本次研究那樣利用外部的兩面小鏡子。
但或許生物激光最迷人的方面來自于其本質(zhì)上是活體的特性。在傳統(tǒng)類型的激光中，產(chǎn)生激光的介質(zhì)會隨著時間而退化，直至停止工作。然而，對生物激光而言，細胞能夠持續(xù)合成新的GFP。Gather說：“我們或許能夠制造可自我修復(fù)的激光�！�
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