Nature新闻：首个人类细胞生物激光发生器

　　

生物通报道  来自Nature官网的新闻报道，哈佛医学院及麻省总医院的科学家们首次利用生物材料包括单个人体细胞和水母荧光蛋白制成了一种生物激光发生器。这一研究成果在线发表在6月12日的《自然光子学》（Nature Photonics）杂志上。

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“一直以来激光被视为是一种物理学现象，科学家借助各种机械装置来生成激光，”哈佛大学医学院和麻省总医院光物理学家Seok-Hyun Yun说：“这是我们第一次利用人类细胞制造出激光发生器。”

激光的生成有两个必不可少的要素：实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大作用的物质体系（又称为激光增益媒质）以及有具有一定几何形状和光学反射特性的两块放射镜按特定的方式组合而成的光学共振腔。直到现在激光增益媒质还主要是由非生物物质比如晶体、半导体或气体组成。在新研究中，研究人员利用一种可使水母发光的绿色荧光蛋白作为了激光增益媒质。

研究人员对一些人胚肾细胞进行了基因工程改造，使其能够生成一种绿色荧光蛋白（GFP）。这种绿色荧光蛋白在用蓝光照射时，会发出绿色荧光。然后将单个细胞放置在由两面镜子组成的光学共振腔中，共振腔的宽度仅为20微米。当用蓝光照射细胞时，研究人员看到了一束定向的激光束，而生成激光的细胞并未受到损伤。

“相比于常规的激光，生成的激光束更窄更微弱，”Seok-Hyun Yun说：“但比之自然的绿色荧光蛋白的荧光亮度却增加了一个数量级，且显示非常漂亮的绿光。”

目前研究人员对于这一技术未来的应用前景提出了一些可能。首先，由于不同细胞的结构及其物质存在差异使得它们各自生成的是具有独特发射光谱的激光。通过对这些激光进行分析，可以用于研究细胞内事件。此外，还有可能投入医学应用。目前临床上医生们常利用激光获取身体影像，或用激光攻击细胞治疗疾病。Seok-Hyun Yun认为或可通过在体内生成或增益新型激光的方式推动激光在临床医学中更深入的应用。

不过研究人员同时也表示目前还需开展更多的研究工作以实现在真正的活体生物中生成激光。为了实现这一目标，Yun的实验小组正在考虑将一个纳米级的光学共振腔导入到生物激光发生细胞中去，以求构建出能在组织中“自发激光”的细胞。

专家们高度称赞其为一项极其有趣且富有创造力的研究工作。“这真是太美妙了，”加州大学的生物医学工程师Michael Berns赞叹道：“我从事细胞及激光研究工作已经40年了，却从而想到过如此的做法。”

（生物通：何嫱）