BrittonChance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。
生物医学光子学技术研究进展
生物医学光子学技术研究进展随着现代医学的快速发展，生物医学光子学技术正在成为医学领域的一个热点话题。
这种技术利用光子学原理进行研究和治疗，已经在激光治疗、光学成像等领域发挥了重大作用。
本文将从生物医学光子学技术的发展历程、应用范围、研究方向等方面进行深入探讨。
一、生物医学光子学技术的发展历程在大约100年前，医学界开始使用光学作为一种工具来探究人体内部结构和功能。
直到20世纪60年代，激光出现，这种技术才真正开始应用于医疗领域。
随着激光技术的不断发展，生物医学光子学技术也在不断地发展和创新。
20世纪70年代，光纤技术的发明和应用使激光技术在生物医学领域的应用更加广泛。
1983年，南非科学家K.C.Chu首次将激光用于治疗癌症。
此后，激光治疗迅速发展，成为了许多疾病的治疗方法之一。
21世纪初期，光学成像技术在医学领域的应用又取得了重大突破，这种技术利用光学信号来获得生物体内部的图像，能够不侵入地获得高质量的影像。
二、生物医学光子学技术的应用范围生物医学光子学技术主要应用在激光治疗、光学成像、生物传感、光遗传学等领域。
其中，激光治疗是目前生物医学光子学技术应用最广泛的领域之一。
激光治疗是利用激光能够聚焦和达到高能量密度的特性，破坏癌细胞或其他异常细胞的功能，从而达到治疗的目的。
光学成像是另一个比较重要的生物医学光子学技术应用领域。
这种技术利用光学信号来获得生物体内部的图像，提供了一种不侵入性的检测手段，特别是在心血管、神经等领域中应用广泛。
随着技术的发展，光学成像技术正在实现对活体细胞的实时测量，这将为生物医学研究提供更多可能性。
生物传感是利用生物体对光的响应，开发出一种高灵敏度、高分辨率的生物传感器的技术。
生物传感技术已经被广泛地应用于生命科学领域，例如癌症早期诊断、糖尿病检测、肾病筛查等领域。
最近，光遗传学也成为了生物医学光子学技术中的一个重要领域。
这种技术利用非天然光敏蛋白，通过光控制遗传信息的表达，实现基因分子水平的操控，从而为研究神经学、行为学、癌症研究等领域提供新的研究手段。
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
Xi’an Jiaotong University
4.2.2 影响光动力效果的主要因素
3 氧浓度 目前，在光动力疗法研究中所指的氧浓度通常包含两层意思，一是指作 用环境中的氧浓度，另一是指在靶向细胞中产生的单态氧浓度。 研究发现，PDT在缺氧区不易达到理想的治疗效果。有学者将这种光动 力疗法的细胞杀伤效应随介质中氧浓度降低而减弱的现象称为氧效应。 以氧浓度为横坐标 ,以光敏剂的细胞杀伤率为纵坐标绘制的曲线，称为 光敏剂的氧效应曲线。氧效应曲线是一种双相曲线，其特点是当氧分 压从0上升至10%左右时，光敏剂的细胞杀伤率很快增高，而氧分压进 一步增至20%以上时，细胞杀伤率增高却十分缓慢，基本处于坪值。各 种光敏剂的氧效应曲线的形态有所不同，反映了光敏剂杀伤效应对氧 的依赖程度。光敏剂的氧增强比（oxygen enhancement ratio，OER）是 指在缺氧条件下光敏剂的细胞半数致死量与在有氧条件下光敏剂的细 胞半数致死量的比值,用以衡量光敏剂氧效应的大小。
特别能用强力短波光照射以治疗由特别能用强力短波光照射以治疗由结核菌为此目的他设计了一种大型强力弧光灯为此目的他设计了一种大型强力弧光灯因因年他宣称红年他在哥后来由丹麦政府这是光本身的这是光本身的结核菌叫如对细菌对细菌马射线用于叫如因而被废弃因而被废弃特别是紫外光特别是紫外光射线和伽马射线用于对于蓝光和紫光光和紫光它为力量更大的它为力量更大的x射线和伽xianjiaotonguniversityxianjiaotonguniversityxianjiaotonguniversity由于芬森在利用光辐射治疗狼疮及其他皮肤方面所做出的贡由于芬森在利用光辐射治疗狼疮及其他皮肤方面所做出的贡献献1903年诺贝尔医学与年诺贝尔医学与生理学奖授给了芬森生理学奖授给了芬森的半数赠给光研所的半数赠给光研所
2008年诺贝尔化学奖简介
３ 典型应用
３．１ 活细胞内基因表达及蛋白质－蛋白质相互作用 的光学成像与可视化
随着人类基因组计划的完成，蛋白质功能研究 已成为生命科学面临的最重要任务之一． 传统的生 化方法只能对蛋白质进行体外分析，这些离体研究 不能反映活细胞内蛋白质动力学． ＧＦＰ 标记技术结 合多种光学成像技术很好地回答了上述问题． 其中 基 于 ＧＦＰ 的 荧 光 共 振 能 量 转 移 （ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｅｎｅｒｇｙ ｔｒａｎｓｆｅｒ，ＦＲＥＴ）技术是应用最广泛
的 ， ［１９］ 它 可 实 时 动 态 监 测 蛋 白 质 时 空 动 力 学 ． ＦＲＥＴ 是 供 体 分 子 和 受 体 分 子 在 近 距 离 范 围 内 （＜１０ ｎｍ）所发生的一种非辐射式能量转移现象，目 前在生物和医学中被广泛应用的是 ＣＦＰ（供体）和 ＹＦＰ（受体）． 国内也开展了基于 ＦＲＥＴ 的蛋白质功 能研究，并在蛋白酶活性检测［２０～２３］和钙离子浓度［２４］ 方面取得了较好进展． ＦＲＥＴ 除了可研究蛋白酶活 性［２５］、蛋白质构象［２６］、蛋白质磷酸化［２７］和钙离子浓 度测定［２８］等之外，蛋白质相互作用的 ＦＲＥＴ 检测是 目前最受关注的焦点． 细胞内众多生命活动都是通 过蛋白质复合体来介导的，而蛋白质复合体则是多
-0.概况
生物医学光子学概况Biomedical Photonics朱1主要内容• • • • • 生物医学光子学学科简介 相关研究机构 主要学术组织 相关学术期刊 国际前沿动态2光子学• 研究作为信息和能量载体的光子行 为及其应用的科学。
– 理论方面：主要研究光子的量子特性及其 在与物质(包括与分子、原子、电子以及光 子)的相互作用中出现的各类效应及其规律 – 应用方面：研究光子的产生、传输、控制 以及探测等3光与生命• 光是万物之灵，地球上如果没有 光也就没有生命。
• 光在生命科学中的应用，经历了 一个漫长的发展阶段。
• 激光与光子技术的介入，推动了 生命科学的发展，使生命科学进 入一个迅速发展的新时期。
4生物医学光子学• 生物医光学子学是光子学技术和生命 科学相互交叉与渗透，而形成的一门 新的边缘学科。
Biomedical Photonics Biomedical Optics Biophotonics5生物医学光子学的研究内容• 光子学原理与技术在生物健康领域中 的应用即构成生物医学光子学的研究 内容。
• 它涉及对生物体的成像、探测和操 纵。
6生物医学光子学研究内容• 在生物学领域：主要探测分子的机 理、功能和结构； • 在医学领域：检测组织与血液参数探 索组织结构与功能的变化； • 进而实现微观（微纳尺度）与宏观 （大尺度）和水平的疾病无损探测、 诊断和治疗。
7研究领域• 生物光子学 • 医学光子学8生物光子学• 研究生物系统的光子辐射以及这些光 子携带的有关生物系统的结构与功能 信息 • 研究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9生物光子学• 微观层次：显微光学成像技术与现代 分子生物学、细胞生物学和系统生物 学的基本手段相结合，从离体和在体 水平上，深入研究生物分子间相互作 用的本质，揭示生命现象的基本规 律，进一步探索疾病发生的分子机 制，为疾病诊断、治疗和药物设计与 筛选寻找新的思路。
pH敏感的荧光探针及在活细胞中的应用
pH敏感的荧光探针及在活细胞中的应用陈瑞希;周宏福;刘秀丽;曾绍群【摘要】细胞内的pH是细胞内多种酶活性和生理活动的重要调节因素,准确、动态的监测细胞内pH变化对研究细胞内的活动至关重要.一些荧光小分子可以感应pH的变化,同时具有较高的灵敏度和特异性,对细胞损伤较小且标记操作简单,已逐渐发展成为一种监测细胞内pH变化的有效方法.本文主要介绍目前常用pH敏感的荧光探针及其在活细胞研究中的进展.%Changes of intracellular pH have been shown to be critical determinants of many enzymes and physiology activities.Therefore it is critical to monitor accurately the dynamic intracellular pH for the intracellular activity research.Some small molecular fluorescent probes have become an effective tool to monitor the intracellular pH with high sensitivity,high selectivity,simple operation and being non-detrimental.This review highlights the recent advances of pH-sensitive fluorescent probes and their applications in living cell imaging.【期刊名称】《激光生物学报》【年(卷),期】2016(025)006【总页数】10页(P491-500)【关键词】pH敏感;荧光探针;小分子;活细胞【作者】陈瑞希;周宏福;刘秀丽;曾绍群【作者单位】华中科技大学-武汉光电国家实验室,Britton Chance生物医学光子学研究中心,湖北武汉430074;华中科技大学,生物医学工程系,生物医学光子学教育部重点实验室,湖北武汉430074;华中科技大学-武汉光电国家实验室,Britton Chance生物医学光子学研究中心,湖北武汉430074;华中科技大学,生物医学工程系,生物医学光子学教育部重点实验室,湖北武汉430074;华中科技大学-武汉光电国家实验室,Britton Chance生物医学光子学研究中心,湖北武汉430074;华中科技大学,生物医学工程系,生物医学光子学教育部重点实验室,湖北武汉430074;华中科技大学-武汉光电国家实验室,Britton Chance生物医学光子学研究中心,湖北武汉430074;华中科技大学,生物医学工程系,生物医学光子学教育部重点实验室,湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】Q334细胞内pH值对维持细胞正常的活动，如细胞的增殖，凋亡[1]，自我吞噬[2]，离子运输[3]，内环境平衡[4]和酶的活性[5]至关重要。
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1999年转入生命科学与技术学院（东四楼）
1999年正式成立 华中理工大学 Brititton Chance博士 华中科技大学名誉教授
2001年BC参加本室主办 PIBM’01国际会议，并与 HUST达成共建实验室、 联合培养年青教师和博 士生的协议。
2005年实验室被评为小组第二名
“中国数字虚拟人”工作被两院院士评为 2005年度中国十大科技进展之一
2006年
荣获“教育部 创新团队”称
Britton Chance 生物医学光子学研究中心
BC CBMP 承建的研究基地
CBMP主办会议情况
PIBM (2001)
三十名留学人员参与生物医学光子学 学科建设(1999)
2002年BC在本室检查内源光/激光散斑成像技术 用于大鼠皮层活动检测的研究工作
2002年，教育部网上合作研究中心通过专家组评审
2002-2003年，本室年青教师 在美国UPENN_BC实验室合作研究
2004年
• 荣获湖北自然科学基金创新群体称号 • 湖北省生物信息与分子成像重点实验室 成立（鄂教科[2004]15号文件）
冯达旋
BC CBMP顾问委员会 副主席 美国德克萨斯大学 达拉斯分校 副校长
陈雷应
BC CBMP顾问委员会 委员 K&L盖茨律师事务所合伙人
K&L盖茨律师事务所亚洲事务部主席
程京
BC CBMP顾问委员会 委员 清华大学医学系统生物学 研究中心 长江特聘教授
Aaron Ciechanover
BC CBMP顾问委员会 委员 2004年诺贝尔化学奖 得主，以色列Haifa工 学院医学研究院特聘 教授
A Stephen DAHMS
BC CBMP 顾问委员会委员 美国Alfred E Mann生物医学 工程基金会主席
宋瑞珍
BC CBMP顾问委员会 委员 台湾成功大学副校长 兼医学院院长
杨福家
BC CBMP 顾问委员会委员 中国科学院院士 英国诺丁汉大学校长 复旦大学前校长
姚建铨
BC CBMP顾问委员会 委员 中国科学院院士 天津大学教授
2005
香山会议（2003）
PIBM (2006)
国际顾问委员会第一次会议 2007.4.12-13
全文见
领导专家题词
以姓氏字母排列为序
BC CBMP顾问委员会 主席 中国工程院院士 华中科技大学校长
Britton Chance
BC CBMP顾问委员会 副主席 美国科学院院士 英国皇家学会外籍院士
Britton Chance生物医学光子学 研究中心发展历程 暨领导专家题词
Britton Chance Center for Biomedical Photonics (BC CBMP)
1997年2月骆清铭博士告别美国BC实验室 回母校筹建华中理工大学生物医学光子学研究所
光电子工程系（南五楼）建立实验室
中国科学院院士
顾 敏
HUST生物医学光子学岗位 长江特聘讲座教授 澳大利亚科学院与工程院 两院院士
Steve Goodman 美国德克萨斯大学 达拉斯分校教授
Brian Wilson
加拿大多伦多大学教授 生物物理与成像研究部主任
中国科学院院士 华中科技大学前校长
华中科技大学 党委书记