隨著激光技術、光譜技術、顯微技術以及光纖技術的飛速發展，它們(men) 在生物科學的研究與(yu) 醫學診斷中的應用與(yu) 醫學診斷中的應用越來越深入和廣泛，已成為(wei) 現代生命科學中的重要工具，並為(wei) 之帶來革命性變化。

　　熒光探劑與(yu) 激光掃描共焦顯微術

　　激光掃描共焦顯微術的基本原理是，在細胞內(nei) 一個(ge) 任意選定的深度上將激光束聚焦成線度接近單個(ge) 分子的極小的斑點，並在細胞內(nei) 一定深度的層麵上進行掃描，通過光學係統，即可得到細胞一個(ge) 層麵的清晰圖象。連續改變激光的聚焦深度，在一係列的層麵上進行掃描，最後獲得整個(ge) 細胞的三維圖象。利用目前已達上千種與(yu) 細胞內(nei) 不同分子（或離子）特異性結合的熒光探針，人們(men) 就可以直接觀測活細胞中各種重要生物分子的位置、運動以及與(yu) 其它分子的相互作用等。例如觀測細胞骨架上的微管、微絲(si) 與(yu) 中間纖維，觀察信號轉導通路上的各種重要的酶與(yu) 信使分子，還可利用基因重組技術將自身已有的熒光蛋白引入細胞，用激光掃描共焦顯微鏡研究基因的表達、細胞內(nei) 蛋白質的相互作用與(yu) 細胞內(nei) 的“交通”等。熒光探針和熒光蛋白與(yu) 激光共焦顯微術的結合，使人們(men) 能夠看到細胞內(nei) 一個(ge) 既複雜又異彩紛呈的世界。

　　多光子熒光成像技術

　　目前，共焦顯微成像術使用的是可見光波段的氬離子激光器，因此可能引起活細胞的損傷(shang) 。利用多光子，如多光子激發，至少有以下三個(ge) 優(you) 點：一是由於(yu) 近紅外光激發，故對活細胞的損傷(shang) 大大減小；二是在組織中由於(yu) 近紅外光比可見光的透光率高，因此可觀測樣品中更深層的熒光成像；三是許多用在可見區甚至紫區的熒光探劑照樣可以使用。這種技術主要是使用高強度紅外激光，使雙光子的激發效率與(yu) 短波長的單光子相當。現在已有一些激光器滿足這一要求。

　　光鉗和單分子操作

　　光鉗（Optical tweezer）技術誕生於(yu) 20世紀80年代，發展於(yu) 90年代。其基本原理是：當一個(ge) 微粒（如一個(ge) 與(yu) 生物大分子結合的矽珠）處於(yu) 一個(ge) 強度按高斯分布的激光光束中時，由於(yu) 光場強度的空間變化，光束將對微粒產(chan) 生一種梯度壓力，驅使其移向光束中心，並使其穩定在那裏。這樣，激光束就似“鉗子”將粒子牢牢地鉗住，並令其隨光束人為(wei) 地移動。光鉗施加在微粒上的壓力取決(jue) 於(yu) 光的波長、光束的寬度及功率等。當激光器的功率為(wei) 幾毫瓦到幾瓦時，施加於(yu) 尺寸為(wei) 微米大小的微粒上的力大約為(wei) 幾個(ge) 到幾百皮(10-10)牛頓。為(wei) 了不使激光被生物組織強烈吸收，為(wei) 了不使激光被生物組織強烈吸收，光鉗一般使用近紅外激光器光源。光鉗技術的重要應用是，用以研究和觀測與(yu) 肌肉收縮、細胞分裂、蛋白質合成等密切相關(guan) 的一類蛋白質——分子馬達。研究時，將一個(ge) 微米大小的矽珠或聚苯乙烯珠與(yu) 這些分子馬達接在一起，在顯微鏡下用光鉗鉗住小珠，啟動分子馬達，就可以測量出分子馬達運動時產(chan) 生的力。德國學者已經用激光在卵細胞膜上打孔，用光鉗將精子抓住並送入卵細胞，大大提高了體(ti) 外受精的成功率。今後，新一代的光鉗將具備施力的反饋機製，使光鉗加在捕捉的離子上的力能改變其大小，從(cong) 而研究影響分子馬達的各種因素。光鉗還可以用來對細胞進行各種加工等。因此，光鉗將在細胞工程技術方麵發揮重要的作用。