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在一項獨特的生物學和物理學融合中，研究人員創造了世界上首個活體雷射器。一項新的研究表明，含有作為光學放大器特殊蛋白質的單細胞已被誘導發出綠色雷射。而且，也許令人驚訝的是，細胞在其作為雷射器一部分的短暫過程中存活了下來。
研究人員藉助一種眾所周知的蛋白質實現了這一壯舉，這種蛋白質具有獨特的綠色光芒。 綠色熒光蛋白 (GFP) 最初於 1960 年代從水母中分離出來，已在生物醫學成像中發現了許多用途，包括作為活生物體中基因表達的視覺標記，併為三位 GFP 先驅贏得了 2008 年的諾貝爾化學獎。這項新研究為利用雷射的強度和資訊承載能力的高階生物光子應用打開了大門，但目前尚不清楚可能有哪些用途是可行的。
哈佛醫學院和馬薩諸塞州總醫院的 Malte C. Gather 和 Seok-Hyun Yun 將表達 GFP 蛋白形式（稱為增強型 GFP 或 eGFP）所需的遺傳物質插入到源自人胚腎細胞系的活細胞中。EGFP 是蛋白質的一種常用突變版本，其熒光比水母中的 GFP 更亮。
在 6 月 12 日線上發表於《自然·光子學》雜誌上的一項研究中，Gather 和 Yun 報告稱，透過將攜帶 eGFP 的細胞置於反射光學腔內並用藍色光脈衝照射，從而設計出首個活體雷射器。（大眾科學是自然出版集團的一部分。）在低能量脈衝下，細胞僅透過普通熒光發光。但在某個閾值時，其光學輸出突然發生變化。光線幾乎變得完全顏色均勻（大約 516 奈米波長的純綠色），亮度增加，並變得定向而非漫射。
“你可以用肉眼看到它，”Yun 說。“一旦達到閾值，你就可以看到它。它是漂亮的綠色。”
在雷射發明以來的五十年中，研究人員已設法誘使各種無生命物質發出相干雷射，包括1971 年所謂的食用雷射。“有人使用染料並將其放入明膠中，然後照射泵浦光，並看到雷射從中射出，”Yun 說。“他們稱之為食用雷射，但你不想吃那種染料，因為它有毒。”
1975 年，國家標準局（現在的國家標準與技術研究院）的研究人員利用乙醇的光學特性，用杜松子酒、朗姆酒和伏特加酒製造雷射器。但與有毒的甲醇相比，乙醇是一種較差的雷射介質，該小組在 IEEE《量子電子學雜誌》上報告稱，並得出結論：“很明顯，乙醇有更好的用途。”
但是，在雷射系統中，使用活細胞中的蛋白質作為增益介質來放大光是新穎的。“我相信擁有一個實際上由活體材料產生的雷射器，並且實際上可以作為雷射增益介質存活幾分鐘，這非常新穎，”英格蘭東安格利亞大學的化學家 Steve Meech 說，他在《自然·光子學》雜誌上撰寫了一篇評論文章，對這項研究進行了評述。
這項研究很可能在光子學領域及其他領域引起轟動，但 Meech 指出，尋找應用可能很棘手。“我認為這是這項研究難以回答的問題，”他說。“當然，老科學家的辯護是，‘嬰兒有什麼用？’ 這是 [邁克爾·] 法拉第的一句老話。話雖如此，我花了一些時間試圖為這項研究提出應用，但沒有成功。”
Yun 和他的同事現在正在研究可能的用途；例如，使用雷射系統作為細胞內過程的靈敏監測器。光在諧振腔內來回反射，並在作為雷射發出之前多次穿過細胞，因此研究人員懷疑任何細胞變化都可能在光輸出中被放大。“我們現在正試圖瞭解我們是否可以透過其光學特性獲得有關該細胞的任何資訊，”Yun 說。
目前，這項新發現已經滿足了研究人員的預期目的——只是為了證明這種裝置可以工作。“它實際上來自純粹的求知慾，”Yun 說。“從一開始，我們就有一個願景，讓它在細胞內部工作。”