生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)論文.doc

《生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)論文.doc》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)論文摘要　　運(yùn)用光子學(xué)原理和技術(shù)，為醫(yī)學(xué)、生物學(xué)和生物技術(shù)領(lǐng)域中的問題提供解決方案即構(gòu)成生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)的研究內(nèi)容。生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)涉及對生物材料的成像、探測和操縱。在生物學(xué)領(lǐng)域，主要研究分子水平的機(jī)理，探測分子結(jié)構(gòu)與功能；在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，主要研究生物組織結(jié)構(gòu)與功能，能對生物體以非侵入的方式，實(shí)現(xiàn)宏觀與微觀尺度分子水平的疾病探測、診斷和治療。　　目前，光子學(xué)技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用主要包含以下研究內(nèi)容：一是生物系統(tǒng)中產(chǎn)生的光子及其反映的生命過程，以及這種光子在生物學(xué)研究、醫(yī)學(xué)診斷、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、甚

2、至食品品質(zhì)檢查方面的重要應(yīng)用。利用光子及其技術(shù)對生物系統(tǒng)進(jìn)行的檢測、治療、加工和改造等也是一項重要的任務(wù)。二是醫(yī)學(xué)光子學(xué)基礎(chǔ)和技術(shù)，包括組織光學(xué)、醫(yī)學(xué)光譜技術(shù)、醫(yī)學(xué)成像術(shù)、新穎的激光診斷和激光醫(yī)療機(jī)理極其作用機(jī)理的研究。關(guān)鍵詞：光子學(xué)技術(shù)；激光；光子；醫(yī)學(xué)光譜1前言生物學(xué)或生命科學(xué)是光子學(xué)的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域。從發(fā)展來看，在21世紀(jì)，所有的科學(xué)技術(shù)都將圍繞人與人類的發(fā)展問題，尋找各自的存在意義與發(fā)展面。自然界最奇特而變化多端的生命現(xiàn)象從起源、演化乃至今天人類所有行為能力與潛質(zhì)，都與光這個神秘的物質(zhì)

3、息息相關(guān)、密不可分。光與生命早已結(jié)下不解之緣。十余年來生物醫(yī)學(xué)光學(xué)與光子學(xué)驟然興起，令人矚目，并因而引發(fā)出一門新興的學(xué)科--生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)。簡言之，生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)就是用光子來研究生命的科學(xué)，它是光子學(xué)和生命科學(xué)相互交叉、互相滲透而產(chǎn)生的邊緣學(xué)科。它涉及生物系統(tǒng)以光子形式釋放的能量與來自生物系統(tǒng)的光子探測過程，以及這些光子攜帶的有關(guān)生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能信息，還包括利用光子對生物系統(tǒng)進(jìn)行的加工與改造。也可以這么說，生物學(xué)研究與醫(yī)學(xué)研究、診斷和治療涉及到的光學(xué)及其相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)，包括其中最基礎(chǔ)性的光物

4、理問題，均可列為生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)的研究對象。光學(xué)在生命科學(xué)中的應(yīng)用，在經(jīng)歷了一個較緩慢的發(fā)展階段后，由于激光與最新的光子技術(shù)的介入，已進(jìn)入了一個迅速發(fā)展的新階段。一般認(rèn)為，光學(xué)領(lǐng)域未來發(fā)展的重點(diǎn)是將各種復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)和技術(shù)更加廣泛地應(yīng)用于保健和醫(yī)療。當(dāng)今世界中，與光學(xué)有關(guān)的技術(shù)沖擊著人類健康領(lǐng)域，正在改變著藥物療法和常規(guī)手術(shù)的實(shí)施手段，并為醫(yī)療診斷提供了新方法。在某些領(lǐng)域，如眼科，光學(xué)和激光技術(shù)已成熟地應(yīng)用于臨床實(shí)踐。激光還使治療腎結(jié)石和皮膚病的新療法得以實(shí)現(xiàn)，并以最小的無損或微損療法代替外科手術(shù)

5、，如膝關(guān)節(jié)的修復(fù)。現(xiàn)在，用激光技術(shù)和光激勵的藥物相結(jié)合可治好某些癌癥。以光學(xué)診斷技術(shù)為基礎(chǔ)的流動血細(xì)胞測量儀可用于監(jiān)測艾滋病患者體內(nèi)的病毒攜帶量。還有一些光學(xué)技術(shù)正處于無損醫(yī)學(xué)應(yīng)用的試驗階段，包括控制糖尿病所進(jìn)行的無損血糖監(jiān)測和乳腺癌的早期診斷等。20光學(xué)技術(shù)還為生物學(xué)研究提供了新的手段，如人體內(nèi)部造影、測量、分析和處理等。共焦激光掃描顯微鏡能將詳細(xì)的生物結(jié)構(gòu)的三維圖像展現(xiàn)出來，在亞細(xì)胞層次監(jiān)測化學(xué)組成和蛋白質(zhì)相互作用空間和時間特征。以雙光子激發(fā)熒光技術(shù)為代表的非線性成像方法，不僅可以改善熒光成

6、像方法的探測深度、降低對生物體的損傷，而且還開辟了在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行高度定位的光化學(xué)療法。近場技術(shù)將分辨率提高到衍射極限以上，可以探測細(xì)胞膜上生物分子的相互作用、離子通道等等。激光器已成為確定DNA化學(xué)結(jié)構(gòu)排序系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。光學(xué)在生物技術(shù)方面的其它應(yīng)用還包括采用“DNA芯片”的高級復(fù)雜系統(tǒng)，和采用傳輸探針的簡單系統(tǒng)。激光鉗提供了一種在顯微鏡下方能看見的一種新奇的、前所未有的操作方法，能夠在生物環(huán)境中實(shí)現(xiàn)細(xì)胞或微觀粒子的操縱與控制，或在10-12m范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)力學(xué)參數(shù)的測量。生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)研究的活躍

7、、繁榮景象并不完全出于學(xué)術(shù)本身的緣由，而是說明人們對采用生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)技術(shù)解決長期困擾人類的疑難頑疾如心血管疾病和癌癥所起的作用寄予很大希望，其中的重大突破將起到類似X-射線和CT技術(shù)在人類文明進(jìn)步史上的重要推動作用，在知識經(jīng)濟(jì)崛起的時代還可能產(chǎn)生和帶動一批高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。　光子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)是光子學(xué)。光子學(xué)是研究光子的產(chǎn)生、運(yùn)動和轉(zhuǎn)化的一門新興學(xué)科，光子學(xué)的研究范圍包括光子的產(chǎn)生、運(yùn)動、傳播、探測及光與物質(zhì)的相互作用問題以及光子存載信息的傳輸、變換和處理問題等。當(dāng)前，支撐信息社會的兩大微觀信息

8、載體是電子和光子，它們都是微觀粒子，因而作為能量和信息載體來說，他們具有共性，但是他們又存在許多差異。由于光子是波色子，不帶電、傳播速度快，光束可互相穿越而不互相干擾，因而可大規(guī)?；ヂ?lián)和并行傳輸，具有獨(dú)特的優(yōu)越性。光子學(xué)的發(fā)展使古老的光學(xué)迸發(fā)出青春的活力，促進(jìn)了光子技術(shù)的形成和發(fā)展。由于激光具有單色性好、高亮度，高密度、輻射方向性強(qiáng)的特點(diǎn)，無論光診斷還是光治療技術(shù)，多以激光為光源。隨著激光器的不斷發(fā)展，光子技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用也層出不窮。生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)可以分為生物光子學(xué)和醫(yī)學(xué)光子學(xué)兩個部分，