通过受激耗尽猝灭相干控制光遗传开关

光遗传学是生物技术中一项革命性的新领域，通过向细胞信号通路中基因插入光敏蛋白来实现对活细胞生物功能的光学控制。光遗传开关的应用正在迅速扩展，但该技术受到光谱串扰的阻碍：兼容生化生色团的吸收谱较宽，限制了可独立控制的开关数量，并限制了每个开关的动态范围。在本工作中，我们开发并实现了一种非线性光学光开关能力，即受激耗尽猝灭（SDQ），其通过利用分子对超短激光脉冲的独特动态响应来克服光谱串扰。SDQ 被用于增强对 Cph8 的控制，Cph8 是一种基于光可逆光敏色素的、设计用于控制大肠杆菌中基因表达的光遗传开关。Cph8 开关无法通过线性光开关完全转换为其生物非活性态（$P_{FR}$），因为光谱串扰会引起反向光开关反应使其 revert 回活性态（$P_{R}$）。SDQ 选择性地阻止该反向反应，同时允许正向反应进行。该概念验证实验的结果为未来使用最优脉冲整形进一步增强对 Cph8 的控制并实现多个光遗传开关的同步复用控制奠定了基础。