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跨領域應用廣 光學鑷子獲諾貝爾肯定

邱慕天 2018/10/02 21:59 點閱 14817 次
2018年諾貝爾物理學獎3位得主:亞瑟‧阿許金(Arthur Ashkin,美國籍)、傑哈爾‧莫戶(Gérard Mourou,法國籍),以及唐娜‧史崔克蘭(Donna Strickland,加拿大籍)(photo by NobelPrize.org)
2018年諾貝爾物理學獎3位得主:亞瑟‧阿許金(Arthur Ashkin,美國籍)、傑哈爾‧莫戶(Gérard Mourou,法國籍),以及唐娜‧史崔克蘭(Donna Strickland,加拿大籍)(photo by NobelPrize.org)

【台灣醒報記者邱慕天綜合報導】利用光學研究,帶來生醫領域大突破!2018年諾貝爾物理學獎頒給了以美國科學家亞瑟‧阿許金(Arthur Ashkin)等人做出的「雷射物理學」特殊貢獻。他在1970年首倡以雷射光操控物質的可能,並逐步精進和研究出了「光學鑷子(optical tweezers)」,廣泛應用於物理、化學、生物、材料、環境、工業與通訊領域。

半世紀成果

「用光學鑷子夾起一串DNA,研究微小的分子發動機中的物理原理。你可以把DNA完全弄直,或者把分子發動機停下來。」這是MyOOPS開放式課程〈光學鑷子和應用〉一門課上的課程導論。而這些發展多虧了亞瑟‧阿許金(Arthur Ashkin)從1970年至今近半世紀來不懈的研究。

瑞典皇家瑞典科學院週二(2日)在斯德哥爾摩宣布諾貝爾物理獎得主,高達9百萬瑞典克朗(約新台幣3061萬)的獎金由三國物理學家合得。其中阿許金因開發了「光學鑷子(又名雷射光鉗)」,允許精密的雷射光束在物理上操作微組織和微生物,因而得到總獎金一半的肯定。

傑哈爾‧莫戶(Gérard Mourou,法國籍),以及唐娜‧史崔克蘭(Donna Strickland,加拿大籍)則各分得獎金的4分之1,以表彰他們在製成「高強度、超短光脈衝」的貢獻。

跨領域貢獻

阿許金在1980年曾成功的將光學鑷子應用在抓取大腸桿菌的生物實驗上。後續科學家發現光學鑷子在生醫領域的應用潛力廣泛,在於它允許人們精確的操作微米級 (mm) 的粒子,在不穿破細胞膜的情況下,對活細胞中的各個部分施以無破壞性的遠距操控。

應用在染色體和遺傳基因上的生醫實驗上,光學鑷子技術為遺傳工程學和其他生物科技的研究開拓了全新的領域。

阿許金在獲獎後婉拒受訪。1922年9月出生的他今年已96歲,但他向委員會表示自己「現在正忙著發表新論文」。

清華大學物理系教授王道維接受《台灣醒報》專訪表示,「雷射物理學」是在二十年來飛快成長的領域,主要是利用雷射光源的量子同調性(quantum coherence)設計出各種單一頻率、極窄頻寬、超高強度或瞬間脈衝的光源。基於相關工作所發現的光學陷阱與冷原子物理已分別在1997與2001年得到諾貝爾獎。光學鑷子更是現今每個研究型大學物理系所必備的教學實驗,有廣泛的應用範圍。

遺珠之憾

根據《科學內幕》網站分析,今年的物理諾獎也有遺珠,包括近年效能突飛猛進的「鈣鈦礦太陽能電池」(日本桐蔭橫濱大學的光電化學與能源科學教授宫坂力),以及由愛因斯坦在《相對論》提出、貝爾提出「貝爾不等式」論證,並在近年阿蘭.阿斯佩(Alain Aspect)用實驗驗證的「量子纏節」現象。

近年以「降低甚至凍結光速」的慢速光研究的哈佛大學團隊,由蓮娜‧豪爾(Lene Hau),也被認為是打破諾貝爾物理獎「女性詛咒」黑馬之一,有待來年評委肯定。



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