隨著激光技術(shù)、光譜技術(shù)、顯微技術(shù)以及光纖技術(shù)的飛速發(fā)展，它們?cè)谏锟茖W(xué)的研究與醫(yī)學(xué)診斷中的應(yīng)用與醫(yī)學(xué)診斷中的應(yīng)用越來(lái)越深入和廣泛，已成為現(xiàn)代生命科學(xué)中的重要工具，并為之帶來(lái)革命性變化。

　　熒光探劑與激光掃描共焦顯微術(shù)

　　激光掃描共焦顯微術(shù)的基本原理是，在細(xì)胞內(nèi)一個(gè)任意選定的深度上將激光束聚焦成線度接近單個(gè)分子的極小的斑點(diǎn)，并在細(xì)胞內(nèi)一定深度的層面上進(jìn)行掃描，通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)，即可得到細(xì)胞一個(gè)層面的清晰圖象。連續(xù)改變激光的聚焦深度，在一系列的層面上進(jìn)行掃描，最后獲得整個(gè)細(xì)胞的三維圖象。利用目前已達(dá)上千種與細(xì)胞內(nèi)不同分子(或離子)特異性結(jié)合的熒光探針，人們就可以直接觀測(cè)活細(xì)胞中各種重要生物分子的位置、運(yùn)動(dòng)以及與其它分子的相互作用等。例如觀測(cè)細(xì)胞骨架上的微管、微絲與中間纖維，觀察信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路上的各種重要的酶與信使分子，還可利用基因重組技術(shù)將自身已有的熒光蛋白引入細(xì)胞，用激光掃描共焦顯微鏡研究基因的表達(dá)、細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的相互作用與細(xì)胞內(nèi)的交通等。熒光探針和熒光蛋白與激光共焦顯微術(shù)的結(jié)合，使人們能夠看到細(xì)胞內(nèi)一個(gè)既復(fù)雜又異彩紛呈的世界。

　　多光子熒光成像技術(shù)

　　目前，共焦顯微成像術(shù)使用的是可見(jiàn)光波段的氬離子激光器，因此可能引起活細(xì)胞的損傷。利用多光子，如多光子激發(fā)，至少有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是由于近紅外光激發(fā)，故對(duì)活細(xì)胞的損傷大大減小;二是在組織中由于近紅外光比可見(jiàn)光的透光率高，因此可觀測(cè)樣品中更深層的熒光成像;三是許多用在可見(jiàn)區(qū)甚至紫區(qū)的熒光探劑照樣可以使用。這種技術(shù)主要是使用高強(qiáng)度紅外激光，使雙光子的激發(fā)效率與短波長(zhǎng)的單光子相當(dāng)?，F(xiàn)在已有一些激光器滿足這一要求。

　　光鉗和單分子操作

　　光鉗(Opticaltweezer)技術(shù)誕生于20世紀(jì)80年代，發(fā)展于90年代。其基本原理是：當(dāng)一個(gè)微粒(如一個(gè)與生物大分子結(jié)合的硅珠)處于一個(gè)強(qiáng)度按高斯分布的激光光束中時(shí)，由于光場(chǎng)強(qiáng)度的空間變化，光束將對(duì)微粒產(chǎn)生一種梯度壓力，驅(qū)使其移向光束中心，并使其穩(wěn)定在那里。這樣，激光束就似鉗子將粒子牢牢地鉗住，并令其隨光束人為地移動(dòng)。光鉗施加在微粒上的壓力取決于光的波長(zhǎng)、光束的寬度及功率等。當(dāng)激光器的功率為幾毫瓦到幾瓦時(shí)，施加于尺寸為微米大小的微粒上的力大約為幾個(gè)到幾百皮(10-10)牛頓。為了不使激光被生物組織強(qiáng)烈吸收，為了不使激光被生物組織強(qiáng)烈吸收，光鉗一般使用近紅外激光器光源。光鉗技術(shù)的重要應(yīng)用是，用以研究和觀測(cè)與肌肉收縮、細(xì)胞分裂、蛋白質(zhì)合成等密切相關(guān)的一類蛋白質(zhì)分子馬達(dá)。研究時(shí)，將一個(gè)微米大小的硅珠或聚苯乙烯珠與這些分子馬達(dá)接在一起，在顯微鏡下用光鉗鉗住小珠，啟動(dòng)分子馬達(dá)，就可以測(cè)量出分子馬達(dá)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的力。德國(guó)學(xué)者已經(jīng)用激光在卵細(xì)胞膜上打孔，用光鉗將精子抓住并送入卵細(xì)胞，大大提高了體外受精的成功率。今后，新一代的光鉗將具備施力的反饋機(jī)制，使光鉗加在捕捉的離子上的力能改變其大小，從而研究影響分子馬達(dá)的各種因素。光鉗還可以用來(lái)對(duì)細(xì)胞進(jìn)行各種加工等。因此，光鉗將在細(xì)胞工程技術(shù)方面發(fā)揮重要的作用。

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