浙江大学激光技术与生命科学 激光与生命科学PPT课件
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激光技术PPT模板讲义
PTM运转方式： 1. 优点：脉冲宽度窄,峰值功率高 2. 缺点：能量释放时刻难以控制,脉冲噪声大,光束质量难控制
5.3.4 调Q技术的其它功能
调Q的基本功能是获得窄脉宽、高峰值功率的巨脉冲，Q开关不 仅能有效的控制激光能量和功率特性,还可以控制激光的空间和 频率特性
1. 选横模的功能:在临界激光 预激光 状态产生基横模种子,接着Q 开关完全打开,使种子放大,得到功率足够高的基横模激光，
5.4.2 调Q晶体的电极结构
1. KDP类晶体大多采用纵向应用,采用环状电极结构， 2. LN类晶体采用横向应用,采用平板电极结构，
5.4.3 对激光工作物质的要求
1. 储能密度高,上能级寿命长， 2. 抗损伤阈值高，
5.4.4 对光泵浦灯的要求
1. 效率高,与激光工作物质光谱匹配好， 2. 寿命长,可靠性高，
2. 选单纵模的功能 3. 开始时,Q开关处于不完全关闭的状态，在靠近中心频率附近
形成单纵模振荡,而后Q开关完全打开,以之为种子获得单纵模脉 冲激光输出，
第四节 设计电光调Q激光器应考虑的问题
5.4.1 调Q晶体材料的选择
1. 消光比高,晶体折射率的均匀性好 2. 透过率高， 3. 半波电压低,驱动功率低， 4. 抗破坏阈值高， 5. 晶体防潮,KDP类晶体易潮解,LN晶体不潮解
实现方式一：
1. 储能过程 首先电光晶体上不加电压,积累反转粒子数,而后在电光晶体上加 上半波电压,Q值突增,激光振荡迅速形成，
2. 释放过程 当腔内激光振荡的光子密度达到最大值时,迅速撤去晶体上的电 压,腔内存储的最大光能量瞬间透过棱镜P2而耦合输出，
实现方式二：
1. 储能过程 首先电光晶体上加/4电压,Q开关处于关闭状态,积累反转粒子 数,而后瞬间撤去电压,Q值突增,激光振荡迅速形成，
2024版激光医学基础ppt课件[2]
![2024版激光医学基础ppt课件[2]](https://img.taocdn.com/s3/m/6facc22f1fd9ad51f01dc281e53a580216fc50b2.png)
2024/1/28
13
新型激光医疗技术发展趋势
超快激光技术 具有高峰值功率、超短脉冲宽度等特 点，可用于精细手术和无创治疗。
多模态激光医学成像技术
结合光学、声学、磁学等多种成像模 态，提高疾病诊断准确率。
2024/1/28
智能化激光医疗设备
引入人工智能、大数据等技术，实现 设备自动化、智能化运行，提高治疗 效率和安全性。
发展历程
从20世纪60年代初期激光器的问世，到80年代激 光医学逐步形成体系，如今已成为现代医学不可 或缺的一部分。
2024/1/28
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激光医学应用领域
01 临床治疗
激光治疗、光动力疗法、激光手术等。
02 诊断技术
激光共聚焦显微镜、激光多普勒血流仪等。
03 基础研究
光生物学、光化学、光遗传学等。
2024/1/28
宫颈疾病治疗
利用激光的高能量密度，可以精确地 切除宫颈病变组织，同时封闭血管， 减少出血和感染的风险。该方法具有 恢复快、并发症少等优点。
其他妇科应用
激光治疗还可以应用于其他妇科疾病的 治疗，如外阴白斑、阴道松弛等。
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激光在口腔医学应用
2024/1/28
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口腔颌面部疾病治疗
随着激光医学的发展，如何制定相应的法规和伦 理规范，保障患者权益。
培训与教育挑战
如何加强对医护人员的培训和教育，提高他们对 激光医学的认知和技能水平。
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2024/1/28
THANKS
感谢观看
33
5
激光与生物组织相互作用
光热作用
激光能量被生物组织吸收 转化为热能，引起组织温 度升高，可用于热疗、热 凝等。
激光原理与技术PPT精品文档
ONE KEEP VIEW 激光原理与技术PPT精品文档目录CATALOGUE•激光基本原理•激光器类型及工作原理•激光技术应用领域•激光技术发展趋势与挑战•激光安全与防护知识普及•总结与展望PART01激光基本原理激光产生条件粒子数反转高能级粒子数大于低能级粒子数，是产生激光的必要条件。
增益大于损耗增益介质中的受激辐射放大作用要大于各种损耗，才能实现光放大。
光学谐振腔提供正反馈，使受激辐射光在腔内多次反射、放大，形成稳定振荡。
激光发射过程泵浦过程通过外部能量输入（如光、电、化学等），使增益介质中的粒子从低能级跃迁到高能级，实现粒子数反转。
受激辐射过程处于高能级的粒子在外部光子的作用下，跃迁到低能级并发出与入射光子完全相同的光子，实现光放大。
光学谐振腔内的振荡过程受激辐射产生的光子在腔内多次反射、放大，形成稳定的光场分布和振荡模式。
功率激光的功率决定了其能量大小和输出能力，高功率激光具有更强的穿透力和加工能力。
稳定性激光的稳定性决定了其长期运行的可靠性和稳定性，对于高精度、高稳定性的应用尤为重要。
光束质量激光的光束质量决定了其聚焦能力和传输效率，优质的光束质量可以提高激光加工的精度和效率。
波长激光的波长决定了其颜色和应用领域，不同波长的激光具有不同的特性和用途。
激光特性参数PART02激光器类型及工作原理工作原理通过激励源（泵浦源）将能量传递给工作物质，使其产生粒子数反转分布，然后在谐振腔内通过受激辐射产生激光。
特点具有体积小、重量轻、效率高、寿命长等优点，广泛应用于科研、工业、医疗等领域。
构成由工作物质、泵浦源和谐振腔三部分组成。
构成主要由放电管、反射镜和电源三部分组成。
工作原理在放电管中充入一定种类和压强的气体，通过高压放电激励气体分子或原子，使其产生受激辐射并放大，形成激光输出。
特点具有光束质量好、输出功率大、效率高、结构简单等优点，常用于高精度测量、光谱分析等领域。
构成主要由染料溶液、泵浦源和光学谐振腔三部分组成。
激光医学基础PPT课件(2024)
治疗各种皮肤疾病，如 痤疮、疤痕、色斑等。
外科
内科
用于手术切割、止血、 缝合等操作，提高手术
精度和效率。
5
治疗血管疾病、肿瘤等 ，以及进行光动力疗法
等。
激光医学基本原理
激光产生原理
通过受激辐射产生光放大作用，具有 单色性、方向性、相干性和高亮度等 特点。
激光治疗原理
利用激光的能量密度高、方向性好等 特点，对病变组织进行精确照射，达 到治疗目的。
16
常见激光诊断技术应用实例
眼科检查
利用激光干涉仪、激光扫描仪等 设备，对眼底、角膜等眼部结构 进行详细检查，辅助诊断青光眼
、白内障等眼科疾病。
皮肤科应用
通过激光共聚焦显微镜对皮肤病 变进行高分辨率成像，辅助诊断
皮肤癌、银屑病等皮肤疾病。
神经科学应用
利用激光多普勒技术测量脑血流 速度，研究脑血管疾病的发病机
皮肤美容激光治疗注意事项
治疗前准备
充分了解治疗原理、过程和可能的风险，选择正规医疗机构和经 验丰富的医生进行治疗。
治疗中配合
按照医生的要求配合治疗，如佩戴护目镜、保持治疗部位清洁等。
2024/1/29
治疗后护理
遵循医生的指导进行术后护理，如避免阳光直射、保持治疗部位干 燥等，以确保治疗效果和减少并发症的发生。
2024/1/29
9
激光安全性与防护措施
安全性
使用符合安全标准的激光器，避免直接照射眼睛或皮肤，注意激光辐射的潜在 危害。
防护措施
佩戴合适的防护眼镜和防护服，确保工作区域安全，设置明显的警示标识。
2024/1/29
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03
激光治疗技术与应用
2024/1/29
外科
内科
用于手术切割、止血、 缝合等操作，提高手术
精度和效率。
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治疗血管疾病、肿瘤等 ，以及进行光动力疗法
等。
激光医学基本原理
激光产生原理
通过受激辐射产生光放大作用，具有 单色性、方向性、相干性和高亮度等 特点。
激光治疗原理
利用激光的能量密度高、方向性好等 特点，对病变组织进行精确照射，达 到治疗目的。
16
常见激光诊断技术应用实例
眼科检查
利用激光干涉仪、激光扫描仪等 设备，对眼底、角膜等眼部结构 进行详细检查，辅助诊断青光眼
、白内障等眼科疾病。
皮肤科应用
通过激光共聚焦显微镜对皮肤病 变进行高分辨率成像，辅助诊断
皮肤癌、银屑病等皮肤疾病。
神经科学应用
利用激光多普勒技术测量脑血流 速度，研究脑血管疾病的发病机
皮肤美容激光治疗注意事项
治疗前准备
充分了解治疗原理、过程和可能的风险，选择正规医疗机构和经 验丰富的医生进行治疗。
治疗中配合
按照医生的要求配合治疗，如佩戴护目镜、保持治疗部位清洁等。
2024/1/29
治疗后护理
遵循医生的指导进行术后护理，如避免阳光直射、保持治疗部位干 燥等，以确保治疗效果和减少并发症的发生。
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激光安全性与防护措施
安全性
使用符合安全标准的激光器，避免直接照射眼睛或皮肤，注意激光辐射的潜在 危害。
防护措施
佩戴合适的防护眼镜和防护服，确保工作区域安全，设置明显的警示标识。
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激光治疗技术与应用
2024/1/29
2024版激光原理与技术PPT(很全面)
•激光基本原理•激光器类型及技术•激光束特性及控制技术目录•激光与物质相互作用•激光测量与检测技术•激光通信与信息处理技术•激光安全与防护技术光的自发辐射与受激辐射自发辐射原子或分子在没有外界作用下，由于自身能级的不稳定性而自发地从高能级向低能级跃迁，同时发射出一个光子的过程。
受激辐射原子或分子在外界光子的作用下，从高能级向低能级跃迁，同时发射出一个与入射光子完全相同的光子的过程。
区别与联系自发辐射是随机的，而受激辐射是确定的；自发辐射产生的光是非相干的，而受激辐射产生的光是相干的。
光放大当外来光信号通过激光工作物质时，受激辐射产生的光子与入射光子具有相同的频率、相位、传播方向和偏振状态，从而实现光信号的放大。
粒子数反转在激光工作物质中，高能级上的粒子数多于低能级上的粒子数，形成粒子数反转分布。
实现方法通过泵浦源提供能量，使激光工作物质中的粒子被激发到高能级，形成粒子数反转分布。
粒子数反转与光放大产生条件特性应用领域030201激光的产生与特性晶体激光器玻璃激光器光纤激光器He-Ne 激光器CO2激光器以氦气和氖气作为工作气体，产生红色可见光激光，常用于精密测量和准直。
Ar+激光器染料激光器液体激光核聚变半导体激光器边发射半导体激光器面发射半导体激光器采用垂直腔面发射结构，具有低阈值电流、圆形光束和易于集成等特点，适用于光通信和光互连等领域。
激光束的传输与聚焦激光束的传输特性01激光束的聚焦原理02激光束的聚焦技术03介绍评价激光束质量的常用参数，如光束直径、发散角、光强分布等。
激光束质量评价参数阐述实验测量和数值模拟等方法在激光束质量评价中的应用。
激光束质量评价方法分析激光束质量对激光加工、光通信、激光雷达等应用的影响。
激光束质量对应用的影响激光束的质量评价激光束的控制与整形激光束控制技术激光束整形技术激光束控制与整形的应用激光与物质相互作用的基本过程激光束在物质中的传播激光与物质相互作用的机理激光与物质相互作用的特点1 2 3激光加工的基本原理激光加工的应用领域激光加工的优势激光加工原理及应用利用激光的高能量密度和生物效应，对生物组织进行照射，以达到治疗疾病的目的。
激光ppt课件
优点：可以对高熔点、高硬度的 脆性材料加工；热变形、热影响区小； 可避免杂质污染；可加工复杂图形， 等等。
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12
二、激光的应用
2、科技上：激光全息照相
全息照片的拍摄利用了光的干涉 原理，它是利用参考光和物光发生干 涉形成的。
激光的相干性好，无需镜头或其 他成像装置，而将与物体反射光波的 振幅和相位有关的信息转换成强度的 变化，作用在感光材料上，记录下物 体三维图像的信息。
同一束激光中，光子的频率是相同的，振动情况 也完全相同。激光是最好的相干光源。
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9
一、激光的特点
5、覆盖波段宽，且可调谐
用不同类型的激光器已经获得了从X射线到远红 外线波段的激光，人们利用各种物理效应，发明了不 同类型的可调谐激光器，像无线电波那样进行调制， 用来传递信息。
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10
二、激光的应用
激光具备上述优点，在军事、工业、农业、 科技、医学、环保、公安以及社会生活各个方 面都有广泛的应用。
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11
二、激光的应用
1、工业上：激光加工
激光的能量高度集中，聚焦后可 以达到很高的能量官长，从而达到很 高的温度，因此常用于对材料或工件 进行打孔、焊接、切割、划片、热处 理、雕刻等。
DVD单面单层15GB、双层30GB；BD单面单层25GB、双面50GB。 。
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19
二、激光的应用
8、军事上：激光武器
可编辑课件PPT
20
“魟鱼”激光致盲武器
可编辑课件PPT
21
魟鱼（Stingray）系统
激光对抗装置
美国洛克希德.桑德斯公司
开发的AN/PLQ--5激光对抗
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二、激光的应用
2、科技上：激光全息照相
全息照片的拍摄利用了光的干涉 原理，它是利用参考光和物光发生干 涉形成的。
激光的相干性好，无需镜头或其 他成像装置，而将与物体反射光波的 振幅和相位有关的信息转换成强度的 变化，作用在感光材料上，记录下物 体三维图像的信息。
同一束激光中，光子的频率是相同的，振动情况 也完全相同。激光是最好的相干光源。
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9
一、激光的特点
5、覆盖波段宽，且可调谐
用不同类型的激光器已经获得了从X射线到远红 外线波段的激光，人们利用各种物理效应，发明了不 同类型的可调谐激光器，像无线电波那样进行调制， 用来传递信息。
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10
二、激光的应用
激光具备上述优点，在军事、工业、农业、 科技、医学、环保、公安以及社会生活各个方 面都有广泛的应用。
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二、激光的应用
1、工业上：激光加工
激光的能量高度集中，聚焦后可 以达到很高的能量官长，从而达到很 高的温度，因此常用于对材料或工件 进行打孔、焊接、切割、划片、热处 理、雕刻等。
DVD单面单层15GB、双层30GB；BD单面单层25GB、双面50GB。 。
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19
二、激光的应用
8、军事上：激光武器
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20
“魟鱼”激光致盲武器
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21
魟鱼（Stingray）系统
激光对抗装置
美国洛克希德.桑德斯公司
开发的AN/PLQ--5激光对抗
激光与生命科学第五章 激光生物工程技术PPT课件
5.1 激光微束技术
• 1962年Bessis等用氙灯激励了3×50mm的红宝 石棒，得到第一台激光微束装置。
• 1972年berns建立的氩离子激光微束装置，产 生最小有效损伤光斑为0.5um。
• 此后，氦氖激光微束装置；染料激光微束装置， 氯分子激光微束装置；多谱线激光微束装置等 不断问世。
5.1 激光微束技术
5.1 激光微束技术
第三，实验结果表明：蚕豆染色体经激光显微 照射后，可以切割成12段染色体片段；小麦染 色体可切割成6—9段染色体片段；玉米染色体 可切割成6段染色体片段；大麦染色体可切割成 4—6段片段。
5.1 激光微束技术
实验结果证明 激光切割高等植物染色体是可行的。并且
通过该实验，建立了激光微束切割植物染色体 的实验技术，这为进一步把这一技术方法应用 于植物染色体工程、基因定位及染色体片段的 克隆打下了基础。
5.1 激光微束技术
中国科学院遗传研究所也进行了大量工作： 胡应和(1982)等用激光诱发微核仁的形成。梁宏 等用激光颓束引起核仁缺失，得到具有单核仁 的细胞．成功率在50％以上。
利用激光微束来切割染色体己获成功。近几 年，国外趋势是把激光微束用于高等植物，特 别是农作物。我国的梁宏、陆仲康等以农作物 种子根尖细胞为材料，首先报道了在国内实验 室用激光微束切割高等植物的染色体。
• 激光微束可以对细胞靶体进行精细而巧妙的 显微外科手术。这种显微外科手术与常规显微 操作比较，因具有定位准确、操作简便，对细 胞靶体进行选择性损伤等优点，而越来越受到 生物、医学和化学界的注意，至今已发展成为 激光生物学中一个重要领域。
5.1 激光微束技术
• 二、激光微束装置
• 自法国1962年研制成功红宝石激光微束装置 后，美国、西德、中国、日本等国均研制出多 种类型的激光微束装置。装置主要由激光器、 显微镜系统、监控系统三部分组成。
激光技术和生命科学激光和皮肤病专家讲座
▪ 蓝绿光谱氩离子激光: ▪ 半导体激光:源自激光技术和生命科学激光和皮肤病
第15页
光动力治疗对激发光源要求
激光波长在450-1000nm 之间，治疗表浅病变普通 选取绿光和黄光，治疗深部病变或瘤体较大肿瘤 多项选择择红光和近红外光；
激光波长应与所选取光敏剂吸收峰有最大程度重 合；
因为 PDT 需要大光斑照射或多光路输出，照射连 续时间长，激光器应含有较大输出功率和稳定工 作性能。
第27页
4.PDT能引发中性粒细胞在作用部位积聚；
5.光照可使NK细胞活性和数量增加，可能与肿 瘤杀伤相关；
6.PDT对DNA损伤能诱发肿瘤细胞凋亡和改变癌 基因c-jun、c-fos表示。
激光技术和生命科学激光和皮肤病
第28页
光动力治疗是怎样进行？
激光技术和生命科学激光和皮肤病
第29页
步骤
1.给患者注射或外涂光敏剂； 概念：激光2光.对动病力学灶疗区法进(P行ho激to光dyn照am射ic。Therapy, PDT)
激光技术和生命科学激光和皮肤病
第40页
7.可协同手术提升疗效果：对一些肿瘤、先行 外科切除，再施以光动力治疗，可深入毁灭 残留癌细胞，降低复发机会；对另一些肿瘤， 有可能先做光动力治疗，使肿瘤缩小后再切 除，扩大手术适应证，提升手术成功率。
8.可毁灭隐性癌病灶：常规治疗伎俩只能去除 主病灶，对隐性癌巢无能为力，但用光动力 疗法采取全表面照射方法，毁灭可能存在全 部微小病变。
激光技术和生命科学激光和皮肤病
第25页
光敏毒性物质结合位点
光敏毒性物质有效地与细胞许多位置相结合， 这些位置包含生物分子和亚细胞器官如线粒 体、微粒体和细胞核等。单态氧经过氧化膜 脂质和蛋白氨基酸、氧化核酸（尤其是鸟嘌 呤部分）到达组织损伤 。
第15页
光动力治疗对激发光源要求
激光波长在450-1000nm 之间，治疗表浅病变普通 选取绿光和黄光，治疗深部病变或瘤体较大肿瘤 多项选择择红光和近红外光；
激光波长应与所选取光敏剂吸收峰有最大程度重 合；
因为 PDT 需要大光斑照射或多光路输出，照射连 续时间长，激光器应含有较大输出功率和稳定工 作性能。
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4.PDT能引发中性粒细胞在作用部位积聚；
5.光照可使NK细胞活性和数量增加，可能与肿 瘤杀伤相关；
6.PDT对DNA损伤能诱发肿瘤细胞凋亡和改变癌 基因c-jun、c-fos表示。
激光技术和生命科学激光和皮肤病
第28页
光动力治疗是怎样进行？
激光技术和生命科学激光和皮肤病
第29页
步骤
1.给患者注射或外涂光敏剂； 概念：激光2光.对动病力学灶疗区法进(P行ho激to光dyn照am射ic。Therapy, PDT)
激光技术和生命科学激光和皮肤病
第40页
7.可协同手术提升疗效果：对一些肿瘤、先行 外科切除，再施以光动力治疗，可深入毁灭 残留癌细胞，降低复发机会；对另一些肿瘤， 有可能先做光动力治疗，使肿瘤缩小后再切 除，扩大手术适应证，提升手术成功率。
8.可毁灭隐性癌病灶：常规治疗伎俩只能去除 主病灶，对隐性癌巢无能为力，但用光动力 疗法采取全表面照射方法，毁灭可能存在全 部微小病变。
激光技术和生命科学激光和皮肤病
第25页
光敏毒性物质结合位点
光敏毒性物质有效地与细胞许多位置相结合， 这些位置包含生物分子和亚细胞器官如线粒 体、微粒体和细胞核等。单态氧经过氧化膜 脂质和蛋白氨基酸、氧化核酸（尤其是鸟嘌 呤部分）到达组织损伤 。
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4
细胞分子组成及其层次性
细胞 核、线粒体
核酸
单核苷酸
核糖、碱基、 磷酸
多酶复合体、核蛋白体、 染色体、膜等
蛋白质
多糖
氨基酸
单糖类
－酮酸、乙 酸等
苹果酸 丙酮酸
甲烷 氨 氰化氢
类脂
脂肪酸、 甘油
乙酸、丙二酸
CO2 N H2O
5
代谢的物理方面更多涉及能量代谢。 代谢的化学方面涉及生命物质的降解和建成，总
b. 1928
Maurice Hugh Frederick Wilkins
1/3 of the prize
United Kingdom and New Zealand
London University London, United Kingdom
b. 1916
(in Pongaroa, New Zealand)
称物质代谢。
新陈代谢
能量代谢 同化作用
物质代谢 异化作用
信息代谢
自养型 异养型 厌氧型 需氧型
光合作用 化能合成
6
生化系统的两大侧面－合成与分解
7
生命之核－核酸碱基的结构
核糖核酸RNA 脱氧核糖核酸DNA
8
DNA双螺旋结构
9
Nobel Prize in Physiology or Medicine Winners in 1962
12
13
•红光和远红光对莴苣种子萌发的影响
14
15
不同的动物对于光有不同的适应范围。窄光性动物只 需要狭小范围的光照，例如夜出和地下生活的动物。 对于多数动物来说，日照不仅是决定昼夜活动的主要 因素，且与繁殖、换羽毛、迁徒及其他周期性获得也 有密切关系。
对太阳的辐射热，对动物也有直接或间接的影响。许 多变温动物被太阳晒热，体温上升到一定水平后才能 开始活动，此后的体温则靠肌肉的活动来维持。恒温 动物利用阳光来取暖的，不仅昼夜的哺乳类进行“日 光浴”，鸟类特别是幼鸟也经常进行“日光浴”。
从根本上说，没有光地球的的一切生命都不可能生存。
16
核酸的生物效应和光生物学问题
光和生命息息，生命的起源、发展、进化、生存都离不开 光。不同波长光的照射，会引起不同的反应。如DNA分子 在紫外线的照射下，会引起失活、变异甚至癌变。研究表 明，与此有关的大多数生物效应与DNA分子水平的物理的、 化学的变化有关。源自d. 200410
光和生命
生命的起源离不开光 早期地球上的能量来源
来源
总的太阳照射能量 紫外线
<300nm <250nm <200nm <100nm 放电 冲击波 放射性 火山
能量（cal/cm2/y）
260000 3400 563 43
2 4 1 1 0.1
11
科学家已经证明原始大 气的物质恰恰就是典型 的生命物质。类似地球 表面上生命初始时应具 备的条件下，已证实可 能发生的几种反应。
主要是胸腺嘧啶二聚体有“修复”的功能。 （3）胸腺嘧啶二聚体越多，对UV光越敏感。 （4）二聚体与光照胸腺嘧啶产生不成对电子密度成正比。 （5）胸腺嘧啶二聚体大部分是经过激发三重态而不是激发
单态而形成。
18
生物工程
生物工程是技术革命的三大支柱（为电子技术、材料科学、 生物工程）之一。
19
重组DNA的方法
20
激光的生物效应
激光生物效应是一个内涵很广泛的概念， 一般是指激光作用于生物体可能产生的生 物效应，不仅取决于激光的照射参量，而 且决定于受辐照物体的性质，情况比较复 杂。
21
激光生物效应大致有： 激光生物热效应 激光生物光化学效应 激光生物机械效应 激光生物电磁效应 激光生物刺激效应
1、核酸的辐射效应
17
2、胸腺嘧啶二聚体
胸腺嘧啶二聚体是由Beukers和Berends与1960年发现的， 开辟了核酸光生物学的新纪元。
在用紫外光照射DNA后，可以生成胸腺嘧啶二聚体。 （1）在280nm附近的紫外光照射下，胸腺嘧啶二聚体的生成
效率最高。 （2）UV光照射下，某些细菌死亡，但有些没有，研究发现
制的揭示，各种氨基酸遗传秘码的建立
3
新陈代谢
细胞能进行物质代谢，能量交换，能自身生 产和复制，能有效地调控自己的生命活动。 活细胞：原核细胞；真核细胞
活细胞内有各种有机分子由C、H、O、N、P、 S等元素组成，还有其他Cl、K、Na、Mg、Ca、Fe、 Cu、Zn等微量元素。
水是所有活细胞中最丰富的化合物。
"for their discoveries concerning the molecular structure of nucleic acids and its significance for information transfer in living material"
Francis Harry Compton Crick
生命与生命科学
1
研究的内容:生命的起源、发生、发展、进 化
学科范围：人类学、人口学、生态学、环 境科学、生物医学，心理学、生物工程、 生物信息、仿生学
学科应用：人体工程学、生物医学仪器等 等
2
生命的本质
19世纪30年代——创立细胞学说 19世纪50年代——达尔文进化论 20 世纪30年代——基因突变的发现 20 世纪40年代——遗传基因DNA发现 20 世纪50年代——DNA分子结构的发现，蛋白质合成机
23
组织——组织由细胞和细胞间质合成，人体组织 有4类上皮组织、结缔组织，肌肉组织和神经组织。
（1）上皮组织：其细胞有单层或多层膜覆盖或衬 托表面。上皮组织的功能是防护、调节分泌和吸 收物质。上皮组织有简单鳞状组织、立方或柱状 组织。简单鳞状组织是一层扁平细胞，血管的表 皮就是鳞状组织，它有利于电介质的迅速扩散。 立方或柱状组织细胞为立方形或柱形，气管、食 道和膀胱的上皮就是有这种细胞构成。
1/3 of the prize
United Kingdom MRC Laboratory of Molecular Biology Cambridge, United Kingdom
b. 1916 d. 2004
James Dewey Watson
1/3 of the prize USA Harvard University Cambridge, MA, USA
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生物物质结构及生物组织光学性质
生物物质结构 细胞——构成生物物质的最小单位是细胞。
动物细胞：细胞膜、细胞质、高尔基体、核液、 染色质、核仁、核膜、内质网、线粒体、核孔、 核糖体、中心体等
植物细胞：细胞膜、细胞壁、细胞质、叶绿素、 高尔基体、核液、染色质、核仁、核膜、内质网、 线粒体、核孔、核糖体、中心体、液泡等
细胞分子组成及其层次性
细胞 核、线粒体
核酸
单核苷酸
核糖、碱基、 磷酸
多酶复合体、核蛋白体、 染色体、膜等
蛋白质
多糖
氨基酸
单糖类
－酮酸、乙 酸等
苹果酸 丙酮酸
甲烷 氨 氰化氢
类脂
脂肪酸、 甘油
乙酸、丙二酸
CO2 N H2O
5
代谢的物理方面更多涉及能量代谢。 代谢的化学方面涉及生命物质的降解和建成，总
b. 1928
Maurice Hugh Frederick Wilkins
1/3 of the prize
United Kingdom and New Zealand
London University London, United Kingdom
b. 1916
(in Pongaroa, New Zealand)
称物质代谢。
新陈代谢
能量代谢 同化作用
物质代谢 异化作用
信息代谢
自养型 异养型 厌氧型 需氧型
光合作用 化能合成
6
生化系统的两大侧面－合成与分解
7
生命之核－核酸碱基的结构
核糖核酸RNA 脱氧核糖核酸DNA
8
DNA双螺旋结构
9
Nobel Prize in Physiology or Medicine Winners in 1962
12
13
•红光和远红光对莴苣种子萌发的影响
14
15
不同的动物对于光有不同的适应范围。窄光性动物只 需要狭小范围的光照，例如夜出和地下生活的动物。 对于多数动物来说，日照不仅是决定昼夜活动的主要 因素，且与繁殖、换羽毛、迁徒及其他周期性获得也 有密切关系。
对太阳的辐射热，对动物也有直接或间接的影响。许 多变温动物被太阳晒热，体温上升到一定水平后才能 开始活动，此后的体温则靠肌肉的活动来维持。恒温 动物利用阳光来取暖的，不仅昼夜的哺乳类进行“日 光浴”，鸟类特别是幼鸟也经常进行“日光浴”。
从根本上说，没有光地球的的一切生命都不可能生存。
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核酸的生物效应和光生物学问题
光和生命息息，生命的起源、发展、进化、生存都离不开 光。不同波长光的照射，会引起不同的反应。如DNA分子 在紫外线的照射下，会引起失活、变异甚至癌变。研究表 明，与此有关的大多数生物效应与DNA分子水平的物理的、 化学的变化有关。源自d. 200410
光和生命
生命的起源离不开光 早期地球上的能量来源
来源
总的太阳照射能量 紫外线
<300nm <250nm <200nm <100nm 放电 冲击波 放射性 火山
能量（cal/cm2/y）
260000 3400 563 43
2 4 1 1 0.1
11
科学家已经证明原始大 气的物质恰恰就是典型 的生命物质。类似地球 表面上生命初始时应具 备的条件下，已证实可 能发生的几种反应。
主要是胸腺嘧啶二聚体有“修复”的功能。 （3）胸腺嘧啶二聚体越多，对UV光越敏感。 （4）二聚体与光照胸腺嘧啶产生不成对电子密度成正比。 （5）胸腺嘧啶二聚体大部分是经过激发三重态而不是激发
单态而形成。
18
生物工程
生物工程是技术革命的三大支柱（为电子技术、材料科学、 生物工程）之一。
19
重组DNA的方法
20
激光的生物效应
激光生物效应是一个内涵很广泛的概念， 一般是指激光作用于生物体可能产生的生 物效应，不仅取决于激光的照射参量，而 且决定于受辐照物体的性质，情况比较复 杂。
21
激光生物效应大致有： 激光生物热效应 激光生物光化学效应 激光生物机械效应 激光生物电磁效应 激光生物刺激效应
1、核酸的辐射效应
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2、胸腺嘧啶二聚体
胸腺嘧啶二聚体是由Beukers和Berends与1960年发现的， 开辟了核酸光生物学的新纪元。
在用紫外光照射DNA后，可以生成胸腺嘧啶二聚体。 （1）在280nm附近的紫外光照射下，胸腺嘧啶二聚体的生成
效率最高。 （2）UV光照射下，某些细菌死亡，但有些没有，研究发现
制的揭示，各种氨基酸遗传秘码的建立
3
新陈代谢
细胞能进行物质代谢，能量交换，能自身生 产和复制，能有效地调控自己的生命活动。 活细胞：原核细胞；真核细胞
活细胞内有各种有机分子由C、H、O、N、P、 S等元素组成，还有其他Cl、K、Na、Mg、Ca、Fe、 Cu、Zn等微量元素。
水是所有活细胞中最丰富的化合物。
"for their discoveries concerning the molecular structure of nucleic acids and its significance for information transfer in living material"
Francis Harry Compton Crick
生命与生命科学
1
研究的内容:生命的起源、发生、发展、进 化
学科范围：人类学、人口学、生态学、环 境科学、生物医学，心理学、生物工程、 生物信息、仿生学
学科应用：人体工程学、生物医学仪器等 等
2
生命的本质
19世纪30年代——创立细胞学说 19世纪50年代——达尔文进化论 20 世纪30年代——基因突变的发现 20 世纪40年代——遗传基因DNA发现 20 世纪50年代——DNA分子结构的发现，蛋白质合成机
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组织——组织由细胞和细胞间质合成，人体组织 有4类上皮组织、结缔组织，肌肉组织和神经组织。
（1）上皮组织：其细胞有单层或多层膜覆盖或衬 托表面。上皮组织的功能是防护、调节分泌和吸 收物质。上皮组织有简单鳞状组织、立方或柱状 组织。简单鳞状组织是一层扁平细胞，血管的表 皮就是鳞状组织，它有利于电介质的迅速扩散。 立方或柱状组织细胞为立方形或柱形，气管、食 道和膀胱的上皮就是有这种细胞构成。
1/3 of the prize
United Kingdom MRC Laboratory of Molecular Biology Cambridge, United Kingdom
b. 1916 d. 2004
James Dewey Watson
1/3 of the prize USA Harvard University Cambridge, MA, USA
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生物物质结构及生物组织光学性质
生物物质结构 细胞——构成生物物质的最小单位是细胞。
动物细胞：细胞膜、细胞质、高尔基体、核液、 染色质、核仁、核膜、内质网、线粒体、核孔、 核糖体、中心体等
植物细胞：细胞膜、细胞壁、细胞质、叶绿素、 高尔基体、核液、染色质、核仁、核膜、内质网、 线粒体、核孔、核糖体、中心体、液泡等