good-生物醫(yī)學光子學

1、 1第一章 緒論 第一章 緒論 光與人類的關系 光與人類的關系 從人類利用光的角度來講可以將它分為三類， 即將光作為能量的載體、 將光作為信息的載體和將光作為科學研究的工具。 前兩類是人類也包括大多數(shù)動物生來就能夠享受或者利用的，而后一類則是人類主動地加以利用的活動。首先，作為能量的載體的光， 是人類生存不可缺少的物質， 生命也可以理解為將日光作為輸入主體的能量轉換方式， 如果沒有光合作用植物將不能生長， 地球生物鏈將從

2、最基礎的一環(huán)斷裂； 而作為信息的載體的光， 也是我們的日常生活中不可缺少的，沒有光的照明我們的世界也將是一片黑暗，有人統(tǒng)計，人類攝取的信息 70%以上是由眼睛完成得的。 而將光作為科學研究的工具， 幫助我們在認識世界的過程中發(fā)現(xiàn)了許多自然界的規(guī)律， 遠古以來我們的祖先就學會了將可見光應用于日常的科學研究中， 如應用光學的原理進行地球半徑和行星體間距離的測量， 借助放大鏡進行微小物體的觀察。 而將光應用于人體疾病的診斷，是從倫琴于 189

3、5 年發(fā)現(xiàn) X 射線開始的。而且更重要的是從那時起我們對于光的概念被擴展到了可見光以外的電磁波的范圍。在近代，從上個世紀 70 年代起人們就開始了嘗試應用紅進行人的生理過程和腦功能的無創(chuàng)傷（Non-invasive）監(jiān)測的研究，80 年代又開始了嘗試利用吸收光譜的技術進行人體血液中糖濃度的無創(chuàng)傷檢測的研究等， 這些都屬于生物醫(yī)學光子學的研究范圍。進入 21 世紀以來，光在人類醫(yī)學中的診斷或者治療的作用從來沒有像今天這樣普及和為人們所期待

4、， 光或者光學方法在一些疾病的早期發(fā)現(xiàn)、 在疾病的無創(chuàng)傷或者微創(chuàng)傷診斷和治療、 在疾病的高效率治療或者與治療機理有關的研究等方面越來越具有其他手段所不可替代的作用。 生物醫(yī)學光子學 生物醫(yī)學光子學 首先我們必須定義什么是生物醫(yī)學光子學(Biomedical Photonics)。生物醫(yī)學光子學，顧名思義，是關于光子在生物醫(yī)學中應用的科學和技術，它涉及到了從醫(yī)學診斷、 治療以及疾病預防的寬廣的應用范圍。 那么為什么叫生物醫(yī)學光子學而不

5、是生物醫(yī)學光學呢？眾所周知， 光具有波動性和粒子性， 描述光的傳播一3共振成像等高級診斷設備也日漸普及，光學相干斷層掃描（OCT）技術也已經(jīng)獲得了成功的臨床應用。 近來納米技術的發(fā)展， 使得人們有可能構建空間尺度在納米數(shù)量級的納米粒子或者系統(tǒng)成為可能，比如人們正在研究應用納米載體（Nanocarries）實現(xiàn)藥物的定位供給（Targeted delivery of Drugs）,從而能夠將藥物精確地輸送到病變的部位進行定位治療， 減少藥

6、物對于正常機體的有害副作用， 大大提高治療效果。 為什么這種藥物載體系統(tǒng)的制作必須依靠納米技術呢？這是因為通常的做法是需要使藥物載體在血液中移動至目標部位， 而如果藥物載體的尺寸太小則會通過腎臟的過濾、隨著尿而被排除體外，反之如果大于400nm，則會被體內的異物排除系統(tǒng)排斥，因此要求載體系統(tǒng)的尺寸必須在 4nm至 400nm 之間。 然而這種納米系統(tǒng)是無法應用通常的機械小型化方法實現(xiàn)的， 必須巧妙地利用分子本身制作出納米機器才行。 所以

7、納米技術的發(fā)展給生物醫(yī)學光子學提供了又一嶄新的應用前景。 近幾十年在生命科學、 醫(yī)學等研究領域， 人們對于生命現(xiàn)象和疾病機理的探索等科學研究不斷深入， 從 20 世紀 90 年代開始的基因排序工程， 到本世紀開始的蛋白質工程、 細胞工程等大的科研活動都不斷地對研究手段提出了新的更高的要求， 如為了實現(xiàn)對細胞或者蛋白的狀態(tài)的實時觀察、 以及細胞內分子或者傳遞信息物質的視覺化， 要求可實現(xiàn)細胞或者者蛋白的標識方法和檢測技術。 而對于醫(yī)療的生

8、活化或者日?；?、對于醫(yī)療的無創(chuàng)傷或者低創(chuàng)傷等期待，無疑是 21 世紀社會對于醫(yī)療技術提出的新的要求。 所以這些對于認識世界的不斷追求和人們越來越提升的對于自身健康和生活質量的日益關切， 事實上已經(jīng)構成了并且會繼續(xù)成為生物醫(yī)學光子學發(fā)展的強大動力。 生物醫(yī)學光子學的發(fā)展特點 生物醫(yī)學光子學的發(fā)展特點 如前所述， 生物醫(yī)學光子學是為了滿足人們在生命科學、 醫(yī)學等領域科學研究的要求， 是為了實現(xiàn)人們對于健康狀態(tài)的診斷或者疾病的治療等實際需求