激光医学生工ppt课件

1、一、激光医学的开展简史一、激光医学的开展简史Light amplification by stimulated emission of radiation1917年，爱因斯坦的著作年，爱因斯坦的著作台激光器的诞生台激光器的诞生1960年年7月月7日，美国人日，美国人Maiman宣布了世界上第一宣布了世界上第一60年代，激光医学根底研讨阶段年代，激光医学根底研讨阶段70年代，临床研讨试用阶段年代，临床研讨试用阶段80年代，激光医学学科构成阶段年代，激光医学学科构成阶段90年代，激光医学学科开展成熟阶段年代，激光医学学科开展成熟阶段我国激光医学的开展简况我国激光医学的开展简况1961年，我国研制成

2、第一台红宝石激光器年，我国研制成第一台红宝石激光器1963年，研制成年，研制成He-Ne激光器、钕玻璃激光器等激光器、钕玻璃激光器等1965年，研制成大功率年，研制成大功率CO2 激光器激光器1968年，研制成大功率年，研制成大功率Nd:YAG固体激光器固体激光器1972年，研制成第一台年，研制成第一台CO2 激光治疗仪激光治疗仪1973年，研制成国内第一台年，研制成国内第一台Ar+ 激光眼科治疗机激光眼科治疗机1974年，研制成国内第一台年，研制成国内第一台Nd:YAG激光治疗机激光治疗机1982年，研制成国内第一台激光流式细胞计年，研制成国内第一台激光流式细胞计激光控制激光控制1. 光学镊

3、子光学镊子 2. 激光显微加工激光显微加工激光分析、检测激光分析、检测细胞和亚细胞细胞和亚细胞粒子粒子（微观等级）（微观等级）1. 分子系统的结构分子系统的结构2. 短时间激光检测短时间激光检测3. DNA顺序排列顺序排列4. 细胞光化学细胞光化学5. 激光质谱激光质谱组织和复杂生组织和复杂生物系统物系统（宏观等级）（宏观等级）1. 激光流量细胞仪激光流量细胞仪2. 环境分析环境分析3. 用激光诱导的荧光区分细胞用激光诱导的荧光区分细胞4. 光学动力学肿瘤诊断和治疗光学动力学肿瘤诊断和治疗激光光学计量技术激光光学计量技术1. 激光显微方法激光显微方法 2. 激光生物传感技术激光生物传感技术光学

4、信息处理光学信息处理1. 光学存储器光学存储器 2. 生物芯片生物芯片激光技术在生命科学中的研讨领域激光技术在生命科学中的研讨领域二、激光技术在医学中的研讨领域二、激光技术在医学中的研讨领域1. 激光显微加工激光显微加工紫外激光显微辐射仪紫外激光显微辐射仪可嫁接和切割生物组织可嫁接和切割生物组织能在细胞内进展外科手术能在细胞内进展外科手术运用：运用：一激光控制一激光控制2. 光学镊子光学镊子红外激光辐射红外激光辐射细胞分类细胞分类细胞生理学，丈量动态分子细胞生理学，丈量动态分子运用：运用：激光显微切割仪激光显微切割仪 激光显微切割激光显微切割Laser micro-desection特点：特点

5、：详细方法：详细方法： 激光微光束微切割激光微光束微切割 激光加压弹射激光加压弹射 贴于膜上的原组织微切割贴于膜上的原组织微切割 激光俘获微切割激光俘获微切割效率高，整个过程仅需效率高，整个过程仅需23min或数或数sec精度高精度高1. 宏观分子系统的构造、动力学过程宏观分子系统的构造、动力学过程激光多普勒频移激光多普勒频移激光喇曼光谱激光喇曼光谱确定粒子的运动速率分布确定粒子的运动速率分布给出宏观分子的构造给出宏观分子的构造运用：运用：二激光分析与检测二激光分析与检测2. DNA顺序陈列顺序陈列激光流量细胞仪激光流量细胞仪 Flow Cytometer，简称，简称FCM 丈量染色细胞标志物

6、荧光强度的细胞分丈量染色细胞标志物荧光强度的细胞分析仪，是在单个细胞分析和分选根底上析仪，是在单个细胞分析和分选根底上开展起来的对细胞的物理或化学性质开展起来的对细胞的物理或化学性质如大小、内部构造、如大小、内部构造、DNA、RNA、蛋、蛋白质、抗原等进展快速丈量并可分类白质、抗原等进展快速丈量并可分类搜集的高技术。搜集的高技术。激光流式细胞仪的构造激光流式细胞仪的构造1流动室及液流驱动系统流动室及液流驱动系统2激光光源及光束成形系统激光光源及光束成形系统3光学系统光学系统4信号检测、存储、显示与分析系统信号检测、存储、显示与分析系统5细胞分选系统细胞分选系统 喷嘴喷嘴Fluorescence

7、FluorescencesignalssignalsFocused laserFocused laserbeambeam鞘液鞘液液流系统表示图液流系统表示图FCMFCM的液流系统如的液流系统如何构成单个细胞流何构成单个细胞流样本管样本管鞘液管鞘液管FlowFlowTipTipLaserLaserSS and FLSS and FLDetectorDetectorFS DetectorFS Detector光学系统表示图光学系统表示图前向散射与被测细胞的大小有关前向散射与被测细胞的大小有关侧向散射反映细胞膜内精细构造和颗粒性质侧向散射反映细胞膜内精细构造和颗粒性质荧光信号：细胞内生化成分含量、细

8、胞外表荧光信号：细胞内生化成分含量、细胞外表抗原、细胞的分选抗原、细胞的分选根本任务原理根本任务原理流式信号检测、存储流式信号检测、存储 、显示、分析表示图、显示、分析表示图 区别区别流式细胞仪流式细胞仪显微镜显微镜光源光源激光激光自然光、灯光自然光、灯光对象对象细胞、生物粒子细胞、生物粒子细胞、组织等细胞、组织等承载工具承载工具鞘液及流动室鞘液及流动室载玻片载玻片检测信号检测信号光学信号光学信号形态及染色形态及染色放大方式放大方式PMT、放大电路、放大电路目镜目镜物镜、光学放大物镜、光学放大统计统计计算机，计算机，5000人工，人工，200结果结果多参数，综合分析多参数，综合分析简单，单参数

9、简单，单参数流式细胞仪与显微镜的区别流式细胞仪与显微镜的区别激光流式细胞仪的特点激光流式细胞仪的特点分析速度快：分析速度快：速度高达速度高达 500010000 个细胞个细胞/秒秒分析灵敏度高：分析灵敏度高：细胞间细胞间 5% 的差别可区分的差别可区分分选纯度高：分选纯度高：纯度高达纯度高达 99% 以上以上可多参数分析可多参数分析适当条件下，对活细胞可进展无损分析和分选适当条件下，对活细胞可进展无损分析和分选激光流式细胞仪的运用激光流式细胞仪的运用细胞生物学研讨细胞生物学研讨用于细胞大小、细胞核用于细胞大小、细胞核/浆比浆比例、例、DNA、RNA、蛋白质、线粒体等定量测定，、蛋白质、线粒体等

10、定量测定，细胞形状学、染色体核型分析、细胞增殖周期定细胞形状学、染色体核型分析、细胞增殖周期定量分析。量分析。FCM 测定测定DNA的图形、分析的图形、分析DNA的倍体含量的倍体含量免疫学中的运用免疫学中的运用淋巴细胞及其亚群的分析淋巴细胞及其亚群的分析淋巴细胞功能分析淋巴细胞功能分析淋巴造血系统及白血病免疫分型淋巴造血系统及白血病免疫分型肿瘤耐药基因分析肿瘤耐药基因分析AIDS病检测中的运用病检测中的运用本身免疫病相关本身免疫病相关HLA抗原分析抗原分析移植免疫中的运用移植免疫中的运用3. 细胞光化学细胞光化学光动力学诊断和治疗光动力学诊断和治疗光动力学疗法光动力学疗法PDT是一种光化学效是

11、一种光化学效应治疗肿瘤的方法应治疗肿瘤的方法光敏剂光敏剂富聚、潴留富聚、潴留4. 用激光诱导的荧光区分细胞和组织用激光诱导的荧光区分细胞和组织激光荧光诊断激光荧光诊断用肿瘤细胞的特征荧光峰进展诊断用肿瘤细胞的特征荧光峰进展诊断1. 激光显微方法激光显微方法激光共焦扫描显微镜激光共焦扫描显微镜 Laser Confocal Scanning Microscope，简称，简称 LCSM 三激光光学计量技术三激光光学计量技术激光共焦扫描显微镜激光共焦扫描显微镜激光共焦扫描显微镜的构造激光共焦扫描显微镜的构造LCSM光学系统光学系统利用放置在光源后的照明针孔和放置在检测器前的利用放置在光源后的照明针孔

12、和放置在检测器前的探测针孔实现点照明和点探测，来自光源的光经过探测针孔实现点照明和点探测，来自光源的光经过照明针孔发射出的光聚焦在样品焦平面的某个点上，照明针孔发射出的光聚焦在样品焦平面的某个点上，该点所发射的荧光成像在探测针孔上。照明针孔与该点所发射的荧光成像在探测针孔上。照明针孔与探测针孔对被探测点来说是共轭的，因此被探测点探测针孔对被探测点来说是共轭的，因此被探测点即共焦点，被探测点所在的平面即共焦平面。即共焦点，被探测点所在的平面即共焦平面。激光共焦扫描显微镜的根本原理与构造激光共焦扫描显微镜的根本原理与构造不同焦平面的光学切片经三维重建后能得到样品的不同焦平面的光学切片经三维重建后能

13、得到样品的三维立体构造。三维立体构造。1. 点照明点照明2. 具有照明具有照明pinhole和探测和探测pinhole3. 照明照明pinhole和探测和探测pinhole共轭共焦共轭共焦, 共焦点即被探测点，被探测点所在的平面共焦点即被探测点，被探测点所在的平面为共焦平面为共焦平面4. 具有扫描系统具有扫描系统 逐点扫描成像逐点扫描成像 5. 具有多个四个具有多个四个 荧光通道，可同时探荧光通道，可同时探测多个测多个 被标志物被标志物 设计特点设计特点:高分辨率察看的显微镜高分辨率察看的显微镜高精度外表形貌丈量仪高精度外表形貌丈量仪三维形貌显微镜三维形貌显微镜人眼分辨率：人眼分辨率：0.2m

14、m光学显微镜分辨率：光学显微镜分辨率：0.25mm电子显微镜分辨率：电子显微镜分辨率：0.2nm共焦显微镜分辨率：共焦显微镜分辨率：0.18mm分辨率比较分辨率比较激光共焦扫描显微镜的运用激光共焦扫描显微镜的运用细胞三维重建细胞三维重建细胞定量荧光测定细胞定量荧光测定细胞内钙离子、细胞内钙离子、pH和其它离子的动态分析和其它离子的动态分析察看细胞各侧面的外表形状察看细胞各侧面的外表形状和内部构造，丈量细胞的长宽高、体积和断层和内部构造，丈量细胞的长宽高、体积和断层面积等。面积等。适于活细胞的定量分析，适于活细胞的定量分析，常用于原位分子杂交、肿瘤细胞识别、单个活常用于原位分子杂交、肿瘤细胞识别

15、、单个活细胞程度的细胞程度的DNA损伤及修复的定量分析。损伤及修复的定量分析。对细胞钙离子、钠离子、对细胞钙离子、钠离子、pH进展比例值和浓度进展比例值和浓度梯度变化测定。测定细胞内离子的分散速率。梯度变化测定。测定细胞内离子的分散速率。黏附细胞分选和显微手术黏附细胞分选和显微手术采用台扫描方式。采用台扫描方式。激光光圈套技术激光光圈套技术光刀切割法，适用于选择数量较少的细胞。光刀切割法，适用于选择数量较少的细胞。激光消除法，适用于对数量较多的细胞选择。激光消除法，适用于对数量较多的细胞选择。对目的细胞进展非接触式对目的细胞进展非接触式的捕获与固定，进展准确操作。的捕获与固定，进展准确操作。抑制经典显微镜限定的分辨力极限抑制经典显微镜限定的分辨力极限获得尺度小于激光波长的组织图像获得尺度