生物光子学

生物光子学是生物学和（生物）光子装置的组合。光子学是一种用于产生，操纵和检测光子和量子单位中的光的技术。光子学与电子和光子有关。光子在诸如光纤之类的信息技术中起着核心作用，这是由电子学中的电子学来完成的。

生物光子学可以说是“用于研究生物分子，细胞和组织，尤其是成像技术的开发和应用的光学技术”。使用构成生物光子学的光学技术的主要优势之一是能够完整存储完整的活细胞。

因此，生物光子学已成为处理与光子发生生物相互作用的所有技术的公认通用术语。这是指从生物分子，细胞，组织，生物和生物材料产生的辐射，检测，吸收，反射，修饰，发光产生。

应用领域是生命科学，医学，农业和环境科学。类似于“ 电 ”和“ 电子 ”之间的区别，诸如治疗和外科手术等领域主要使用光来传输能量，而诸如诊断的领域则使用光来激发物质并将信息返回给操作员有区别。在大多数情况下，生物光子学是指后一种应用。

生物光子学是一个涉及电磁辐射与生物材料（体内组织，细胞，亚细胞结构，分子等）相互作用的跨学科领域。

近年来，它为与液体，细胞和组织有关的临床诊断和治疗创造了新的应用。这些进步使科学家和医生能够使用工具对血管和血液进行出色的非侵入性诊断，并更好地检查皮肤病变。除了新的诊断工具，在生物技术光子学，光热新，前进光动力学，组织治疗导致。

通过观察光与生物材料之间的许多复杂相互作用，生物光子学领域提出了可供医师使用的独特诊断技术。生物光子成像技术为皮肤病学提供了唯 一可用于诊断皮肤癌的非侵入性技术。

传统的皮肤癌诊断方法需要进行视觉评估和活检，但是借助新的激光诱导荧光光谱法，皮肤科医生可以产生患者皮肤和恶性组织的光谱照片。可以比较。这为医师提供了早期诊断和治疗选择。

“在光学技术中，光学相干断层扫描（OCT成像）是一种基于激光扫描的新成像技术，被认为是区分健康组织和健康组织的有用工具。”消除了皮肤切除的需要。这消除了在实验室中处理皮肤样本的需要，从而减少了人工成本和处理时间。

另外，这些光学成像技术可以在常规手术方法期间用于确定病变边界并确保去除整个患病组织。这是通过将被荧光材料染色的纳米颗粒暴露于可接受的光子来实现的。具有荧光染料和标记蛋白功能的纳米颗粒聚集在选定的组织类型中。

当颗粒暴露于对应于荧光染料的波长的光时，患病组织发光。这使外科医生能够快速，直观地识别健康和不健康组织之间的边界，从而减少了手术时间并提高了患者的康复率。

“使用介电泳微阵列装置，可以快速分离纳米颗粒和DNA生物标记并将其浓缩在特定的显微镜位置。通过落射荧光显微镜可以很容易地检测到这些位置。”

光学镊子（陷阱）是用于操纵微观粒子（例如原子，DNA，细菌，病毒和其他纳米粒子种类）的科学方法。利用光的动量将很小的力施加到样品上。该技术中，细胞结构和分类允许细菌的运动的跟踪，和细胞结构的修改。

荧光显微镜和飞秒激光的结合，“可以穿透组织达250 cm，并靶向3D空间中的单个细胞”  由德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员获得专利这项获得的技术意味着，外科医生可以通过敏感的手术程序在眼睛和声带等区域去除病变或受损的细胞，而不会干扰或损害健康的周围细胞。

它是同时使用激光技术和超声技术的成像技术。这种双重成像方式在深部和血管组织成像中远优于以前的成像技术。通过观察“水含量，血氧饱和度和血红蛋白浓度”，提高的分辨率可提供深层组织和血管系统的高质量图像以及癌症和健康组织的非侵入性分化启用。研究人员还可以使用PAM诊断大鼠子宫内膜异位症。

尽管其功效尚有争议，但可通过修复组织并防止组织死亡来治疗伤口。但是，最近的研究表明，LLLT在减轻炎症和缓解慢性关节痛方面更有用。另外，它在治疗严重的脑损伤和外伤，中风和变性神经系统疾病中可能有用。
光动力疗法（PT）
使用光合化学物质和氧气诱导细胞对光的反应。它可以用于杀死癌细胞，治疗痤疮和减少疤痕。它也可以用来杀死细菌，病毒和真菌。该技术几乎没有甚至没有长期副作用，比外科手术的侵入性小，并且比放射线更容易执行。然而，治疗仅限于表面和器官可以被暴露于光，以消除癌症治疗的深部组织的。

最常见的是，贵金属纳米颗粒用于将光转换成热。纳米粒子被设计为吸收700-1000 nm范围内的光线，而人体是光学透明的。当颗粒暴露于光时，当颗粒暴露于光时，颗粒被加热并且周围的细胞被热疗法破坏。由于光并不会对相互作用直接与组织，副作用光热治疗长期更少的，它可用于对身体核心的治疗癌症的。

荧光共振能量转移（福斯特共振能量转移，也称为FRET）用于以下过程：两个激发的“荧光团”将能量彼此非辐射地（即，不交换光子）传递。学期 通过仔细选择这些磷光体的激发并检测其发射，FRET已成为生物光子学领域中使用最广泛的技术之一，从而为科学家提供了检查亚细胞环境的机会。

生物荧光基本上吸收紫外线和可见光，并通过与目标生物标记物共价结合的荧光分子或合成荧光分子降低能量水平（S_1激发态松弛到S_0基态）。描述随后的光子发射。生物标记物是指示分子，疾病和疼痛，可以通过在显微镜下检查组织样品进行体内检查，或者在体外使用血液，尿液，汗液，唾液，组织液，房水，痰液等进行检查。

监控整个身体。刺激光激发电子并将能量提高到不稳定的水平。这种不稳定性是不利的，并且一旦被激发的电子变得不稳定，被激发的电子就回到稳定状态。

当返回到稳定的基态时，激发和重新发射之间的时间延迟导致重新发射的光子具有不同的颜色（即，松弛到较低的能量，从而使普朗克-爱因斯坦关系E = { frac由{hc} { lambda}}支配，所发射的光子的波长短于吸收的激发光，而这种返回到稳定性的原因是由于以荧光形式发射了过多的能量。

仅当激发光仍为荧光分子提供光子时才观察到这种发光，通常由蓝光和绿光以及紫色，黄色，橙色，绿色，青色激发它发出红光，生物荧光常常与生物发光和生物磷光混淆。

尽管生物发光与生物荧光的不同之处在于它是通过体内化学反应自然产生的光，但这意味着从自然环境吸收和再发射光。

生物磷光与生物荧光相似，因为它需要特定波长的光作为激发能量的来源。此处的区别在于受激电子的相对稳定性。与生物荧光不同，此处的电子在禁止的三重态（不成对的自旋）中保持稳定，导致发射时间更长，因此，在去除刺激光源之后，发射时间更长。 “闪闪发光”的效果

所使用的光源主要是光束。LED和超发光二极管也起着重要作用。在生物光子学中使用的典型的波长为600nm（可见光从3000nm）（近红外 IS）。

激光在生物光子学中起着越来越重要的作用。用途最广泛的光学工具，具有精确的波长选择，最宽的波长范围，最高的可聚焦性以及由此产生的独特光谱特性，例如最高的光谱分辨率，强大的功率密度和宽的激发时间它已成为。结果，市场上可以看到来自许多供应商的各种不同的激光技术。