飛秒激光生物光子學（簡體書）

本書主要介紹了基於飛秒激光技術的生物光子學領域的部分研究工作，特別是基於飛秒激光的成像方法、精密手術和刺激方法、分子調控方法等，並簡要介紹了飛秒激光在實際臨床醫學中的應用。在儘量涵蓋基本技術原理、研究領域的基礎上，本書較為深入地探討了飛秒激光作為一種物理方法，對細胞和生命系統在測量、刺激過程中所帶來的變化和機制。由於任何測量手段對被觀測系統都是一種擾動，因此本書從物理、生物和分子的不同角度探討了飛秒激光在研究過程中與生命系統相互作用的物理與生物過程，希望引起讀者對這個本質問題的重視。特別是生命系統，它是一種非常精密而脆弱的、易受到擾動而變化的複雜系統，對這個系統的觀測、調控都比對客觀世界的研究複雜、艱難很多。本書介紹了飛秒激光一系列技術思路和研究進展，希望能以此為基礎，提煉整理出背後的研究思路，為此領域的初學者提供參考。本書適合生物光子學領域的學生、教師參考，可作為生命科學、生物醫學工程、光學工程等學科的高年級本科生和研究生教學參考書。

賀號，主要集中於生物光子學的研究，使用飛秒激光對細胞內的信號和細胞功能進行精確的刺激與調控，新型成像系統的研究，以及在在體動物上的應用。目前以第一作者或通信作者發表SCI論文20餘篇，其中兩篇發表於Nature Photonics，兩篇文章獲得Nature Photonics專題報道；參與編寫中/英文學術專著3部；獲國家自然科學基金支持，兼任中國光學學會生物醫學光子學會專家委員會委員，獲評日本學術振興會JSPS Oversea Fellowship，受邀作為東京大學Global Science Course (GSC) Lectureship，受邀參加日本內閣資助的ImPACT重大研究計劃。

本書較為深入地探討了飛秒激光作為一種物理方法，對細胞和生命系統在測量、刺激過程中所帶來的變化和機制。文字嚴謹，科研觀點客觀，可以看出作者對於這一交叉領域持有的科研態度和思路分析，相信對同行和領域內研究者都有所啟發。



對生命科學的探知總是令人們欲罷不能，因未知而神秘，它浩渺如宇宙、具體如她是一個世界人們無法拖累為而本書較為深入地探討了飛秒激光作為一種物理方法，對細胞和生命系統在測量、刺激過程中所帶來的變化和機制。本書文字嚴謹，可以看出作者對於這一交叉領域科學工作的科研態度。

目 錄

第1章 飛速發展的生物光子學 1

1.1 生命科學與光學的交叉與相互促進 1

1.2 生物光子學簡介 10

1.3 飛秒激光的技術與特點 15

1.4 飛秒激光生物光子學 20

第2章 光與生物介質相互作用的基本原理 23

2.1 細胞與組織的基本結構與功能 23

2.1.1 細胞的基本結構與功能 23

2.1.2 組織的基本結構與功能 28

2.2 單光子過程：吸收與散射 30

2.2.1 光與生物組織相互作用分析 30

2.2.2 單光子吸收 32

2.2.3 散射過程 37

2.3 多光子過程：多光子吸收與高階非線性 40

2.4 緊致聚焦的飛秒激光脈沖的生物物理特性 42

2.4.1 飛秒激光與生物組織的相互作用 42

2.4.2 飛秒激光應用於生物組織的特點 45

第3章 多光子熒光顯微成像 49

3.1 熒光顯微成像原理 49

3.2 多光子熒光顯微成像的基本原理 56

3.2.1 幾種主要的非線性過程 58

3.2.2 影響成像質量的因素 60

3.2.3 多光子熒光成像 63

3.2.4 諧波成像 68

3.3 深層組織熒光顯微成像及其應用 72

3.3.1 多光子熒光在組織成像中的應用 72

3.3.2 腦科學與神經成像 77

3.4 相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)成像 89

3.4.1 CARS過程的原理 90

3.4.2 CARS顯微成像技術 91

3.4.3 CARS成像在細胞成像中的應用 92

3.4.4 CARS成像在組織成像中的應用 93

3.5 受激拉曼散射(SRS)成像 94

3.5.1 SRS過程的原理 95

3.5.2 SRS顯微成像技術 96

3.5.3 SRS成像在生物分子成像中的應用 97

3.6 多光子激發在其他成像技術中的應用 98

3.6.1 多光子光片顯微成像 98

3.6.2 多光子超分辨 99

第4章 飛秒激光對細胞分子信號的調控 101

4.1 飛秒激光刺激產生活性氧自由基 102

4.2 飛秒激光對細胞內鈣存儲的調節 114

4.3 飛秒激光對腦神經信號的成像與調控 127

4.4 飛秒激光調控的細胞分子信號通路與應用 133

第5章 精密細胞手術 140

5.1 飛秒激光細胞轉染技術的原理與發展 140

5.1.1 轉基因技術簡介 140

5.1.2 飛秒激光與細胞膜的相互作用 142

5.1.3 飛秒激光轉基因技術及其發展過程 143

5.1.4 飛秒激光轉基因技術在基因工程中的應用 144

5.2 飛秒激光對線粒體的精密消蝕與可控刺激 150

5.2.1 飛秒激光對生物組織的精密消蝕與可控刺激 150

5.2.2 飛秒激光對細胞的精確手術――切割線粒體 152

5.3 飛秒激光對細胞骨架和細胞器的精密切割 154

5.4 飛秒激光對神經的精密切割與再生誘導 157

5.5 飛秒激光細胞融合 159

5.5.1 細胞融合技術簡介 159

5.5.2 激光細胞融合技術 160

5.5.3 飛秒激光對細胞的融合 161

第6章 飛秒激光在醫學上的應用 164

6.1 激光在醫學檢測中的應用 165

6.1.1 光學相干斷層掃描成像技術 165

6.1.2 光聲成像系統醫學檢測 166

6.2 激光在醫學治療中的應用 167

6.2.1 光遺傳學治療 167

6.2.2 光熱治療法 168

6.2.3 光控納米載體藥物釋放 168

6.2.4 激光誘導的組織焊接與再生 169

6.3 飛秒激光在醫學治療中的應用 180

6.3.1 多光子光動力治療 180

6.3.2 飛秒激光近視矯正手術 184

6.3.3 其他基於飛秒激光的外科手術 188

第7章 飛秒激光生物光子學的發展趨勢 192

7.1 飛秒激光生物光子學應用趨勢 192

7.2 飛秒激光生物光子學的展望 195

參考文獻 197