阿瑟·阿什金：让光成为奇迹工具

张家伟 付一鸣

随着人类的研发和技术应用走入更高阶段，我们往往要不断地“钻牛角尖”，比如在实验室中观测并分析极其微小的病毒、分毫不差地在眼球上进行微创手术等。要实现这些难度极高的操作，我们需要驾驭光，让光成为奇迹工具。

美国科学家阿瑟·阿什金被许多人认为是“光学捕获”之父，他是激光科学领域的巨人之一。阿什金在贝尔实验室长达40年的卓越职业生涯中，发现了如何让激光推、拉和抓住微小物体，如小介电粒子、细胞和DNA等生物分子。在其最著名的实验中，阿什金和朱棣文以及其他合作者仅用光冷却和捕获单个原子。

2018年诺贝尔奖授予阿瑟·阿什金等三位科学家，以表彰他们在激光领域的杰出成就。阿什金发明了一种光学镊子，它采用一束高度匯聚的激光形成三维势阱来捕获、操纵极其微小的粒子，也就是说，让激光将小粒子推向光束中心，并将它们固定在那里，从而更好地操纵它们。1987年，阿什金在这方面取得了实质突破。他在不伤害活细菌的情况下，成功用光镊捕获了它们。同时，阿什金则专注于使用光镊捕捉和研究各种各样的生物，包括烟草花叶病毒、各种细菌、红细胞和藻类植物，而且不会损伤它们。他继续探索内部细胞结构，用光镊操纵细胞质和细胞器，并将其描述为“内部细胞手术的一种形式”。

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。”

有了通过驾驭光而形成的新工具，人们可以操纵和移动原子、病毒和其他活细胞。阿什金的发明让科研人员有机会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分子马达，探讨其中的运作机制。如今在许多生物实验室中，光镊已经是标配的设备。