生物光子學哪裡學

① 請問生物醫學光子學的個人發展前景

生命科學是當今世界科技發展的最大熱點之一。目前幾乎所有的科學技術都將環繞人與人類的發展問題，尋求自己的有意義的生長點與發展面，而生命科學的重點研究對象更是直指高等生命活體與人體本身的一些重大問題。近幾年來，已形成了光子學與生命科學互相交叉的學科新分支——生物醫學光子學(Biomedical Photonics)。這方面的研究工作十分活躍，發展十分迅速，它將開拓生命科學的一個新領域。最近兩年美國光學年會的論文中有近三分之二的內容與生命科學有關。國際上也出現了專門的研究機構與雜志，如日本已成立了一個生物醫學光子學研究中心，美國幾個大學也建立了幾個研究小組。Laurin 出版公司於1991年發行了「Bio-Photonics」新雜志。多年來，SPIE（國際光學工程學會）於每年年初召開一次規模十分龐大的「生物醫學光學」國際性學術會議，並於1996年出版了新的期刊Journal of Biomedical Optics 。美國光學學會重要的會刊之一「Applied Optics」也於1996年將其「Optical Technology」欄目更名為「 Optical Technology and Biomedical Optics」。 生物醫學光子學包括生物光子學和醫學光子學兩部分。分屬於生物學或醫學的光子學與光子技術領域至今尚無明確的分界，兩者之間存在有相互交疊的范圍。其中醫學光子學發展迅速，已成雛形。目前，生物醫學光子學主要包含以下研究內容：一是生物系統中產生的光子及其反映的生命過程，以及這種光子在生物學研究、醫學診斷、農業、環境、甚至食品品質檢查方面的重要應用。利用光子及其技術對生物系統進行的檢測、治療、加工和改造等也是一項重要的任務。二是醫學光子學基礎和技術，包括組織光學、醫學光譜技術、醫學成像術、新穎的激光診斷和激光醫療機理極其作用機理的研究。
生物光子學 早在光子學產生初期，充滿發展活力的生物科學就和光子學相互交叉滲透，促使生物光子學這一邊緣學科生長點悄然崛起。20世紀80年代初期，這一個新興領域的提出是基於生物系統的超微弱光子輻射（BPE）的發現及其研究成果。迄今為止，人們對BPE已取得了一些初步的認識，例如，認為BPE是自然界普遍存在的一種現象，是生物體的固有的一種功能。它是在不同的生理、生化條件下生物體綜合信息的反映。除了少數低級生物如某些原生生物和藻類外，大多數動植物均能產生BPE。而且生物進化程度高，BPE值越大。BPE的光譜范圍從紫外、可見到紅外波段。另外，生物進化水平越高、輻射的波長越向紅外擴展。BPE具有高度的相乾性，並具有泊松相干場的特徵，它是生物體量子效率極低的一種低水平化學發光。 如果說光子學是產生和利用以光子作為量化單位的輻射的技術，而且其應用范圍從能量的產生和探測擴展到信息的提取、傳輸與處理等，那麼，生物光子學則涉及生物系統以光子形式釋放能量和對來自生物系統的光子探測，以及這些光子攜帶的有關生物系統的結構與功能信息，還包括利用光子對生物系統進行加工改造。

生物系統的光子發射

生物系統的自發超弱發光 只要是活的生物，小至細菌微生物和各種動植物細胞，大到植物，動物甚至人，都存在自發的光子輻射，通常，這種光子發射極其微弱，只有幾個到幾千個光子/秒每平方厘米，故稱為系統自發的超微弱發光。其光譜范圍頗寬，從紫外延伸至近紅外，必須用靈敏的光電探測器才能探測到。近30年的研究表明：生物超微弱發光與生物的氧化代謝、細胞的分裂和死亡、光合作用、癌變以及生長的調控等許多基本的生命過程都有著內在的聯系，而且正是由於它與活的生物體內發生的生化過程、生物機體的生理和病理狀態等有著密切的聯系，因此才使其在醫學，農業，環境等眾多方面都有潛在的診斷價值。

生物系統超弱發光的本質 生物系統超微弱發光的光子來源始終是研究者關注的中心，目前認為它來自以下幾個方面： 1.生物系統中由於氧化代謝而不斷產生活性氧自由基，並由此產生單線態氧和激發碳基，它受生物體內的抗氧化防禦系統與免疫系統的影響； 2.生物體內酶促反應形成的激發態分子； 3.由於集合效應所形成的重要生物大分子（如DNA及其緘基）的激發態和激發態復合物因其能級分布遠離玻耳茲曼分布，而使生物系統處於能級高度反轉狀態，並通過相互作用而發射具有某種相干程度的光子。其相干程度可能是生命的一個特徵。生物系統的超弱光子輻射是否攜帶信息、是否構成生物系統之間及其內部細胞之間通信聯系的一種途徑？這些都是引人關注的重要問題。深入認識生物超弱發光的本質，開發其應用潛力，是生物光子學的基本任務之一。

生物系統超弱發光的重要應用 生物系統的超弱發光在臨床診斷、農作物遺傳性診斷及環境監測功能等方面有重要的應用。 由於超弱發光與生物體的生理病理狀態有關，因此使之在臨床診斷上有潛在的應用價值。例如，已有研究表明，腫瘤患者與健康人相比，其血液以及許多器官與組織的超弱發光升高。另外，研究還發現，種子與幼芽的超弱發光對溫度、濕度、及鹽鹼度的依賴性在一定程度上反映了作物的抗寒、抗旱與抗鹽鹼的性能，顯示了生物超弱發光在農業上的選種育種等方面的重要應用前景。物理、化學方法的環境監測只能給出當時測量的污染程度。由於生物系統的超弱發光對環境水源與大氣中的化學污染極為敏感，因此可利用其作為環境污染的生物指示劑，為環境的監測提供了一種新的簡捷手段。

生物超弱發光的成像 利用高靈敏度的光子探測與成像技術，並結合光子統計與光子相關測量技術，在可見或近紅外波段獲得生物體的超弱發光的二維圖像，用以測量人體的代謝功能與抗氧化、抗衰老的機體防禦功能。因此可望在疾病與臨床診斷方面得到重要應用。

生物系統與細胞之間的光通信 一般認為，細胞間的「通信」總是藉助一些特殊的「信使分子」來實現的。「信使分子」包括激素、抗體、生長因子和神經遞質，也包括某些無機離子。這種通信從本質上講都是通過分子間的相互作用（如信使與細胞膜上受體蛋白的相互作用）實現的「化學通信」。細胞間是否存在「物理通信」？即細胞之間是否存在著通過電磁場或光子相互作用來實現現代的信息傳遞？目前已有實驗證據表明：細胞、組織甚至生物體之間有可能通過光子的發散和接收傳遞信息。細胞之間光通信的研究將會揭示生命現象的一個鮮為人知的方面，並可能在醫學、健身和農業等諸多方面得到重要的應用。

生物系統的誘導發光 外界短暫的強光照射可以誘導生物系統的光子發散，這種誘導發光的強度通常大大高於自發發光的強度，且隨時間衰減。誘導發光的光譜和強度取決於組成生物系統的可激發分子的種類和含量，還取決於分子間的相互作用及能量傳遞，因此，誘導發光將能提供生物系統組成的結構的信息，這種發光早已用於植物光合作用的研究。最近研究表明這種誘導發光在疾病的診斷和食品質量的檢測方面具有相當誘人的應用前景。

光子技術在生物科學中的應用 隨著激光技術、光譜技術、顯微技術以及光纖技術的飛速發展，它們在生物科學的研究與醫學診斷中的應用與醫學診斷中的應用越來越深入和廣泛，已成為現代生命科學中的重要工具，並為之帶來革命性變化。

熒光探劑與激光掃描共焦顯微術 激光掃描共焦顯微術的基本原理是，在細胞內一個任意選定的深度上將激光束聚焦成線度接近單個分子的極小的斑點，並在細胞內一定深度的層面上進行掃描，通過光學系統，即可得到細胞一個層面的清晰圖象。連續改變激光的聚焦深度，在一系列的層面上進行掃描，最後獲得整個細胞的三維圖象。利用目前已達上千種與細胞內不同分子（或離子）特異性結合的熒光探針，人們就可以直接觀測活細胞中各種重要生物分子的位置、運動以及與其它分子的相互作用等。例如觀測細胞骨架上的微管、微絲與中間纖維，觀察信號轉導通路上的各種重要的酶與信使分子，還可利用基因重組技術將自身已有的熒光蛋白引入細胞，用激光掃描共焦顯微鏡研究基因的表達、細胞內蛋白質的相互作用與細胞內的「交通」等。熒光探針和熒光蛋白與激光共焦顯微術的結合，使人們能夠看到細胞內一個既復雜又異彩紛呈的世界。

多光子熒光成像技術 目前，共焦顯微成像術使用的是可見光波段的氬離子激光器，因此可能引起活細胞的損傷。利用多光子，如多光子激發，至少有以下三個優點：一是由於近紅外光激發，故對活細胞的損傷大大減小；二是在組織中由於近紅外光比可見光的透光率高，因此可觀測樣品中更深層的熒光成像；三是許多用在可見區甚至紫區的熒光探劑照樣可以使用。這種技術主要是使用高強度紅外激光，使雙光子的激發效率與短波長的單光子相當。現在已有一些激光器滿足這一要求。

光鉗和單分子操作 光鉗（Optical tweezer）技術誕生於20世紀80年代，發展於90年代。其基本原理是：當一個微粒（如一個與生物大分子結合的硅珠）處於一個強度按高斯分布的激光光束中時，由於光場強度的空間變化，光束將對微粒產生一種梯度壓力，驅使其移向光束中心，並使其穩定在那裡。這樣，激光束就似「鉗子」將粒子牢牢地鉗住，並令其隨光束人為地移動。光鉗施加在微粒上的壓力取決於光的波長、光束的寬度及功率等。當激光器的功率為幾毫瓦到幾瓦時，施加於尺寸為微米大小的微粒上的力大約為幾個到幾百皮(10-10)牛頓。為了不使激光被生物組織強烈吸收，為了不使激光被生物組織強烈吸收，光鉗一般使用近紅外激光器光源。光鉗技術的重要應用是，用以研究和觀測與肌肉收縮、細胞分裂、蛋白質合成等密切相關的一類蛋白質——分子馬達。研究時，將一個微米大小的硅珠或聚苯乙烯珠與這些分子馬達接在一起，在顯微鏡下用光鉗鉗住小珠，啟動分子馬達，就可以測量出分子馬達運動時產生的力。德國學者已經用激光在卵細胞膜上打孔，用光鉗將精子抓住並送入卵細胞，大大提高了體外受精的成功率。今後，新一代的光鉗將具備施力的反饋機制，使光鉗加在捕捉的離子上的力能改變其大小，從而研究影響分子馬達的各種因素。光鉗還可以用來對細胞進行各種加工等。因此，-----光鉗將在細胞工程技術方面發揮重要的作用。

醫學光子學

當今，醫學正處在一個重大的變革時期。醫學的重點正由傳統的基於症狀治療模式向以信息為依據的治療模式轉變。人們已經認識到，症狀僅僅是疾病的被滯後的很粗糙的人體異常反應。當今一些重大醫學課題的研究，一開始就把著眼點放在探索導致疾病的生物信息規律上，以控制生物邏輯信息處於健康狀態，進而達到治療疾病的目的。為此，人們從各個學科（磁學、聲學、化學、光學等）探索醫學診斷和治療的新方法。目前，人們認為光子學有希望在當今醫學的大變革中扮演重要角色。認識光在生物組織中的傳播規律，以及激光為代表的高性能光源和高靈敏度光學探測器的研製成功分別是這種認知的理論依據和物質基礎。 新興的光子學和現代醫學相結合形成了一個新的交叉學科生長點：醫學光子學（Medical photonics）。醫學光子學的發展動力主要來源於醫學的迫切需要。許多面向臨床光治療以及光診斷的具體應用，如激光醫學中的光計量學、光學成像診斷學、腫瘤診斷與治療等所提出來的各種問題，亟待醫學光子學給出滿意的回答，由此極大地促進了醫學光子學的迅猛發展。醫學光子學研究的直接對象是生物組織，特別是活體的生物組織。它的研究成果將直接服務於人類醫學，並有可能創造出新的高科技產業，為人類文明和社會進步作出貢獻。 醫學光子學正處於興起階段，我國的研究基礎與條件雖然相對較為落後，但我們在實踐方面多有優勢，且同國外處於一個起跑線上，因此只要組織得力，選題得當，經過努力一定會在某些方面，如理論和計算以及臨床方面獲得突破，並占據國際領先地位。

醫學光子學基礎 關於光特別是激光與生物組織的相互作用規律和知識，引起國際矚目，已成為正在蓬勃發展的激光生物醫學的應用基礎和前提。例如，當前處在臨床應用邊緣的腫瘤的光動力學治療和診斷的關鍵問題之一，是如何設計並確認人體組織內的光分布情況，這涉及到諸多學科各方面的理論與實驗問題，其中最主要的有光在組織體內傳播的特殊方式、組織光學性質的描述以及有關實驗技術的開發和完善等等。所有這些研究工作中出現的新問題必須以新的思維和手段加以解決。雖然已初步建立了生物組織中光的傳播模型，但是統一的生物組織光學理論卻遠未成熟。在這樣的背景下，「組織光學」（Tissue optics）作為研究生物組織光學性質的專門學科應運而生，它涉及醫學光子學中最基礎性的理論問題，也是進一步發展光醫學（包含光診斷和光治療）的前提。 組織光學是醫學光子技術的理論基礎。光在生物組織中的運動學（如光的傳播）問題和動力學（如光的探測）問題是研究的主要內容。當前的主要研究任務是：研究生物組織的光學性質和確定某靶位單位面積上的光能流率。前者涉及由測量的光分布和一定的光傳播模型確定組織體的光學基本參數，稱為「正」問題；後者則從組織體的光學基本參數和光傳播模型出發導出組織體內光分布，屬於「逆」問題。當前結合考慮國際發展趨勢和國內實際所提供的可能性，應在下列幾個方面開展研究工作：

光在生物組織中傳輸理論研究 目前雖借鑒中子傳輸理論初步建立了光在生物組織中的傳播模型，但與建立組織光學的統一理論架構體系尚有較大距離，生物組織的光學理論遠未成熟，有許多理論上的空白點有待填補。出現這種狀況的原因自然源於生物組織結構本身的多樣性和復雜性，另一方面也是理論工具不足的結果。需要有更精細和准確的理論來替代過於簡化的現有模型，也就是要用更復雜的理論來描述生物組織的光學性質以及光在其中的傳播行為。需要做的工作，其一是：建立准確的組織光學模型，使之能反映生物組織空間結構及其尺寸分布情況、組織各個部分的散射與吸收特性以及折射率在一定條件下的變化情況；其二是：改造傳輸方程，使之適應新的條件，並能在某些情況下求出光在生物組織中傳輸的基本性質。

光傳輸的蒙特卡羅模擬計算 蒙特卡羅（Monte Carlo）計算模擬方法，已在許多領域發揮了不可替代的作用。已經有一些比較成功的演算法，但還應繼續開發新的更為有效的演算法以適應生物組織的多樣性和復雜性的要求。除了了解光在組織中的分布，還在探索從大量數字模擬中得到生物組織中光的宏觀分布與其光學性質基本參量之間的經驗關系。另外，發展非穩態的光傳輸的蒙特卡羅模擬方法也是一個重要的研究方向，從中可以獲得比穩態條件下更多的信息。

組織光學參數的測量方法和技術 在組織中光的傳輸理論確立後，一項關鍵工作是確定組織體，尤其是人體的光學性質基本參數，即吸收系數、散射系數和散射相位函數或平均散射餘弦g以及折射率n等。一旦已知這些光與組織的相互作用參數，在給定的光照方式和邊界條件下，光能流率或其它參量全反射率R全透過率T等分布均可由有關的傳輸模型唯一地確定。目前有關生物組織光學性質的測量方法尚待進一步發展和完善，其中活體的無損檢測尤為重要。在這方面，時間解析度與頻率解析度的測量方法引人注目。

生物組織折射率及色散關系 人們在各種情況下使用假設的折射率數據（1.33-1.38），但是有關生物組織折射率的研究還是在某種程度上被忽視了。至今人們還未在概念上對生物組織折射率做深入的辨析，也還沒有完全掌握活體甚至離體組織折射率的精確測量方法。又因組織體存在強烈散射而造成的精確測量工作困難，人們尚未獲得人體各種組織的可靠實驗數據。業已證明生物組織的折射率和色散參數，無論是理論上還是實驗上對組織光學的深入研究都是十分重要的。鑒於此，應將生物組織的折射率與色散參數的測量及方法作為重點之一開展研究。

組織光學理論工作的幾點思考

綜上所述，作為醫學光子學基礎的組織光學部分，除了要發展測量技術、建立組織光學參數資料庫外，在理論上可著重考慮以下幾個問題： A.繼續改進生物組織光傳輸模型，一要發展受限制少、快速而又精確的模型；二要精確化組織光學模型，使之與生物組織特別是活體組織狀態相近似； B.研究短脈沖光在組織中的傳播行為以及漫散射光的時間變化特性，為光學成像術做充分的理論准備； C.研究調制光在生物組織中的傳播特點，例如將受振幅調制的光照射到組織上會產生慢散射光子密度波，一樣發生反射、折射、衍射、散射、色散等，可以無損地探測組織的光學性質參數，又可以用來成像； D.研究生物組織散射和吸收的光學特性對測量熒光及其光譜的影響。數值模擬研究已經初步表明，這種影響是不可忽略的 E.對光在復雜組織結構中的傳輸過程進行計算機模擬，通過大量模擬，找出簡單而有效的規律來說明光在組織中傳輸的基本性質，並在各種參數之間建立聯系，為組織光學性質的測量提供依據； F.統一生物組織光學性質參數的描述，建立完善的組織光學理論體系。

醫學光子技術

醫學光子技術分為兩大類：光子診斷醫學技術與光子治療醫學技術，前者是以光子作為信息載體，後者則以光子作為能量載體。 目前，無論是光診斷還是光治療技術，多以激光為光源。如果著眼於人體應用為對象，這兩種技術則歸屬於激光醫學范疇。激光醫學是醫學光子技術的一個特有的重要應用領域，也是近多年來迅猛興起的一個新學科分支（詳見本節第3點）。

根據國際、國內的發展情況，以下諸點是醫學光子技術的主要研究內容：

醫學光譜技術 激光光譜以其極高的光譜和時間解析度、靈敏度、精確度以及無損、安全、快速等優點而成為醫學光子學的重要研究領域。隨著激光光譜技術在醫學領域應用研究的深入開展，一門有發展潛力和應用前景的「醫學光譜學」逐漸形成。

1.生物組織的自體熒光與葯物熒光光譜。已對激光誘導生物組織自體熒光和葯物熒光診斷動脈粥樣斑塊和惡性腫瘤進行了臨床前的研究。內容涉及光敏劑的吸收譜、激發與發射熒光譜以及各種波長激光激發下正常組織與病變組織內源性熒光基團特徵光譜等。在此基礎上還研究了用於癌瘤診斷和定位的實時熒光圖像處理系統。

激光熒光光譜診斷腫瘤技術的研究一直倍受關注，光譜檢驗法的靈敏度很高，如能找到腫瘤細胞的特徵熒光峰，來診斷癌細胞的存在，則對腫瘤的早期診斷和治療將起巨大作用。但至今該技術在臨床上無法單獨作為癌細胞檢測的依據，關鍵原因是尚未找到癌細胞真正的特徵熒光峰。現在人們所謂的特徵熒光峰實際上只是卟啉分子的熒光峰。客觀和科學地判斷激光熒光光譜對腫瘤的診斷標準是十分必要的。 目前，某些癌瘤的葯物熒光診斷已進入臨床試用，自體熒光的應用尚處於摸索之中。需要開展激光激發生物組織和細胞內物質的機理研究，探討激光誘發組織自體熒光與癌組織病理類型的相關性以及新型光敏劑的熒光譜、熒光產額和最佳激發波長等方面的研究，以期獲得極其穩定、可靠的特徵數據，為診斷技術的發展提供科學依據。 2.生物組織的喇曼光譜。近年來，喇曼光譜技術應用於醫學中已顯示出它在靈敏度、解析度、無損傷等方面的優勢，克服了熒光光譜技術區分病變組織是由於生物大分子熒光帶較寬、易於重疊對准確診斷帶來的影響。目前，這一研究領域尚處於起步階段，應加緊開展以下研究工作：其一，對重要醫學物質的喇曼光譜進行研究，並建立其光譜資料庫（包括分子組分與結構相對應的敏感特徵譜線及其強度等）；其二，研究疾病的喇曼光譜，分析從正常到病變過程中生物組分的變化與發病機理；其三，開發小型、高效、適用於體表與體內的醫用喇曼光譜儀和診斷儀。 3.生物組織的超快時間分辨光譜。超快時間分辨光譜比穩態光譜在技術上更靈敏、更客觀和更具有選擇性。因此，將脈寬為ps、fs量級的超短激光脈沖光源用於醫學受到廣泛重視，其一，應發展超快時間分辨熒光光譜技術，用於測量生物組織及生物分子的熒光衰變時間，分析癌組織分子馳豫動力學性質等，為進一步研究自體熒光法診斷惡性腫瘤提供基礎數據；其二，應發展超快時間分辨漫反射（透射）光譜技術。以時域的角度測量組織的漫反射，從而間接確定組織的光學特徵。這是一種全新的、適用於活體的、無損和實時的測量方法，為確知光與生物組織的相互作用，解決醫學光子學中基礎測量問題開辟一條新徑。應抓緊開展原理與技術的研究，以獲得有價值的活體光學參數，為光診斷與光治療技術的發展提供依據。

醫學成像技術 人們致力的目標是：發展無輻射損傷、高解析度的生物組織光學成像方法與技術，同時應具有非侵入式、實時、安全、經濟、小型、且能監測活體組織內部處於自然狀態化學成分的特點。目前研究工作主要集中在以下幾個方面：

1.時間分辨成像技術，它以超短脈沖激光作為光源，根據光脈沖在組織內傳播時的時間分辨特性，使用門控技術分離出漫反射脈沖中未被散射的所謂早期光，進行成像。正在研究的典型時間門有條紋照相機、克爾門、電子全息等。該項技術是光學層析（斷層）造影（OT）技術中最主要的一種； 2.相干分辨成像技術（OCT）。它採用的是弱相干光光源（如，弱相干脈沖激光或寬頻的非相干光光源），其相干長度很短（如20μm）。利用光源的低相乾性能通過散射介質來實現成像，實現手段有干涉儀、全息術等； 3.漫射光子密度波成像技術。透過生物組織的漫射光占相當大的比例，也可利用它進行醫學成像。高頻調制的光射入生物組織，被漫射後的光子在生物組織內部呈周期分布，形成漫射光子密度波。這種光子密度波以一定的相速度和振幅衰減系數在生物組織中傳播，又被折射、衍射、色散、散射，因而使之出射光攜帶生物組織內部結構的信息。測量其振幅和相位，再經過計算機數據處理便能夠得到生物組織的有關圖像。 4.圖像重建技術。生物散射介質的結構特徵信息隱含在漫射光中。若能找到描述光在介質中遷徙規律，通過測試漫射光的有關參數，在眼光的散射路徑逆向追溯，則應能重建散射介質結構圖像。如採用鎖摸激光器作光源，條紋相機測試散射體周圍的漫射光的時間分辨參量，再用逆問題演算法進行圖像重建。目前，逆問題演算法大體有兩類：一類為蒙特卡羅法，採用這種方法，圖像重建精度高，但是計算復雜；另一類是基於光的傳輸方程，採用優化演算法，根據測試周圍時間解析度漫射光的信號進行圖像重建。

除了上面四種技術外，近年來還發展了其它一些生物組織成像技術，如空間選通門成像技術、時間分辨熒光成像、受激喇曼散射成像以及光聲醫學成像技術等。目前，國際上光學醫學成像技術尚處於初始研究階段，離實用化還有相當距離，但人們已經看到它初露曙光。

醫用半導體激光及其應用技術 由於半導體激光器具有體積小、效率高、壽命場合多種波長可供選擇等一系列顯著優點，所以它在激光診斷醫療技術中有逐漸取代其他多種激光器的趨勢，從而有可能成為激光醫用儀器的最主要光源。目前的狀況是：低功率半導體激光器，波長為800nm~900nm，功率為3~10mW，已逐漸替代He-Ne激光器作照射治療和光針療法，以及作各種指示光源；中功率器件，波長652nm~690nm，功率1~5W，已逐漸替代染料激光用於光動力療法，可治療較深部的腫瘤；高功率半導體激光器，也有可能替代Nd：YAG激光治療機。如波長為800nm~900，功率為30W的高功率半導體激光，穿透組織深，適用於Nd：YAG激光所能治療的大部分病種。

其它醫用激光技術發展動向 近年來，值得注意的研究動向還有：其一是新工作波長激光醫療儀器的開拓；其二是Ho：YAG和Er：YAG激光手術刀走向實用化；其三是腔內治療適用的光纖內窺式激光醫療技術的開發；其四是激光醫療設備實現智能化。

激光醫學

以激光為光源，著眼於人體應用為對象的光診斷和光治療技術開辟了激光醫學這個重要的新領域。多年來，激光技術已成為臨床治療的有效手段，也成為發展醫學診斷的關鍵技術。它解決了醫學中的許多難題，為醫學的發展做出了貢獻。現在，在基礎研究、新技術開發以及新設備研製和生產等諸多方面都保持持續的、強進的發展勢頭。當前激光醫學的出色應用研究主要表現在以下方面：

1.光動力療法（PDT）治癌 治癌光動力學腫瘤治療是世界范圍廣泛關注的大課題。肌體注射腫瘤能聚集的光敏劑之後，受激光照射，產生光化學作用，可以選擇性的殺死腫瘤細胞。目前存在的主要問題有兩個：一是皮膚光敏副反應大，要長時間避光；而是激光透入人體的深度太淺，深層腫瘤無法進行光化作用，因此復發的可能性很大。現正在積極研製開發性能優良的光敏劑和能穿透組織深部且與光敏劑作用良好的激光。此療法的前景仍然是十分樂觀的。

2.激光治療心血管疾病 經皮激光冠狀動脈成形術治療冠狀動脈狹窄及阻塞病變的技術已有長足發展。用準分子激光進行冠脈成形術已成為首選方法。但因管腔的再狹窄等問題尚待進一步解決, 因此該項技術目前還難以有效推廣。除上述冠狀動脈成形術外，心肌血管重建術、激光直接消融心臟的異常節律點，治療嚴重心律失常等也是當前的研究熱點

② 華南師范大學生物光子學院怎麼樣

華南師范大學生物光子學研究院到底有多恐怖
生物化學，細胞生物學，分子生物學，植物生理學，題比較多，做題把握好時間。英語筆試會有一段英譯漢，還有一段漢譯英，是去年是腫瘤細胞方面的文章，發在NATURE或者CELL上，還有篇作文，去年考的題目比較怪。關鍵是面試。
截至2014年11月，學校下設38個院系機構，開辦83個本科專業。華南師范大學，簡稱「華師」，坐落於南方名城廣州市，由中華人民共和國教育部和廣東省人民政府共建，入選中國首批「211工程」、「卓越教師培養計劃」，為廣東省省屬重點大學、中國100 所首批聯入CERNET和INTERNET網的高等院校之一。華南師范大學始建於1933年，前身是當代著名教育家林礪儒先生創建的廣東省立勷勤大學師范學院；1982年10月，易名為華南師范大學；2006年，學校通過「十五」「211工程」建設整體驗收。

③ 美國杜克大學研究生有哪些專業生物學怎麼樣

研究生專業：

理工科類：生物化學、生物人類學、生物醫學工程、植物學、細胞生物學、微生物學、化學、計算機、電子工程、數學、物理學、材料科學、機械工程、統計決策學、心理學、環境學等。

文科類：工商管理、人類文化學、文學、經濟學、英語、德國研究、歷史學、音樂、政治學、社會學、公共政策研究等。

醫學類：遺傳學、免疫學、神經生物學、病理學、葯理學、物理治療等。
杜克大學生物醫學工程專業（BME）始終在全美生物醫學工程項目中排名前五位。該系的研究生項目使得學生能夠很早就開始研究，廣泛接觸生物醫學工程專業，促進學生領導能力和指導技能的發展。學校提供校外實習機會，而且最重要的，提供研究經驗。
杜克大學生物醫學工程項目學生需要完成核心產業預備課程和實習/項目，系要求必修課程，和以下五個領域的技術選修課程中其中一類。
成像和生物光子學（ImagingandBiophotonics）
心臟和神經工程（CardiacandNeuroengineering）
生物材料（Biomaterials）
生物工程與組織工程（）
生物力學（Biomechanics）

④ 生物醫學光子學學什麼

目前，生物醫學光子學主要包含以下研究內容：
一是生物系統中產生的光子及其反映的生命過程，以及這種光子在生物學研究、醫學診斷、農業、環境、甚至食品品質檢查方面的重要應用。利用光子及其技術對生物系統進行的檢測、治療、加工和改造等也是一項重要的任務。
二是醫學光子學基礎和技術，包括組織光學、醫學光譜技術、醫學成像術、新穎的激光診斷和激光醫療機理極其作用機理的研究。

生命科學是當今世界科技發展的最大熱點之一。
目前幾乎所有的科學技術都將環繞人與人類的發展問題，
尋求自己的有意義的生長點與發展面，而生命科學的重點研究對象
更是直指高等生命活體與人體本身的一些重大問題。
近幾年來，已形成了光子學與生命科學互相交叉的學科新分支——生物醫學光子學
(biomedical photonics)。這方面的研究工作十分活躍，發展十分迅速，
它將開拓生命科學的一個新領域。最近兩年美國光學年會的論文中有近三分之二的內容與
生命科學有關。國際上也出現了專門的研究機構與雜志，
如日本已成立了一個生物醫學光子學研究中心，美國幾個大學也建立了幾個研究小組。
laurin 出版公司於1991年發行了「bio-photonics」新雜志。
多年來，spie（國際光學工程學會）於每年年初召開一次規模十分龐大的「生物醫學光學」
國際性學術會議，並於1996年出版了新的期刊journal of biomedical optics 。
美國光學學會重要的會刊之一「applied optics」也於1996年將其「optical technology」欄目
更名為「 optical technology and biomedical optics」。
生物醫學光子學包括生物光子學和醫學光子學兩部分。
分屬於生物學或醫學的光子學與光子技術領域至今尚無明確的分界，兩者之間存在有相互交疊的范圍
。其中醫學光子學發展迅速，已成雛形。

⑤ 光子學的分支學科

光子學是從光學開拓出來的，在其形成過程中構成了相應的分支學科，並在科技領域產生重要應用和深遠影響。光子學的分支學科大體上可以歸納如下。
基礎光子學
①量子光學。研究的領域有光場的量子雜訊、光場與物質相互作用中的動量傳遞、腔量子電動力學等。如光壓縮態、原子冷卻與俘獲研究。
②光量子信息科學。研究的領域有量子計算機、量子密碼術、量子通信、量子檢測、量子態的制備和操作等。
③分子光子學。包括限域腔（量子阱、量子點等）中量子電動力學效應的基礎和應用研究，分子光學中的光物理過程研究，有機、無機界面輸運光量子的增強效應，以及近場光學在分子光學中的應用研究等。
④超快光子學。主要包括飛秒光脈沖的產生和應用，超快光子學中的超快過程與超快技術，超快、超強激光物理等。
⑤非線性光子學。主要研究光子與物質非線性相互作用、非線性變頻效應、相位匹配和諧波的產生、光折變效應、光子晶體、光子帶隙光纖、激發態光學非線性研究等，它是研究和開發多種非線性光子器件的理論基礎。
光子器件
包括特殊處理和加工，材料元件、模塊的研製，涉及光的產生、傳輸、探測、轉換、存儲和顯示等，並由這些功能形成諸多相關的器件。它是光子學和光子技術相結合的具體體現。與電子器件類比，光子器件也可分為有源（如各種激光源、探測器等）和無源（如光通信中的波分復用器、光纖器件、光互連器等）器件，包括光子學在納米技術和納米製造中的應用。
信息光子學
光子學與信息科學相結合而形成的交叉性學科。由於光波導器件、光纖激光器、光纖放大器和低損耗光纖的開發，使得光通信獲得快速發展，不僅開創了巨大的光子工業，而且給人類帶來了方便快捷的信息交流，推動了社會的文明、進步和繁榮。另一方面，由於光的相乾性、並行性，使得光傳輸可進行不同的相關變換和並行運算（如二維傅里葉變換等）。再加上電定址和光定址的空間光調制器和高速陣列探測器的出現，使得自動模式識別、圖像信息處理、光顯示、光計算等成為光子學最活躍的應用研究領域之一。
生物醫學光子學
生命科學與光子學交叉形成的新分支。包括生物組織的光學成像和光子遷移、生物光子學、生物系統的光子發射、熒光增強和探測、生物光譜和診斷、激光醫學中的診斷和光動力診療、冠狀動脈腔內支架的激光精密加工、光學相干層析術、光在生物組織中的傳輸機理以及在生物醫學工程中的應用等。
集成與微結構光子學
半導體電子學的強大生命力在於它的大規模集成化，從而使半導體器件尺寸大大縮小、功耗降低、功能和運行速度大幅度提高，性能價格比不斷優化。同樣隨著半導體光子學及光子技術的快速發展，也可把不同功能的諸多光子器件通過光波導、光互連、光開關集成於一個光學晶元上，形成光子集成迴路或光電子集成系統。微結構集成光子學，包括正在開展的二維波導和自由空間三維集成光學系統、微結構光纖以及微光機電系統等，它們的研究無疑使光子產業的發展獲得革命性的飛躍。

⑥ 華中科技大學的生物醫學光子學怎麼樣 是光電院的好還是生命科學與技術學院得好呢 那個會有更好的前途

不錯。兩個地方各有千秋。

⑦ 中佛羅里達大學的光學與光子學學院

美國三大光學中心位於：亞利桑那大學, 羅切斯特大學, 中佛羅里達大學。光學與光子學學院(the College of Optics and Photonics) 為中佛羅里達大學下屬的一所研究型學院，坐落在美國佛羅里達州奧蘭多市。學院現任院長為 Bahaa E.A. Saleh, Ph. D.
光學院包含了光學與激光教育研究中心(Center for Research and Ecation in Optics and Lasers, CREOL)、佛州先端光子中心(Florida Photonics Center of Excellence, FPCE) 與湯斯激光學院(Townes Laser Institute, TLI)。現今在光學與光子學研究領域，CREOL已國際公認為一流的科研中心。
光學院的研究領域涵蓋了材料、器件、系統應用包括光子學應用諸如：激光器、光纖、半導體與光集成器件、非線性光學與量子光學、成像感測與顯示技術。這些科學技術已經廣泛應用於工業、通信、信息產業、生物與醫學、能源與照明與太空科技。近幾年光學院在先端課題諸如納米光子學(Nanophotonics)、飛秒光學(Attosecond Optics)、表面等離子體光子學(Plasmonics)與生物光子學(Biophotonics)也加大了科研力度。 佛州先端光子中心 (FPCE) 是依託於光學院的科研中心。FPCE成立於2003年，在佛羅里達州政府1千萬美元的資助下成立的先端科研中心。FPEC承擔了在納米光子學、生物光子學、先端成像與3D成像和超寬頻譜通信領域的科研與教育工作。其科研成就對工業界產生了極大的經濟效益與深淵影響。該中心的成立促成了31份就業、40項專利和總達3000萬美元的經濟回報。
其中，依託III-V族分子束外延生長，對下一代半導體激光器、量子點激光器、垂直腔面發射激光器、自發輻射光源、單量子點的研究取得了長足的進展。半導體激光器組發明的通過氧化物限制光場與電場的工藝，已成為工業界在生產垂直腔面發射激光器的主流手段。目前，該組所設計的無氧化物垂直腔面發射激光器憑借其優越的光電熱特性，正在引發半導體激光器產業界新一輪的技術革新。 光電專業大致可以分為一下5個方向的研究：
1、Fiber Optics：這個領域的研究主要集中在研究光纖性能和光纖材料，在光通信(Fiber Optic Communication)、光感測(Fiber Optic Sensing)以及光纖網路(Fiber Optic Networks)等領域有重要應用。
2、Nonlinear Optics Quantumn Optics：這個領域的研究主要集中在研究非線性光學材料(Nonlinear Optical Materials)，非線性光學器件(Nonlinear Guided Waves & Fibers)，光譜學(Spectros)，周期性結構中的量子光學(Nonlinear Optics in Periodic Structures)以及孤子(Solitons)等方向的研究，應用體現在量子通信(Quantum Communication & Information)等領域。
3、Semiconctor Integrated Optics：這個領域可以說是光電領域最紛繁復雜的一塊，其研究領域有LED(LEDs & Laser Diodes)，光電半導體器件(Optoelectronics)，集成光電器件(Integrated Optics)，納米光學(Nanophotonics)，外延生長(Eptiaxial Growth)，硅光子學(Silicon Photonics)，光伏(Photovoltaics)，量子點和納米結構(Quantum Dots & Nanostructures)周期性結構以及光子晶體(Periodic Structures & Photonic Crystals)，Plasmonics等方向的研究。其應用非常廣泛，在光通信(Optical Communication)，光信號處理(Optical Signal Processing)以及能源(Solar Energy Applications)等諸多領域都有廣泛應用。
4、Imaging，Sensing Display：這個領域的研究有光電成像(Including Millimeter & THz Technology)，液晶顯示(Liquid Crystals Displays)，應用非常廣泛。
5、Lasers：顧名思義，這個領域主要是研究激光器，研究的方向包括各種激光器，有固態激光器(Solid State Lasers)、陶瓷激光器(Ceramic Lasers)、半導體激光器(Semiconctor Lasers)、高能激光器(High Power Lasers)、超快激光器(Ultrafast Lasers)、X光激光器(EUV X-ray Lasers)、光頻梳(Optical Frequency Combs)等等。應用主要集中在Laser Fabrication & Lithography，Laser Material Processing，Lasers in Medicine。 課題教授課題教授光纖光學Axel Schülzgen納米光學與近場光學Pieter G. Kik阿秒科學與技術Zenghu Chang納米光學設備Winston V. Schoenfeld玻璃處理與表徵實驗室Kathleen A. Richardson非線性光學Eric W. Van Stryland集成光學與能源技術Sasan Fathpour非線性光學Demetrios Christodoulides等離子激光實驗室Martin C. Richardson光學陶瓷Romain Gaume先進激光產生、材料及微處理Aravinda Kar光纖通信Guifang Li激光、光譜分析和建模Michael Bass光誘導Leonid B. Glebov液晶顯示Shin-Tson Wu光電子結構和設備M. G. Jim Moharam微結構光纖與設備Rodrigo Amezcua Correa無規介質的光電子特徵Aristide Dogariu中紅外Konstantin L. Vodopyanov等離子和應用量子光學Mercedeh Khajavikhan復合材料光纖設備Ayman Abouraddy量子光學Bahaa E. A. Saleh多量子阱Patrick L. LiKamWa半導體激光器Dennis Deppe納米光學Debashis Chanda超快光學Peter J. Delfyett納米光學材料Stephen Kuebler

⑧ ·國內有哪幾所高校有生物醫學光子學的方向

http://www.cer.net/HomePage/cer.net/jiao_yu/zi_kao/cheng_ren_gao_kao/index.shtml

⑨ 生物醫學光子學的介紹

運用光子學原理和技術，為醫學、生物學和生物技術領域中的問題提供解決方案即構成生物醫學光子學的研究內容。生物醫學光子學涉及對生物材料的成像、探測和操縱。