专题| 生物医学光子学研究新进展

Original 李瑞娟编辑中国激光杂志社 2022-06-07

收录于合集 #生物医学 11个

生物医学光子学已成为多学科交叉和高速发展的领域，也是生命科学和医学成像等重要学科前沿领域研究的重要组成部分。生物医学光子学作为一门新兴的交叉学科，近年来的发展已经渗透到生物物理、生物化学、分子生物学和细胞生物学等生命科学的前沿领域，成为与人类医疗健康息息相关的重要研究手段。

目前的一些研究热点也得到了高度关注和迅速发展。《中国激光》在2018年第2期、第3期正刊上适时推出“生物医学光子学”专题栏目，得到了本领域专家学者的积极响应。

本专题共收到投稿94篇，最终接收综述论文31篇、研究论文17篇，论文内容涵盖了生物医学光子学的各个领域，包括基础研究、应用研究和探索性研究三个方面。这些论文学术思想先进，内容新颖。特别要指出的是，一些综述论文结构紧凑，内容充实，从分子的角度介绍了分子光子学的理论、光化学作用、光物理过程，以及光和生物、物质的相互作用及工程手段、方法等，同时也很好地总结和展望了我国该领域科研工作者目前关注和研究的重点成果，可以说是生物医学光子学专业的基础性论文，可读性很高，适合许多相关领域的研究人员阅读，以帮助他们加深对该学科的了解。

1、实时拉曼光谱分析技术及其在临床早期癌症检测中的应用

西北大学王爽副教授在文章中对临床拉曼光谱分析技术的理论基础进行了阐述，归纳总结了临床快速拉曼光谱分析集成系统设计思路。在此基础上，以作者相关研究工作为例，探讨了拉曼光谱分析技术在临床癌症早期检测与病理分析中的应用特点，为推动相关基础研究及技术创新提供有益参考。

图光与生物组相互作用原理示意图（以光在肺组织内的传输为例）

2、荧光分子层析成像图像重建研究进展

华中科技大学骆清铭教授课题组综述介绍了介绍了目前荧光分子层析成像图像重建在这两个方面的研究进展。

图 dfMC和pfMC模型模拟的CCD上荧光强度的分布与实验结果的比较

3、植入式生物医疗光电子器件与系统：研究与展望

清华大学盛兴研究员课题组在文章中较为全面地阐述了现有的方法和技术，并结合实际应用和生物相容等需求，分析总结了各种技术方案的特点，及其未来的发展和面临的挑战。

图植入式光电子设备的应用示意图：光纤可以传输能量和信息而作为植入式设备，微型LED和微型PD可以搭配有线或无线的传输方式制成植入式设备。人体图（a）光纤光遗传学；（b）光遗传学探针；（c）颅内荧光成像装置；（d）视网膜假体刺激器；（e）血管外血氧监测仪

4、生物组织粘弹性激光散斑检测方法研究进展

华中科技大学李鹏程教授课题组在文章中着重介绍基于激光散斑技术的生物组织粘弹性测量，从弹性波调制下的激光散斑衬比变化，布朗运动的光强自相关函数和低频交变应力作用下的散斑位移三个方面，分别介绍其理论基础和研究现状。

图生物组织组成成分、结构和器官的杨氏模量

5、并行谱域光学相干层析成像技术研究进展

浙江大学沈毅博士课题组在文章中介绍了并行谱域光学相干层析成像技术，重点报道了本课题组在并行谱域OCT成像方法与系统研制方面取得的研究进展。

图光谱编码并行谱域OCT系统图

6、双光子荧光寿命成像在肿瘤诊断研究中的应用

深研院郑炜教授课题组综述简要介绍了双光子荧光寿命的概念和常用检测方法，结合该课题组所开展的胃癌和神经胶质瘤诊断等相关研究成果，详细介绍了双光子荧光寿命成像技术在消化道肿瘤、脑肿瘤及皮肤癌等肿瘤检测方面的最新研究进展，最后展望了该技术在未来临床应用中的潜在优势和可能面临的挑战。

图正常和癌变人体胃粘膜组织的双光子荧光寿命和荧光光谱成像：(a、d、g) 正常；(b、e、h) 肠型腺癌；(c、f、i) 神经内分泌癌。(a-c) 荧光寿命编码图像。(d-i) 荧光光谱编码图像，其中(g-i)展示的是三维结构。黄色、品红色和大红色箭头分别指示粘膜上皮细胞、癌变的肠细胞和癌变的杯状细胞。“*”和“△”分别指示间质组织和胃小凹。

7、微流控芯片核酸分析系统及其精准医学应用

清华大学黄国亮教授课题组以呼吸道病原菌为检测对象，研究微流控芯片核酸恒温扩增分子诊断技术，开发离心进样空气隔离微流控芯片、共焦面成像光学检测系统、旋转扫描信号采集方法、薄层空气浴流动加热PID温控方法，研制恒温扩增微流控芯片核酸分析系统，来满足医院、社区医疗、乡镇卫诊所等低成本精准医疗应用需要。

图一种24通道微流控芯片设计结构图示

8、血糖监测系统的研究进展

吉林大学吴长锋教授课题组通过梳理整个血糖监测系统的发展脉络，阐述各类葡萄糖传感器的技术方案和特点，针对研究现状及存在问题进行总结讨论，并对今后将面对的机遇与挑战进行展望。

图胰腺的葡萄糖调控作用方式

9、多样本光学相干血流运动造影技术及应用

浙江大学李鹏副教授课题组针对多样本光学相干血流运动造影技术进行了系统性的回顾，主要包括无标记血流造影的对比度机制，微小血流运动高灵敏度检测方法，独立多样本的高效并行采集策略，以及该技术在脑皮层血流成像中的应用研究。

图基于复数互相关的OCTA微血管造影的小鼠脑皮质图像。(a)三维渲染图；(b)相应的正视造影图；(c)对应(b)中黄色虚线位置的OCT断层结构与造影图相结合的剖视图

10、无透镜显微成像技术在即时检测中的应用进展

西安交通大学张镇西教授课题组在文章中分别阐述各种成像原理、物理结构，并就无透镜显微成像技术在即时检测中的应用进行综述，最后对无透镜显微成像技术的发展进行展望。

图超分辨率算法图示

11、扩散拉曼层析成像方法的可行性模拟研究

天津大学高峰教授课题组提出了一种基于蒙特卡罗光子输运模型的DRT可行性研究方法，该方法应用互易原理建立了快速有效的拉曼数据模拟器，可对实验条件下不同信噪比的拉曼测量数据进行客观模拟，同时引入扩散荧光层析线性成像（Diffuse Fluorescence Tomography, DFT）原理，实现多波段下薄层生物组织的拉曼生化分析。

（a）（b）

图仿体结构：（a）三维结构；（b）光源-探测器分布。

12、纳米尺度下的光声效应及纳米探针光声转换机制研究

华南师范大学邢达教授课题组以金纳米球为例，讨论在热膨胀机制介导的光声效应中纳米探针的微观光-声转换机制，使理性设计高转换效率探针成为可能。

图（a）球形粒子比表面积随尺寸的变化关系图。（b）半径为15nm的金纳米球局域表面等离子体共振场增强效应。（c）纳米粒子吸收光子发生无辐射跃迁示意图。（d）仿真不同尺寸金纳米粒子的光吸收功率谱。

13、偏振频域OCT系统光谱错位误差分析及光谱校准

上海光学精密机械研究所王向朝研究员通过理论分析和仿真计算，深入分析了光谱错位与偏振参数计算误差之间的关系。在此基础上，提出了一种光谱校准的方法。最后进行了波片测量实验，验证了该方法的有效性，同时也证明了误差分析的正确性。

图偏振频域OCT系统结构示意图

“生物医学光子学新技术及进展”专题链接：

http://www.opticsjournal.net/Columns/zt_zgjg201803/index.htm

《中国激光》已发表专题：

二维光电材料与器件