诺贝尔奖与光学ppt课件

1、诺贝尔奖与光学诺贝尔奖与光学激光及其运用激光及其运用光在生物、医学中光在生物、医学中的运用的运用光光几百年来用于诊断及治疗几百年来用于诊断及治疗现代光学现代光学光纤用于内窥镜光纤用于内窥镜激光激光用于医学研讨和治疗用于医学研讨和治疗特点：高强度、短脉冲、高单色性特点：高强度、短脉冲、高单色性生物组织中的光子迁移生物组织中的光子迁移激光生物学激光生物学激光和生命科学结合的新兴交叉学科激光和生命科学结合的新兴交叉学科主要研讨对象：主要研讨对象：激光与生物体的分子、细胞、组织、器激光与生物体的分子、细胞、组织、器官、个体和群体各层次的相互作用景象官、个体和群体各层次的相互作用景象及其机制及其机制提示

2、与生命活动过程有关的物理过程、提示与生命活动过程有关的物理过程、演化规律及外界条件的诱导作用演化规律及外界条件的诱导作用激光生物学研讨方向激光生物学研讨方向激光微束技术、激光共焦扫描显微技激光微束技术、激光共焦扫描显微技术、光镊技术及在生物学中的运用研讨术、光镊技术及在生物学中的运用研讨生物光子学及在生物学和诊断医学中的生物光子学及在生物学和诊断医学中的运用运用激光生物医学的运用根底研讨激光生物医学的运用根底研讨生物分子激光拉曼光谱学研讨生物分子激光拉曼光谱学研讨激光辐照生物学效应和辐照生理学效应激光辐照生物学效应和辐照生理学效应以及机理研讨以及机理研讨激光生物学研讨方向激光生物学研讨方向细胞

3、交融、外源基因转移、动物胚胎切细胞交融、外源基因转移、动物胚胎切割以及细胞核移植技术的研讨。割以及细胞核移植技术的研讨。单分子探测、支配在生命科学中的运用；单分子探测、支配在生命科学中的运用；染色体的光学切割与回收；染色体的光学切割与回收；细胞间的相互作用与细胞重力生物学；细胞间的相互作用与细胞重力生物学；生物大分子的探测生物大分子的探测激光生物学研讨方向激光生物学研讨方向研讨激光在生物组织中传输规律，开展研讨激光在生物组织中传输规律，开展医学光学成像与光谱丈量技术，用于生医学光学成像与光谱丈量技术，用于生物组织与血液参数的无损检测，探求组物组织与血液参数的无损检测，探求组织构造与功能的变化；

4、研讨光与生物组织构造与功能的变化；研讨光与生物组织相互作用机制，开展新的光学方法用织相互作用机制，开展新的光学方法用于疾病的治疗。为疾病的早期诊断、治于疾病的治疗。为疾病的早期诊断、治疗、及疗效评价提供新的方法疗、及疗效评价提供新的方法根底医学研讨：经过激光与人体器根底医学研讨：经过激光与人体器官组织、细胞和生物分子的相互作官组织、细胞和生物分子的相互作用研讨激光生物效应用研讨激光生物效应激光诊断：以激光作为信息载体，激光诊断：以激光作为信息载体，利用激光单色性特点，对组织病理利用激光单色性特点，对组织病理形状、功能等找出某些致病要素形状、功能等找出某些致病要素激光在医学上的运用激光在医学上的

5、运用激光治疗激光治疗:以激光作为能量载体。是以激光作为能量载体。是激光在医学运用中最成熟的领域，广激光在医学运用中最成熟的领域，广泛运用于皮肤科、外科、妇科、眼科、泛运用于皮肤科、外科、妇科、眼科、口腔科、耳鼻喉科、内科、儿科、肿口腔科、耳鼻喉科、内科、儿科、肿瘤等临床各科瘤等临床各科300多种疾病多种疾病激光技术已成为临床治疗的有效激光技术已成为临床治疗的有效手段手段,也成为开展医学诊断的关键技术也成为开展医学诊断的关键技术激光在医学中的运用激光在医学中的运用激光的生物效应激光的生物效应光化反响光化反响光化作用是指在光的光化作用是指在光的作用下进展的化学反响作用下进展的化学反响激光被光敏染料

6、吸收，分子激发激光被光敏染料吸收，分子激发发出荧光，用于诊断；发出荧光，用于诊断；转变为其它能量构成化学作用，转变为其它能量构成化学作用，可用于癌症治疗可用于癌症治疗激光的生物效应激光的生物效应热相互作用热相互作用生物分子吸收光子后，将光能转化生物分子吸收光子后，将光能转化为生物分子的平动动能、振动能和转动为生物分子的平动动能、振动能和转动能，并能够将所获能量经过多次碰撞转能，并能够将所获能量经过多次碰撞转移给临近分子，使得生物细胞、组织发移给临近分子，使得生物细胞、组织发生变化：凝结、汽化、碳化、熔融生变化：凝结、汽化、碳化、熔融激光的生物效应激光的生物效应-热相互作用热相互作用释放生物反响

7、，无明显热度释放生物反响，无明显热度部分组织发热部分组织发热,不损害其生命活力不损害其生命活力损伤酶的作用、脱水与组织萎缩损伤酶的作用、脱水与组织萎缩超越一定温度以后出现不可逆的蛋白质超越一定温度以后出现不可逆的蛋白质凝结凝结构成痂和薄薄的碳化层及碳化构成痂和薄薄的碳化层及碳化组织的汽化、烤焦组织的汽化、烤焦激光的生物效应激光的生物效应-热相互作用热相互作用激光的生物效应激光的生物效应光学解理光致破裂光学解理光致破裂聚焦短脉冲聚焦短脉冲顶峰功率激光，产生等离子体，作用于内顶峰功率激光，产生等离子体，作用于内部组织，外部无损部组织，外部无损如超声碎石如超声碎石脉冲染料激光经过光纤，脉冲染料激光经

8、过光纤，作用于胆、肾和膀胱结石，构成声波碎石作用于胆、肾和膀胱结石，构成声波碎石低功率激光生物刺激作用低功率激光生物刺激作用吸收治痛吸收治痛,及使伤口康复及使伤口康复光波长及相应在医疗领域的运用光波长及相应在医疗领域的运用医学光谱技术医学光谱技术光谱与分子构造有关，人体组织发生分子程光谱与分子构造有关，人体组织发生分子程度的改动，就能察看到光学性质的改动。经度的改动，就能察看到光学性质的改动。经过光谱探测技术，可获取生物体成分、含量过光谱探测技术，可获取生物体成分、含量以及动态变化，从而实现对疾病的诊断。以及动态变化，从而实现对疾病的诊断。优点：光辐射的非电离性，可以进展多次丈优点：光辐射的非

9、电离性，可以进展多次丈量；不同软组织反差较大；不仅能获得组织量；不同软组织反差较大；不仅能获得组织构造信息，且能获得生物组织的功能信息构造信息，且能获得生物组织的功能信息医学光谱技术分类医学光谱技术分类生物组织的自体荧光光谱生物组织的自体荧光光谱生物组织的药物荧光光谱生物组织的药物荧光光谱生物组织的喇曼光谱生物组织的喇曼光谱生物组织的超快时间分辨光谱生物组织的超快时间分辨光谱激光共焦显微镜激光共焦显微镜xzyPinholeDetectorFilterMicroscopic objectiveObject3D moving tableFrom laser光除了具有能量外光除了具有能量外,同样具有

10、动量同样具有动量E=hn光子能量光子能量p=E/c=hn/c=h/l光子动量光子动量F=Dp/Dt光俘获法：利用光的力学作用，对微米以光俘获法：利用光的力学作用，对微米以下的微小物体，用激光束夹住并使其挪动下的微小物体，用激光束夹住并使其挪动的技术光镊子的技术光镊子激光镊子激光镊子(a)(b)Laser beamScatteringForce on the ballForce on the ballIncident beamRecoil forceDeflected beamDielectric ball使小球运动的光力作用使小球运动的光力作用(a)吸收和瑞利散射吸收和瑞利散射波长不变波长不变

11、(b)对入射光束的偏转对入射光束的偏转激光镊子激光镊子LaserTweezers激光镊子激光镊子ABBall movingHigh intensityGuassian distributionof beam intensityLow intensityGuassian beamLaser beam由于高斯光束强度分布的缘由，当折射的光线获由于高斯光束强度分布的缘由，当折射的光线获得向外的冲力时，粒子上的反作用力就使冲力指得向外的冲力时，粒子上的反作用力就使冲力指向激光束中心，粒子总是被吸引到激光束中心。向激光束中心，粒子总是被吸引到激光束中心。假设粒子非常小且具有很小的重力或摩擦力，当假设粒子

12、非常小且具有很小的重力或摩擦力，当激光束挪动时，粒子就会跟着挪动。激光束挪动时，粒子就会跟着挪动。激光镊子激光镊子三维激光镊子：黏附在微吸管上的细胞向激光俘三维激光镊子：黏附在微吸管上的细胞向激光俘获的细胞挪动。丈量活体细胞间膜的黏接等获的细胞挪动。丈量活体细胞间膜的黏接等Laser beamLaser beamMicropipetteTarget cellTrapped cell系统包括：系统包括：激光器、显激光器、显微镜、样品微镜、样品室、室、TV监控监控器等器等激光眼科治疗仪激光眼科治疗仪激光视网膜凝结术激光视网膜凝结术治疗视网膜剥离治疗视网膜剥离青光眼青光眼,白内障的治疗白内障的治疗近

13、视眼的矫正近视眼的矫正所用的激光器：准分子激光、氩离子激光、所用的激光器：准分子激光、氩离子激光、Nd:YAG激光等激光等激光在眼科中的运用激光在眼科中的运用眼睛的构造眼睛的构造Aqueous humorhumorRetinaMaculaVitreoushumorCrystalline lensScleraCornea水状体视网膜斑点玻璃质体晶状体巩膜角膜(c)角膜修整后情况角膜修整后情况(a)(b)(c)CornealRetinaCrystalline lensGlasses近视眼近视眼戴眼镜戴眼镜121fnR() Adjustable aperture Ablation laser pul

14、se 激光照射改动角膜曲率激光照射改动角膜曲率RK-PRK-LASIK-fsLASIK激光手术激光手术LaserSurgery用于细胞手术的冷激光技术用于细胞手术的冷激光技术要求对周围体无热、无构造损伤的细胞和要求对周围体无热、无构造损伤的细胞和组织的分别手术组织的分别手术用紫外用紫外(ArF，193nm)激光与细胞外表相互激光与细胞外表相互作用，产生光化学效应，无热和冲击波产作用，产生光化学效应，无热和冲击波产生，光能量在细胞外表亚微米深度吸收，生，光能量在细胞外表亚微米深度吸收，可以准确控制细胞钻孔过程可以准确控制细胞钻孔过程准分子激光细胞钻孔手术准分子激光细胞钻孔手术SuctionArF

15、laserGlass micropipettesMicroscopeAir pressure准分子激光细胞钻孔手术准分子激光细胞钻孔手术CellIrradiate laser beamLight Guiding pipetteGlass PipetteTo pumpHole punched激光手术激光手术LaserSurgery不出血的光刀不出血的光刀能量集中区域小。能量集中区域小。常用常用CO2激光激光(10.6mm)极易被水生物体极易被水生物体吸收。吸收。由于激光照射，热效应导致血管收缩断裂，由于激光照射，热效应导致血管收缩断裂，血管中血受热凝结，停顿出血。血管中血受热凝结，停顿出血。激光

16、内窥镜系统激光内窥镜系统from light sourceto monitorObject to observeLaser light sourceOptical fiberMonitor激光用于癌症治疗激光用于癌症治疗利用激光直接对肿瘤进展照射，瘤体裸露利用激光直接对肿瘤进展照射，瘤体裸露根本体可以从完全制止到加速退化根本体可以从完全制止到加速退化激光光动力学疗法激光光动力学疗法PDT-(PhotoDynamicTherapy)癌细胞对某些光敏物质比正常细胞更癌细胞对某些光敏物质比正常细胞更容易吞食，用荧光方法诊断癌变部位，用高容易吞食，用荧光方法诊断癌变部位，用高强度激光集中照射癌变部位，

17、杀死癌细胞强度激光集中照射癌变部位，杀死癌细胞光动力学疗法光动力学疗法(PDT)表示图表示图被癌细胞吞食的被癌细胞吞食的HpD的作用的作用激光诊断及治疗激光诊断及治疗用于癌症治疗用于癌症治疗利用激光的热效应对恶性肿瘤进展利用激光的热效应对恶性肿瘤进展“切割切割激光诱导间质热疗法激光诱导间质热疗法Laser-inducedinterstitialthermotherapy(LITT)细胞加热细胞加热60度，蛋度，蛋白量变性，组织凝结，白量变性，组织凝结，坏死坏死人物及获奖时间人物及获奖时间获奖原因获奖原因田中耕一田中耕一(日本日本)KoichiTanaka 2019年化学奖年化学奖1/4fort

18、hedevelopmentofmethodsforidentificationandstructureanalysesofbiologicalmacromoleculesfortheirdevelopmentofsoftdesorptionionisationmethodsformassspectrometricanalysesofbiologicalmacromolecules”在生物高分子大规模光谱测定分在生物高分子大规模光谱测定分析中发展了软解吸附作用电离方析中发展了软解吸附作用电离方法法激光在现代生化分析中的运用激光在现代生化分析中的运用与光学、生物学有关的诺贝尔奖获得者与光学、生物学

19、有关的诺贝尔奖获得者田中耕一用激光轰击成团的生物大分子，胜利地使生物田中耕一用激光轰击成团的生物大分子，胜利地使生物大分子相互完好地分别，同时也被电离大分子相互完好地分别，同时也被电离奠定了科学家对生物大分子进展进一步分析的根底奠定了科学家对生物大分子进展进一步分析的根底飞行时间质飞行时间质谱谱LaI6F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(

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26、MbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)w&s!pX

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