你见过“活”的激光吗?哈佛医学院及马萨诸塞州总医院(Massachusetts General Hospital)的研究学者们研发出世界首个“活体生物激光”,该激光由单个人类活细胞生成,可用于人体内的微生物成像及定向光疗法,有助于研究电子系统和生物系统之间的相互作用。
“活体生物激光”由增益介质(gain medium)组成,增益介质是激光的光增益来源,能够吸收外部能量、激发原子及分子并转化成为高能状态。多数激光使用半导体、晶体或气体作为增益介质,而“活体激光”采用绿色荧光蛋白(GFP)。研究人员们对人体活细胞进行遗传学改造,使其能表达绿色荧光蛋白,从而将光子放大成为超短脉冲激光。这种绿色荧光蛋白从水母中提取,当它曝露在蓝色光线下能放射出绿色的光芒。
首先,研究学者们向一英寸(约2.54厘米)深的容器中填满绿色荧光蛋白溶液,然后将镜子放在容器的两头。他们启动光脉冲,让荧光蛋白放大光能输入至超短激光脉冲。这证明了绿色荧光蛋白能够作为激光的增益介质。
其次,研究小组对人类胚胎肾细胞进行基因工程改造,使其能表达荧光蛋白,并将单个细胞植入两面镜子中间,每边相隔20微米。当细胞置于蓝色的光线之中时,细胞发出绿色荧光。镜子起到光共振腔的作用,让光线多次往复穿透细胞,放大光线成为裸眼可见的绿色光束。
而细胞的球面形状正好可作为镜头,使光线重新聚焦,使较少的能量就能产生激光。另外,在整个发射激光的过程中,细胞保持存活,能够产生几百条激光脉冲。
研发人员之一、尔曼光医学中心(Wellman Cernter of Photomedicine)的马尔特·盖瑟(Malte Gather)说,“活体生物激光”具有相当的医学用途,例如,它可以用来活化需要光的药物,或者成为新的成像形式(紫外灯在人体内很难穿透可视)。再或许,“活体生物激光”能够启动人体内的光通讯及光计算,用活体系统取代电子系统。
世界首例“活体生物激光”
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