生物光子学

• 胃镜/肠镜-内窥
• 激光视力矫正/激光祛斑
• 光学相干层析成像-OCT（眼科）
• 红外体温检测仪-发烧检测
• 红外线伤口愈合
• 光动力治疗-Photodynamic therapy
• ……
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为何是生物光子学而不是生物光学？
光学： Optics 几何、物理光学 光子： Photonics 量子光学
1665： 英国人Robert Hooke用自己设计与制造的显微镜（放大倍数为40-140倍，观 察了软木的薄片，第一次描述了植物细胞的构造，并首次用cells（小室)这个词来 称呼他所看到的类似蜂巢的极小的封闭状小室。
经典的“生物光学”应用案例
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已有的生物医学光(子)学临床案例：
• X射线诊断/治疗，CT 成像
通过相关交叉学科的学习，了解与本课程相关的生物学、医 学、材料化学的基本知识，初步培养根据具体医学应用设计 相应光学仪器、系统的能力。
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主要内容及学时分配：
概述 (1学时) 基本生物知识介绍 (1学时) 光与生物物体的相互作用 (3学时) 光学生物成像技术 (8学时)
• 受电磁辐射的干扰少，对周围环境的危害相对较小
• 具有光谱、光强、偏振、相位、发光寿命、动量、动能等物理量，能提供 丰富的测量信息
• 时间响应快，比声波或电子线路等技术有着更快的响应速度， 且测试灵敏 度高
• 可测生物样品的尺寸范围大：从肉眼可观测样品到纳米量级的生物结构， 具有超高分辨的能力，可以监测分子甚至原子尺寸水平的生物事件
光具有波粒二象性： 光的波动性-描述光的传播为主-光学系统、光学仪器设计 光的粒子性-解释光与物质的相互作用-生物样品对光的吸收、散射，光的波长选择、利用
更加合适
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“光”的定义：
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“光”在生物医学应用中的优势：
• 清洁、“污染”小，直接接触生物样品几乎不会对其造成损伤，且能实现 对生物样品的操作和控制
参考资料：
各种papers…
http://www.photonics.com/Splash.aspx?PID=1 （月刊杂志，网络免费公开，亦可免费订阅印刷版）
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要求：上课、作业、考试
上课：按时到教室，认真听讲，欢迎提问与质疑，及时复习。 作业：课堂布置，课外阅读为主，必须独立完成，及时上交。每次作
业均有分数，计入平时成绩。另外，每次课后就老师上课的内容提出 自己的疑问和见解，亦计入平时成绩。 课堂讲解：讲授规定的主题内容，根据讲课质量在考试成绩中加分。 考试：考试周开卷考试。 成绩：平时40%，考试60%
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第一章：生物光子学概述
顾名思义：光(子)学在生物医学中的基础、应用研究
材料、化学，物理学，光学工程，生物医学，临床医学
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国内从事生物光子学研究的主要机构：
• 华中科技大学生命科学与技术学院——骆清铭教授、曾绍群教授等 • 北京大学——程和平院士团队 • 北京301医院——顾瑛院士团队 • 北京大学生物动态光学成像中心——谢晓亮教授 哈佛大学教授美国科学院院士 • 华南师范大学信息光电子科技学院，激光运动医学研究所，激光生命科学研究 所——邢达教授团队 • 西安交通大学生物医学工程系——张镇西教授团队 • 深圳大学光电子研究所——牛憨笨院士、屈军乐教授团队 • 福建师范大学物理与光电信息科技学院——谢树森教授团队 • 浙江大学光电学院——刘旭教授、匡翠方教授（超分辨显微成像），丁志华教授/ 李鹏副研究员（OCT），王立强副教授（共聚焦），钱骏教授等
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国际上从事生物光子学研究 的主要机构？
课后作业：
请在国际上找出5个华人主持、领导的， 且在生物光子学领域具有很大学术影响力、 发表过重要研究成果的团队或机构，并给 出他们的标志性成果以及目前正在从事的 研究。
主讲教师——钱 骏
2000.9-2004.6 2004.9-2009.6 2006.4-2007.6 2008.11-2008.12 2009.7-2011.6 2011.7-2011.12 2011.12-2015.12 2012.1-今 2015.12-今
浙江大学光电信息工程系 浙江大学光电信息工程系 美国纽约州立大学布法罗分校 香港中文大学电子工程系 浙江大学光电信息工程系 浙江大学光电信息工程系 浙江大学光电信息工程系 浙江大学光电信息工程系 浙江大学光电科学与工程学院
激光共聚焦扫描显微成像、双光子扫描显微成像、超分辨显微成像、OCT等
光学生物传感技术 (3学时)
表面等离子体生物传感器、集成光学生物传感器等
光学生物治疗技术 (3学时)
光动力治疗、激光辅助组织工程等
光学生物操控技术 (3学时)
光镊、光致基因转染等
报告与讨论 (2学时)
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办公室地址: 紫金港东五楼 光及电磁波研究中心215
正校门
Our center
紫金港东五楼 光及电磁波研究中心
浙江大学光电信息系
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课程概况：
1.5学分，共计24学时； 秋学期共八周课程，每周3学时。
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教学目的：
使同学们了解生物光子学领域最新的发展趋势及应用前景， 进一步巩固、掌握之前所学的各种光学/光电子知识，熟悉各 种光学系统的原理、机制，深入了解这些技术在生物医学中 的适用性及应用潜力。
本科 博士研究生 访问学者 访问学者 博士后 讲师 副教授 博士生导师 教授
自2006年开始从事基于纳米颗粒的光学生物成像、治疗工作。围绕金属纳米颗粒、有 机荧光染料、氧化石墨烯等设计具有新颖光学特性的纳米生物探针，并将它们应用于活 细胞成像、治疗，宏观活体功能成像，显微活体功能成像等 。目前正在开发适合于深层 脑功能成像的光学仪器，同时开展光遗传学方面的研究。
• 能和其他领域的（电子学、声学、计算机等）技术相结合为生物医学提供 更多的机会
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一门新兴的交叉学科
光子学
生物光子学 生物医学
光子学技术应用于生物医学
生物成像/生物传感 光学诊断 基于光的治疗 组织工程学 生物样品的光操作
生物医学促进光子学技术
激光器件 探测器件 其他各种光学器件 光信号处理 光学原理的突破