关于支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。通过购买订阅，您将帮助确保未来能够继续发布关于塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的报道。
在一项独特的生物学和物理学融合中，研究人员创造了世界上首个活体激光器。一项新的研究表明，含有作为光学放大器特殊蛋白质的单细胞已被诱导发出绿色激光。而且，也许令人惊讶的是，细胞在其作为激光器一部分的短暂过程中存活了下来。
研究人员借助一种众所周知的蛋白质实现了这一壮举，这种蛋白质具有独特的绿色光芒。 绿色荧光蛋白 (GFP) 最初于 1960 年代从水母中分离出来，已在生物医学成像中发现了许多用途，包括作为活生物体中基因表达的视觉标记，并为三位 GFP 先驱赢得了 2008 年的诺贝尔化学奖。这项新研究为利用激光的强度和信息承载能力的高级生物光子应用打开了大门，但目前尚不清楚可能有哪些用途是可行的。
哈佛医学院和马萨诸塞州总医院的 Malte C. Gather 和 Seok-Hyun Yun 将表达 GFP 蛋白形式（称为增强型 GFP 或 eGFP）所需的遗传物质插入到源自人胚肾细胞系的活细胞中。EGFP 是蛋白质的一种常用突变版本，其荧光比水母中的 GFP 更亮。
在 6 月 12 日在线发表于《自然·光子学》杂志上的一项研究中，Gather 和 Yun 报告称，通过将携带 eGFP 的细胞置于反射光学腔内并用蓝色光脉冲照射，从而设计出首个活体激光器。（大众科学是自然出版集团的一部分。）在低能量脉冲下，细胞仅通过普通荧光发光。但在某个阈值时，其光学输出突然发生变化。光线几乎变得完全颜色均匀（大约 516 纳米波长的纯绿色），亮度增加，并变得定向而非漫射。
“你可以用肉眼看到它，”Yun 说。“一旦达到阈值，你就可以看到它。它是漂亮的绿色。”
在激光发明以来的五十年中，研究人员已设法诱使各种无生命物质发出相干激光，包括1971 年所谓的食用激光。“有人使用染料并将其放入明胶中，然后照射泵浦光，并看到激光从中射出，”Yun 说。“他们称之为食用激光，但你不想吃那种染料，因为它有毒。”
1975 年，国家标准局（现在的国家标准与技术研究院）的研究人员利用乙醇的光学特性，用杜松子酒、朗姆酒和伏特加酒制造激光器。但与有毒的甲醇相比，乙醇是一种较差的激光介质，该小组在 IEEE《量子电子学杂志》上报告称，并得出结论：“很明显，乙醇有更好的用途。”
但是，在激光系统中，使用活细胞中的蛋白质作为增益介质来放大光是新颖的。“我相信拥有一个实际上由活体材料产生的激光器，并且实际上可以作为激光增益介质存活几分钟，这非常新颖，”英格兰东安格利亚大学的化学家 Steve Meech 说，他在《自然·光子学》杂志上撰写了一篇评论文章，对这项研究进行了评述。
这项研究很可能在光子学领域及其他领域引起轰动，但 Meech 指出，寻找应用可能很棘手。“我认为这是这项研究难以回答的问题，”他说。“当然，老科学家的辩护是，‘婴儿有什么用？’ 这是 [迈克尔·] 法拉第的一句老话。话虽如此，我花了一些时间试图为这项研究提出应用，但没有成功。”
Yun 和他的同事现在正在研究可能的用途；例如，使用激光系统作为细胞内过程的灵敏监测器。光在谐振腔内来回反射，并在作为激光发出之前多次穿过细胞，因此研究人员怀疑任何细胞变化都可能在光输出中被放大。“我们现在正试图了解我们是否可以通过其光学特性获得有关该细胞的任何信息，”Yun 说。
目前，这项新发现已经满足了研究人员的预期目的——只是为了证明这种装置可以工作。“它实际上来自纯粹的求知欲，”Yun 说。“从一开始，我们就有一个愿景，让它在细胞内部工作。”