據(jù)報道，美國馬薩諸塞州綜合醫(yī)院研究人員成功利用表達了綠色熒光蛋白（GFP）的腎臟細胞產(chǎn)生了一種納秒級的激光脈沖，首次用單個活細胞作為增益介質(zhì)產(chǎn)生了激光。相關(guān)論文將于近日發(fā)表在《自然·光子學》雜志上。
產(chǎn)生激光通常要有3個要素，第一是光源，第二是受激產(chǎn)生激光的“增益介質(zhì)”，第三是將所產(chǎn)生的光聚攏到一起的“光學共振腔”。哈佛醫(yī)學院皮膚病學副教授、 論文作者尹淑賢（韓國名）博士說，激光發(fā)明50年來，通常都是用合成材料如晶體、染料、純凈氣體作為光學增益介質(zhì)，光脈沖在兩面鏡子間來回反射，在這些介 質(zhì)中被放大。而我們選擇了能表達綠色熒光蛋白（GFP）的腎臟細胞作為增益介質(zhì)。
GFP蛋白最初是在水母中發(fā)現(xiàn)，可在不添加其他酶的情況下誘導發(fā)光。研究人員給一個直徑約20微米寬、1英寸（2.5厘米）長的圓筒兩邊裝上鏡子作為光學 共振腔，共振腔內(nèi)裝滿GFP水溶液，再向其中放入腎臟細胞。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，腎臟細胞不僅能產(chǎn)生激光脈沖，而且能像透鏡一樣將光回聚并誘導激光發(fā)射。
更重要的是，該激光設(shè)備中的細胞在發(fā)光過程中仍然存活，能持續(xù)產(chǎn)生數(shù)百次激光脈沖。盡管單個激光脈沖比較微弱，僅持續(xù)幾納秒，但卻很明亮，很容易探測到。
論文主要作者、馬薩諸塞州綜合醫(yī)院馬爾特·加特說，這一成果源于好奇心。由于此前激光均由各種機械裝置生成，他和同事就想，“為什么自然界中沒有生物能制造激光”，產(chǎn)生了用細胞組織試試看的念頭，結(jié)果顯示這是有可能實現(xiàn)的。
對于這項成果的運用前景，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)學上有一種光動力療法，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。
但要在機體組織內(nèi)產(chǎn)生激光，還要解決一個問題，即如何在機體組織內(nèi)形成一個光學共振腔，而不是像本次研究那樣利用外部的兩面小鏡子。“下一步，我們希望能 在細胞里植入一種類似于鏡盒的結(jié)構(gòu)作為光學共振腔。而我們的長期目標是找到一種方法，將無生命的光通訊和計算機拓展到生物技術(shù)領(lǐng)域，這在一些涉及電子與生 物組織轉(zhuǎn)換界面的項目上尤其重要。”馬爾特·加特補充說。
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