非标记、定量化穆勒矩阵偏振成像在辅助临床诊断中的应用（特邀综述）

沈元星,姚悦,何宏辉,刘少雄,马辉

[第一单位] 清华大学深圳国际研究生院, 广东省偏振光学检测与成像工程技术研究中心

[摘要] 近年来,随着新型光学器件的出现与数据处理能力的提升,偏振光学成像技术在生物医学领域的应用逐渐增多。穆勒矩阵因可以完备地表述样品的偏振信息,且测量装置可与传统光学仪器兼容,非常适合于生物医学样品的研究...

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生物组织纤维状结构空间取向的精准表征与应用（特邀综述）（封面文章）

刘智毅,孟佳,邱建榕,韩涛,王迪,卓双木,丁志华

[第一单位] 浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室

[摘要] 纤维状结构是生物组织的一种基本结构形式。疾病的发生和演化常常伴随着纤维状结构空间取向的相应变化。对生物组织内纤维状结构空间取向的定量表征方法和主要应用进行了简单综述,着重介绍了空间取向信息在几种重要疾病模型中的研究进展...

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从小鼠视网膜多种成像方式探讨眼科光学成像技术进展（特邀综述）

张鹏飞,张廷玮,宋维业,卢奕名,菅一帆

[第一单位] 加州大学戴维斯分校医学院, 加利福尼亚州

[摘要] 鉴于动物研究在基础研究中的重要作用,近年来几种在人眼视网膜成像中广泛应用的光学成像技术也在动物视网膜中得到了成功应用,无需组织学切片即可实现对动物视网膜的高精度细胞级别成像,这为使用动物视网膜进行基础研究的科研工作者提供了强有力的工具。与之相应的是,动物视网膜的研究工作中也开发了一些新型的、可以应用于人眼的成像技术,或者增强了对人眼视网膜功能机理的理解...

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光学相干层析显微成像的技术与应用（特邀综述）

韩涛,邱建榕,王迪,孟佳,刘智毅,丁志华

[第一单位] 浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室

[摘要] 光学相干层析显微成像(OCM)技术是一种使用相干探测的光学显微成像技术。OCM不仅具有光学相干层析成像技术(OCT)高轴向分辨、高信噪比、无需标记的优势,而且能通过高倍物镜获得高横向分辨能力,能实现微米量级的空间分辨率...

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相干拉曼散射显微技术及其在生物医学领域的应用（特邀综述）

李姿霖,李少伟,张思鹭,沈炳林,屈军乐,刘丽炜

[第一单位] 深圳大学物理与光电工程学院

[摘要] 相干拉曼散射显微技术作为一种新型的成像技术,具有无标记、高特异性、非侵入等优点,已被广泛用于化学结构及物质成分分析。近年来,光子学、生物医学和显微成像技术等领域的相互交叉和融合发展,极大地推动了相干拉曼散射显微成像技术在生物医学领域的应用。简要介绍了相干拉曼散射显微成像的基本原理、分类、系统构成,同时概述了相干拉曼散射显微成像技术近年来在生物医学领域的应用,包括检测、脂类分析和蛋白质构象变化等,最后对其未来发展进行了展望。

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光学成像技术在光动力剂量监测中的应用进展（特邀综述）

李文博,沈毅,李步洪

[第一单位] 福建师范大学医学光电科学与技术教育部重点实验室

[摘要] 光动力疗法(PDT)作为选择性治疗恶性肿瘤和良性疾病的精准靶向疗法,已获得了广泛的临床应用。如何利用先进的光学成像技术实现对PDT剂量的实时监测,是开展PDT个性化精准治疗的理论基础。本文介绍了PDT治疗过程中光敏剂、氧、单线态氧以及血管响应等所需监测的4个重要参量...

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整体器官的光透明成像方法综述（特邀综述）

俞婷婷,朱丹

[第一单位] 华中科技大学-武汉光电国家研究中心, Britton Chance生物医学光子学研究中心

[摘要] 现代光学成像技术与荧光标记技术不断发展,为高分辨地获取生物组织三维结构信息提供了重要的工具。然而,大多数生物组织具有不透明特性,限制了光在组织中的穿透深度,进而限制了光学成像技术在大组织或整体器官成像中的应用。近年兴起的组织光透明技术通过多种物理、化学手段降低组织对光的衰减...

全文 | 引用本文 | 本期目录2020年第47卷第2期, p.0207007

二次谐波在生物医学成像中的应用（特邀综述）

张子一,王明雪,刘志贺,房晓峰,吴长锋

[第一单位] 南方科技大学生物医学工程系

[摘要] 二次谐波成像是近年来发展的一种新的光学成像技术,作为生物结构检测和耐久追踪标记的新工具已经受到广泛的关注。二次谐波成像技术避免了经典荧光探针会遇到的许多固有缺点,是一种理想的活体成像方法,具有很好的生物医学应用前景。本文系统介绍了二次谐波原理及其成像装置,二次谐波介质分类及特点,二次谐波在生物医学成像中的应用,最后对二次谐波成像未来的机遇和将要面对的挑战进行了展望。...

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基于光谱分离的定量荧光共振能量转移检测

尹傲,陈同生

[第一单位] 华南师范大学生物光子学研究院教育部激光生命科学重点实验室

[摘要] 于天然克服光谱串扰的能力以及高灵敏和无损伤的特性,基于光谱分离的荧光共振能量转移(FRET)定量检测(spFRET)方法被公认为是最有应用潜力的活细胞定量FRET检测技术。首先简要介绍FRET定量检测方法以及国内外的相关研究进展;其次重点介绍基于发射光谱线性分离(Em-unmixing)和基于激发发射光谱线性分离(ExEm-unmixing)的两种定量FRET检测技术的原理...

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基于光控蛋白质相互作用的光遗传学技术及其应用（特邀综述）

黄培元,宋禹桐,张宁,赵志豪,段丽婷

[第一单位] 香港中文大学生物医学工程系

[摘要] 光遗传学技术是一种新型的生物技术,融合了光学及遗传学技术,可以实现光对细胞活动的控制。在光遗传学应用当中,靶向细胞可用基因来改造和表达光敏蛋白质,并可被光所调控。光遗传学技术利用光敏离子通道蛋白对特定神经细胞进行精准、快速的光控,已经掀起了神经科学研究领域的一场革命。除了光敏离子通道之外,能产生蛋白质相互作用的光敏蛋白也已被广泛应用于光遗传学研究。本文讨论了...

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多种形态结构的光学纳米生物传感器及其在肿瘤筛查中的应用（特邀综述）

姜天舒,张若彤,董昌梓,金伟秋,贾明龙,张镇西

[第一单位] 西安交通大学电子与信息学部

[摘要] 肿瘤是现代医学亟须克服的难题,肿瘤的早筛查、早治疗始终是临床医学的重大需求。本文评述了基于纳米粒子、纳米线、纳米管和纳米阵列来检测肿瘤标志物的纳米生物传感器的基本原理和检测特性。壳核纳米粒子具有丰富的修饰功能;纳米线多被制成场效应管以检测肿瘤标志物;基于良好的尺度效应,纳米管多用于载体运输及平台检测...

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光动力抗菌纳米制剂研究进展（特邀综述）

张昌,任恩,庞鑫,李蕾,刘刚

[第一单位] 厦门大学公共卫生学院分子影像暨转化医学研究中心

[摘要] 新兴的光动力抗菌疗法是一种无创激发式治疗手段,主要利用近红外光作为光源,激活富集在病灶部位的光敏剂并产生活性氧自由基,最终实现对目标病菌的杀伤。近年来,随着生物材料与纳米医学技术的发展,小分子光敏剂纳米功能化后其生物兼容性和生物安全性得到优化,量子产率和病灶部位富集率显著提升,在抗菌治疗方面有很大的临床应用前景。...

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用于内窥光学相干层析成像探头的小型化及焦深拓展技术（特邀综述）

邱建榕,韩涛,王迪,孟佳,刘智毅,丁志华

[第一单位] 浙江大学光电科学与工程学院,现代光学仪器国家重点实验室

[摘要] 小型化探头是内窥光学相干层析成像(Optical coherence tomography, OCT)中的普遍需求。介绍了包括基于球透镜、光纤透镜、自聚焦光纤、自由曲面透镜、无透镜的OCT技术的发展历程,总结和比较了各种技术的优劣,为探头的小型化设计提出了建议。研究探头的焦深拓展技术对分辨人体内细胞的在体成像的发展具有重要意义。介绍了几种重要的适用于小型化探头的焦深拓展技术...

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基于太赫兹量子级联激光器的生物医学成像研究进展（特邀综述）

符张龙,李锐志,李弘义,邵棣祥,曹俊诚

[第一单位] 中国科学院上海微系统与信息技术研究所太赫兹固态技术重点实验室

[摘要] 太赫兹(THz)波对生物医学组织具有天然的非电离性、水含量敏感性和浅层穿透性等特点,这使得其非常适合应用于生物医学成像。由于太赫兹量子级联激光器(THz QCL)具有激射功率高、光束质量好、调制速率高、体积小的特点,基于THz QCL的生物医学成像系统相较于其他主动式生物医学成像系统成像信噪比高、成像分辨率高、成像速度快、结构更紧凑。基于此,对基于THz QCL的生物医学成像研究进展进行综述...

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光学相干层析功能成像及脑中风研究进展

杨珊珊,姚霖,刘开元,李鹏

[第一单位] 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室

[摘要] 基于光学相干层析成像(OCT)的功能成像技术得以不断发展。光学相干血流造影(OCTA)技术将血红细胞与周围组织的相对运动作为内源性的血流标记特征,通过分析OCT中空间散射信号的动态光学散射特性,提取血流运动信息。OCTA技术通过在三维空间区分动态血流区域及其周围静态组织,实现了在体、无标记、三维高分辨率的血流运动造影...

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生物医学光声显微成像:技术和应用进展

龙晓云,田超

[第一单位] 中国科学技术大学工程科学学院

[摘要] 光声成像兼具光学成像对比度高和超声成像在深层生物组织中分辨率高等优点,是近年来迅速发展起来的一种生物医学成像模态。光声显微成像(PAM)是光声成像的一种重要实现方式,利用其可以无创提供活体生物组织结构和功能信息的优点,研究人员已开展了临床前和临床应用研究。为了使不同领域的研究人员了解这一快速发展的成像技术,本文综述了光声显微成像的发展现状、最新技术和研究进展...

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稀土上转换发光纳米材料及生物传感研究进展（特邀综述）

谢荧玲,沈博,周兵帅,刘敏,费虹天,孙娇,董彪

[第一单位] 吉林大学基础医学院细胞生物学系

[摘要] 稀土掺杂的上转换纳米发光材料(UCNP)可以将低频光子转化为高频光子,通常是近红外光激发,可见光发射,这个独特的光学性质使其具有良好的生物学应用前景。近年来,UCNP已经在成像、传感等领域取得了重要进展,本文对近年来UCNP的合成、表面修饰以及在生物检测等方面的应用进行综述,涵盖了生物检测方面的重要进展,包括基于上转换荧光的温度、离子、小分子以及生物体内的重要蛋白与核酸等检测应用...

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受激拉曼散射显微技术用于快速无标记病理成像（特邀综述）

张博涵,郭莉,姚冽,邹翔,季敏标

[第一单位] 复旦大学物理学系,表面物理国家重点实验室

[摘要] 对病变组织进行快速成像以获取足够的诊断信息,可以帮助医生在术中做出重要决策。受激拉曼散射显微技术是一种新兴的无标记成像技术,利用生物分子自身的光散射性质,在不需要对组织进行任何处理的情况下即可获取类比于传统病理的成像结果。越来越多的研究表明受激拉曼散射显微技术作为一种“虚拟组织成像”工具,可以迅速区分病变与正常组织。这篇综述主要阐述了受激拉曼散射显微成像的基本原理、发展现状及其在组织成像上的应用...

全文 | 引用本文 | 本期目录2020年第47卷第2期, p.0207018

小型化光声成像技术在生物医学领域的研究进展（特邀综述）

刘强,金天,陈倩,奚磊

[第一单位] 南方科技大学多功能光学成像实验室

[摘要] 光声成像具有无损、高分辨率、高对比度等特点,在心脑血管研究、肿瘤研究、脑科学研究与疾病初期诊断等领域有广泛的应用。随着光机电技术的进步,小型化光声成像技术得到了较快发展。本文围绕光声成像系统的小型化与集成化应用,分别对光声成像在手持式、可穿戴式、便携式和内窥式方面的研究进展进行了综述...

全文 | 引用本文 | 本期目录2020年第47卷第2期, p.0207019

全息光镊在生物学研究中的应用（特邀综述）

梁言生,姚保利,雷铭

[第一单位] 西安交通大学理学院,陕西省量子信息与光电量子器件重点实验室

[摘要] 作为一种非侵入式的高精度微操控和力传感工具,光镊已被广泛应用于生命科学领域的研究。全息光镊利用空间光调制器调控光场,可以灵活地产生任意排布的光阱阵列,具有比传统单光镊更高的灵活性,目前已在生物医学领域展现出巨大的应用价值。本文综述了全息光镊的基本原理、全息图算法,以及全息光镊在生物学领域的研究进展,希望可以为全息光镊在生物学中的应用研究提供一定的参考...

全文 | 引用本文 | 本期目录2020年第47卷第2期, p.0207020

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“生物医学光子学新技术及进展”[2018,45(2&3)]