生物光子学1-绪论01PPT.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,生物光子学1-绪论01,推荐教材及参考资料,普拉赛德（,Paras N Prasad）著，何赛灵译，生物光子学导论,，杭州：浙江大学出版社，,2006,徐可欣，高峰，赵会娟著，生物医学光子学，北京：科学出版社，,2007,张镇西，生物医学光子学新技术及应用，北京：科学出版社，,2008,Tuan Vo-Dinh，Biomedical Photonics Handbook，CRC Press LLC，2003,其他相关教材和文献资料,2,第,1,章,绪 论,生物光子学,生物光子学,它是关于光与生物组织相互作用、所产生的效应及其应用的学科,；,它是交叉于光学、光电子学、生物学、医学、电子学、材料学等诸多领域的新学科,；,其应用涉及到生物学研究、医学疾病诊断、治疗及预防等,；,另外，多学科的相互交叉融合又会为新技术的发展和应用开辟新的途径。,21,世纪是,生物,的世纪,21,世纪是,光子,的世纪,4,量子理论、技术革命、基因科学,生物光子学,Laurin,出版公司,1991,年发行了,Bio-Photonics,杂志,；,国际光学工程学会（,SPIE,）也于,1996,年创办了生物医学光子学的专业期刊,Journal of Biomedical Optics,；,美国光学学会重要的会刊之一,Applied Optics,也于,1996,年将其,“Optical Technology”,栏目更名为,“,Optical Technology and Biomedical Optics,”,；,期刊杂志：,国际会议：,在美国举行的“生物医学光学国际学术研讨会”（,International Biomedical Optics Symposium,，,BiOS,）,；,在欧洲举行的“欧洲生物医学光子学光学会议”（,European Conference on Biomedical Optics,，,ECBO,）等。,在美国哈佛大学、,MIT,和加利福尼亚大学,、英国帝国理工大学、新加坡国立大学和南洋理工大学,等的生物医学工程专业中，生物医学光子学是重要的组成部分。,著名高校：,5,生物光子学,我国：,基金：,1998,年,我国在国家自然科学基金项目指南中就已经形成了,“生物医学光子学”的学科概念,。,2000,年,11,月,在北京举行的第,152,次香山科学会议“生物医学光子学与医学成像若干前沿问题”上，确定,生物医学光子学为国家重点发展和资助的研究方向,。,高校：,清华大学、浙江大学、西安交通大学、天津大学、华中科技大学、福建师范大学、华南师范大学、深圳大学、上光所、西光所等单位在多个研究方向取得了一定的研究,成果。,2016,年会议：,1),第二届海峡两岸纳米生医光电研讨会（,5,月，西安）,2),第八届国际信息光学与光子学学术会议（,CIOP,2016,，,7,月，上海）,3),第五届生物医学工程与生物技术国际学术会议（,ICBEB 2016,，,8,月，杭州）,4),第九届光学与光电子国际学术会议（,SOPO,2016,，,8,月，西安）,5)2016,年亚洲光电子会议（,Photonics Asia 2016,，,10,月，北京）,6,本 章 内 容,1.1,光波的特性,1.2,光波在介质界面上的反射和折射,1.3,光波在金属表面上的反射和折射,1.1,生物光子学的形成与发展,1.2,本课程的内容及结构安排,7,关于生物光子学的基本概念,光子学、生物光子学、生物医学光子学和生物医学光学,光子学与生命科学,学科的发展,历史事件回顾，量子理论革命（光的概念的历史演化）、技术革命（激光、微芯片、纳米技术）、基因组学革命,生物光子学的研究内容,学科前沿,主要内容：,8,本 章 内 容,1.1,生物光子学的形成与发展,光子学：,产生和控制光,以及其它,以光子为单位的辐射能,的技术，光子学的应用范围包括能量的产生、探测、通信以及信息处理等。,9,生物（医学）光子学：,利用光子学设备和技术解决科研人员、设备研发者、临床医生等在医学、生物以及生物技术领域所遇到的问题。,in,Biophotonics,Laurin Publishing,一、关于生物光子学的基本概念：,1.1,生物光子学的形成与发展,生物医学光子学：,定义为将,包含可见光在内的所有波长范围的电磁辐射,用于生物医学应用的科学技术。,这一领域包括对光以及其它形式辐射能量（量子单元为光子）的产生与操纵。,这门学科包括光的吸收、发射、传导、散射、放大、检测等的应用以及将各种各样的方法和技术用于医学应用中，如：激光和其他光源、光纤、电子光学仪器、复杂的微电子机械系统、以及纳米系统等。,生物医学光子学的应用范围包括临床诊断、治疗以及疾病的预防等。,(,in,Biomedical Photonics Handbook,，,Tuan Vo-Dinh,，,CRC Press LLC,，,2003),10,1.1,生物光子学的形成与发展,11,电磁波谱图,1.1,生物光子学的形成与发展,生物医学,光学,Vs.,生物医学,光子学,：,根据一般的定义，,光学是指,“可见光学”,，它是电磁辐射中可被人眼感知；而,光子学包括所有电磁辐射谱内的量子，即光子,，它的定义比光学的定义更广泛。,光子学包括与电磁辐射相关的光学技术与非光学技术，它是电场与磁场空间能量的传递。电磁谱是它的能量范围，从宇宙射线、,射线、,X,射线到紫外、可见光、红外、微波和无线电频率。,生物医学光子学,可定义为,研究所有波长范围的电磁辐射,在医学中的应用的科学与技术。,生物医学光学,则定义为研究,可见光,在医学领域中的应用的科学与技术。,12,1.1,生物光子学的形成与发展,生物光子学：,融合了光子学和生物学，是光子学的延伸，讨论光与生物物质的相互作用。,光子学,生物光子学,生物医学,光子学技术应用于生物医学,生物成像,/,生物传感,光学诊断,基于光的治疗,组织工程学,细胞的光操作,生物医学应用于光子学技术,激光介质,光通信通道,光信号处理,高容量数据存储,生物光子学被定义为光子学与生物医学的融合，同时对两个主要方面说明,13,1.1,生物光子学的形成与发展,关于生物光子学,14,1.1,生物光子学的形成与发展,在人类历史的长河中，光学扮演着非常重要的角色：人类很早就掌握了光的治疗作用。,随着科学技术的出现，光对医学的促进作用逐渐发展并贯穿于人类发展的始终。,17,世纪荷兰人发明了,光学显微镜,，对其后,200,年间的生物学及生物医学的发展起到了非常重要的作用。,细胞理论：,1830s,19,世纪,30,年代，德国植物学家施莱登和动物学家施旺通过光学显微镜观察，发现所有植物体和动物体都是由细胞构成的，它们依照一定的规律排列。在此基础上他们创立了细胞学说。,15,二、光子学与生命科学,1.1,生物光子学的形成与发展,微生物学：,1870s,显微镜提供了一种强大的研究工具。法国化学家和细菌学家路易斯巴,斯德和德国细菌学家罗伯特,科赫创立了疾病的微生物理论。,1895,年，伦琴发现了,X,射线,，,X,射线技术在疾病诊断中获得了广泛的应用。,其它许多科学发现和技术进步，为医学开拓了新的领域并为分子研究、组织分析以及疾病诊断提供了重要的方法。,16,1.1,生物光子学的形成与发展,1665,年,Robert Hooke,详细描述了他的第一台显微镜；,1667,年,Robert Hooke,出版了“,Micrographia,”,Robert Hooke,通过自己设计的复合显微镜片组窥视到了以前看不到的微观世界。,17,1.1,生物光子学的形成与发展,法国化学家和细菌学家路易斯,巴斯德正在用显微镜观察，显微镜提供了一种强大的研究工具，在此基础上，他和罗伯特,科赫（,Robert Koch,，德国细菌学家，医学家，结核菌、霍乱菌发现者，曾获,1905,年诺贝尔生理学,-,医学奖,),创立了疾病的,微生物理论,。,18,从,1895,年伦琴发现,X,射线,100,多年来，,X,射线成像已广泛应用于医学、科研、工业探伤及海关检查等各个领域。,1.1,生物光子学的形成与发展,19,1.1,生物光子学的形成与发展,为了观察透明的样品，改善空间分辨率，发明了其它对比机制，比如相衬显微,(1935-41),微分干涉显微,DIC(1960s),以及共焦显微,(1980s),等,20,1.1,生物光子学的形成与发展,显微技术在许多方面都取得了很大的进展，包括激光技术、探测器技术、超分辨显微等。,21,1.1,生物光子学的形成与发展,双光子及共聚焦系统,22,1.1,生物光子学的形成与发展,荧光显微技术能够提供非常好的对比度，成为生物医学研究及诊断的重要工具。,23,1.1,生物光子学的形成与发展,生物光子学的发展和成长融合了,20,世纪的三大科技革命：,量子理论的革命（,1900,1950s,）,技术革命（,1940s-1950s,）,基因组学革命（,1950s-2000,）,24,三、学科的发展,1.1,生物光子学的形成与发展,量子理论的革命：推动了关于光的概念的演变,17,世纪中叶，牛顿的经典理论（微粒学说）：,为我们对世界的基本物理现象的理解奠定了基础，重塑了科学历史。在其光学著作中，详述了许多光的现象（光的折射、白光的本质、薄膜现象等）以及光学仪器（如显微镜、望远镜等）。牛顿通过三棱镜分光的著名实验证明了光实际上是多种彩色光谱的混合。,17,世纪中叶，惠更斯（波动学说）：,光波以“以太”为载体传播,1865,年，,Maxwell,发展了关于光传播的电磁波理论。,25,1.1,生物光子学的形成与发展,随后的一系列关于光的本质的重大发现，如光电效应，对牛顿的经典理论提出了挑战，导致了,20,世纪量子物理的革命,爱因斯坦,1887,年，,赫兹发现了光电效应,，并注意到当光照射某种材料时，会有电流产生，但只有在某一特定频率（也就是能量）以上才发生，如果频率在必要的临界值以下，即使增加光的强度也不会产生电流。,1901,年，德国物理学家,普朗克提出光的量子化理论,，即光是不连续的一份一份的能量。,26,1.1,生物光子学的形成与发展,1905,年，爱因斯坦对光电效应进行了详细的解释，开拓了,量子力学,领域。,光既不是连续的波，也不是微小的粒子，而是以称为,光子的波,的能量束形式存在，每个光子的能量取决于能量束中光波的频率，频率越高（颜色越蓝），能量束携带相应的能量越多。,卢瑟福和玻尔利用放射性辐射实验研究了原子的结构，进一步验证了量子理论,波粒二象性,。,从,1926,年到,1933,年，海森堡、薛定谔和,Dirac,等人的理论工作，奠定了量子理论的坚实基础。,量子理论的世界观意味着，物质的结构一般不是机械或可见的，并且世界的真实性不能通过人类感官的感觉来解释。,27,1.1,生物光子学的形成与发展,量子理论的发现不仅催生了,分子光谱学,这一新的领域，而且发展了一套具有强大功能的,光子学工具,，用以探索自然和在根本上理解病因。,事实上，我们现在的有关分子如何结合在一起；,DNA,结构如何促使细胞生长；在分子水平上疾病如何发展等是以量子理论为重要基础的。,利用光对组织的激发，测量组织的其他光学特性；,样品对入射光吸收的测量吸收光谱技术（紫外、可见及红外光吸收技术）；,检测样品反射或损耗的入射光弹性散射技术；,样品发射或散射波长不同于入射光荧光技术、磷光技术、拉曼散射以及非弹性散射；,检测光的其他发射特性圆振二向色性、偏振、寿命等。,28,1.1,生物光子学的形成与发展,分子光谱中用以研究生物分子的波长范围很宽。分子光谱技术促进了许多用于最低侵入地检测疾病的实用技术的发展：,Britton Chance,与其合作者研发并运用近红外吸收技术无损检测生理过程及脑功能；,多种分子光谱技术，包括荧光、拉曼散射和生物发光技术等，用于进行癌症诊断、疾病检测和药物发现等。,29,生物化学领域的传奇科学家,Britton Chance,Britton Chance,（,19132010,），,美国籍，生物学博士，美国、英国、瑞典等六国科学院院士，国际生物物理学与生物医学光子学创始人之一。,他不仅在科学界享有盛誉，也层获得过,1952,年赫尔辛基奥运会帆船比赛的金牌。他在中国的很多大学演讲过，,80,年代北京大学授予他荣誉博士学位。,文凭最高的奥运会金牌获得者,1.1,生物光子学的形成与发展,30,1.1,生物光子学的形成与发展,技术革命：,西方文明中，,科学,经常与基础研究和理论研究联系在一起，而,技术,通常被认为是产生于应用和实验研究。古希腊时代早期以来，科学与技术在很大程度上被人们分开。亚里士多德哲学思想认为，纯粹的思维可以理解宇宙运行的规律，而不需要任何的实验观察。,17,世纪，科学与技术的关系开始变得相互依赖,。伽利略,-,运动物体的实验；利用望远镜导致在天文学上的革命性发现；,显微镜,的发展与应用为科学与技术相互依存提供了又一个有启迪作用的例子。很显然，正是一种实用性仪器的发现，才导致支持两个世纪后创立的疾病微生物理论的重要发现。,19,世纪，科学和技术的相互依赖关系变得非常重要,，并随着,1831,年法拉第发现电流以及电磁感应，,1837,年,Charles Wheaton,发明第一台电报机，,1879,年爱迪生在新泽西以及在英国发明白炽灯泡而达到巅峰。灯泡的发明预示了,20,世纪光子学的下一个革命。,31,1.1,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。,32,1.1,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,）,33,1.1,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。,34,1.1,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。,35,1.1,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,。,36,1.1,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？,纳米机器人纳米探针纳米激光穿梭于人体血流中，发现和杀死癌细胞；,利用荧光分子探针和纳米传感器可以在体追踪细胞内环境的生化过程；,纳米载体实现药物的定向运输；药物的外表标记了抗体，用以结合抗原；或标记荧光发色团用于载体追踪；,光学捕获笼锁,/,解笼锁；,光镊可用于测量单个胶原分子的机械性能。,37,1.1,生物光子学的形成与发展,下图是,用于探测单细胞中生化组分的带有抗体的纳米光纤探头。,光子学与纳米技术的结合已经产生出新一代的仪器设备，用于探究细胞的机械结构和揭示出现在分子层次上的生命过程的秘密，而这些在先前人们是无法获知的。左下插图是一个直径为,40nm,的扫描电子显微图片。这么小的尺寸可以使得在单细胞内的特定位置操纵探针。,38,1.1,生物光子学的形成与发展,基因组学革命：,1953,年，,Watson,和,Crick,在,Nature,上发表有关,DNA,螺旋结构的文章，被认为是基因组学的第一里程碑，引发了,21,世纪的基因组学革命；,2000,年人类基因组排序的完成是分子遗传学领域的又一重大成就。,39,1.1,生物光子学的形成与发展,重大事件：,DNA,结构的发现,1953,年,Sanger,方法,DNA,测序技术,DNA,荧光排序法,DOE,宣布,HGI,1986,年,DOE,和,NIH,联合,HGP,1990,年,E.Coli,基因组,Yeast,基因组,Worm,基因组,Fruit Fly,基因组,人类基因组（,90,）,2000,年,40,1.1,生物光子学的形成与发展,重大应用（基因药物、个性化医学）：,（基因组排序）最大影响之一是建立了生物医学研究的全新方法。,过去一次只能研究一个或几个基因，而有了整个基因组排序图谱和新的全自动化、高通量技术，能大规模并行系统化地处理生物医学问题，能研究一个基因组中的许多基因，或者研究在特定组织或器官或肿瘤中的不同基因产物。某些基因已经被查明与许多疾病联系在一起，如乳腺癌、肌肉疾病、耳聋以及失明等。,基因组学和蛋白组学给药物发现提供了大量的潜在新目标。,基于细胞的高通量化验分析，为药物发现提供一个基本的平台，也就是活细胞，以原位地表征、分析和筛选药物靶标。这里，基于,GFP,的活细胞分析用于药物筛选具有重要的作用。,细胞生物传感器和基于重组细胞蛋白质特定位置标记的外部细胞传感器是用于药物发现的重要光子学工具,时间分辨和相位敏感探测、偏振以及寿命测量。,利用基于量子点的无机荧光团或表面增强拉曼散射标记的新的标记种类,为多元分析提供了无可匹敌的发展前途。,41,Light:,成像与治疗,光不仅为,信息,的载体，同时也是,能量,的载体,Max Planck,光与细胞进行信息交换可以获得细胞结构和功能信息,光与细胞进行能量的交换使得细胞水平的光治疗成为可能,1.1,生物光子学的形成与发展,1.1,生物光子学的形成与发展,利用不同波长的光进行人体信息的,提取,诊断,43,本 章 内 容,1.1,光波的特性,1.2,光波在介质界面上的反射和折射,1.3,光波在金属表面上的反射和折射,1.1,生物光子学的形成与发展,1.2,本课程的内容及结构安排,44,光子学和组织光学：,组织的光学特性,光和组织的相互作用,光学扩散层析中的理论模型和算法,光子器件：,生物医学中的激光技术,光子学的基本仪器设备,用于医学诊断中的光纤和波导,生物成像光谱技术,1.2,本课程的内容及结构安排,生物光子学涉及的众多领域,以,Biomedical Photonics Handbook,的目录为例,45,探测及成像：,寿命成像,共焦成像,双光子激发荧光显微,用于生物学和医学研究的近场成像,OCT,散斑光谱,激光多普勒灌注监测及成像,细胞和亚细胞过程的光散射光谱及成像,生物和医学诊断的热成像,1.2,本课程的内容及结构安排,46,生物医学诊断,I,：,葡萄糖诊断,立体诊断设备,生物传感,扩散光功能成像,光子迁移光谱频域技术,用于生物和临床的原子光谱,生物医学分析中的微管电泳,流失细胞分析术,X,射线诊断,光学泵浦和超极化自旋,MRI,1.2,本课程的内容及结构安排,47,生物医学诊断,II,：光学活检,Optical biopsy,荧光光谱用于生物医学诊断,弹性散射光谱和扩散反射,拉曼光谱,光学光谱对生物组织的定量标定,傅里叶变换光谱,随机介质和组织的近红外荧光成像和光谱,光声层析,超声光学成像,1.2,本课程的内容及结构安排,48,介入和治疗技术：,PDT,激光组织焊接,激光在医学中的应用：,皮肤,介入肺病,神经外科手术,眼科学,食道,泌尿,消化道,乳腺癌,低功率激光理疗,图像引导手术,龋齿的监测、诊断和治疗,1.2,本课程的内容及结构安排,49,基因组学、蛋白质组学和医学中的先进光子学技术：,生物芯片和微阵列,阵列技术和多元基因分析,基于荧光检测的,DNA,排序,利用光学方法的活细胞分析,光学探测的放大技术,生物医学的荧光探针,生物分子识别的新型荧光探针,量子点标记,纳米传感器,单细胞分析的纳米传感器,光镊,在体生物发光成像,Surface-enhanced raman scattering(SERS),SPR,（,Surface Plasmon Resonance,表面等离子体共振）,1.2,本课程的内容及结构安排,50,本课程将要涉及的学科前沿：,荧光寿命成像,荧光共振能量转移（,FRET,）及其用于研究蛋白质分子的相互作用,双光子激发荧光显微,二次和三次谐波成像,超衍射极限显微：,STED,、,STORM,、,QD,、,PALM,、非线性饱和结构光照明,全内反射荧光显微,单分子荧光成像及光谱,纳米生物光子学,光动力疗法,1.2,本课程的内容及结构安排,51,1.2,本课程的内容及结构安排,52,1.2,本课程的内容及结构安排,53,1.2,本课程的内容及结构安排,利用,CdSe/CdS/ZnS QR-Lysine-Anti Claudin-4,对老鼠肿瘤部位标记成像,54,1.2,本课程的内容及结构安排,光动力疗法,PHOTODYNAMIC THERAPY,55,上篇：生物光子学的原理与基础,第一章 绪论,1.,生物光子学的形成与发展,2.,本书的内容及结构安排,第二章 光子学与光谱学基础,1.,光在界面上的反射和折射（涉及全内反射）,2.,光的本质波粒二象性,3.,光（子）的吸收和散射（涉及多光子吸收）,4.,光（波）的干涉和衍射（简单涉及光源的相干性）,5.,激光与非线性光学,6.,分子能级结构与光谱（吸收、荧光、拉曼、红外）,1.2,本课程的内容及结构安排,56,第三章 光与生物体的相互作用,1.,光与生物体相互作用的形式,2.,光与单个分子的相互作用,吸收和发射,散射,3.,光与细胞的相互作用,细胞中的光吸收,光致细胞过程,4.,光与生物组织的相互作用,组织对光的吸收,组织对光的散射,生物组织与荧光,光热效应和光声效应,光化学效应,1.2,本课程的内容及结构安排,57,第四章,生物医学光子学中的测量技术,1.,光源,2.,光电探测器,种类,性能参数,3.,微弱光信号的电探测技术,探测器的噪声,锁相放大器（,LIA,）,取样积分器（,BOXCAR,）,光子计数器（,SPC,）,1.2,本课程的内容及结构安排,58,第五章 生物光子学成像技术：器官、组织和细胞层次,1.,光学成像,2.,光学显微技术,3.,荧光显微技术（,FM,）,4.,激光扫描共聚焦显微技术（,LSCM,）,5.,多光子激发荧光显微技术（,MPFM,）,6.,全内反射荧光显微技术（,TIRF,）,7.,荧光共振能量转移成像技术（,FRET,）,8.,荧光寿命成像显微技术（,FLIM,）,1.2,本课程的内容及结构安排,59,下篇：生物光子学技术及应用,9.,光学相干层析成像技术（,OCT,）,10.,非线性光学成像技术（,SHG/THG,、,CARS,）,11.,生物光子学成像技术的发展趋势（超分辨、复合、多模式、小型化）,第六章 生物光子学中的光谱分析技术,1.,吸收光谱技术,2.,荧光光谱技术,3.,拉曼光谱技术,4.,生物大分子检测,5.,荧光相关光谱技术（,FCS,）,1.2,本课程的内容及结构安排,60,第七章 其它常见的生物光子学技术,1.,流式细胞分析技术,2.,生物芯片技术,3.,激光光镊技术,4.,光动力学疗法,5.,生物光子学中的纳米技术,1.2,本课程的内容及结构安排,61,课程要求：,在理解,1-2,章内容的基础上，重点掌握,3-5,章内容，并对,6-7,章内容有大致的了解。,自学并了解,细胞生物学基础,1.2,本课程的内容及结构安排,62,生物光子学，是由,生命科学和光子学这两者交叉融合,所形成的一门新兴的交叉学科。融合了光子学和生物学，是光子学的延伸。利用光子代替传统的电子进行信息的传输，处理，进而对生物机体进行探测，诊断和治疗等；,生物光子学的发展和成长融合了,20,世纪的,三大科技革命,，包括,量子理论的革命（,1900-1950s,）、技术革命（,1940s-1950s,）和基因组学革命（,1950s-2000,）,。量子理论革命奠定了光子学发展的基础，技术革命为生物学的研究提供了重要的工具，而基因组学革命则将生物光子学的研究推向一个新的高度；,生物光子学的,研究内容,非常广泛，大的分类包括：光子学和组织光学、生物光子学中的光子器件、探测及成像、生物医学诊断、介入和治疗以及用于蛋白质组学、基因组学中的各种先进的技术；,本 章 小 结,63,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,64,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,65,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,66,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,67,