活體(ti) 細胞激光器在顯微鏡下運作的圖像
（激光光斑的隨機模式源於(yu) 細胞不規則的內(nei) 部結構）

這是科學家第一次用活體(ti) 生物材料製作激光器：僅(jin) 用到單個(ge) 人體(ti) 細胞和一些水母蛋白質。


“激光器開始於(yu) 物理學的研究，人們(men) 一直將其看成技術工藝器件”，激光物理學家Seok-Hyun Yun這樣說，“這是我們(men) 第一次使用生物材料搭建激光器並從(cong) 這些活體(ti) 組織得到激光”。哈佛大學醫學院和波士頓麻省總醫院研究員Seok-Hyun Yun和他的同僚Malte Gather開發了這個(ge) 生物激光器，該成果發表於(yu) 2011年6月12日的《自然光子學》雜誌。

搭建一個(ge) 激光器要求兩(liang) 個(ge) 條件：進行光放大的激光材料（即增益介質）和反射鏡組成的光學諧振腔來形成能量集中的準直光束。直到現在，激光增益介質一直都采用非生物物質如摻入元素的晶體(ti) 、半導體(ti) 或氣體(ti) 等材料。而文中研究者采用了增強型綠色熒光蛋白質（GFP），這是一種使水母發光的物質並已經被廣泛用於(yu) 細胞生物學進行熒光標記。

Yun的研究小組構建人體(ti) 胚胎細胞產(chan) 生GFP，然後將單個(ge) 細胞放置於(yu) 兩(liang) 個(ge) 距離僅(jin) 有20微米反射鏡形成的光學腔中。當他們(men) 用藍光激發細胞時，就會(hui) 發出肉眼能見的準直激光，而且在此過程中細胞不會(hui) 受到損傷(shang) 。

據Yun介紹，與(yu) 傳(chuan) 統激光器相比，這個(ge) 生物激光器的光束“微小”而且亮度也“相當弱”，但這個(ge) “漂亮的綠色”亮度比水母熒光高一個(ge) 數量級。

照亮生物學

對於(yu) 怎麽(me) 利用該技術，Yun和Gather有許多特別的想法。

他們(men) 建議生物學家將感興(xing) 趣的細胞變成激光器進行研究。發射光特定的波長與(yu) 細胞結構和內(nei) 部蛋白質有關(guan) 。Yun說：“通過分析其光學模式，你可以得到一些想法知道細胞內(nei) 正在發生什麽(me) ”。

他們(men) 也建議一些可能的醫學應用。今天，醫生使用激光在體(ti) 內(nei) 成像和輻射細胞治病。Yun認為(wei) 激光可以在體(ti) 內(nei) 產(chan) 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(jue) ，包括建立激光器使其能夠在實際的生物器官中工作。Yun設想將納米光學腔集成到激光細胞上。他說這些技術正在出現，一旦成熟就可以用來產(chan) 生組織內(nei) 自我激射的單細胞。

不少專(zhuan) 家都稱讚這項有趣的創新工作。加州大學爾灣分校生物醫學工程學家Michael Berns表示這項技術“非常精巧”，他說：“我已經在細胞和激光方麵工作了40年，從(cong) 來沒想到這個(ge) 研究”。但他認為(wei) 該技術可能更適合單細胞研究而非醫學應用，並指出需要外部光源泵浦細胞激光器的過程在體(ti) 內(nei) 難以實現，這將限製該技術隻能在薄組織、細胞培養(yang) 或懸浮液中應用。

（作者：Zoe Corbyn）