Es war möglich, einen Laser basierend auf einer einzigen lebenden Zelle zu erschaffen.
Ohne Laser ist das moderne Leben undenkbar, aber sein spektakulärer Name verschleiert noch heute die einfache, im Allgemeinen wesentliche Essenz des Geräts: Ein Laser ist ein Lichtverstärker. Seine Wirkung basiert darauf, die Atome des Arbeitskörpers zu „pumpen“und sie auf ein höheres Energieniveau zu übertragen. Früher oder später wird eines der angeregten Atome auf sein ursprüngliches Niveau zurückkehren und die Energiedifferenz in Form eines Photons abgeben. Dieses Photon, das mit einem anderen angeregten Atom kollidiert, wird es auch auf ein niedrigeres Energieniveau zurückwerfen – und ein neues Photon erzeugen, das die gleiche Frequenz und Phase wie das ursprüngliche hat. Zufällig gerichtete Photonen werden beispielsweise von den den Arbeitskörper umgebenden Spiegeln abgeschnitten und zu ihm zurückgeleitet. Und die in die richtige Richtung gerichtete Strahlung wächst wie eine Lawine und erzeugt einen charakteristisch eng gerichteten, kohärenten und monochromatischen Laserstrahl.
Und erst neulich fanden die Harvard-Wissenschaftler M alte Gather und Seok-Hyun Yun einen Weg, dieses Schema in einer lebenden biologischen Zelle anzuwenden. „Als wir mit der Aufgabe begannen, konnte die Schaffung eines „biologischen Lasers“als eine Art Kuriosität und wissenschaftlicher Spaß angesehen werden“, erklärt Professor Gather. Tatsächlich haben wir 50 Jahre nach der Erfindung von Lasern sehr viele verschiedene Materialien und Systeme für ihre Verwendung ausprobiert, aber biologische Substanzen haben dabei nie eine bedeutende Rolle gespielt.
Die Schlüsselkomponente des vorgeschlagenen Schemas war das grün fluoreszierende Protein (GFP), ein unglaublich beliebtes Werkzeug im modernen biologischen Labor. Dieses Protein, dessen Gen aus der Qualle isoliert und leicht auf andere Organismen übertragen werden kann, fluoresziert grün, wenn es mit blauem Licht beleuchtet wird, wodurch es als praktische und visuelle Lichtmarkierung verwendet werden kann (weitere Einzelheiten finden Sie im Hinweis „ Beleuchtetes Protein“).
Also übertrugen die Wissenschaftler das Gen, das GFP kodiert, in eine Kultur menschlicher Zellen, stimulierten dann die Synthese dieses Proteins in ihnen und platzierten die Zellen in einem engen – etwa die Größe einer einzelnen Zelle – Zwischenraum zwischen einem Paar von Spiegeln. Es bleibt, das System mit blauem Licht zu „pumpen“, wofür ein blauer Laser verwendet wurde, der mit schwachen Impulsen mit einer Energie von etwa 1 nJ pulsierte. Wie unter normalen Bedingungen bewirkt diese Stimulation, dass das GFP fluoresziert und Photonen in alle Richtungen emittiert. In der "Laseranlage" werden die Photonen jedoch reflektiert, kehren zum GFP zurück und verstärken sein Licht, wodurch ein kohärenter grüner Strahl entsteht.
Laut Experten können solche "Biolaser" in der Medizin der Zukunft weit verbreitet sein und als effektive Sensoren und Werkzeuge dienen, die in unserem Körper arbeiten können - sagen wir genau, "gezielt" Krebszellen zerstören.
Aber noch interessanter ist eine andere Folge der lebendigen Essenz des "Biolasers". Tatsache ist, dass sich die Arbeitsflüssigkeit bei den meisten Arten moderner Laser mit der Zeit verschlechtert und ihre Eigenschaften verringert. Die erstaunliche Fähigkeit lebender Zellen zur Selbstreparatur ermöglicht es ihnen jedoch, immer mehr GFP zu synthetisieren, wenn die alten zerstört werden. Ein solcher Laser hat keine Angst vor der Zeit.
