活体细胞激光器在显微镜下运作的图像
（激光光斑的随机模式源于细胞不规则的内部结构）

这是科学家第一次用活体生物材料制作激光器：仅用到单个人体细胞和一些水母蛋白质。


“激光器开始于物理学的研究，人们一直将其看成技术工艺器件”，激光物理学家Seok-Hyun Yun这样说，“这是我们第一次使用生物材料搭建激光器并从这些活体组织得到激光”。哈佛大学医学院和波士顿麻省总医院研究员Seok-Hyun Yun和他的同僚Malte Gather开发了这个生物激光器，该成果发表于2011年6月12日的《自然光子学》杂志。

搭建一个激光器要求两个条件：进行光放大的激光材料（即增益介质）和反射镜组成的光学谐振腔来形成能量集中的准直光束。直到现在，激光增益介质一直都采用非生物物质如掺入元素的晶体、半导体或气体等材料。而文中研究者采用了增强型绿色荧光蛋白质（GFP），这是一种使水母发光的物质并已经被广泛用于细胞生物学进行荧光标记。

Yun的研究小组构建人体胚胎细胞产生GFP，然后将单个细胞放置于两个距离仅有20微米反射镜形成的光学腔中。当他们用蓝光激发细胞时，就会发出肉眼能见的准直激光，而且在此过程中细胞不会受到损伤。

据Yun介绍，与传统激光器相比，这个生物激光器的光束“微小”而且亮度也“相当弱”，但这个“漂亮的绿色”亮度比水母荧光高一个数量级。

照亮生物学

对于怎么利用该技术，Yun和Gather有许多特别的想法。

他们建议生物学家将感兴趣的细胞变成激光器进行研究。发射光特定的波长与细胞结构和内部蛋白质有关。Yun说：“通过分析其光学模式，你可以得到一些想法知道细胞内正在发生什么”。

他们也建议一些可能的医学应用。今天，医生使用激光在体内成像和辐射细胞治病。Yun认为激光可以在体内产生和放大，这样能够在组织中穿透更深。

但更多的工作需要先解决，包括建立激光器使其能够在实际的生物器官中工作。Yun设想将纳米光学腔集成到激光细胞上。他说这些技术正在出现，一旦成熟就可以用来产生组织内自我激射的单细胞。

不少专家都称赞这项有趣的创新工作。加州大学尔湾分校生物医学工程学家Michael Berns表示这项技术“非常精巧”，他说：“我已经在细胞和激光方面工作了40年，从来没想到这个研究”。但他认为该技术可能更适合单细胞研究而非医学应用，并指出需要外部光源泵浦细胞激光器的过程在体内难以实现，这将限制该技术只能在薄组织、细胞培养或悬浮液中应用。

（作者：Zoe Corbyn）