生物医学光子学
《生物医学光子学》课件
光学相干成像技术
总结词
光学相干成像技术利用光的干涉现象，能够无损地观察生物组织的内部结构。
详细描述
光学相干成像技术利用光的干涉现象，通过测量光在生物组织内部不同路径的传播时间，重建组织内 部的折射率分布，从而观察生物组织的内部结构。这种技术具有无损、无创的优点，在眼科、心血管 等领域有广泛应用。
荧光寿命成像技术
研究内容与领域
总结词
生物医学光子学的主要研究内容、领域和应 用方向
详细描述
生物医学光子学的研究内容主要包括光与生 物组织的相互作用、光子在生物组织中的传 输和散射、生物组织的光学成像和光谱分析 等。该学科的研究领域涉及光学显微镜、光 学成像、光谱分析、激光生物学、光热治疗 和光动力治疗等。生物医学光子学的应用方 向非常广泛，包括医学诊断、治疗和基础研
详细描述
光学成像技术利用光的散射、吸收和 荧光等特性，对生物组织进行成像， 可应用于肿瘤、炎症等疾病的早期诊 断。
荧光分子成像与示踪
总结词
通过荧光标记技术对生物分子进行示 踪，研究分子在生命过程中的动态变 化。
详细描述
荧光标记技术利用荧光物质对生物分 子进行标记，通过荧光显微镜观察分 子的动态变化，有助于深入了解生命 过程和疾病发生机制。
深入研究和探索生物组织的光学特性
未来研究将更加深入地探索生物组织的光学特性，为光子检测和成像提供更准确的理论 依据和技术支持。
发展新型光子检测和成像技术
未来将发展新型的光子检测和成像技术，以提高灵敏度和分辨率，满足生物组织和细胞 层面的检测和成像需求。
拓展光子学在生物医学领域的应用范围
随着技术的不断进步和应用需求的不断增加，光子学在生物医学领域的应用范围将不断 拓展，涉及更多的疾病诊断和治疗领域。
生物医学工程概论 第三章 生物医学光子学
流式细胞仪
心脏动作电位实时测量
小动物荧光成像
光学相干层析成像
(Optical Coherence tomography, OCT)
速度快 分辨率高
血红蛋光吸收曲线
660nm
940nm
指套式血氧测量仪
红外脑成像示意图
光遗传技术
神经科学的主要挑战是如何调控一种细胞而 不影响其它细胞（Francis Crick,1979)
叶绿体的自发荧光
二次荧光（荧光探针）
非荧光性的物质（蛋白 质、炭水化合物）用荧光色 素染色，由荧光色素产生荧 光（二次荧光），以便进行 观察。对特定物体选择合适 的荧光色素，该物体就能和 周围的组织或细胞区别出来 而可以观察到。
抗体荧光技术（用免疫染色）
利用特定抗原必然和特定抗体相结合的 事实，使带荧光标记的抗体和标本中的抗原 进行抗原、抗体反应，这样两者的结合体就 能通过抗体的荧光观察。
Channelrhodophin-2等是光敏感的非特异阳离子通道
基因重组构建模式动物
将光敏感的离子通道 转录到老鼠的多巴胺 能神经元，完成任务 是刺激即可产生愉悦 感，一次刺激老鼠主 动完成任务
四、生物发光
化学发光 物理激发光 热辐射 生物超微弱发光
化学发光
化学发光是物质在进行化学反应过程中伴 随的一种光辐射现象（不需要光、热或电 场等激发）； 直接发光：A、B两种物质发生化学反应生 成C物质，反应释放的能量被C物质的分子 吸收并跃迁至激发态C*； 间接发光：A和B反应生成激发态中间体C* ，C*分解时释放出能量使F变到激发态F*， 当F*跃迁回基态时，产生发光。
共聚焦扫描显微镜光学原理
生物医学光子学
生物医学光子学运用光子学原理和技术，为医学、生物学和生物技术领域中的问题提供解决方案即构成生物医学光子学的研究内容。
生物医学光子学涉及对生物材料的成像、探测和操纵。
在生物学领域，主要研究分子水平的机理，监测分子结构与功能，在医学领域，主要研究生物组织结构与功能，能对生物体以非侵入的方式，实现宏观与微观尺度分子水平的疾病探测、诊断和治疗。
目前，生物医学光子学主要包含以下研究内容：一是生物系统中产生的光子及其反映的生命过程，以及这种光子在生物学研究、医学诊断、农业、环境、甚至食品品质检查方面的重要应用。
利用光子及其技术对生物系统进行的检测、治疗、加工和改造等也是一项重要的任务。
二是医学光子学基础和技术，包括组织光学、医学光谱技术、医学成像术、新颖的激光诊断和激光医疗机理极其作用机理的研究。
这里我主要介绍的是生物医学光子学在医学上的应用。
1.生物医学光子学的发展与战略地位生物医学光子学的内涵生物学或生命科学是光子学的一个重要应用领域。
生物学研究与医学研究、诊断和治疗涉及到的光学及其相关的应用技术，包括其中最基础性的光物理问题，均可列为生物医学光子学的研究对象。
一般认为，光学领域未来发展的重点是将各种复杂的光学系统和技术更加广泛地应用于保健和医疗。
当今世界中，与光学有关的技术冲击着人类健康领域，正在改变着药物疗法和常规手术的实施手段，并为医疗诊断提供了新方法，为生物学研究提供了新的手段，还开辟了在细胞内进行高度定位的光化学疗法。
越来越多的事实说明人们对采用生物医学光子学技术解决长期困扰人类的疑难顽疾如心血管疾病和癌症所起的作用寄予很大希望，其中的重大突破将起到类似X射线和CT技术在人类文明进步史上的重要推动作用，在知识经济崛起的时代还可能产生和带动一批高新技术产2.生物医学光子学有关医学的的主要内容（1）生物物组织中的传输理论;当前组织光学统一的理论架构体系尚未建立，生物组织的光学理论远未成熟。
需要有更精细和准确的理论来替代现有过于简化的模型，也就是要用更复杂的理论来描述生物组织的光学性质以及光在其中的传播行为。
生物医学光子学的科学和技术
生物医学光子学的科学和技术生物医学光子学是一个新兴的交叉学科领域，它将光子学和医学相结合，利用光的特性研究生物组织的结构和功能，开发新型的光学技术和设备，为医学健康事业做出贡献。
生物医学光子学领域涵盖的范围很广，包括生物成像、光学治疗、光学诊断、光学生物传感、激光组织切割等多个方面。
本文就对生物医学光子学的科学和技术展开探讨。
生物成像是生物医学光子学领域的核心技术之一，它可以非常精准地观察生物组织的结构和功能。
近年来，一种叫做光学相干层析成像（OCT）的新型光学成像技术受到广泛关注。
OCT利用光的内插模定理，对生物组织进行高分辨率的非接触式成像。
与传统的医学成像技术相比，OCT成像无需使用任何放射性物质，对人体无害，成像结果非常清晰，可用于眼科、皮肤科、外科等多个医学领域的临床应用。
光学治疗是生物医学光子学领域的另一个热门技术，利用光的作用，对生物组织进行治疗。
激光治疗是光学治疗的一种，它目前已经应用于多个医学领域，如眼科、口腔科、皮肤科等。
激光经常被用于疾病的外科手术和治疗，像肿瘤切除、黄斑变性等疾病的治疗都已经通过激光治疗得到解决。
而光动力疗法（PDT）则利用光的能量来刺激药物的分子，并使其释放出有治疗作用的反应物质，有效地治疗了一些肿瘤和其他疾病。
光学诊断是科学家们近期研究的领域。
在生物医学光子学领域，非常重要的一个方面就是光学诊断。
光学诊断是指使用光学技术对疾病进行筛查、诊断和监测。
通过灵敏的光学传感器和数据分析系统，医生可以快速准确地确定疾病的类型和程度。
日前，科学家们利用数字组合与散射技术进行光学诊断。
新技术通过利用散射出的光子在组织内传播的特定路径，对人体内部的细胞、生物分子和化学物质进行测量和分析，具有较高的敏感性和特异性。
光学生物传感是一个新兴的领域，它可以应用光学技术来检测特定的生物分子的存在和浓度。
生物传感器是光学生物传感的关键部分，可以实现对特定分子的高灵敏检测。
光学生物传感器有以下几个特点：首先，具有高选择性和灵敏度，能够非常精确地检测到特定分子的浓度；其次，具有实时反馈性，能够快速响应影响疾病的变化；最后，是无损、实时、高效和可重复性好的特点。
生物医学光子学中的优化及其应用
生物医学光子学中的优化及其应用随着科学技术的不断进步和人类对健康的关注度越来越高，生物医学光子学逐渐受到人们的关注。
光子学是指对光的发射、传输、转换、控制等方面的研究，在医学领域中发挥着重大作用。
本文将介绍生物医学光子学的基本原理，以及在医学领域中的应用和优化方法。
一、生物医学光子学的基本原理生物医学光子学是一个跨学科的领域，它主要涉及光、电、磁、声、生物、医学等多学科知识和技能。
光子学的应用范围非常广泛，可以涉及医疗诊断、治疗、生物材料表征等多个领域。
在生物医学方面，光子学技术可以提供非侵入性、快速、精准、可重复的实验结果。
光子学技术在生物医学领域的应用主要有以下几个方面：1.分子生物学。
光子学技术可以用于分离、检测和定量化目标分子、抗体和细胞等。
2.成像学。
通过不同类型的光子学成像技术，可以探测不同范围的生物分子和细胞，从而对生物体内部结构进行研究。
3.疾病诊断和治疗。
光子学技术可以提供非侵入性、精准、可重复的诊断和治疗方法，如激光治疗、光动力疗法等。
二、生物医学光子学在医学领域中的应用1.生物成像。
生物成像技术可以用于对生物组织、器官和细胞进行成像。
比如，荧光成像可以用于监测肿瘤、细胞增殖、蛋白质定位等，磁共振成像可以用于生物体内部结构成像。
2.治疗方法。
光子学技术可以提供可重复、非侵入性和精准的治疗方法。
激光治疗可以用于治疗眼疾、皮肤病等，而光动力疗法可以用于治疗癌症、皮肤病等。
3.生物传感。
生物传感技术可以用于检测生物体内的信号和分子。
例如，用于检测和监测血糖、病毒、肿瘤等。
三、生物医学光子学中的优化方法1.器材优化。
器材的选择和优化是生物医学光子学中的一个重要环节。
不同的器材可以提供不同的光源和能量输出，从而影响到实验结果的准确性和可重复性。
因此，在进行生物医学光子学实验前，需要对器材进行严格的选择和优化。
2.数据分析优化。
在实验过程中，收集到的数据需要进行分析和处理。
而数据分析的准确性和可靠性对于实验结果的产生影响极大。
生物医学光子学第一章绪论
§2 光与生物组织体的相互作用
§ 2 光与生物组织体的相互作用
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6
光与生物组织体相互作用的基本形式 组织体对光的吸收效应 组织体对光的散射效应 组织体发光 光热效应和光声效应 光化学效应
§2.1 光与生物组织体相互作用的基本形式 1.光与生物组织体相互作用的表现形式或现象
Excited electronic state S1
h S1 S0
ground state S0
§2.2 组织体对光的吸收效应
2、分子的跃迁
生物组织体原子并不是处于自由状态的，原子靠化学键聚在一 起组成分子，而且组成的是大分子，很显然分子对电磁波的吸 收与单个原子的吸收相比要复杂得多。
Chapter 1 绪论
当前的成像技术
CT
Chapter 1 绪论
无创伤检测
Chapter 1 绪论
Hitachi, 2004，无创血糖检测
掌上型血氧仪（oximeter）,测量 动脉血的含氧量
手指血氧仪
Chapter 1 绪论
激光诱导荧光检测器 （Laser Induced Fluorescence Detector，LIF）
生物医学光子学
Biomedical Photonics
1 绪论
Chapter 1 绪论
生物医学光子学？
组织光 (tissue optics)
生物医学光子学 (biomedical photonics)
生物光子学
(biological photonics）
医学光子学 (medical photonics)
Chapter 1 绪论
Chapter 1 绪论
生物医学光子学在人类现代医学研究中的应用
生物医学光子学在人类现代医学研究中的应用生物医学光子学是光学、光子学和生物医学的交叉学科，涉及到光的产生、传输、检测和利用等多方面的知识，以光为工具研究生物分子的结构、功能和相互作用，是一种非侵入性、无损伤的研究手段。
随着科学技术的发展和研究水平的提高，生物医学光子学在人类现代医学研究中的应用越来越广泛，已经涉及到生命科学、生物医学、化学、材料科学、光子学等多个领域。
光生物学诊断与治疗生物医学光子学在临床医疗中得到广泛应用，如手术、癌症诊断和治疗、皮肤病诊断、眼科疾病诊断、心脏病等。
光生物学是目前世界上最领先的疼痛治疗方法之一，用光线照射可帮助细胞分泌出内啡肽，达到舒缓疼痛的效果。
光动力疗法是一种以光作为能源，结合某一物质，可在特定条件下释放活性物质来达到治疗目的的治疗方法。
光动力疗法已广泛用于皮肤病、癌症、消化系统等疾病的治疗，其治疗效果明显。
生物医学光子学技术在眼科和眼科手术中应用广泛。
其中的近红外光是一种新型的可见光之外的光子疗法，近红外光可以通过角膜和水晶体直达视网膜，有良好的治疗效果，被广泛用于眼科中的黄斑变性、青光眼、干眼症的治疗。
荧光成像及荧光光谱技术荧光成像技术是以荧光标记的化合物为探针，利用荧光显微镜观测细胞或组织中的生物分子，从而研究其分布、代谢和生化反应等。
荧光光谱技术则是利用荧光分析物质的化学和物理性质。
生物医学光子学技术已经广泛应用于生物医学研究中，用于可视化和定量细胞或组织中蛋白质、RNA、DNA等的分布和动态变化。
通过荧光成像技术，科学家们可以研究细胞内分子的动态变化，分析分子的结构、功能和相互作用等。
荧光成像技术的应用范围非常广泛，从生理学、病理学、到神经科学等领域都有所涉及。
例如，在神经科学中，荧光成像技术被广泛应用于研究神经元的形态、功能和相互作用等，为研究神经系统提供了十分有力的技术手段。
光学显微成像技术光学显微成像技术是一种非侵入性、无损伤的研究手段，可以用于生物大分子的高分辨率成像，像空间分辨率达到纳米级。
生物医学光子学在疾病检测中的应用
生物医学光子学在疾病检测中的应用生物医学光子学是光电子学和生命科学的交叉领域，旨在研究光子与生物分子、细胞、组织和器官之间的相互作用，进而应用于疾病的检测、治疗和预防。
近年来，随着我国生物医学领域的发展，生物医学光子学已经成为一种非常重要的技术手段，被广泛运用于各种疾病的检测中。
一、荧光光谱技术荧光光谱技术是一种非常常见的生物医学光子学技术，广泛应用于肿瘤、糖尿病、心血管疾病等疾病的检测中。
这种技术可以通过荧光标记物，依据其荧光亮度来判断是否存在疾病。
比如说，在肿瘤检测中，荧光标记物可以嵌入到癌细胞特异性分子中，这样就可以在癌细胞产生荧光信号。
通过荧光信号的强度和颜色，我们可以得到癌细胞的位置、数量以及大小等信息，实现对肿瘤的检测。
在糖尿病检测中，荧光标记物可以嵌入到血液中的葡萄糖中，然后通过荧光亮度来判断血液中葡萄糖的浓度。
这项技术可以通过非侵入性手段快速、精准地进行糖尿病检测。
二、光声成像技术光声成像技术是一种非常前沿的生物医学光子学技术，可以通过光声效应来对组织结构进行成像。
在光声成像中，我们可以使用激光对组织进行照射，照射后激光能量被转化为声波能量，并利用超声探头探测组织中的声波信号，然后将信号转换为三维图像。
这项技术在肿瘤检测中尤为重要，因为肿瘤组织和正常组织的声学属性不同，光声成像可以通过检测组织中的不同程度的声波信号，找到患者体内的肿瘤，实现对肿瘤的检测和诊断。
三、生物光学检测技术生物光学检测技术是利用激光、光纤等光学元件对组织和细胞进行检测的一种非常重要的技术，在生物医学研究和临床应用中有着广泛的应用。
在肿瘤检测中，生物光学检测技术可以通过激光对组织进行照射，然后检测组织中反射回来的光子信号，利用反射后光子的散射程度、波长、强度等特征来判断组织是否健康，是否有异常变化以及肿瘤的位置和大小等信息。
此外，在心血管疾病检测中，生物光学检测技术可以通过探针测量血管中的内皮细胞和血流速度等参数，从而实现对心血管疾病的检测。
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治疗原理
光热杀死肿瘤细胞的原理主要 包括三个方面： （1）间接杀死肿瘤细胞：肿瘤组织的毛细血管在发育上和功能 上都比正常血管差，肿瘤组织的毛细血管缺乏弹性，导致肿瘤 组织内血流缓慢，易形成栓塞，且不容易散热，在光热治疗条 件下，肿瘤组织的温度与正常组织的温差可达 5~10 °C，可以 利用这个温差来杀死肿瘤细胞而又不损伤正常组织的细胞。另 一方面，肿瘤组织血流不通畅会导致肿瘤内部缺氧，加热会加
金纳米材料
诊断治疗一体化
从发现疾病到恢复健康，一般 需要经过诊断和治疗两个阶段。 疾病的诊断和治疗在传统的临 床应用中是两个相对独立的过 程，所以诊断用造影剂和治疗 试剂也需要分别使用。两次医 疗过程间隔较长，容易贻误最 佳的治疗时机，同时两次注射 药物所带来的副作用叠加效应也会增加患者的痛苦和风险。 于是，一种全新的医疗处理方式——诊断治疗一体化逐渐发至样品0 的逐渐降低 (40.4，20.2，10.1，4.04，2.02，0 mgAu/mL)，样品悬 液的亮度也逐渐降低 表明CT 增强效果随浓度减小而呈下降趋势。
光热转换性能评价 不同浓度的PGsP NCs （0.005，0.01，0.025，0.05， 0.1 mg/mL）在相同近红外激光（中心波长808 nm，辐 射功率2 W）辐照下的升温情况
造影成像功能和光热治疗功能的诊疗一体化试剂这种纳米诊
疗一体化试剂介导的肿瘤诊断和治疗的新模式，可能会对以 后癌症的诊疗方式产生积极的影响。
用于超声/MRI 成像引导下光热治疗的金纳米 壳磁性纳米胶囊-金纳米壳磁性液态氟碳纳米胶囊
体外超声/MRI 双模式造影成像性能评价 (1)使用PGS-SP NCs 造影剂进行的体外超声造影成像
光热治疗
光热治疗（PTT）通常是通过激光照射给肿瘤组织加热，一般 照射时间为几分钟到几十分钟，使肿瘤组织温度升高。在这样 的温度下，由于肿瘤细胞对热的耐受性较低，肿瘤细胞被选择 性地破坏。光热治疗产生的热量，往往使肿瘤细胞发生不可逆 的损伤，主要表现为线粒体膨胀、蛋白质失活、双折射性的丢 失、水肿和组织坏死、细胞膜松散及膜蛋白的变性等。 光热治疗使用的激光波长多为700~1000 nm，电磁波的这一 波长区域被认为是人体组织的光学窗口。也就是说，波长为 700~1000 nm 光对人体组织的穿透性最好，实验证明此区域 内的光可以穿透约1 cm 厚度的组织而不对其产生明显的破坏 作用。因此，使用近红外激光可以实现穿透皮肤和组织，在不 破坏正常细胞的情况下，实现对于深层肿瘤组织的有效热杀伤。
a) 无处理 b) 仅激光辐照 c) 仅加入GNR-MCs d) 加入GNR-MCs 用激光进行照射
在一次用药的前提下实现超声造影成像诊断和光热治疗的同 时进行。这样即可以避免诊断治疗的多次用药对于人体血液 循环系统和血液清除机制带来巨大压力，同时也缩短了诊断 和治疗的间隔时间，对于一些发展快速疾病的治疗有很重要
证明了 PGsP NCs 可 以高效的将近 红外激光辐照 转变为热能， 实现良好的光 热治疗效果。
细胞毒性研究 采用MTT 法测试了PGsP NCs 悬液在不同浓度时对正 常细胞人脐静脉内皮细胞HUVECs 的细胞活力的影响
说明制备得到的纳米胶囊对正常细胞没有明显的毒性， 具有较好的生物相容性，可以应用于动物体内实验。
生凋亡。
光热试剂
人体中固有的光吸收剂包括水、血红蛋白、氧和血红蛋白和黑色 素等。这些物质吸收光能后，会引发一定程度的组织温度升高， 但是由于生物体对可见光较强的散射和吸收，使得可见光对组织 的穿透深度不够，产生的热量不足以杀伤肿瘤细胞。同时，这些 光吸收剂是人体本身固有的，在全身都有分布，因此，以这些物 质作为光吸收剂，很难分辨出正常组织和肿瘤组织，从而引起对
体外细胞毒性实验证实了PGsP NCs 良好的生物相容性之后， 通过体内外超声/CT 造影成像评价证明金纳米壳液态氟碳纳
米胶囊不仅保持了原来液态氟碳纳米胶囊良好的超声造影特
性，同时可以成功实现体内血液循环，得到对比增强的CT 成 像效果，此外光热升温和光热癌细胞杀伤实验都表明PGsP NCs可以在近红外光照辐射下有效杀伤肿瘤细胞，这样金纳 米壳纳米胶囊就成为了一种新型的同时具备超声/CT 双模式
正常组织的热损伤。
为了提高激光诱导的光热治疗的效率和肿瘤选择性，通常会将具 有光吸收性能的光热治疗剂导入肿瘤部位，使得肿瘤组织温度迅
速升高，同时不会引起周围正常组织温度的明显升高。
光热试剂的要求与分类
首先，最重要的就是具有良好的光热转换效率 其次，应该无毒或只有较低的生物毒性 第三，材料应该是易功能化的，可以在其表面修饰其他分子， 如药物分子，光敏剂等。
化学治疗（或化疗）使用可以杀死癌细胞的药物进行癌症 的治疗。由于癌细胞相比正常细胞具有快速分裂和生长的
特性，所以化疗用药的作用原理通常是借由干扰细胞分裂
的机制来抑制癌细胞的生长。因此，大多数化疗药物都没 有对于癌细胞的特异性，会在杀伤癌细胞的同时也影响正
常细胞，具有较大的副作用。
放射线治疗（或放疗）是通过放射性辐射杀死癌细胞。放 疗使用放射源发出的辐射线破坏细胞的遗传物质，阻止细 胞生长或分裂，以此杀死癌细胞。然而放疗的效果仅局限 与辐射区域内，同时放疗也不具有选择性，会导致正常细 胞和组织的损失，造成较大的副作用。
体内双模式成像性能 (1)使用PGsP NCs 造影剂进行的兔肾脏超声造影成像
a) 注射PGsP NCs 前 b) 注射PGsP NCs 后 实验结果表明PGsP NCs 可以在动物体内呈现出良好的造 影增强效果，具有作为超声造影剂辅助超声诊断的潜力。
(2)使用PGsP NCs 对鼠进行肌肉注射前后的CT 造影图 （箭头显示增强效果）
应用新西兰大白兔作为动物模型，对兔肾脏进行扫查,进行 了体内进行的造影成像。
可以看到兔肾脏在两种模式下几乎都看不到回声增强信号 （a）。 通过耳缘静脉通道注射GNR-MCs 悬液，并推注生理盐水 以保证所有造影剂进入循环系统。静脉团注后数秒钟，即 可在超声仪监视器上看到PIHI 模式下的兔肾脏呈现较强回 声，并且可以动态观察到肾脏血流从皮质到髓质的整个充 盈过程（b）
剧这一过程，使得肿瘤细胞更容易被杀死。
（2）直接杀死肿瘤细胞：加热会使肿瘤细胞细胞膜上磷 脂的状态发生改变，从而引起细胞膜的流动性和通透性发 生改变，导致膜蛋白发生功能的丧失，甚至导致蛋白质变 性。此外，加热还会改变细胞骨架，从而改变细胞的形态，
进一步改变细胞的代谢及功能。
（3）诱导细胞凋亡：很多研究表明，加热会引起细胞内 凋亡促进基因（包括野生型 p53 等）和凋亡抑制基因 （bcl-2，突变型p53 等）的表达改变，从而引发细胞发
的意义。
金纳米材料和超声造影剂的成功结合，验证了超声造影成像 联合近红外光热治疗的诊断治疗一体化的可行性，对提高诊 断和治疗效率的探索可能具有一定的积极影响。
集超声/CT 成像和光热治疗于一体的金纳米壳 纳米胶囊的研究-金纳米壳液态氟碳纳米胶囊
体外双模式成像表征 (1)使用PGsP NCs 造影剂进行的体外超声造影成像
对癌细胞的光热杀伤效果 通过对体外培养细胞应用GNR-MCs 造影剂（浓度1 mg/mL）和近红外激光辐照（中心波长808 nm，能量密 度10 W/cm2，照射时间10 min）的不同组合，来评价 GNR-MCs 的光热治疗效果。使用钙黄绿素乙酰甲酯 （calcein AM）进行细胞染色。
使用PGsP NCs 对鼠进行尾静脉注射前和注射100 min 后 的CT 造影图（箭头显示增强效果）
肿瘤光热治疗效果 在证实了PGsP NCs 可以成功进行动物体内超声和CT 造影 成像，使用荷瘤裸鼠动物模型来进行移植瘤的光热消融治疗 实验使用U-87 MG 癌细胞移植瘤荷瘤裸鼠共32 只，随机平 均分为4 组：对照组、试剂组、光照组和治疗组 在进行不同治 疗处理后，各 组荷瘤鼠的移 植瘤在16 天 内的生长曲线 如图所示。
光热治疗技术及其在 生物医学中的应用
管慧文 1015061409
目录
背景 癌症传统治疗方法 新的治疗方法 光热治疗 简介 原理 光热试剂 诊断治疗一体化 案例
背景
癌症对人类健康和生命都有巨大的威胁，是人类死 亡的主要原因之一。
传统治疗方法
癌症的传统治疗方法包括手术切除、化学治疗、放 射线治疗等。 手术切除在理论上可以通过完全移除肿瘤细胞而将 癌症治愈，但外科手术无法切除已经转移到其他部 位的癌细胞，同时也无法精确切除所有癌变细胞而 有可能导致癌症复发。更为重要的是，对于年老体 弱的患者来说，外科手术这种创伤性极大的治疗方 法有可能带来比癌症本身更大的危险。
a) 乳胶管中充满生理盐水，无造影剂 b) 乳胶管中充满造影剂 结果表明PGsP NCs 悬液具备良好的超声造影增强功能， 可以用于增强超声成像的对比度。
(2)不同浓度的PGsP NCs 悬液的体外CT 造影成像图 使用小动物microCT 对于不同浓度的PGsP NCs 悬液进行 了CT 造影成像，
诊断治疗一体化将诊断和治疗两个过程合二为一，在得到 诊断结果的同时，立即基于诊断结果进行对症治疗。它将 诊断用造影剂和治疗用试剂结合为一体，得到可同时应用 于医学成像诊断和治疗的多功能试剂，即诊断治疗一体化 试剂 造影剂可以显著提高医学图像的对比度和分辨率，帮助临 床医师对疾病进行更为快速准确的诊断，是各种医学成像 诊断中不可或缺的辅助试剂。 受益于纳米技术的发展，我们现在可以有目的的设计和构 建一系列具有多种功能复合于一体、靶向性较好、无毒副 作用的多功能造影剂，其中研究最多的就是多模式造影剂 和诊断治疗一体化试剂 可同时进行多种模式医学成像诊断和治疗的多功能纳米材 料的研究不仅代表了纳米科技发展的尖端水平，同时具有 巨大的经济价值和市场潜力。