走近諾贝尔奖

2015年1月，本刊曾在开年第1期开设专栏《走近诺贝尔奖》，此后共连载15期，旨在介绍近年诺贝尔自然科学奖的一些获奖情况，让广大读者朋友进一步了解科学、爱科学，提高科学素养。

2015年10月，当我们正在制作第12期专栏的时候，传来了振奋人心的喜讯：我国科学家屠呦呦获2015年诺贝尔生理学或医学奖。我们惊喜不已！似乎我们之前开设这个专栏都是为获此奖、报道此奖所做的铺垫。于是我们将第13期专栏《走近诺贝尔奖》特设为2016年第1期特别策划《呦呦之蒿，中国神药》，介绍了屠呦呦研究青蒿素和获诺贝尔奖的艰难历程。

之后，我们收到不少读者来信，纷纷表示非常喜欢这个栏目。因此，从本期开始，我们将继续连载这个栏目，用通俗的语言介绍诺贝尔自然科学奖的最新情况。

——编者

近100年来，激光是继核能、电脑、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”“最准的尺”“最亮的光”。激光自发明以来，科学家就在不断提升其性能、开发其新功能，取得了一个又一个令人瞩目的成果。美国科学家阿瑟·阿什金、法国科学家热拉尔·穆鲁以及加拿大科学家唐娜·斯特里克兰是激光研究领域的佼佼者，他们因善于驾驭激光而获得了2018年诺贝尔物理学奖。

把激光打造成镊子

如何抓取单个细胞、细菌、分子等尺寸很小的东西？这是一件十分困难的任务，其难度超过我们的想象。这不仅是因为这些小东西小到我们肉眼看不到，连普通的光学显微镜也看不到，得依赖电子显微镜才能看到。更为令人烦恼的是，这些小东西并不是乖乖地待在那里等你去抓取，而是不停地在一个小范围内四处乱窜。因此，科学家要抓住它们很难，也就难以对它们做较为深入的研究。

要是在40年前，想抓住这些小东西，会让人感觉比登天还难，至少那时候已经有航天员登上了月球。然而，激光的发明却让人们捕捉这些小东西变得具有可能性。1917年，爱因斯坦提出，原子受激辐射会发光，他称之为激光。1960年5月15日，美国科学家西奥多·梅曼制造出红宝石激光器，并获得了波长为0.6943微米的激光。这是人类有史以来获得的第一束激光，梅曼因而也成为世界上第一个将激光引入实用领域的科学家。

1987年，阿什金发现了一种方法，可以让那些并不安分守己的小家伙束手就擒。这种方法就是利用激光做镊子，科学家称之为光镊。需要说明的是，光镊只是一个抓取工具，它本身没有显微作用。也就是说，光镊实际上是安装在显微镜上的一个辅助研究工具。

虽然名为光镊，但是和我们平常使用的镊子相比，无论外表还是使用原理，都大不相同。实际上，光镊并非用两道激光来夹小东西，而是用一道强度适宜的激光束形成一个陷阱（更加学术的说法是三维势阱）。如果以激光束形成光场的中心划定一个几微米方圆的区域，你将会观察到一旦微小物体进入这个区域，就会自动迅速地坠落到光场的中心，就像猎物坠入陷阱一样。因此，科学家又把困住其中把持物体的区域称为“光阱”，相应的技术称作光学捕捉。光镊将细胞、分子等小东西关在这个陷阱里，让它们不能乱动。此时，我们就可以对这些小东西进行更进一步的研究了。

光镊有啥用

发明光镊之后，阿什金用它捕捉到了一个活的细菌，而且没有对这个细菌带来任何伤害。然后，他有时固定这个细菌进行细菌内的研究，也可以移动它到指定位置，以便研究细菌和生活环境的关系。在没有光镊之前，科学家很难固定细胞、细菌、病毒等微小的“活物”，通常得“弄死”（灭杀）它们后进行研究。有了光镊，科学家可以操纵和移动分子、病毒和其他活细胞，还有显微世界中的其他小东西。

瑞典皇家科学院院士埃娃·林德罗特接受采访时说：“有了这种光镊，我们能够抓取分子，把它们移动到你想要的地方，并对它们展开操作。这是非常实用的工具，事实上我们也经常使用它。”

阿什金的发明对分子生物学家的帮助最大，让科研人员可以在不破坏细胞膜的前提下，深入分析细胞内发挥关键作用的细胞器和分子器件，并探索细胞内部物质和能量的转化原理。2013年时，生物学家已能用激光镊子夹住单个细胞。例如，从血液中分离出单个血红细胞，用于镰刀状血红细胞贫血症或疟疾治疗研究。