阿瑟·阿什金：讓光成為奇跡工具

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(cè)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(guó)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(zhǎng)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?cè)诩す忸I(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(shì)阱來(lái)捕獲、操縱極其微小的粒子，也就是說(shuō)，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(shuō)：“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(duì)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。