美國(guó)制成首個(gè)活細(xì)胞激光器

據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)6月13日(北京時(shí)間)報(bào)道，美國(guó)馬薩諸塞州綜合醫(yī)院研究人員成功利用表達(dá)了綠色熒光蛋白(GFP)的腎臟細(xì)胞產(chǎn)生了一種納秒級(jí)的激光脈沖，首次用單個(gè)活細(xì)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(xué)》雜志上。

產(chǎn)生激光通常要有3個(gè)要素：(1)光源；(2)受激產(chǎn)生激光的“增益介質(zhì)”；(3)將所產(chǎn)生的光聚攏到一起的“光學(xué)共振腔”。哈佛醫(yī)學(xué)院皮膚病學(xué)副教授、論文作者尹淑賢(韓國(guó)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(xué)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(dá)綠色熒光蛋白(GFP)的腎臟細(xì)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(dǎo)發(fā)光。研究人員給一個(gè)直徑約20 μm寬、1英寸(2.5 cm)長(zhǎng)的圓筒兩邊裝上鏡子作為光學(xué)共振腔，共振腔內(nèi)裝滿GFP水溶液，再向其中放入腎臟細(xì)胞。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，腎臟細(xì)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(dǎo)激光發(fā)射。更重要的是，該激光設(shè)備中的細(xì)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(gè)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(cè)到。

對(duì)于這項(xiàng)成果的運(yùn)用前景，研究人員提出了幾種可能。首先，由于不同的細(xì)胞結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的激光在光學(xué)性質(zhì)上有差異，可以通過分析最后得到的光，來研究細(xì)胞和機(jī)體組織;第二，目前醫(yī)學(xué)上有一種光動(dòng)力療法，可把對(duì)光敏感的藥物送到要醫(yī)治的機(jī)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(xì)胞激光器”，也許可以增進(jìn)療效。

但要在機(jī)體組織內(nèi)產(chǎn)生激光，還要解決一個(gè)問題，即如何在機(jī)體組織內(nèi)形成一個(gè)光學(xué)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(xì)胞里植入一種類似于鏡盒的結(jié)構(gòu)作為光學(xué)共振腔。而我們的長(zhǎng)期目標(biāo)是找到一種方法，將無生命的光通訊和計(jì)算機(jī)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(xiàng)目上尤其重要?！瘪R爾特·加特補(bǔ)充說。