走近諾貝爾獎

2015年1月，本刊曾在開年第1期開設專(zhuan) 欄《走近諾貝爾獎》，此後共連載15期，旨在介紹近年諾貝爾自然科學獎的一些獲獎情況，讓廣大讀者朋友進一步了解科學、愛科學，提高科學素養(yang) 。

2015年10月，當我們(men) 正在製作第12期專(zhuan) 欄的時候，傳(chuan) 來了振奮人心的喜訊：我國科學家屠呦呦獲2015年諾貝爾生理學或醫學獎。我們(men) 驚喜不已！似乎我們(men) 之前開設這個(ge) 專(zhuan) 欄都是為(wei) 獲此獎、報道此獎所做的鋪墊。於(yu) 是我們(men) 將第13期專(zhuan) 欄《走近諾貝爾獎》特設為(wei) 2016年第1期特別策劃《呦呦之蒿，中國神藥》，介紹了屠呦呦研究青蒿素和獲諾貝爾獎的艱難曆程。

之後，我們(men) 收到不少讀者來信，紛紛表示非常喜歡這個(ge) 欄目。因此，從(cong) 本期開始，我們(men) 將繼續連載這個(ge) 欄目，用通俗的語言介紹諾貝爾自然科學獎的最新情況。

——編者

近100年來，激光是繼核能、電腦、半導體(ti) 之後，人類的又一重大發明，被稱為(wei) “最快的刀”“最準的尺”“最亮的光”。激光自發明以來，科學家就在不斷提升其性能、開發其新功能，取得了一個(ge) 又一個(ge) 令人矚目的成果。美國科學家阿瑟·阿什金、法國科學家熱拉爾·穆魯以及加拿大科學家唐娜·斯特裏克蘭(lan) 是激光研究領域的佼佼者，他們(men) 因善於(yu) 駕馭激光而獲得了2018年諾貝爾物理學獎。

把激光打造成鑷子

如何抓取單個(ge) 細胞、細菌、分子等尺寸很小的東(dong) 西？這是一件十分困難的任務，其難度超過我們(men) 的想象。這不僅(jin) 是因為(wei) 這些小東(dong) 西小到我們(men) 肉眼看不到，連普通的光學顯微鏡也看不到，得依賴電子顯微鏡才能看到。更為(wei) 令人煩惱的是，這些小東(dong) 西並不是乖乖地待在那裏等你去抓取，而是不停地在一個(ge) 小範圍內(nei) 四處亂(luan) 竄。因此，科學家要抓住它們(men) 很難，也就難以對它們(men) 做較為(wei) 深入的研究。

要是在40年前，想抓住這些小東(dong) 西，會(hui) 讓人感覺比登天還難，至少那時候已經有航天員登上了月球。然而，激光的發明卻讓人們(men) 捕捉這些小東(dong) 西變得具有可能性。1917年，愛因斯坦提出，原子受激輻射會(hui) 發光，他稱之為(wei) 激光。1960年5月15日，美國科學家西奧多·梅曼製造出紅寶石激光器，並獲得了波長為(wei) 0.6943微米的激光。這是人類有史以來獲得的第一束激光，梅曼因而也成為(wei) 世界上第一個(ge) 將激光引入實用領域的科學家。

1987年，阿什金發現了一種方法，可以讓那些並不安分守己的小家夥(huo) 束手就擒。這種方法就是利用激光做鑷子，科學家稱之為(wei) 光鑷。需要說明的是，光鑷隻是一個(ge) 抓取工具，它本身沒有顯微作用。也就是說，光鑷實際上是安裝在顯微鏡上的一個(ge) 輔助研究工具。

雖然名為(wei) 光鑷，但是和我們(men) 平常使用的鑷子相比，無論外表還是使用原理，都大不相同。實際上，光鑷並非用兩(liang) 道激光來夾小東(dong) 西，而是用一道強度適宜的激光束形成一個(ge) 陷阱（更加學術的說法是三維勢阱）。如果以激光束形成光場的中心劃定一個(ge) 幾微米方圓的區域，你將會(hui) 觀察到一旦微小物體(ti) 進入這個(ge) 區域，就會(hui) 自動迅速地墜落到光場的中心，就像獵物墜入陷阱一樣。因此，科學家又把困住其中把持物體(ti) 的區域稱為(wei) “光阱”，相應的技術稱作光學捕捉。光鑷將細胞、分子等小東(dong) 西關(guan) 在這個(ge) 陷阱裏，讓它們(men) 不能亂(luan) 動。此時，我們(men) 就可以對這些小東(dong) 西進行更進一步的研究了。

光鑷有啥用

發明光鑷之後，阿什金用它捕捉到了一個(ge) 活的細菌，而且沒有對這個(ge) 細菌帶來任何傷(shang) 害。然後，他有時固定這個(ge) 細菌進行細菌內(nei) 的研究，也可以移動它到指定位置，以便研究細菌和生活環境的關(guan) 係。在沒有光鑷之前，科學家很難固定細胞、細菌、病毒等微小的“活物”，通常得“弄死”（滅殺）它們(men) 後進行研究。有了光鑷，科學家可以操縱和移動分子、病毒和其他活細胞，還有顯微世界中的其他小東(dong) 西。

瑞典皇家科學院院士埃娃·林德羅特接受采訪時說：“有了這種光鑷，我們(men) 能夠抓取分子，把它們(men) 移動到你想要的地方，並對它們(men) 展開操作。這是非常實用的工具，事實上我們(men) 也經常使用它。”

阿什金的發明對分子生物學家的幫助最大，讓科研人員可以在不破壞細胞膜的前提下，深入分析細胞內(nei) 發揮關(guan) 鍵作用的細胞器和分子器件，並探索細胞內(nei) 部物質和能量的轉化原理。2013年時，生物學家已能用激光鑷子夾住單個(ge) 細胞。例如，從(cong) 血液中分離出單個(ge) 血紅細胞，用於(yu) 鐮刀狀血紅細胞貧血症或瘧疾治療研究。