生物光子学1-绪论01.ppt

近年来，生物光子学的发展非常迅速，出现了许多前沿学科，比如单分子检测和追踪、超衍射极限成像、多模式复合功能成像、纳米光子学、光动力疗法、小型化的检测与成像等； 各种新技术在生物医学中获得迅速而广泛的应用：激光扫描显微镜、激光光源、OCT以及生物发光等； 由于单个细胞中的遗传变异的逐渐积累导致癌症等疾病的发生。因此生物医学光子学能够提供可鉴别编码于人类基因组中导致癌症发生的基因子集的工具。人们正在研发光子技术，以识别可以区别癌变细胞与正常细胞的分子变化，这种技术最终有助于表征及预测癌细胞的病理行为和细胞对药物治疗的反应。 本 章 小 结 * 简要说说生物光子学的定义。 试列举激光在生命科学研究或/和临床诊断及治疗中的应用？举2-3例。 Quiz * 我的研究 生物光子学 双光子激发荧光以及荧光寿命成像显微技术 非线性/超分辨光学成像技术 光学成像技术的生物医学应用研究 光谱技术 激光诱导击穿光谱技术 Raman光谱技术 * 国家自然科学基金项目 用于在分子水平监测癌细胞和药物-细胞相互作用的多模态光学方法研究 基于原子和分子光谱技术的远程多参量物质成份分析方法研究 陕西省自然科学基金项目：用于癌症早期诊断的双光子荧光多参量内窥成像技术研究 中央高校基本科研业务费项目 基于单分子定位的宽场超分辨荧光寿命成像技术 基于扫描相机的双光子荧光多参量内窥成像技术 基于高密度点阵激发和随机扫描的多焦点多光子显微技术 合作单位 深圳大学（屈军乐） 纽约州立大学水牛城分校（ Paras N Prasad ） 华中科技大学（骆清铭） 【学院新闻】物光院校友骆清铭当选美国医学与生物工程院会士 * * * * * Britton Chance * * * 1.1 生物光子学的形成与发展 激光： 激光就是受激辐射光放大（Laser） 它提供了一种激发组织、疾病诊断、组织切除以及介入治疗的光源。 爱因斯坦提出了光子和受激发射的假设， Arthur Schawlow 和Charles Townes发表文章，提出了在可见光以及红外光波段实现激发谐振的可能， 1960年Maiman发明了第一台激光器（红宝石激光器），开创了激光技术新领域。 激光的优点：单色性、高方向性和高能量密度等。对生物医学光子学的发展产生了巨大的影响： 激光已用于疾病诊断中的光源以及外科手术中的光刀。 可与插入内窥镜的光纤耦合，用来做疾病在体诊断。 * 1.1 生物光子学的形成与发展 光纤探头用于癌症的在体激光诱导诊断，激光诱导荧光（LIF）已经被用于胃肠道的内窥检查，直接诊断癌症，而无需病人进行活检。在组织上每一点的LIF测量时间大约0.6秒，光纤探头插入内窥镜的活检通道（A），光纤探头轻轻地接触检测的胃肠道组织的表面（B） * 1.1 生物光子学的形成与发展 具有高精度以及感染和失血率小等优点，可用计算机控制激光的强度和方向，从而减少人为过失。 广泛地用于进行皮肤手术：除皱、消除纹身、胎记、切除肿瘤和疣以及其他类型的赘生物等；治疗人眼：矫正视力、治疗青光眼以及由糖尿病引起的眼部疾病；可将激光与外科手术结合用于身体其他部位病变的治疗：心脏、前列腺、咽喉等，还可以打通堵塞动脉，去除由肿瘤引起的阻塞。 * 1.1 生物光子学的形成与发展 微芯片： 激光提供了一种新的激发手段，然而传感器、探测器及其附属电路的小型化以及批量生产从根本上改变了对分子、组织和器官在活体和离体状态下的探测和成像方式。 微芯片技术基于大规模集成电路的发展和广泛应用，微芯片技术保证了可以低成本地制作微电子电路和光子探测器如PDA、CCD相机以及CMOS等，具有广阔的市场，使得这些器件在生物医学光谱以及分子成像等领域获得了广泛的应用，影响了生物医学光子学的众多领域：MRI、CT、核医学、光核超声成像等 Moore定律（1965 ）：芯片的尺寸继续减小，而实现每个功能的成本呈负指数下降。 * 1.1 生物光子学的形成与发展 现代光学传感器阵列芯片采用CMOS技术进行组装，微芯片技术实现了微电子电路（微芯片）的组装和光子设备如光二极管阵列（PDA）、电荷耦合器件（CCD）相机以及互补金属硅氧化物（CMOS）传感器阵列等的极低成本和大批量生产，从而开拓了广阔的市场，并使得这些器件在生物医学光谱以及分子成像等领域获得广泛应用。 * 1.1 生物光子学的形成与发展 纳米技术: 对1－100nm尺度的材料进行研究和开发的技术 纳米技术对生物医学中的许多重要领域产生了革命性的变化，尤其是在分子和细胞水平上的诊断和治疗，将分子纳米技术和光子学结合，可以利用纳米器件对原子和分子进行操纵，在细胞水平上具有非常广泛的生物医学应用。如 纳米探针、纳米机器人、纳米激光、纳米诊断和治疗…；光镊和微纳操作等。 未来世界？纳米机