近日，天津大學精密儀器與光電子工程學院超快激光研究室在飛秒激光對細胞內離子調控方面的工作取得了重大進展，研究成果發(fā)表在國際頂級期刊Nature Photonics雜志(影響因子為29.2)上。這篇題為Manipulation of cellular light from green fluorescent protein by a femtosecond laser的論文(doi:10.1038/nphoton.2012.207，目前已經在線發(fā)表)報道了飛秒激光與人類癌細胞相互作用時一系列離子過程的變化，實驗證明，這種離子變化是激光可控的，并且這種可控性可以對細胞內表達的綠色熒光蛋白在綠-紅熒光轉換中起到精確的調控作用。此項研究首次證實飛秒激光可以可控地定量地調節(jié)細胞內的多種離子，對于未來的光控細胞過程和疾病治療具有重要價值。

綠色熒光蛋白（GFP）是生命科學研究中一種非常重要的熒光蛋白，2008年，因為對GFP的發(fā)現和研究，錢永健等人獲得了諾貝爾化學獎。一直以來，GFP被認為只能發(fā)出綠色熒光，且這種熒光僅會被它特有的激發(fā)藍光在長期照射時漂白。超快激光研究室從2010年起在試圖控制飛秒激光對細胞傷害的研究中發(fā)現，單次短時間曝光就會讓GFP漂白。這個過程牽涉到很多細胞內復雜的離子過程，而這些過程卻又是激光可控的。研究表明，一定參數的飛秒激光對細胞的刺激可以排空內質網上的鈣存儲，從而使得細胞膜上鈣通道的打開。這是世界上首次實現了激光對于鈣存儲調控的鈣通道（CRAC）的控制。在此基礎上，進一步的研究表明，細胞內的鈣濃度異常升高會導致活性氧自由基簇的升高，從而使得GFP被氧化漂白，這種漂白來自于GFP蛋白質結構發(fā)光基團的變化。

當然這種漂白過程也可以用來對GFP熒光轉換的控制。2010年，俄羅斯科學家發(fā)現GFP在極強的488 nm連續(xù)激光的掃描下會發(fā)生熒光轉換為紅色的過程。而超快激光研究室課題組經過大量的實驗發(fā)現，波長在GFP熒光激發(fā)帶中的激光都可以實現熒光轉換。這種熒光轉換的速度可以用飛秒激光產生的細胞內氧化性增強來調節(jié)。

該工作是由天津大學精儀學院副教授賀號提出設想和實驗框架，并與南開大學生命科學院曹又佳教授課題組一起合作完成，天津大學博士研究生王劭陽參與了相關的實驗，胡明列教授和王清月教授為該項研究提供了指導并協(xié)助完成數據分析和論文撰寫。哈佛大學的王文芹博士對該工作提出了很多寶貴意見。該工作得到了國家科技部973計劃和自然科學基金委的資助。