聚焦生物光子学

生物光子学通过光学技术研究生物分子,细胞和组织,现在已经发展成光子学领域最重要的分支之一。其应用已经成为临床研究,治疗和诊断不可或缺的工具。

对生物光子学的研究可以大约追溯到30年前,而现在已经成为一个广阔而重要的研究领域。在最初的时候,只有很少的几个研究组在这个领域中做出开创性的工作——而现在,这个领域的重要性已经不言而喻。比如生物光子学已经成为在美国San Francisco召开的SPIE光子学西部会议中最大的分会。今年的会议里有大约2000个关于生物光子学的报告。

特邀编辑Sune Svanberg 在Laser & Photonics Reviews杂志中的一篇社论中提到:“学术前沿研究总是伴随着对现代医学实践有重要的影响的产品的开发”。这篇题为“生物光子学——技术与应用”的社论专门针对这个快速成长的领域。苏恩 斯威尔伯格是生物光子学领域的开创者之一。在1984年,刚刚成为物理学教授和原子物理部主任的他与他在瑞典隆德大学的同事们发表了他们的第一篇正式关于生物光子学的文章。他在隆德激光中心(LLC)担任主任15年,最近,,以隆德大学资深教授的身份加入了华南师范大学作为兼职教授。

斯威尔伯格表示:“Laser & Photonics Reviews是一本专门涵盖多个领域,并对人类生活、技术和工业化重要影响的权威出版物,当然也是发表关于生物光子学的前沿进展的一个优秀平台。”Laser & Photonics Reviews的最新一期中共包括了8篇生物光子学的综述文章,阐述了一些这个领域的现状和新方法带来的机遇和挑战。

生物光子学非常依赖于高效、可靠并且价廉物美的激光光源,本期中有两篇综述文章涉及了这一领域。荧光现象在生物光子学的早期研究中就得到了应用,而这一方向现在依然在快速发展。一篇综述文章报道了利用荧光诊断、追踪活体癌症发展状况的最新进展, 而另外一篇文章主要针对上转换纳米颗粒这种新型发光生物标记材料,突出了其优于有机染料和量子点的特性。相比于其他材料如双光子染料,这种新型的纳米颗粒可以以高量子效率发出窄带的反斯托克斯光,对于深度组织成像非常有利。

拉曼光谱可以直接大范围扫描样品的分子结构,对于组织特性的研究有着巨大的作用。另一篇文章讨论了如何将这种技术应用于临床研究之中。

光学技术可以提供相应的信息和清晰图像。人体组织对光子的散射和吸收限制了光学手段所能达到的位置深度。有两篇综述讨论了这类问题。其中,一篇包括了组织的光学清理,另外一篇讨论了利用光声显微术增加穿透性和清晰度的技术。

Svanberg和他的同事们贡献了一篇关于生物光子学新技术的文章。这种新技术名为散射介质中的气体吸收光谱学,综合了组织光学和大气气体检测技术。这项技术未来有望用于关于窦穴诊断和新生儿监测中。

来源:Materialsviews

翻译:马耀光

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