雖然聽起來像是科幻小說，但聖安德魯斯大學的研究人員正是按照活人心髒的節奏來設計出一種微型激光器，以提高對心力衰竭的理解，並幫助開發更有效的治療方法。

由聖安德魯斯大學物理與(yu) 天文學學院的Marcel Schubert博士和Malte Gather教授以及聖安德魯斯大學醫學院的Samantha Pitt博士領導的一個(ge) 跨學科研究團隊，將微小的激光器植入單個(ge) 心髒細胞，並通過分析這些激光產(chan) 生的光可以監測心肌的收縮。

這項研究於(yu) 6月15日發表在《自然光子學》雜誌上，而今年恰好是激光器誕生60周年。

為(wei) 了檢查心髒的功能，醫生需要對患者的脈搏進行測量，測量血壓或進行心電圖（ECG），以提供有關(guan) 整個(ge) 心髒的功能和心律的信息，但很少提供有關(guan) 心髒不同部位的信息。

超聲心動圖和其它複雜的方法可以提供更多的局部信息，但進一步的發展，特別是對探索幹細胞或移植組織的治療，將需要跟蹤形成心肌的單個(ge) 細胞的收縮。

至少在用於(yu) 研究人類患者常見的危重心髒病的常規動物模型中，實現這一目標有望提高對心髒病的理解，從(cong) 而實現更有效的治療。

激光器被廣泛應用於(yu) 生物醫學成像，解決(jue) 越來越精細的生命細節，包括繪製心髒細胞的細節。但由於(yu) 激光通常體(ti) 積大且耗電，它們(men) 位於(yu) 心髒之外，隻能將光發送到生物組織的表麵，這嚴(yan) 重限製了它們(men) 能看到的深度。

在這項最新的研究中，微小的激光器被放置在心髒內(nei) ，它們(men) 扮演著顯微鏡探針的角色。隨著心髒的每一次跳動，這些激光器發射出的光的顏色會(hui) 產(chan) 生微小但明顯的變化，從(cong) 而精確地編碼了心髒細胞隨時間的收縮。

英國皇家學會(hui) 聖安德魯斯大學物理與(yu) 天文學院研究員馬塞爾·舒伯特博士說:“這種顏色的變化令人非常驚訝，它被認為(wei) 是由心肌細胞細胞結構中此前未被發現的變化引起的。”

聖安德魯斯大學物理與(yu) 天文學院的Malte Gather教授說:“我們(men) 激光提供的數據與(yu) 醫生記錄的心電圖相似。但在我們(men) 的案例中，它包含了單個(ge) 細胞內(nei) 部工作的機械信息，它來自於(yu) 組織的更深處，比今天其它光學顯微鏡所能看到的更深。”

雖然這項研究仍處於(yu) 早期階段，但目前的研究證明，激光可以解決(jue) 單個(ge) 活細胞和整個(ge) 心髒內(nei) 的快速動態過程。在這種新方法能夠在世界各地的研究實驗室常規應用之前，還需要做更多的工作，但該團隊樂(le) 觀地認為(wei) ，細胞內(nei) 的激光是主流。

微型激光器可以輕鬆批量生產(chan) ，與(yu) 許多現代顯微鏡相比，分析激光發射所需的額外基礎設施相對便宜，並且便於(yu) 其它實驗室使用和修改其方法，研究小組已製定了所有方案，並且該軟件可將激光輸出轉換為(wei) 免費的光學心電圖。

研究小組已經在為(wei) 下一個(ge) 裏程碑而努力，那就是把最近開發的納米激光器變成心髒收縮的光學傳(chuan) 感器。這些激光器比目前研究中使用的微型激光器小1000倍，將進一步增強其通用性和生物相容性，從(cong) 而為(wei) 新方法在長期研究和臨(lin) 床相關(guan) 心髒治療中的應用鋪平道路。

微型激光器的不僅(jin) 有助加深心髒治療的理解，還將徹底改變我們(men) 對包括癌症在內(nei) 的許多疾病的理解。2018年，同樣是聖安德魯斯大學物理學院的研究人員在《自然通訊》上描述了開發的直徑小於(yu) 千分之一毫米的微型激光器，並將其插入活細胞中，例如免疫細胞或神經元。

一旦進入細胞，激光就像一個(ge) 信標，可以報告細胞的位置，甚至可能發送細胞內(nei) 局部情況的信息。

目前，生物學家通常使用熒光染料或熒光蛋白來跟蹤細胞的位置。用微型激光器取代這些細胞，使科學家能夠跟蹤更多的細胞，而不會(hui) 忘記哪個(ge) 細胞是哪個(ge) 細胞。這是因為(wei) 每個(ge) 激光器產(chan) 生的光隻有一個(ge) 波長。

相比之下，染料會(hui) 平行地產(chan) 生多種波長的光，這就意味著人們(men) 不能準確地從(cong) 超過四到五種不同的染料中區分光——染料的顏色變得太相似了。相反，研究人員現在已經證明，可以製造出數以千計的激光器，每個(ge) 激光器產(chan) 生的光的波長略有不同，並且可以非常確定地將它們(men) 區分開來。

這種新型激光器以小圓盤的形式出現，比大多數細胞的細胞核要小得多。它們(men) 由半導體(ti) 量子阱材料製成，以提供最明亮的激光發射，並確保激光的顏色與(yu) 電池的要求兼容。

來自物理與(yu) 天文學院的安德裏亞(ya) ·迪·法爾科博士表示:“我們(men) 的工作是由複雜的納米技術促成的。聖安德魯斯的一個(ge) 新的納米製造設備使我們(men) 能夠製造出迄今為(wei) 止已知的最小的激光器。這些內(nei) 化的傳(chuan) 感器，類似於(yu) RFID微芯片，可以在細胞進食時跟蹤它們(men) ，與(yu) 相鄰的細胞互動，穿過狹窄的障礙物，而不需要調整它們(men) 的行為(wei) 。”

聯合測試微型激光器的博士生Alasdair Fikouras和皇家學會(hui) 研究員Marcel Schubert博士對新激光器平台的前景非常興(xing) 奮:“新激光器可以幫助我們(men) 以與(yu) 以前完全不同的方式研究如此多的緊迫問題。我們(men) 現在可以跟蹤單個(ge) 癌細胞，了解它們(men) 何時以及如何變得具有侵襲性。”