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        阿瑟·阿什金:讓光成為奇跡工具

        2021-02-22 12:48:17張家偉付一鳴
        科學(xué)導(dǎo)報(bào) 2021年9期
        關(guān)鍵詞:生物

        張家偉 付一鳴

        隨著人類的研發(fā)和技術(shù)應(yīng)用走入更高階段,我們往往要不斷地“鉆牛角尖”,比如在實(shí)驗(yàn)室中觀測并分析極其微小的病毒、分毫不差地在眼球上進(jìn)行微創(chuàng)手術(shù)等。要實(shí)現(xiàn)這些難度極高的操作,我們需要駕馭光,讓光成為奇跡工具。

        美國科學(xué)家阿瑟·阿什金被許多人認(rèn)為是“光學(xué)捕獲”之父,他是激光科學(xué)領(lǐng)域的巨人之一。阿什金在貝爾實(shí)驗(yàn)室長達(dá)40年的卓越職業(yè)生涯中,發(fā)現(xiàn)了如何讓激光推、拉和抓住微小物體,如小介電粒子、細(xì)胞和DNA等生物分子。在其最著名的實(shí)驗(yàn)中,阿什金和朱棣文以及其他合作者僅用光冷卻和捕獲單個(gè)原子。

        2018年諾貝爾獎(jiǎng)授予阿瑟·阿什金等三位科學(xué)家,以表彰他們在激光領(lǐng)域的杰出成就。阿什金發(fā)明了一種光學(xué)鑷子,它采用一束高度匯聚的激光形成三維勢阱來捕獲、操縱極其微小的粒子,也就是說,讓激光將小粒子推向光束中心,并將它們固定在那里,從而更好地操縱它們。1987年,阿什金在這方面取得了實(shí)質(zhì)突破。他在不傷害活細(xì)菌的情況下,成功用光鑷捕獲了它們。同時(shí),阿什金則專注于使用光鑷捕捉和研究各種各樣的生物,包括煙草花葉病毒、各種細(xì)菌、紅細(xì)胞和藻類植物,而且不會(huì)損傷它們。他繼續(xù)探索內(nèi)部細(xì)胞結(jié)構(gòu),用光鑷操縱細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞器,并將其描述為“內(nèi)部細(xì)胞手術(shù)的一種形式”。

        瑞典皇家科學(xué)院院士埃娃·林德羅特接受采訪時(shí)說:“有了這種光鑷,我們能夠抓取分子,把它們移動(dòng)到你想要的地方,并對它們展開操作,這是非常實(shí)用的工具,事實(shí)上我們也經(jīng)常使用它?!?/p>

        有了通過駕馭光而形成的新工具,人們可以操縱和移動(dòng)原子、病毒和其他活細(xì)胞。阿什金的發(fā)明讓科研人員有機(jī)會(huì)在不破壞細(xì)胞膜的前提下,深入分析細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮關(guān)鍵作用的分子馬達(dá),探討其中的運(yùn)作機(jī)制。如今在許多生物實(shí)驗(yàn)室中,光鑷已經(jīng)是標(biāo)配的設(shè)備。

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