2013年西安交通大学《生物医学光子学》课件合集
《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ppt课件
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细胞毒性研究 采用MTT 法测试了PGsP NCs 悬液在不同浓度时对正
常细胞人脐静脉内皮细胞HUVECs 的细胞活力的影响
说明制备得到的纳米胶囊对正常细胞没有明显的毒性， 具有较好的生物相容性，可以应用于动物体内实验。
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体内双模式成像性能 (1)使用PGsP NCs 造影剂进行的兔肾脏超声造影成像
(左)未经吸附的纳米胶囊呈均匀散布的黑色悬液 (右)磁性纳米胶囊完全被吸附于靠近磁铁的一侧
(3)PGS-SP NCs 悬液的MRI 造影效果
将6 个浓度梯度的PGS-SP NCs 悬液样品置于Bruker 7 T 小动物MRI仪器中进行扫描（从0 到5 的Fe 浓度依次升高： 0，4.97，9.93，19.9，39.7，9.93 μM），可以看到随着 悬液浓度的升高，
放射线治疗（或放疗）是通过放射性辐射杀死癌细胞。 放疗使用放射源发出的辐射线破坏细胞的遗传物质， 阻止细胞生长或分裂，以此杀死癌细胞。然而放疗的 效果仅局限与辐射区域内，同时放疗也不具有选择性，
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癌症治疗的新方法
近年来兴起了一系列癌症治疗的新方法，包 括光热治疗、基因治疗、免疫治疗、光动力 治疗等等，这些方法无一例外的都属于无创 性或者低创伤性治疗，可以有效减轻患者的 痛苦，同时都具有一定的靶向治疗特性，可 以定点杀伤癌细胞而对正常细胞带来很少的 伤害。这些新的治疗方法大都处于研究阶段 或者临床试验阶段，因此，通过不断的优化
造影剂可以显著提高医学图像的对比度和分辨率，帮助临 床医师对疾病进行更为快速准确的诊断，是各种医学成像 诊断中不可或缺的辅助试剂。
受益于纳米技术的发展，我们现在可以有目的的设计和构 建一系列具有多种功能复合于一体、靶向性较好、无毒副 作用的多功能造影剂，其中研究最多的就是多模式造影剂 和诊断治疗一体化试剂
(理学)生物医学光子学第1章
生态学---研究生物与其环境（包括非生 物环境和生物环境）相互关系的科学。 近四十年来，随着人口爆炸、资源枯 竭、环境恶化等全球问题的日益严重，生 态学越来越受到重视。
1.3.1生物对环境因素的耐受性和限 制因子
就某一特定生物或生物群体而言，其周围的一切都属 于它的环境。因此，环境总是针对某一特定主体而言，是 一个相对的概念。 生态学范畴的环境主要是指自然环境，即各种自然因 素的综合，包括物理因素（光、热、水、火、大气、土壤 和地形等）和生物因素（生物之间的各种关系，特别是人 类活动的影响）。 生态因子：所有环境因素中对生物起作用的因素。 生态环境：所有生态因子构成生物的生态环境。 生境：具体的生物个体或群体生活地段上的生态环境。
⑶捕食------一种生物直接吃掉另一种生物的直接对抗关系
（正、副相互作用皆有）
• 种间关系（如竞争、捕食等）是生物进化 的动力之一。例如，自然界中，捕食者种 群将猎物种群捕食殆尽的事例极少见，被 捕食者往往是体弱患病或遗传特性较差的 个体，因此，捕食可防止猎物种群中疾病 的传播和劣质、不利基因的延续。
1、种群数量
种群大小： 某一种群的个体数，其最常用指标为种群密度----单位 面积或空间中的个体数目 。* 种群的自我调节能力： 种群大小总是受各种因素的影响而波动着，处于一种 动态稳定之中。 影响种群大小的因素：出生率、死亡率、迁入、迁出、年 龄结构（不同年龄组的个体在种群中的比例）、性比（雌 雄个体数目的比例）等基本因素。出生和迁入使种群增加， 死亡和迁出使种群减少，研究种群的年龄结构和性比对种 群动态的深入分析和预测预报有重要的价值。 种群统计学：对种群的出生、死亡、迁入、迁出、年龄结 构、性比等进行统计学研究。
1.2 生物分类与物种
应用光子学和生物医学光子学讲义
目 录应用光子学基础实验一 用自准法测薄透镜焦距 (1)实验二 自组显微镜 (4)实验三 自组望远镜 (7)实验四 偏振光分析 (10)实验五 阿贝成像原理和空间滤波 (14)生物医学光子学基础实验六 单光子计数与弱光检测 (17)实验七 荧光显微镜原理与使用 (23)实验八 拉曼光谱实验讲义 (27)实验九 光镊与光阱PN力的测量 (34)实验十 光谱仪与生物应用 (40)实验十一 双积分球系统测量组织光学参数 (45)实验十二 光学相干层析成像系统实验讲义 (52)实验十三 散斑显微成像系统 (59)实验十四 Nd:YAG激光器及其医学应用 (65)附录：生物医学光学实验室的一般规则 (69)实验六 单光子计数与弱光检测一. 实验目的理解光子计数器方法的基本原理，掌握单光子计用于弱光检测的基本实验方法。
二. 背景知识随着生物医学、光纤通信以及环境辐射监测技术的发展，对微弱光检测的要求越来越高。
因此光极限领域的检测技术，已成为解析更加高深现象的重要手段。
单光子计数系统在高分辨率光谱测量、散射光的测量、非破坏性物质分析、高速现象检测、环保检测、精密分析、大气测污、生物发光、光子研究、色度光度、生化仪器、激光计测、工业在线、放射探测、核医学装置、高能物理、高灵敏度探测、对月测距、天文测光等领域有着特殊的作用。
另一方面，人们在光电检测中常常遇到待测信号被噪声淹没的情况，例如，对于空间物体检测，常常伴随着强烈的背景辐射，即使是对较强的光信号，为了提高信号抗干扰能力、实现精确的检测，也都需要从噪声中提取、恢复和增强被测信号的技术措施。
所以无论是工程应用方面还是信号变换技巧方面，弱光的探测都是非常重要的。
单光子技术是一门崭新的、鲜为人知的技术，虽然当前还处于兴起、发展阶段但在本世纪必将会有重大创新和迅速崛起。
单光子计数器方法利用弱光下光电倍增管输出电流信号自然离散的特征，采用脉冲高度甄别和数字计数技术将淹没在背景噪声中的弱光信号提取出来。
生物医学工程概论 第三章 生物医学光子学
流式细胞仪
心脏动作电位实时测量
小动物荧光成像
光学相干层析成像
(Optical Coherence tomography, OCT)
速度快 分辨率高
血红蛋光吸收曲线
660nm
940nm
指套式血氧测量仪
红外脑成像示意图
光遗传技术
神经科学的主要挑战是如何调控一种细胞而 不影响其它细胞（Francis Crick,1979)
叶绿体的自发荧光
二次荧光（荧光探针）
非荧光性的物质（蛋白 质、炭水化合物）用荧光色 素染色，由荧光色素产生荧 光（二次荧光），以便进行 观察。对特定物体选择合适 的荧光色素，该物体就能和 周围的组织或细胞区别出来 而可以观察到。
抗体荧光技术（用免疫染色）
利用特定抗原必然和特定抗体相结合的 事实，使带荧光标记的抗体和标本中的抗原 进行抗原、抗体反应，这样两者的结合体就 能通过抗体的荧光观察。
Channelrhodophin-2等是光敏感的非特异阳离子通道
基因重组构建模式动物
将光敏感的离子通道 转录到老鼠的多巴胺 能神经元，完成任务 是刺激即可产生愉悦 感，一次刺激老鼠主 动完成任务
四、生物发光
化学发光 物理激发光 热辐射 生物超微弱发光
化学发光
化学发光是物质在进行化学反应过程中伴 随的一种光辐射现象（不需要光、热或电 场等激发）； 直接发光：A、B两种物质发生化学反应生 成C物质，反应释放的能量被C物质的分子 吸收并跃迁至激发态C*； 间接发光：A和B反应生成激发态中间体C* ，C*分解时释放出能量使F变到激发态F*， 当F*跃迁回基态时，产生发光。
共聚焦扫描显微镜光学原理
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。
生物医学光子学第一章绪论
§2 光与生物组织体的相互作用
§ 2 光与生物组织体的相互作用
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6
光与生物组织体相互作用的基本形式 组织体对光的吸收效应 组织体对光的散射效应 组织体发光 光热效应和光声效应 光化学效应
§2.1 光与生物组织体相互作用的基本形式 1.光与生物组织体相互作用的表现形式或现象
Excited electronic state S1
h S1 S0
ground state S0
§2.2 组织体对光的吸收效应
2、分子的跃迁
生物组织体原子并不是处于自由状态的，原子靠化学键聚在一 起组成分子，而且组成的是大分子，很显然分子对电磁波的吸 收与单个原子的吸收相比要复杂得多。
Chapter 1 绪论
当前的成像技术
CT
Chapter 1 绪论
无创伤检测
Chapter 1 绪论
Hitachi, 2004，无创血糖检测
掌上型血氧仪（oximeter）,测量 动脉血的含氧量
手指血氧仪
Chapter 1 绪论
激光诱导荧光检测器 （Laser Induced Fluorescence Detector，LIF）
生物医学光子学
Biomedical Photonics
1 绪论
Chapter 1 绪论
生物医学光子学？
组织光 (tissue optics)
生物医学光子学 (biomedical photonics)
生物光子学
(biological photonics）
医学光子学 (medical photonics)
Chapter 1 绪论
Chapter 1 绪论
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
生物医学光子学
生物医学光子学biomedical photonics 定义：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。
研究内容：生物医学是光子学的一个重要应用领域, 两者的交叉形成了新兴学科“ 生物医学光子学”. 主要研究内容包含: 一是生命系统中产生的光子及其反映的生命过程, 以及这种光子在物学研究、医学诊断与治疗方面的重要应用; 二 是医学光学与光子学基础和技术 , 包括组织光学、光与组织相互作用和组织工程、新颖的光诊断和光医疗技术及其作用机理的研究等. 生物医学光子学目前仅具雏形, 但其发展之快引人注目.新进展：近年来, 在国家自然科学基金、省部级基金以及其他基金项目的资助下, 我国在生物医学光子学的研究中取得了很大的进展, 尤其是2000年第152 次主题为 “ 生物医学光子学与医学成像若干前沿问题” 、第217 次主题为“ 生物分子光子学” 的香山会议后, 有许多学校和科研单位开展了生物医学光子学的研究工作, 并初步建成了几个具有代表性的、具有自己研究特色和明确科研方向的研究机构或实验室, 并在生物医学光学成像( 如optical coherence tomography, 简称OCT, 光声光谱成像, 双光子激发荧光成像, 二次谐波成像, 光学层析成像等) 、组织光学理论及光子医学诊断、分子光子学( 包括成像与分析) 、生物医学光谱、X 射线相衬成像、光学功能成像、认知光学成像、PDT 光剂量学、高时空谱探测技术及仪器研究等方面取得了显著的研究成果. 发表了许多研究论文, 申请了许多发明专利, 有些已经获得产业化. 国家自然科学基金委员会生命科学部与信息科学部联合发起并承办的全国光子生物学与光子医学学术研讨会已经举办了六届, 对我国生物医学光子学学科的发展起到了积极的推动作用. 我国近年所召开的亚太地区光子学会议中, 有关生物医学光子学的内容已大幅增加, 成为主要的研讨专题. 我国的生物医学光子学研究方兴未艾, 呈现与国际同步的态势。
生物医学光学培训课件
成为重要的基础问题，而这两方面是与组 织体的光学特性直接相关的。
生物医学光学
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生物医学光学在医学中的作用： 当今，医学正处在一个重大的变革时期。医学的重
点正由传统的基于症状治疗模式向以信息为依据 的治疗模式转变。人们已经认识到，症状仅仅是 疾病的被滞后的很粗糙的人体异常反应。当今一 些重大医学课题的研究，一开始就把着眼点放在 探索导致疾病的生物信息规律上，以控制生物逻 辑信息处于健康状态，进而达到治疗疾病的目的。 为此，人们从各个学科（磁学、声学、化学、光 学等）探索医学诊断和治疗的新方法。目前，人 们认为光子学有希望在当今医学的大变革中扮演 重要角色。认识光在生物组织中的传播规律，以 及激光为代表的高性能光源和高灵敏度光学探测 器的研制成功分别是这种认知的理论依据和物质 基础。
生物医学光学
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在医学的光诊断和治疗中,有许多理论研究需要开展， 有许多新应用需要从理论上做出满意的解释，这主要 有如下几个方面：
(1) 医学上对人体疾病的光学诊断问题。人体在不同的生理状 态下，其组织光学特性参数也不相同。光子学检测和诊断与传 统医学的方法相比较有许多优点，尤其是 600nm 至 1300nm“光 学窗”波长范围内的无损检测和诊断技术蓬勃发展，如组织血 氧和脑血氧的检测、血氧和葡萄糖含量的监测。在取像技术方 面近年发展起来的 OCT 技术也受到人们的高度重视，但由于生 物组织的多样性和复杂性，光子学检测和诊断技术在理论上尤 其是如何为医学临床提供可靠的生理参数指标尚有许多问题需 要加强研究。 （2）光治疗中各种参量的选择。在许多临床光治疗的具体应用 中,如激光手术、激光针灸、激光理疗和光子动力学治疗 （Photodynamic Therapy,简写为 PDT）肿瘤,需要预先确定光剂量, 即合理选定照射光源的几何形状、光束功率、照射时间、焦点 深度以及周围组织的光学性质和形状等以及组织内部各部分光 能流率的分布。
生物医学光子学ppt课件
诊断治疗一体化将诊断和治疗两个过程合二为一，在得到 诊断结果的同时，立即基于诊断结果进行对症治疗。它将 诊断用造影剂和治疗用试剂结合为一体，得到可同时应用 于医学成像诊断和治疗的多功能试剂，即诊断治疗一体化 试剂
.
（2）直接杀死肿瘤细胞：加热会使肿瘤细胞细胞膜上磷 脂的状态发生改变，从而引起细胞膜的流动性和通透性发 生改变，导致膜蛋白发生功能的丧失，甚至导致蛋白质变 性。此外，加热还会改变细胞骨架，从而改变细胞的形态， 进一步改变细胞的代谢及功能。
（3）诱导细胞凋亡：很多研究表明，加热会引起细胞内 凋亡促进基因（包括野生型 p53 等）和凋亡抑制基因 （bcl-2，突变型p53 等）的表达改变，从而引发细胞发 生凋亡。
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光热治疗
光热治疗（PTT）通常是通过激光照射给肿瘤组织加热，一般 照射时间为几分钟到几十分钟，使肿瘤组织温度升高。在这样 的温度下，由于肿瘤细胞对热的耐受性较低，肿瘤细胞被选择 性地破坏。光热治疗产生的热量，往往使肿瘤细胞发生不可逆 的损伤，主要表现为线粒体膨胀、蛋白质失活、双折射性的丢 失、水肿和组织坏死、细胞膜松散及膜蛋白的变性等。
光热治疗使用的激光波长多为700~1000 nm，电磁波的这一 波长区域被认为是人体组织的光学窗口。也就是说，波长为 700~1000 nm 光对人体组织的穿透性最好，实验证明此区域 内的光可以穿透约1 cm 厚度的组织而不对其产生明显的破坏 作用。因此，使用近红外激光可以实现穿透皮肤和组织，在不 破坏正常细胞的情况下，实现对于深层肿瘤组织的有效热杀伤。
生物医学光子学
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第1章 生物组织光学特性
• 影响光在生物组织中传播的三个物理过程 – 反射和折射（reflection and refraction） – 散射（scattering） – 吸收（absorption） • 这三个过程分别用以下参数来描述： – 折射率 – 散射系数 – 吸收系数 – 各向异性 • 在反射、吸收或散射中，哪一种损耗为主，取决于生物组织的类型以及入 射光的波长。波长是非常重要的参数，它决定了折射和吸收以及散射系 数。 • 图3所示是光在两种介质的界面所发生的反射、折射、吸收及散射的几何关 系
100
光化作用
103
1015
1012
109
曝光时间(s)
106
103
100
103
§1.3 光与组织相互作用机理
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1.3.1 光化作用 对一系列光化作用的了解缘于对实验的观察，即对在大分子或生物组织 内光可以引起化学作用和化学反应的观察。最普通的一个例子是生物 体自身的演化 —由光合作用引起的能量释放。在激光医学物理学领域 的光动力学疗法（Photdodynamic Therapy, PDT）中，光化作用机理 起着很重要的作用。通常生物刺激也归因于光化作用，尽管这还不能 在科学上得到证实。 在低功率密度（典型为 1）和长时间曝光下（秒以上或者连续波），光 化作用就会发生。对激光参数的选择可在散射占优势的组织中产生一 个辐射分布。在大多数实例都选用波长在可见光范围内的激光器（例 如，波长为 630nm的若丹明染料激光器），是因为它们的高发光效率 和高的光穿透深度。如果要达到较深的组织结构，第二个性质就很重 要了。
生物医学光子学
叶绿素a、b （高等植物）
叶绿素c、d （藻类）
类胡萝卜素 强光下逸散能量
辅助色素
（高等植物）
（吸收传递光能） 藻胆素
（藻类）
叶绿素吸收光谱
光合色素吸收光谱
5. 光照因素对光合作用的影响
光强对光合作用的影响 表观光合速率为零，称为光补偿点 开始达到光合速率最大值时，称为光饱和点 光抑制--当光合机构接受的光能超过它所能利用的
据上述实验结果，希尔(1960)等人提出双光系统 的概念，把吸收长波光的系统称为光系统Ⅰ(PSⅠ)， 吸收短波长光的系统称为光系统Ⅱ(PSⅡ)。
20世纪60年代以后，已能直接分离出PSⅠ和PSⅡ 的色素蛋白复合体颗粒。
爱默生增益效应
4.光合色素
在光合作用的反应中吸收光能的色素称为光合色素。
叶绿素 （光合作用）
折射：入射光的频率接近电子的本征振动频率时， 深入物体内部，引起电子微小振动，传能量给核， 核再使光波以原来频率透出物体。由于速度不同， 在界面处形成一个折点。雨后彩虹。
二. 光合作用
1.光合作用表达式
6CO2+6H2O 绿色植物 C6H12O6＋6O2
(1)
叶绿体
CO2+H2O
(CH2O)＋O2
2.光反应和暗反应
增大光强对光合作用的影响 闪光照射，光合效率是连续光的200%-400%
需光的光反应不需光的暗反应(碳同化反应),不绝对
3. 两个光系统
20世纪40年代，研究不同光质的量子产额时，发 现大于680nm的远红光虽然仍被吸收，但量子产额急剧 下降，称为红降现象。
1957年，爱默生观察到远红光照射时补加稍短波 长的光(如650nm的光)，则量子产额大增，比这两种波 长的光单独照射的总和还要高。这种现象被称为双光 增益效应，或爱默生增益效应。
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《生物医学光子学新技术及应用》简介
生物医学光子学——光子学不生命科学相互交叉、相互 促迚而产生的新的学科分支。 生物、物理、医学、光子学、材料学等多学科相互交叉、 融合、渗透的一个学科。 本书从生物医学光子学的新技术方法入手，对所涉及到 的生物医学光子学中的一些交叉科学问题迚行分析，重 点介绍了生物医学光子学的应用，概要的总结了目前的 一些研究热点问题，及解决的思路和方法。
学习内容
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本课从光和生物组织体相互作用的基本现象入手， 系统、深入地介绍了所涉及的基本概念、基本原理 和方法，通过介绍生物医学光子学中重要的应用实 例，如光学标测人无创伤成分检测和功能成像等， 给读者提供了一个关亍本学科知识和技术的简明的 主线。通过本课程的学习，学生能对组织光学的基 本概念、基本原理和典型系统有较为深刻的认识， 为设计生物医学光子学检测仪器和从事光学研究打 下坚实的基础。
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“生物医学光子学”课程教学大纲
英文名称：Biomedical Photonics 教学基本要求 1．掌握生物医学光子学所涉及的基本概念、定律。 2．掌握生物医学光子学所涉及的应用、方法。
生物医学光子学的诞生
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生物医学光子学是交叉学科的集合
“生物医学光子学”是交叉亍光学、光电子学、生物学、 医学、电子学等诸多领域的新学科，其应用涉及到从生物 学研究、医学疾病诊断、治疗到预防的宽广的应用范围。 随着人类对健康的日益重视，生物医学光子学研究已经到 了如火如荼的阶段。 本课程为生物医学工程与业的主干课程。在课程知识体系 上，我们缩减了应用性丌强的知识点，贯彻研究型教育理 念，以培养创新型人才为目标，注意培养学生的实际解决 问题能力和科研方向洞察能力。
Xi’an Jiaotong UniveБайду номын сангаасsity
生物医学光子学的发展特点
生物医学光子学是为了满足人们在生命科学、医学等领域科学研究的要 求，为了实现人们对亍健康状态的诊断戒者疾病的治疗等实际需求所 丌断发展并形成的，确切地说生物医学光子学是作为相关学科的基础 研究戒应用研究的辅劣而发展起来的。生物医学光子学无论是对其他 学科的研究成就的贡献、还是在医学领域中有意义的应用，都无外乎 是提供应用光子的生物医学研究方法戒使用光子的生物医学仪器，而 这些方法戒仪器又都是以物理学、医学、工程学等学科的基础知识的 充分融合为基础的，所以生物医学光子学的发展和成功应用除了对生 物戒医学学科本身的发展具有促迚作用外，其本身也丌断地对工学、 物理学、化学等学科提出新的课题，更重要的是它的发展需要并促迚 了这些学科的交叉和技术的融合。
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《生物医学光子学新技术及应用》简介
光子技术在生物医学领域的新发展及应用。介绍了 心脏光学标测技术、光劢力疗法、荧光共振能量转 移技术在生命科学研究中的应用、光学纳米探针、 生物分析中的光捕获技术、激光在基因转染和基因 治疗中的应用、弱激光疗法、微水刀激光、光波导 光模光谱技术等激光技术新发展。
2012年8月27日
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“生物医学光子学”课程教学大纲 英文名称：Biomedical Photonics
使用教材及参考书：
《生物医学光子学》张镇西主编 北京：科学出版社 出版2008年8月
课程性质、目的和任务
性质：本课程是生物医学工程与业本科生的一门与业技术选修课。为了 使本与业的学生能够对生物医学光子学的原理、功能、应用有所 掌握而开设的。
Xi’an Jiaotong University
随着社会的迚步，人类对自身的健康越来越重视。因此， 和健康有关的基本生物医学问题的研究以及健康状况的监 查、疾病的早期诊断、监测和根治等方法和手段的研究受 到世界各国科技界的高度重视。近年来，一个不此相关的 新兴的交叉学科—生物医学光子学应运而生，并得到了飞 速发展。生物医学光子学是关亍光不生物组织相互作用、 所产生的效应及其应用的学科。它是交叉亍光学、光电子 学、生物学、医学、电子学等诸多领域的新学科，其应用 涉及到从生物学研究、医学疾病诊断、治疗到预防的宽广 的应用范围。
Xi’an Jiaotong University
《生物医学光子学新技术及应用》简介
生物医学光子学研究的基础——光不生物组织相互作用的作 用原理不方法。 ——生物医学光谱技术。主要介绍了物质的吸收光谱、荧光 光谱、喇曼光谱和近红外光谱等技术及相关仪器。 ——光子探测成像技术。包括共聚焦荧光成像，双光子荧光 成像，荧光寿命成像，光漫射成像，近红外光谱成像、光声、 声光成像，近场光学显微技术，二次谐波成像和光学层析成 像(OCT)等技术和方法。 ——生物超弱发光及应用。 ——光子诊断医学不光子治疗医学。 ——纳米技术的应用及生物医学光子学新发展。 ——光捕获技术（光镊和光延展器）。
目的：使学生通过该门课程的学习，首先掌握一些生物医学光子学所涉 及到的基本概念、定律等基础知识，其次通过对临床上常用的生 物医学光子学仪器及原理迚行了详细地介绍，使学生对生物医学 光子学有较全面地掌握，并对该领域的发展情况及应用前景有一 定的了解。
任务：通过该门课程的学习，使学生对生物医学光子学基本知识加以掌 握，为学生在将来科研工作中的生物医学光子学研究打下一定的 基础 。
Xi’an Jiaotong University
“生物医学光子学”课程教学大纲
生物医学信息工程教育部重点实验室
张镇西 生命科学与技术学院 生物医学分析技术与仪器研究所 The Institute of Biomedical Analytical Technology & Instrumentation The School of Life Science & Technology Xi’an Jiaotong University zxzhang@ 教学2楼北516房间，Tel. 8266 6854