1.组织体对光的吸收效应.PPT

光子及近红外光的生物医学应用 山东大学人与自然通选课 刘园园 主要内容 一. 光的基础知识 1. 什么是光 C(光速)＝λ(波长) Xν(频率) 红光的波长范围为0.62-0.76μm 紫光的波长范围为0.38-0.46μm 光能E=hυ(υ—频率)，即波的能量与频率成正比，不同频率的波具有不同的能量。 2.光子的产生 感知光子，才能看到周围的景物 光子产生的途径归根结底遵循的都是光电子理论 电子跃迁产生光子。电子可通过向外辐射光子的形式降低自身能量，从激发态回到基态，而光子的能量正好等于两个轨道能量之差 3.光的颜色 4.光的传播 透射：电子激活能远高于或远低于光子能量，不吸收任何光子，光不受影响地穿过。单色光的获得。 吸收：光波能量与材料电子激活能相近，吸收光子能量升高，并将部分能量传给核，加剧核运动，使物体温度上升。冬日穿深色服装。 反射：电子吸收入射光子能量之后运动加剧，但不把能量传递给核，而是以与入射光相同频率光子的形式反射出去。照镜子。 折射：入射光的频率接近电子的本征振动频率时，深入物体内部，引起电子微小振动，传能量给核，核再使光波以原来频率透出物体。由于速度不同，在界面处形成一个折点。雨后彩虹。 二. 光合作用 1.光合作用表达式 光合作用表达式 2.光反应和暗反应 3. 两个光系统 4.光合色素 叶绿素吸收光谱 光合色素吸收光谱 5. 光照因素对光合作用的影响 三．生物医学光子学 光与生物组织的相互作用 1. 组织体对光的吸收效应 a. 生物组织中的吸收物质 b. 朗伯-比尔定理 2.组织对光的散射效应 a. 弹性散射 c.各种波长光在组织内的散射 3. 组织体发光 b. 荧光 4. 其他 四．近红外光的生物医学应用 a. 弱激光刺激的效果 c. 机理假说 2. LED的作用 3. 瓦氏效应与光 糖在体内主要的代谢途径 荧光的原理是：电子从最低激发态的最低振动能级开始向下跃迁的过程还可能发出一个光子但不改变其自旋的过程，该光子即为荧光。 ?外荧光 探剂 ?自体荧光 在外因诱导下，某些生物组织也能发光。如在光的作用下，常温某些生物组织可以发出荧光，一定的条件下还能发出磷光。 ?光化学效应 ?光声效应 ?光热效应 光热效应引起组织体温度升高，如激光手术等。 光声效应是当组织体发热后，周期性热流使周围的组织热胀冷缩，产生热弹效应，从而激发超声波的现象。通过检测这种超声波，可以进行声光成像。 光化学效应是指在生物组织内，由光所引起化学结构改变的所有过程。 光化学反应遵守三个定律。 第一定律：只有被反应体系吸收辐射光才能产生有效的光化学反应； 第二定律或爱因斯坦定律：在光化学反应的初始阶段，体系吸收一个光子就能或一般只能活化一个分子。在高功率密度激光的作用下，一个分子还有可能和两个甚至多个光子进行能量交换，而发生光化学反应； 第三定律：反应体吸收光强度和入射光强度之间遵循朗伯-比尔定律。 1. 弱激光生物刺激作用 弱激光照射生物组织时，对生物组织产生某种刺激效应。目前认为，弱激光照射的治疗作用基础不是温热效应，而是光的生物化学反应。提出“弱激光生物刺激作用”的推理性假设。 弱激光应用于临床治疗所用的激光器： 半导体激光器 He-Ne激光器 ? ? 采用的波长范围：一般在630-890nm 照射方式： ?血离体照射回输 ?血管内照射 ?穴位照射 ?体外局部照射 ?激光镇痛 ?可用于加快伤口愈合 ?改善全身状况，调节一些系统和器官的功能。 ?不能直接杀灭细菌，但可以加强机体的细胞和体液免疫功能 激光生物刺激引起的效应与作为刺激源的激光参数有关，也与接受照射的组织的生物学特性有关，其关系都是非线性的。 较小剂量会引起兴奋，较大剂量会引起抑制。 弱激光多次照射过程中可有累积效应。 治疗时要采取疗程间隔，即治疗一段时间后需间隔再治疗。 b．激光生物刺激的作用规律 ?偏振刺激假说 ?生物电场假说（或称为共振效应假说） ?细胞膜受体假说 ?色素调节假说 ?类激素模型假说 ⑥生物信息模型和信息转化模型 LED光与激光相比，相干性等物理参数方面更接近于一般的可见光。那么LED能否代替目前在生物医学中普遍使用的激光呢? Karu发现光刺激效应主要与波长、照射剂量和照射方式有关，而相干光的条件不是必须的。 即非相干性可见光同样可以达到激光的生物刺激效果。 ?LED光力学治疗癌症 ?LED对细胞生长增强作用 ?NASA LED用于伤口治愈 奥托·海因里希·瓦尔堡（德语Otto Heinrich Warburg，1883.10.8