激光生物效应
激光生物学效应研究
激光生物学效应研究
激光生物学效应研究是指探究激光对生物系统的影响及其机制的科学研究。
激光在医学、生物学、生产制造等领域得到了广泛应用，其中激光切割、激光治疗等应用日益被重视。
然而，激光对生物系统的作用机制尚不完全清楚，研究激光生物学效应有助于指导激光应用的合理使用。
在激光生物学效应研究中，研究人员主要关注以下内容：首先是激光的理化性质和生物效应规律，包括激光的波长、功率、时间和空间分布等特性对生物组织的影响。
其次是激光对细胞和组织的作用机制，例如激光对细胞膜的影响、对细胞核的影响、对DNA、RNA、蛋白质等生物大分子的影响等。
最后是激光在医学、生物学、生产制造等领域的应用前景和风险评估，比如激光在癌症治疗、皮肤美容、材料加工等方面的可行性和安全性。
总之，激光生物学效应研究是为了更好地认识激光与生物系统相互作用的机制，为激光的应用提供科学依据和技术支持。
激光治疗的工作原理是
激光治疗的工作原理是
激光治疗利用激光的热效应和非热效应,达到非侵入性疗法的目的,其工作原理主要有:
一、选择性光热效应
1. 激光光子被靶组织选择性吸收,转换为热能。
2. 造成局部组织的热坏死或凝固。
3. 用来治疗病变组织,如血管病变、肿瘤等。
二、光动力效应
1. 特定波长激光激发光敏剂,产生单线态氧。
2. 单线态氧对细菌和组织有毒害作用。
3. 常用来杀灭病原菌,治疗炎症等。
三、光生物刺激效应
1. 低能激光照射可刺激细胞生长代谢。
2. 激活细胞内一氧化氮、DNA合成等生物过程。
3. 促进组织修复,止血、消炎、疼痛治疗。
四、光机械效应
1. 超短脉冲激光产生空化空泡。
2. 泡体在激光作用下产生冲击波。
3. 用于无创穿透、碎石、切割等治疗手段。
五、光免疫调节效应
1. 激光改变细胞免疫活性,增强或抑制免疫应答。
2. 调节机体免疫功能达到治疗目的。
激光医学正在不断发展,开发更多治疗新途径。
激光器的参数调控与优化是实现理想治疗效果的关键。
激光的基本生物学效应
激光的基本生物学效应
激光（Laser）是一种高能量、高强度的光线，其基本生物学效
应包括吸收、散射、透明和反射等。
吸收是激光的最主要的生物学效应。
当激光照射到生物体的时候，生物体的细胞和组织会吸收激光的能量，从而产生一系列生物学效应。
激光的吸收能力与器官、组织、细胞的组成和其颜色有很大关系。
散射是激光照射生物体后的一个常见生物学效应。
激光散射的方
向与入射角度、物体的大小、形状、材质、表面等因素都有关系。
散
射会产生激光在组织内扩散的效果，这对于治疗病变组织有一定的治
疗效果。
透明是激光的另一个较为常见的生物学效应。
当激光照射到透明
的组织时，激光束会通过组织而不被吸收。
然而，随着光束的传播距
离越来越远，激光束的能量也会逐渐减弱，直至消失。
反射是激光的最后一个生物学效应。
当激光照射到光滑的表面上时，激光束会从表面反射出去，这种反射方式叫做反射效应。
反射效
应在激光在医学、军事等领域有很多应用。
综上所述，激光的基本生物学效应对于临床医学领域的应用非常
广泛，例如激光手术、激光治疗等都是利用激光吸收、散射、透明和
反射等效应完成的。
虽然激光在治疗方面有诸多优势，但同时也有一
些安全性问题需要关注。
因此，在利用激光进行治疗时，必须要注意激光的参数设置、组
织的吸收能力、以及激光对周围健康组织的伤害等诸多因素，以确保
治疗的效果和安全性。
激光生物热效应
激光生物热效应
激光生物热效应是指当激光束与生物组织相互作用时，由于吸收激光能量而导致的局
部组织升温现象。
激光生物热效应在现代医学中被广泛应用于医疗、生物学等领域。
激光生物热效应的基本机理是光能转化为热能。
当激光束通过生物组织时，组织中的
水分子会吸收光能并转化为热能，从而局部组织温度升高，产生生物热效应。
由于不同类
型的生物组织对激光的吸收能力不同，因此不同类型的激光可以对不同的生物组织产生不
同的热效应。
利用激光生物热效应进行医疗治疗是一种非侵入性的治疗方法。
例如，激光治疗腰椎
间盘突出是一种常见的激光治疗方法。
激光束可以通过皮肤渗透到腰椎间盘区域，并通过
局部的热效应减少椎间盘的膨胀，从而缓解椎间盘突出所带来的疼痛。
此外，激光治疗还
可以用于治疗癌症、青光眼和皮肤病等多种疾病。
不仅在医学领域，激光生物热效应在生物学和生物科技领域中也得到广泛应用。
例如，激光可以用来诱导细胞凋亡，促进细胞修复和再生等生物过程。
此外，激光还可以用于切
割和刻划细胞膜，研究细胞内分子的运动和代谢过程。
激光辐照生物组织的热效应量子分析
国家 自然科 学基金 （０ ６ ０ ｉ １９ ４ ３ ） 云南省 自然科 学基金 （０Ｏ Ｏ １ 和浙江省 白端科学基金 （９ ０ ５ ６０ ８ ０ 、９７ ０ ８ 、 ２ ＯＡＯ２ Ｍ） １ ８４ ）
首助有 目
牧 稿 日期 ： ０ １ ０ － １ ２ ０ — ５２
维普资讯
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设 ＜ ＞ 为 作 用 于 生 物 组 织 的 入 射 光 子 数 ， 为 生 ｎ。 物 组 织 的 吸 收 系 数 ， 为 分 子 尺 度 ， 在 关 系 式 Ｚ 存
・
则 相 应 的 密 度 矩 阵 为
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ｊ
生， 与激 光 的波长 、 式 、 模 功率 与 辐照 时 间及生 物 组 织 的热学特性 有关 ．热 效应在 生物 医学 和生物 工程领 域应用广 泛 ； 在临 床上 ， 有凝结 、 化、 也 汽 熔 融 、 分解 ， 疗 视 网膜 脱落 、 光诱 导 间质热疗 热 治 激 等 应用“ ．然 而 ， 效 应 的 微 观 机制 及 定 量 描 述 热
培 出了吸收 系数表 达 式 ， 所得 温升 随辐熙 功率 的 变化 规律 与 实验 结果 一致 ．
关量 词
Ｏ 引言
激 光生物 的热相 互作用 是一个 复 杂的生物 化 学反 应过 程 ， 中局域 温度 的升 高 是最 重 要 的参 其 量 变 化 ．热效 应 可 以 由连 续 或 脉 冲激 光 辐 射 产
・ ｘ 一 ７ ｏ／ Ｔ） ｅ ｐ（ ｒＪｋ
第三章 激光生物效应
激光生物效应：
指在激光辐照下，生物体可能产生的
物理、化学或生物化学反应及变化，是研 究发展激光生物学、激光医学和激光防护 技术的重要基础。
以往知识回顾
普通光对生物体所产生的作用有： 光合作用、生物过程的能量转移、生 物颜色、生物视觉、生物节律、光生物效 应以及光在生物进化过程中的作用等。
耐热性要比蛋白质强。
在 80 ℃、1h 作 用下，DNA 活 性基本不变
过强的激光辐照也势必对其遗传特性
产生影响。因此可利用这种效应进行激光
诱变育种、激光转化（基因工程）等。
1.3.3 对神经细胞的影响
神经细胞对温度变化很敏感，温度 稍有变化就会影响它们的正常活动。
神经细胞的传导速度随温度上升而加快，但
使生物体温度升高。
2）吸收生热：
生物体吸收红外光后，光能转变为生物
分子的振动能和转动能，使温度升高。
1.3 激光生物热效应对生物组织的影响 1.3.1 对蛋白质和酶的影响
蛋白质分子结构及特点；蛋白质变性和温度及
作用时间有关。
蛋白质分子量很高，组成和结构复杂，但维持
分子空间构像的次级键的键能较低 蛋白质分子不稳定，受外界因素影响而使其空间构 像破坏、理化性质发生改变，并失去其生物学功 能 蛋白质变性。
血细胞
2.白细胞
在血液中呈圆球形，比红细胞大得多，能产生
抗体，抵抗细菌、病毒等外来物质引起的感染。
白细胞有五种，按照体积从小到大分别是：淋
巴细胞、嗜碱粒细胞、中性粒细胞、单核细胞和
嗜酸细胞。
血细胞
白细胞数目少，细胞核明显，有炎症时，血中 的白细胞数目明显增加
1个白细胞处理 5-25个细菌后本 身也就死亡。死 亡的白细胞和细 菌构成脓液
激光的生物学效应
激光的生物学效应激光是一种高度集中的光束，具有独特的生物学效应，广泛应用于医疗、生物科学研究以及美容等领域。
激光的生物学效应主要包括光热效应、光化学效应和机械效应。
这些效应在不同的生物体中产生不同的反应，为科学家们带来了无限的探索空间。
光热效应是激光在生物体内产生的热效应。
激光的高能量光束可以被组织吸收，并转化为热能，导致局部升温。
这种升温可以用来消灭体内的病变组织，如肿瘤细胞。
通过调节激光的参数，可以实现对病变组织的精准治疗，同时最大程度地保护周围健康组织不受损伤。
光热效应还可以用于促进伤口愈合，加速组织再生，是一种非常有效的治疗方法。
光化学效应是激光在生物体内引起的化学反应。
激光的能量可以激发分子内部的化学键，导致分子结构的改变。
这种效应被广泛应用于生物标记物的检测和治疗。
例如，激光可以与特定的荧光染料结合，用于检测细胞内特定的分子，为生物学研究提供了重要的工具。
此外，光化学效应还可以用于治疗皮肤疾病，如痤疮和色素沉着，通过激活特定的药物来达到治疗效果。
机械效应是激光在生物体内产生的机械作用。
激光的高能量光束可以直接破坏细胞结构，导致细胞死亡。
这种效应被广泛应用于激光手术和激光治疗。
例如，激光可以用来切割组织、凝固血管、去除痣等。
在眼科领域，激光手术已经成为治疗近视、散光等眼部疾病的主要方法，取代了传统的手术方式，具有更高的安全性和精准度。
总的来说，激光的生物学效应在医学和生物科学领域发挥着重要作用。
通过光热效应、光化学效应和机械效应，激光可以实现对生物体的精准治疗，促进伤口愈合，检测生物标记物等。
随着科技的不断进步，激光技术将会有更广泛的应用，为人类健康和生活带来更多的福祉。
激光的生物学效应
激光的生物学效应激光是一种高能量、高聚光度的光束，具有独特的物理特性，因此在生物学领域中被广泛应用，并产生了许多重要的生物学效应。
本文将重点介绍激光在生物学中的几个重要应用领域及其生物学效应。
1. 激光在医学诊断中的应用及生物学效应激光在医学诊断中有着广泛的应用，例如激光扫描和成像技术。
激光扫描技术利用激光束扫描人体组织，通过测量反射回来的激光信号来获取组织的结构和功能信息。
这种非侵入性的诊断方法不仅可以提供高分辨率的图像，还可以在无创伤的情况下获取准确的生物学数据。
2. 激光在光动力疗法中的应用及生物学效应光动力疗法是一种将光敏剂与激光光束结合使用的治疗方法。
激光光束可以激活光敏剂，产生活性氧化物，从而破坏肿瘤细胞或其他病变组织。
这种治疗方法具有高选择性和局部疗效好的特点。
但是，激光光束的聚光度和能量密度对治疗效果有着重要的影响，过高的能量密度可能会对正常组织造成损伤。
3. 激光在眼科手术中的应用及生物学效应激光在眼科手术中是一种常见的治疗方法，例如激光角膜矫正术和激光白内障手术。
激光角膜矫正术通过改变角膜的形状来矫正近视、远视和散光等视力问题。
激光白内障手术则通过使用激光光束来破坏白内障组织，恢复视力。
这些手术一般是无创伤的，并且具有较快的康复时间。
4. 激光在皮肤美容中的应用及生物学效应激光在皮肤美容中也有着重要的应用，例如激光祛斑、激光嫩肤和激光脱毛等。
激光祛斑利用激光光束对黑色素进行选择性破坏，从而达到去除色素沉着的效果。
激光嫩肤则通过激光光束刺激胶原蛋白的增生，达到紧致皮肤的效果。
激光脱毛则通过激光光束破坏毛囊，从而实现永久脱毛的效果。
这些美容方法具有较好的效果，但使用不当可能会对皮肤造成损伤。
激光在生物学中具有广泛的应用，包括医学诊断、光动力疗法、眼科手术和皮肤美容等领域。
激光的生物学效应与激光的聚光度、能量密度和作用时间等因素密切相关。
因此，在使用激光技术时，必须严格控制这些参数，以避免对正常组织造成损伤。
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生物组织的比热容（J/kg· K） 角质层
2093
脂肪
2177
真皮层
3182
肌肉
3601
血液
3852
水
4187
含水量越高的组织（比热容高）越不
易升温；
水最大，血液 次之....
生物组织吸收激光能量升温后，以传
√ 导方式向周围组织传递能量(热导率）；
还应考虑血管、神经、 淋巴管等的导热性
热扩散率与温 度有关
在生物体的新陈代谢过程中，每一步生物化
学反应都是由一定的酶来催化完成。
酶催化特点：高效、温和、专一性等；
酶活性与温度的关系：
激光加热若使酶升温到 60 ℃时，酶将
失去催化活性；如若继续升温，蛋白质和酶 都会因过热而死去，完全丧失其生理功能。
1.3.2 对DNA的影响
DNA是生物遗传基因的载体，它的
激光热效应的强弱受激光及生物
体自身性质影响。
生物组织的 热学性质
1.1 生物组织的热（物理）性质
比热容、密度、热导率和热扩散率、 色素类型、血管分布等与生物组织温度的 变化相关。
√ 比热容
单位质量的某种物质温度升高（或降 低）1℃时所吸收（或放出）的热量，叫做 这种物质的比热容。比热容是反映物质的 吸热（或放热）本领大小的物理量。 国际单位： 焦/千克· ℃（J/kg· ℃)
55-60℃----热致凝固
实验表明：当温度 55 ℃时，可观察到蛋白质 变性，当温度 60 ℃时，就会发生永久性的凝固变 性。
定义60℃热波进入 组织的深度为热组 织损伤深度
蛋白质不可逆变性对正常组织的危害：
会使蛋白质部分或全部失去原有的生理功 能，使细胞和组织受到破坏。
酶的本质：
是活细胞产生的具有催化性能的物质。
血浆（55%-60%） 血液 血细胞（40%-45%）
红细胞、白细胞、 血小板三种
血细胞
1.红细胞 呈双面凹陷的圆盘状，直径约为7.5微米，
没有细胞核、细胞器，红细胞里含有血红蛋白，
使红细胞看起来是红色的。
具有与氧(血液变得鲜红) 和二氧化碳(血液变得暗红) 结合的能力，供给全身组 织所需要的氧，并带走组 织内所产生的二氧化碳
2.生物组织的性质：物理、化学、生物学性质等。
激光生物效应大致分为五种：
√ 1.激光生物热效应
任何生物组织吸收激光能量后，其
震动和转动加剧，同时也加剧了受激分子
和周围分子的碰撞，进而转化为热能，称
为激光生物热效应。
具体表现为：
生物组织的汽化、热凝（如视网膜
焊接）、切割（如激光刀）、热敷（激光
治疗关节炎）和热杀（激光治癌等）。
当温度在40 ℃以上时，神经细胞的兴奋性下降，
传导速率变慢；
当温度超过或低于正常体温 4 ℃时，中枢神
经细胞就不能正常工作。
1.3.4 对血液循环的影响
弱激光照射时血液的拉曼散射吸收
当频率为 的弱激光在血管内照射时， 由于血液中各种分子的运动加剧，使血液
粘度下降，血液处于低凝态。
90% 水、蛋白质、酶、 激素以及葡萄糖、脂 肪、胆固醇、维生素 等物质
血细胞
2.白细胞
在血液中呈圆球形，比红细胞大得多，能产
生抗体，抵抗细菌、病毒等外来物质引起的感染。
白细胞有五种，按照体积从小到大分别是：
淋巴细胞、嗜碱粒细胞、中性粒细胞、单核细胞
和嗜酸细胞。
血细胞
白细胞数目少，细胞核明显，有炎症时， 血中的白细胞数目明显增加
1个白细胞处理 5-25个细菌后本 身也就死亡。死 亡的白细胞和细 菌构成脓液
热效应尤以可见光区和红外线
区的激光所引起的热效应更为明显。
37-39℃----热致温热 43-45℃----热致红斑 47-48℃----热致水疱 55-60℃ ----热致凝固 100℃ ---- 热致沸腾 300-400℃----热致碳化 500℃ ---- 热致燃烧
可通过改变 功率及照射 时间来调节
激光生物效应：
指在激光辐照下，生物体可能产生的
物理、化学或生物化学反应及变化，是研 究发展激光生物学、激光医学和激光防护 技术的重要基础。
以往知识回顾
普通光对生物体所产生的作用有： 光合作用、生物过程的能量转移、生 物颜色、生物视觉、生物节律、光生物效 应以及光在生物进化过程中的作用等。
激光具有很好的单色性、高亮度等优
√ 热扩散率有关（热扩 还与生物组织的
散率值差别不大，数值略）。
生物组织细胞内含有黑色素、血红蛋白、胡萝
√ 卜素等多种色素 ，能增加光能的吸收，从而使激光
的热效应更加显著。
1.2 激光生物热效应的作用机理
1）碰撞生热： 生物体吸收可见和紫外激光后，受激 的生物分子将其获得的光能通过多次碰撞
转移为邻近分子的振动能、转动能、平移
通过吞噬和产生抗体等方式来抵抗和消灭
入侵病原体
血细胞
3.血小板 也称血栓细胞，直径2-4微米。当我们外伤 后，血小板就聚集起来，粘附在伤口周围，产生 启动凝血机制的化学物质。
在机体的生命过程中，血细胞不断地新陈代
谢：红细胞的平均寿命约120天、颗粒白细胞和血 小板的生存期限一般不超过10天、淋巴细胞的生 存期长短不等，从几个小时直到几年。
耐热性要比蛋白质强。
在 80 ℃、1h 作 用下，DNA 活 性基本不变
过强的激光辐照也势必对其遗传特性
产生影响。因此可利用这种效应进行激光
诱变育种、激光转化（基因工程）等。
1.3.3 对神经细胞的影响
神经细胞对温度变化很敏感，温度 稍有变化就会影响它们的正常活动。
神经细胞的传导速度随温度上升而加快，但
点，因此激光与生物组织的相互作用将出
现一系列新内容和新效应。
在1960年Maiman发明激光后，人们就
开始结合各种激光系统与靶组织来研究激 光与生物组织相互作用的效应。
影响激光与生物体作用效应的因素较为 复杂，但大体来源于两方面：
1.激光参数：包括波长、能量、振荡方式（连续
或脉冲等）、作用时间、偏振等；
能，使生物体温度升高。
2）吸收生热：
生物体吸收红外光后，光能转变为生物
分子的振动能和转动能，使温度升高。
1.3 激光生物热效应对生物组织的影响 1.3.1 对蛋白质和酶的影响
蛋白质分子结构及特点；蛋白质变性和温度
Байду номын сангаас
及作用时间有关。
蛋白质分子量很高，组成和结构复杂，但维
持分子空间构像的次级键的键能较低 蛋白质分子不稳定，受外界因素影响而使其空间 构像破坏、理化性质发生改变，并失去其生物学 功能 蛋白质变性。