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無損激光3學者奪物理獎 光鑷移動細胞 切割技術應用眼心手術


[2018-10-02] - 1199人點閱
激光技術對人類貢獻良多,應用範圍包括工業生產、醫學研究、切除人體組織,以至矯視手術等。瑞典皇家科學院昨日宣佈,3名科學家憑激光物理學研究,奪得本年度諾貝爾物理學獎,其中美國科學家阿什金奪得其中一半獎金,另一半獎金則由法國的穆魯和加拿大女科學家斯特里克蘭平分。

科學家於1960年代開始發展激光技術,阿什金不久後已注意到激光不同一般可見光,其光束波長一致,或可用作移動物質,後來成功研究「光鑷」,即利用鏡頭聚焦激光,以加強激光光束的引力,讓粒子移至光束下,被形容為「光之陷阱」。

「啁啾脈衝放大」技術減激光傷害

阿什金其後把研究轉向生物科技,1987年在一次實驗中,發現活細菌也可被激光光束捕捉,但因光束太強而死亡。阿什金最後發現,可利用紅外線激光製造光鑷以鎖住細菌,細菌不但不受破壞,更可在光束下繁殖。科學家此後利用光鑷,仔細研究粒子、細胞、病毒等微細物質,甚至可觀察驅動蛋白和脫氧核糖核酸(DNA)。由於光鑷能移動細胞或病毒,而不會破壞其本身形態,令這項技術在醫學和生物科技上廣泛應用。

科學家多年來亦致力提升激光強度,但發現當激光功率愈來愈大,便可能傷害照射對象。穆魯和斯特里克蘭於1985年發表的論文,正是針對這問題,二人公佈「啁啾脈衝放大」(CPA)技術,先把原有的激光光束分散,再利用放大器加大激光光波的總功率,最後重新壓縮激光,讓光線集中在最小範圍,變成波長極短而強烈的激光脈衝,能量可增強達1,000倍。

白內障心血管手術受惠

激光經CPA加強後的強度極高,足以切割多種物料以至生物組織,而且極為精確,但因波長相當短,故對照射目標沒有影響。本世紀初,科學家更在CPA基礎上研發出「飛秒激光」,對接受照射一方的傷害進一步減少,技術後來應用於矯視、白內障等眼科手術,減少傷害角膜,每年受惠者數以百萬計,經強化後的激光技術亦可用作心血管手術,以至治療癌症等。

諾獎評審讚揚3人大幅提升激光技術的精密程度,為激光物理學帶來革命,技術不但可應用於工業和醫學,未來更有無限潛力,符合以科學造福人群的諾貝爾精神。


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