科學帶來的不止是高級深奧的知識，還有一些能夠讓人們做出 ” 等等，還可以這樣？”
的吃驚反應，且並不廣為人知的前沿突破。前段時間公布的最新一屆 ” 金鵝獎 “（Gloden Goose
Awards）正是專門為後者準備的獎項，共有三項神奇的科學發現獲得了這個看上去有些特別的獎項。其中既有成本僅為 1
美元，卻極大推動不發達地區公共衛生和科學建設的紙質顯微鏡；也有本來是副業，後來卻催生了強效止痛劑 ziconotide
並重塑神經科學領域的芋螺毒素。而最令人驚嘆的，是一次實驗室事故讓諾獎技術走進普通人的生活，幫助數千萬人摘下了眼鏡。
圖片來源：Pixabay
作者 Meredith Asbury
翻譯 阿金
編輯 魏瀟
將近 30 年前，美國密歇根大學（University of
Michigan）超快光學中心（CUOS）的一名研究生在實驗室中遭遇了一場意外事故，激光導致他的一隻眼睛受了傷。幸運地是，他恢復得很快，此後也沒有受到持續性影響。然而，激光在他視網膜上灼燒出的微小精準的圓形傷痕，讓一項令人激動的合作就此產生。八年之後，一套被稱作無刃
LASKI
的視力矯正手術誕生了，它使用飛秒激光而不是精密的手術刀切入人類角膜，然後重塑其形，提高患者視力。
從 2002 年起，已有 2400 萬人受益於無刃
LASIK，這種手術限制了併發症，擴大了有資格接受手術的患者範圍，如今已是業內的標準操作。
只需一記 ” 脈衝 “
1953 年，查爾斯 · H · 湯斯（Charles H.
Townes）通過受激輻射創造出首個微波放大技術，簡稱脈澤（maser），由此讓世界認識了激光技術的原理。儘管他遭遇了眾多沒有意識到這項技術多麼有價值的人的質疑，但科學界就此開始探索創造更強烈的激光脈衝的方法。
美國能源部（U.S. Department of Energy）將超快科學定義為 ”
研究原子、分子或者材料在百萬甚至十億分之一秒內發生各種現象的過程 “。直至上世紀 80
年代，激光領域似乎達到了強度上限。然而，1985 年，美國羅徹斯特大學（Unviersity of
Rochester）教授、法國物理學家熱拉爾 · 穆魯（Gerard
Mourou）使用更強大的激光脈衝展開實驗，想方設法在不重建激光的條件下提升強度。穆魯團隊隸屬於羅徹斯特大學激光能量學實驗室（Laboratory
for Laser Energetics, LLE），由美國能源部資助成立。
穆魯後來回憶說，靈感是有一次在他坐滑雪纜車時閃現的。當時，他看到纜車上的座椅張開又合攏，想到也許可以對激光脈衝做同樣的事兒。他假設，將脈衝在空間上先分離開並增大強度，它們重新匯聚之後就可能會產生更強的激光。唐娜
· 斯特里克蘭（Donna Strickland）當時是羅徹斯特大學為數不多攻讀物理學博士的女生之一，她加入了
LLE，並被分派到穆魯的超快科研團隊，協助檢驗導師的理論。
兩人一起開發出啁啾脈衝放大技術（chirped pulse
amplification，CPA），這種光學技術可產生短小、強烈的激光脈衝，從而精準蒸發靶點，同時不會對周圍材料產生附帶傷害。這一發現為穆魯和斯特里克蘭贏得了
2018 年的諾貝爾物理學獎。科學進展讓激光技術的峰值強度一飛衝天，開創了不少嶄新的研究和實際應用領域。
2018 諾貝爾物理學獎得主。圖片來源：諾獎官網截圖
眨眼之間
從 1991 年至 2001 年，穆魯在美國國家科學基金會（NSF）科學技術中心建立並領導了超快光學中心（CUOS），並將
CPA 技術帶到了密歇根大學。在這段時期，他們使用這一技術來理解化學反應，並用它來凍結其他反應，但醫學領域尚未在考慮範圍之內。
在 CUOS，有幾個研究生在穆魯博士的實驗室工作，其中包括了 1993 年進入實驗室的杜德濤（Detao
Du）。他後來回憶說雖然被分配了實驗項目，但也可自由探索自己感興趣的內容。在尋找回答覆雜研究問題的過程中，曾發生過一場他不願再細想的事故。杜德濤說有一天晚上自己
” 肯定是太累了
“，在對準實驗室飛秒激光鏡的時候，不小心摘掉了護目鏡。紅外線激光能以極快的速度發射能量，因此他無意間暴露在實驗室最強大的可控激光能量中。他說自己捕捉到一束散亂射出的光束（並不是激光主光束），看到一記閃光。本能告訴他自己的眼睛經歷了不可見的傷害，需要找個醫生檢查一下，確保眼睛沒有受傷。
圖片來源：Pixabay
杜德濤去了密歇根大學凱洛格眼科中心（Kellogg Eye Center）接受檢查。在那裡，正接受住院醫師第二年訓練的羅恩 ·
庫爾茨（Ron
Kurtz）被召來評估損傷。在評估過程中，庫爾茨觀察到激光在視網膜中心留下了一系列精確的激光灼傷點，呈現非常精確且完美的圓形，與當時臨床中看到的其他激光灼傷都不相同。檢查完后，庫爾茨和穆魯團隊碰了頭，他們主要是為了加強實驗室激光安全，還一起研究了他們研發的激光是否有臨床應用價值。萬幸的是，經歷了這次實驗事故的杜德濤很快從激光帶來的視網膜灼傷中恢復了過來。穆魯的實驗室也逃過一劫，並未因發生事故而關閉。當時這位還未將諾獎攬入懷中的物理學家，無論如何也沒有想到，自己開發的飛秒激光技術還能在物理學以外的領域大展身手。
命運般的邂逅
自此，庫爾茨與杜德濤合作，重點觀察了使用飛秒激光脈衝對（人體）組織和其他材料造成的損傷閾值。在這次實驗事故發生后一年多的
1994 年，他們在一次光學會議上講述了自己的發現。會上他們遇到了蒂博爾 · 尤哈斯（Tibor
Juhasz），這位來自美國加利福尼亞大學爾灣分校（University of California, Irvine
）的研究員，正好也在研究飛秒激光在眼科領域的應用。1987
年之前，尤哈斯還曾在穆魯的實驗室做過幾年博士后。會議結束后沒多久，某天清晨，他接到了自己前導師的電話，邀請他去密歇根大學參與飛秒激光眼科手術的應用研發。
當時，密歇根大學也意識到這一研究的潛力，它既能產生社會影響，又能帶來經濟效益，於是承諾投入大學研究基金，協助擴大並加速研究。另外的資金贊助還來自美國國立衛生研究院（NIH）以及
NSF 的小型企業創新研究項目（SBIR）。因此，庫爾茨、尤哈斯和 CUOS
實驗室共同合作，研發出了不傷害周邊組織的視力矯正手術新方法。
到了 1997 年，庫爾茲和尤哈斯創立了 IntraLase，這是一家將無刃 LASIK
技術商業化實現屈光手術（更熟悉的名稱是視力矯正手術）的獨立公司。儘管他們的初創公司擁有幾種可能的應用方向，但他們選定看上去最有前途的眼角膜手術。所研發的手術方案通過使用飛秒激光而不是以往用來切開角膜的傳統手術刀，來重塑患者的視力。
到了 2001
年，經過幾年成功的臨床研究，這種技術最終獲得了美國食品藥品監督管理局（FDA）的批准，他們推出了全球第一款商用飛秒激光設備。公司得到了美國安娜堡企業發展基金會（Enterprise
Development Fund of Ann Arbor）的初輪種子投資，另外還收穫了 NIH、NSF
以及大學科技轉化部門的小型企業創新研究（SBIR）經費支持。2004 年，IntraLase 上市，成功賺取 8400
萬美元。2007 年，美國眼力健公司（Advanced Medical Optics）以 8080 萬美元的價格收購了
IntraLase。後來，IntraLase 進入強生視覺視力健（Johnson & Johnson
Vision）旗下。如今，根據《克雷恩底特律商報》（Crain 』 s Detroit
Business）的評估，InterLase 是密歇根大學孵化的最成功初創企業之一。
飛秒激光近視矯正手術。圖片來源：Public Domain,
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8215343
為未來應用設定標準
飛秒激光方法最終取代了金屬刀片，甚至趕上了一直被認為是視力恢復手術的標準技術——準分子激光。由於飛秒激光的精準切割，與前幾代手術方法相比，這些無刃方法往往意味著更小的併發症風險。自推出以來，每年飛秒激光手術的數量已經增長至
200 到 300 萬例，超過 3000
萬人受益於該技術。用飛秒激光進行視力手術的應用不斷發展，並廣為接受，如今已經成為全球最常實施的矯正手術之一。
從一場實驗室意外，到 CUOS 實驗室的合作項目，包括羅恩 · 庫爾茨和蒂博爾 ·
尤哈斯在內的多位研究人員繼續探索著飛秒激光的其他應用潛力，尤其涉及最常見的眼科疾病，例如青光眼和白內障。2008
年，兩人再次聯手研發了飛秒激光白內障手術。如今，這一技術在白內障手術中的覆蓋率大約在 15%
左右。目前，一家由尤哈斯領導的美國加利福尼亞初創公司 ViaLase 正在研發新方法，通過使用飛秒激光更有效地治療青光眼。
感謝他們的研究，我們中的許多人如今能夠更清晰地觀賞這個世界。