激光在生命科学研究中的应用

我们知道一切生物体赖于生存的能源最终都来自“光能”,因此光与生物体相互作用的研究是生命科学中的一个主要问题,60年代初,激光器的发明为这一领域的研究提供了一种新型的工具,激光技术和生物,医学工程技术相结合形成了一门新兴的边缘学科—激光生命科学,它主要包括两个方面的内容,其一是用激光来刺激或操纵生物体从而引起生物体结构,性质和功能的变化,这是激光育种,激光生物基因诱变和激光医学等的基础;其二是以激光作为分析和检测的工具来研究生物分子和细胞的结构、性质、功能以及生物物理和生物化学的反应机制,这是研究和探索生命现象奥秘的一种有效手段。

激光科学、生命科学和激光生命科学

激光科学、生命科学和激光生命科学ＬａｓｅｒＳｃｉｅｎｃｅ，ＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＬａｓｅｒ－ＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅ朱延彬（华南师范大学激光生命科学研究所，教授广州５１０６３１）生命科学是一门古老的科学，发展至今，又是一门内涵丰富、意义重大的新兴...

激光科学和生命科学

激光科学与生命科学相互渗透，正在形成一门新兴边缘学科──“激光生命科学”。本文就激光生命科学下述几个重要领域的研究进展进行概述：１）激光生物学与激光诱变育种；２）激光遗传工程及激光微束在遗传操作中的应用；３）激光在分子生物学中的应用；４）用于生命科学研究的激光光谱技术；５）激光医学；６）激光生物物理技术。

激光科学与生命科学

激光科学与生命科学朱延彬（华南师范大学激光生命科学研究所，广州５１０６３１）二十一世纪是生命科学的世纪。本世纪末，激光科学的迅速发展，已在生命科学的下述几个领域获得若干重要的研究进展：１．激光生物效应的研究激光诱变机理在农业育种中获得了一系列成功的应...

激光生命科学的生长点

激光是在原子物理、量子理论、光学技术和电子技术基础上发展起来的一门尖端学科和新兴技术。由于它具有一系列优异的特性,在生命科学的众多领域中获得令人嘱目的成功应用。

稀土卟啉近红外发光配合物在生命科学领域中的应用研究进展

稀土近红外发光材料具有独特的光物理性质,如发光谱带窄、较大的Stock位移、荧光寿命长可达毫秒级等,在医学诊断和成像、免疫分析等热门领域具有重大的应用前景。但由于跃迁选择定则,稀土离子本身的吸收系数较小,需要用特定的生色团对其进行敏化,以增强其发光性能。在众多生色团中,卟啉化合物由于其激发态能级与近红外发光的稀土离子能级较为匹配,可以较好的敏化稀土离子,获得较高的近红外发光效率,因此,近年来受到了极大的关注。本文总结了近年来近红外发光卟啉稀土配合物在生命科学领域中的应用研究进展,并对其发展前景进行了展望。

激光喇曼光谱技术在食品科学中的应用

激光喇曼光谱技术是一种非侵入、非弹性的光散射技术,它能够无损地提供丰富的分子结构和物质成分的信息。近来它在食品工业领域表现出很大的应用潜力。本文综述了激光喇曼光谱技术在食品科学中的应用及其新进展。主要包括果蔬农药残留的检测、肉类产品质量检测、伪劣食品鉴定、食物蛋白的研究以及食品加工监控等方面的应用。并对喇曼光谱技术在这些方面的应用前景作了进一步的展望。

532nm和808nm激光及其线偏振激光辐照人正常膀胱与膀胱癌组织光学特性

采用双积分球系统和光辐射测量技术的基本原理 ,以及运用生物组织的光学模型 ,研究了 5 32nm和80 8nm激光及其线偏振激光辐照人正常膀胱和膀胱癌组织的光学特性 .结果表明 :膀胱癌组织对同一波长的激光或其线偏振激光的衰减明显较正常膀胱组织的要大 ,膀胱癌组织对 5 32nm和 80 8nm激光的衰减均较其线偏振激光的要略大一些 .膀胱癌组织对 5 32nm和 80 8nm激光及其线偏振激光的衰减明显较正常膀胱组织的要大 .正常膀胱或膀胱癌组织对同一波长的激光及其线偏振激光的折射率均没有明显的差异 ,膀胱癌组织对 5 32nm和80 8nm激光的折射率比正常膀胱的明显要大 .Kubelka Munk二流模型下 ,两种组织对同一波长的激光或其线偏振激光的光学特性均有显著性差异 (P <0 0 1) .同一组织对不同波长的激光及其线偏振激光的光学特性也有显著性差异 (P <0 0 1) ,正常膀胱组织对同一波长的激光及其线偏振激光的光学性有明显差异 ,而膀胱癌组织对同一波长的激光及其线偏振激光的光学特性则没有明显差异 .膀胱癌组织对 5 32nm和 80 8nm激光及其线偏振激光的前向散射通量i (x)、后向散射通量 j (x)、总散射通量I (x)的衰减均较正常膀胱组织的明显要大得多 ,且其i (x)均明显较j (x)

人膀胱癌组织对不同波长的激光及其线偏振激光的衰减特性比较研究

采用双积分球系统和光辐射测量技术的基本原理以及运用生物组织的光学模型,研究了4765,488,4965,5145,532nm激光及其线偏振激光辐照人膀胱癌组织的光衰减特性。结果表明在5个不同的激光波长范围内,KubelkaMunktwoflux模型下的人膀胱癌组织对不同波长的激光及线偏振激光的衰减特性是不同的,人膀胱癌组织对4765,4965,532nm激光及其线偏振激光的总衰减系数或有效衰减系数均具有显著性差异(P<005),而对488,5145nm波长的激光及其线偏振激光的总衰减系数或有效衰减系数则均没有显著性差异(P>005),人膀胱癌组织对532nm激光及其线偏振激光的总衰减系数或有效衰减系数均明显大于其他4个波长的Ar+激光及其线偏振激光的总衰减系数或有效衰减系数。在传输理论下人膀胱癌组织对5个不同波长的激光及其线偏振激光的总衰减系数均随着波长的增大而减小,人膀胱癌组织对4765,4965,5145nm波长的激光及其线偏振激光的总衰减系数均有显著性差异(P<005),其对488,532nm波长的激光及其线偏振激光的总衰减系数均没有显著性差异(P>005)。

近红外激光照射人体劳宫穴和非穴位区的反射光谱特性的比较研究

研究了人体劳宫穴及其周边的非穴位组织受不同功率的半导体激光(波长为808nm功率分别为20,50,100mW)照射前后在400～1000nm光谱范围的反射光谱特征及其差异。实验采用带积分球附件的AvaSpec-2048光纤光谱仪测量系统获取劳宫穴和非穴位组织的反射光谱。结果表明,在半导体激光照射前,劳宫穴与非穴位的反射光谱的光谱轮廓相似,波谷均出现在423,544,577,980nm处,劳宫穴和非穴位在对应波谷的反射率值分别为17.1%,26.1%,25.9%,35.0%和17.1%,27.6%,28.1%,36.5%。在475～1000nm,合谷穴的反射率比非穴位小。分别经过20,50和100mW不同功率的半导体激光照射后,劳宫穴反射率较照射前明显下降,并且随着照射功率增大,反射率减小的幅度越大。而非穴位组织经过不同功率的半导体激光照射后反射率较照射前稍有下降,但远不及劳宫穴下降明显。由此可见劳宫穴与非穴位的反射光谱存在差异,并且劳宫穴对半导体激光照射的刺激比非穴位更敏感。

5个不同波长的激光及其线偏振激光辐照人正常膀胱组织光学特性

采用双积分球系统和光辐射测量技术的基本原理以及运用生物组织的光学模型 ,研究了 4 76 5 ,4 88,4 96 5 ,5 14 5和 5 32nm激光及其线偏振激光辐照人正常膀胱组织的光学特性。结果表明 :组织对激光及线偏振激光的总衰减系数和散射系数均随着波长的增大而减小 ,而且线偏振激光与非线偏振激光入射是有明显的差异。吸收系数是随着波长的增大而缓慢地减小 ,但有一些起伏 ,而与是否线偏振光入射无明显差异。平均散射余弦也是随着波长的增大而减小 ,而且线偏振激光与非线偏振激光入射是有明显的差异。光学穿透深度则是随着波长的增大而增大 ,而有一些起伏。折射率在这 5个波长范围内的值在 (1 37～ 1 4 4 )之间。Kubelka Munk二流模型下组织对同一波长的激光及其线偏振激光的吸收系数、散射系数、总衰减系数和有效衰减系数没有显著性差异 (P >0 0 5 )。组织对不同波长的激光或其线偏振激光的吸收系数、散射系数。

Ar^+激光和532nm激光及其线偏振激光辐照光学模型下人正常小肠组织光学特性

采用双积分球系统和光辐射测量技术的基本原理以及运用生物组织的光学模型 ,研究了 4 76 5 ,4 88,4 96 5 ,5 14 5 ,5 32nm激光及其线偏振激光辐照人正常小肠组织的光学特性。结果表明 :组织对激光及线偏振激光的衰减系数和散射系数随着波长的减小而增大 ,而 5 14 5～ 5 32nm波长之间 ,线偏振光与非线偏振光入射则开始有明显差异。吸收系数是随着波长的减小而缓慢地增大 ,而 5 14 5～ 5 32nm波长之间吸收系数的改变则明显变小 ,与是否线偏振光入射无明显差异。平均散射余弦也是随着波长的减小而增大 ,光学穿透深度则是随着波长的增大而增大 ,折射率在这五个波长范围内的值在 (1 38～ 1 4 8)之间。Kubel ka Munk二流模型下组织对同一波长的激光及其线偏振激光的吸收系数、散射系数、总衰减系数、有效衰减系数没有显著性差异 (P >0 0 5 )。组织对不同波长的激光或其线偏振激光的吸收系数、散射系数、总衰减系数、有效衰减系数是有差异的。而在 5 14 5～ 5 32nm波长之间其光学特性参数有较为明显的差异。

直接和间接法测量人膀胱对激光的总衰减系数

利用积分球系统以及采用直接和间接法测量了人正常膀胱和膀胱癌组织对476.5nm,488nm,496.5nm,514.5nm,532nm和808nm激光及其线偏振激光的总衰减系数。结果表明,在这6个波长范围内,采用直接和间接法所得到的膀胱或膀胱癌组织对激光或其线偏振激光的总衰减系数均有显著性差异(P(0.05),6个波长的激光辐照膀胱或膀胱癌组织的总衰减系数在直接与间接法之间的差值,均明显较其相应的线偏振激光辐照组织的总衰减系数在直接与间接法之间的差值大(P(0.05)。

激光技术在聚合酶链式反应微流控芯片中的应用

评述了激光技术在聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)微流控芯片领域中的应用进展,包括激光技术在PCR微流控芯片微加工、微流体物理参数测量、温度循环控制以及芯片上在线产物检测(包括荧光实时定量/终点和毛细管电泳检测)中的应用。最后,展望了激光技术在未来基于PCR的微全分析系统(micro-total analysis system,μTAS)中的新应用。

激光诱导荧光光谱识别动脉粥样硬化斑块的研究

采用氩离子激光为激发光源 ,分别研究了离体正常动脉壁、动脉粥样硬化斑块和血液等的激光诱导荧光光谱 结果表明 ,正常动脉壁样品组的荧光光谱强度最大值明显高于动脉粥样硬化斑块样品组 ;斑块的荧光光谱在 5 16nm处存在一个小波谷 ,而正常动脉组织的荧光光谱则无此波谷 ;斑块组织在 5 98nm处与 5 78nm处的荧光强度比值R(I598nm/I578nm)远低于正常动脉壁的比值 ;血红蛋白含量是引起粥样斑块与正常动脉壁的R(I598nm/I578nm)

良性前列腺增生组织对钛宝石激光的吸收和散射特性

研究了经尿道等离子体双极电切除术(PKRP)切除和经尿道前列腺电切术(TURP)切除的前列腺增生(BPH)组织对640,660,680,700,720,740,760,780,800,820,840,860和880nm波长的钛宝石激光的光学特性及其差异,实验采用双积分球测量系统以及反向倍增法获取BPH组织的吸收和散射特性参数。结果表明:PKRP和TURP切除的BPH组织对这13个不同波长的激光的吸收系数和约化散射系数都是随着激光波长增大而明显减小的,PKRP切除的BPH组织对这同一波长的激光的吸收系数和约化散射系数都明显较TURP切除的BPH组织对相应的波长的激光的吸收系数和约化散射系数要小,PKRP和TURP切除的BPH组织的吸收系数以及约化散射系数的最大值都在640nm,其值分别为(0.885±0.022)和(0.955±0.024)mm-1以及(1.564±0.039)和(1.658±0.042)mm-1,其差异分别为7.91%以及6.01%,其最小值都在880nm,其值分别为(0.443±0.011)和(0.455±0.011)mm-1以及(1.117±0.028)和(1.197±0.030)mm-1,其差异分别为2.71%以及7.16%。PKRP和TURP切除的BPH组织对660nm的吸收系数的差异最大,其值为8.95%,其差异最小在860nm,其值为1.75%,PKRP和TURP切除的BPH组织对800nm的约化散射系数的差异最大,其值为9.13%,其差异最小在640nm,其值为6.01%。

激光共焦扫描显微镜及其在生物医学中的应用

本文介绍了激光共焦扫描显微镜的结构，分析了它的原理，研究了它的光学特性，并阐述了它在生物、医学上的应用，并给出了此系统的基本光学系统及其光路设计。

激光拉曼光谱技术在生物分子DNA研究中的应用和进展

激光技术的兴起使拉曼光谱成为激光分析中最活跃的研究领域之一,已被广泛地用于物质成分的分析和分子结构的鉴定。本文综述了拉曼技术在DNA研究中近年来的最新进展,包括:DNA的常规拉曼光谱分析;DNA的激光共振拉曼光谱分析;DNA在金属表面或电极上吸附行为的表面增强拉曼光谱研究;DNA的傅立叶变换拉曼光谱研究等。并对拉曼光谱技术在DNA等生物大分子领域中的研究前景做了进一步的展望。

强准分子激光脉冲对金属表面形貌的影响

本文介绍了用强准分子激光脉冲（ＫｒＦ，波长０．２４８μｍ，能量１００ｍＪ，脉宽１７ｎｓ，重复频率２Ｈｚ）在大气下垂直入射到４５号碳素钢、纯铝、黄铜等金属表面，观察到材料表面形貌的不同形态的变化。

激光微束技术的研究进展

激光微束技术是激光技术在遗传学和生物学领域中获得许多成功应用之后形成的一门属于边缘学科的新技术,本文简述激光微束系统的研究进展以及它在遗传学,生物学领域中的若干新应用.