good-生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)

1、 1第一章 緒論 第一章 緒論 光與人類的關(guān)系 光與人類的關(guān)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(xué)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(zhì)， 生命也可以理解為將日光作為輸入主體的能量轉(zhuǎn)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(chǔ)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(xué)研究的工具， 幫助我們在認(rèn)識世界的過程中發(fā)現(xiàn)了許多自然界的規(guī)律， 遠(yuǎn)古以來我們的祖先就學(xué)會了將可見光應(yīng)用于日常的科學(xué)研究中， 如應(yīng)用光學(xué)的原理進(jìn)行地球半徑和行星體間距離的測量， 借助放大鏡進(jìn)行微小物體的觀察。 而將光應(yīng)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(kuò)展到了可見光以外的電磁波的范圍。在近代，從上個世紀(jì) 70 年代起人們就開始了嘗試應(yīng)用紅進(jìn)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?yán)梦展庾V的技術(shù)進(jìn)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(xué)光子學(xué)的研究范圍。進(jìn)入 21 世紀(jì)以來，光在人類醫(yī)學(xué)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(xué)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(jī)理有關(guān)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(xué)光子學(xué) 生物醫(yī)學(xué)光子學(xué) 首先我們必須定義什么是生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)(Biomedical Photonics)。生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)，顧名思義，是關(guān)于光子在生物醫(yī)學(xué)中應(yīng)用的科學(xué)和技術(shù)，它涉及到了從醫(yī)學(xué)診斷、 治療以及疾病預(yù)防的寬廣的應(yīng)用范圍。 那么為什么叫生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)而不

5、是生物醫(yī)學(xué)光學(xué)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(shè)備也日漸普及，光學(xué)相干斷層掃描（OCT）技術(shù)也已經(jīng)獲得了成功的臨床應(yīng)用。 近來納米技術(shù)的發(fā)展， 使得人們有可能構(gòu)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(yīng)用納米載體（Nanocarries）實現(xiàn)藥物的定位供給（Targeted delivery of Drugs）,從而能夠?qū)⑺幬锞_地輸送到病變的部位進(jìn)行定位治療， 減少藥

6、物對于正常機(jī)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(shù)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(biāo)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(nèi)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(yīng)用通常的機(jī)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(jī)器才行。 所以

7、納米技術(shù)的發(fā)展給生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)提供了又一嶄新的應(yīng)用前景。 近幾十年在生命科學(xué)、 醫(yī)學(xué)等研究領(lǐng)域， 人們對于生命現(xiàn)象和疾病機(jī)理的探索等科學(xué)研究不斷深入， 從 20 世紀(jì) 90 年代開始的基因排序工程， 到本世紀(jì)開始的蛋白質(zhì)工程、 細(xì)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(xì)胞或者蛋白的狀態(tài)的實時觀察、 以及細(xì)胞內(nèi)分子或者傳遞信息物質(zhì)的視覺化， 要求可實現(xiàn)細(xì)胞或者者蛋白的標(biāo)識方法和檢測技術(shù)。 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(jì)社會對于醫(yī)療技術(shù)提出的新的要求。 所以這些對于認(rèn)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(zhì)量的日益關(guān)切， 事實上已經(jīng)構(gòu)成了并且會繼續(xù)成為生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)發(fā)展的強(qiáng)大動力。 生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)的發(fā)展特點(diǎn) 生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)的發(fā)展特點(diǎn) 如前所述， 生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)是為了滿足人們在生命科學(xué)、 醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域科學(xué)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