В наши дни лазеры применяются чуть ли не повсеместно, начиная от указок и кончая новейшими видами вооружения. А сейчас исследователи пытаются создать квантовые генераторы на основе живых клеток.
Подробности здесь таковы…
Как известно, лазер — это попросту усилитель света. Действие его основано на «накачке» атомов рабочего тела и переводе их на более высокий энергетический уровень. Затем возбужденные атомы возвращаются на первоначальный уровень, вернув полученную энергию в виде фотонов.
Эти фотоны, сталкиваясь с другими возбужденными атомами, выбивают из них новые фотоны, имеющие ту же частоту и фазу, что и исходные. В итоге излучение растет лавинообразно и, прорываясь сквозь полупрозрачное зеркало, создает характерный узконаправленный лазерный луч.
Гарвардские ученые Мэльт Гэтер и Сек-Хьюн Юнь нашли способ применить эту схему в живой биологической клетке. «Когда мы только приступили к экспериментам, создание «биологического лазера» было для нас чем-то вроде научной забавы, — поясняет профессор Гэтер. — Но оказалось, что такой лазер может оказаться полезным…»
Ключевым компонентом предложенной учеными схемы стал зеленый флуоресцентный белок (GFP), весьма популярный среди современных биологов. Белок этот, ген которого выделен из клеток медузы и легко переносится в другие организмы, светится зеленым при освещении его синим светом.
Мы уже рассказывали вам о том, что за «открытие и применение различных форм зеленого флуоресцентного белка» была присуждена Нобелевская премия по химии за 2008 год (см. «ЮТ» № 2 за 2009 г.) японцу Осаме Симомуре, а также американцам Мартину Чалфи и Роджеру Тсиену. Поведали и о том, что обычно биологи использовали его в качестве удобной и наглядной световой метки во время своих экспериментов. Так ученые Эдинбургского университета (Шотландия) внедрили ген медузы в ДНК картофеля. В итоге получилось растение, которое светится в ультрафиолетовых лучах. Генетики полагают, что такую картошку имеет смысл высаживать по краям поля, где она будет выполнять роль своеобразного датчика, сигнализируя об испытываемой собратьями жажде. Ведь светиться куст начинает лишь при недостатке влаги в почве.
Токийские исследователи за работой.
В 1997 году токийские ученые внедрили светящийся ген подопытным мышам, чтобы было удобно изучать процесс распространения в организме новых лекарственных препаратов для лечения онкологических заболеваний. Используют светящиеся гены в качестве маркеров и ряде других научных исследований.
Ну, а теперь Мэльт Гэтер и Сек-Хьюн Юнь не только перенесли кодирующий GFP-ген в культуру человеческих клеток, но затем стимулировали в них синтез этого белка и поместили клетки в узкое — шириной примерно в размер одиночной клетки — пространство между парой зеркал. Осталось «накачать» систему синим светом, для чего был использован лазер, пульсирующий слабыми, с энергией около 1 нДж, импульсами. Такая стимуляция заставляет GFP флуоресцировать, испуская фотоны во всех направлениях. Однако внутри «лазерной установки» фотоны отражаются, возвращаясь на GFP и усиливая его свет, создавая когерентный луч зеленого цвета.
По мнению экспертов, подобные «биолазеры» могут найти применение в медицине будущего, послужат эффективными сенсорами и инструментами, способными работать внутри человеческого организма — скажем, точно уничтожая клетки опухоли.
Так выглядят активные клетки под микроскопом.
Но еще интересней другое следствие живой сущности «биолазера». Дело в том, что в большинстве типов современных лазеров рабочее тело со временем деградирует, снижая свои характеристики. А вот живые клетки способны к самовосстановлению, что позволяет им синтезировать новые количества GFP по мере разрушения старых.
Такие лазеры обещают оказаться очень долговечными.
По материалам зарубежных источников