生物医学光学第四组活体成像技术

生物医学光学第四组活体成像技术第一页，共八十二页，2022年，8月28日光动力疗法光动力疗法PhotodynamicTherapy

潘熙杰

第二页，共八十二页，2022年，8月28日背景传统的肿瘤治疗主要包括手术治疗,放疗以及化疗等，但是这些疗法几乎都存在着较大的副作用,为了获得更好的肿瘤治疗方法，人们一直在进行着积极的探索.第三页，共八十二页，2022年，8月28日基本过程它的基本过程是利用特定波长的光照射事先局部或全身注入机体的光敏剂，光敏剂随之活化并与氧分子作用产生具有细胞毒性的单线态氧及活性氧簇，经过直接与间接作用对肿瘤组织产生不可逆的损伤.第四页，共八十二页，2022年，8月28日光动力疗法光动力作用的发生需要光敏剂、适当波长的光、适当浓度的氧和适当的温度四个条件的同时存在

第五页，共八十二页，2022年，8月28日因为光敏剂在各组织中的半衰期不同,经过一定时间后可造成肿瘤组织中光敏剂的浓度高于其周围正常组织,在特定波长的光的辐射下,基态的光敏剂由单线态光敏剂转变成激发状态的三线态光敏剂。第六页，共八十二页，2022年，8月28日激发状态的三线态光敏剂一方面作用于组织底物或氢原子或电子,其产物与氧作用形成各种氧化物;另一方面它直接将能量转移给氧,形成单线态氧。第七页，共八十二页，2022年，8月28日单线态氧与氧化物都具有细胞毒性作用,尤其单线态氧是光动力作用诱导肿瘤坏死的主要损伤形式。它能破坏癌瘤中的微血管,造成局部缺血和细胞死亡,数日后该部组织将坏死脱落,从而达到局部治癌的目的。第八页，共八十二页，2022年，8月28日三个基本要素现代光动力疗法包括三个重要的方面:光敏剂光组织氧第九页，共八十二页，2022年，8月28日光敏剂光敏剂在PDT中起着能量传递的作用，它们一般是两亲性分子。亲水性使得其能够在血液中顺利运输而不凝结或沉淀。而从血液进入细胞需透过细胞脂膜，又要求其具备亲脂性。进入血液后，光敏剂常常通过与血清蛋白，尤其是脂蛋白相结合的方式运输，而后再通过受体介导(如脂蛋白受体，苯二氮卓受体等)及胞吞等方式进入细胞第十页，共八十二页，2022年，8月28日在细胞内，不同的光敏剂有各自的累积位点。一般主要分布在脂膜结构上，如细胞膜，线粒体，溶酶体，内质网等，光敏剂经修饰或与载体等相连接后，其定位点也可以发生明显的变化。第十一页，共八十二页，2022年，8月28日良好的光敏剂应该具有以下特点:低不良反应(过敏，系统毒性，皮肤光毒性，代谢物毒性及放射损伤等);不易诱发肿瘤抗性突变;较好的肿瘤组织靶向累积性;较容易从正常组织清除;较强的可修饰性;较易得的激发条件;在光疗窗口频段中具有较高的光吸收性;较高的活性氧产率;便于商业化生产运输及保存;较好的使用依从性以及较低廉的价格等；第十二页，共八十二页，2022年，8月28日目前光敏剂已发展到第三代:第一代为卟啉衍生物第二代弱化了上一代的不良反应第三代着重于与肿瘤细胞的特异性结合第十三页，共八十二页，2022年，8月28日光光在PDT中提供激发能量，按其来源可分为白炽光，激光及发光二极管等。主流的光敏剂其激发光波长大都分布在600～800nm，过短不利于穿透组织，过长则大多被组织内水吸收损耗，而且长波光子能量小，或不足以激发光敏剂。第十四页，共八十二页，2022年，8月28日用何种波长进行PDT治疗取决于光敏剂类型，肿瘤类别，大小，生长部位，组织特性以及设备，费用等，但由于此波长区间的光组织穿透性较差，只有0.5～1.0cm，所以在一定程度上限制了PDT的临床应用。第十五页，共八十二页，2022年，8月28日目前已经研究出的双光子PDT疗法，有效地提高了光的组织穿透性,它采用具有较高峰值辐照功率密度的脉冲激光作为光源，确保每次辐照有两个光子同时被光敏剂吸收,此时每个光子只需要提供一半的活化能,所以具有更强的组织穿透性的近红外光也可以作为激发光源。第十六页，共八十二页，2022年，8月28日组织氧组织氧在PDT中的作用主要在于产生ROS等细胞毒性物质杀伤肿瘤细胞，它在组织的存在及浓度对于PDT发挥作用也是至关重要的。第十七页，共八十二页，2022年，8月28日肿瘤组织氧的含量除了限制放疗及化疗的效果外，也使PDT受到不同程度的影响。一般而言，肿瘤组织内较正常组织是低氧的，但也有少数肿瘤由于血供等的原因反而具有更高的氧含量，主要见于皮肤肿瘤，这类肿瘤往往有着良好的PDT治疗结果。第十八页，共八十二页，2022年，8月28日影响PDT过程中肿瘤组织氧含量的因素很多：肿瘤性质及体积(光肿瘤穿透性以及肿瘤细胞自身耗氧等)肿瘤血管床因素(影响氧供)PDT消耗底物氧等第十九页，共八十二页，2022年，8月28日除了作为底物参与光动力反应，组织氧还可以连同组织酸碱度(PH)共同影响光在组织内的穿透性。这与二者能够影响含氧血红蛋白/脱氧血红蛋白的比例有关。这两种血红蛋白是组织内吸收损耗光的主要成分，而且二者对不同的频谱吸收也不同。第二十页，共八十二页，2022年，8月28日PDT抗肿瘤效应的机制目前认为，PDT抗肿瘤效应的机制主要包括以下四个互相关联的方面:对肿瘤细胞的直接杀伤对肿瘤血管的损伤局部炎症反应及后续的抗肿瘤免疫反应第二十一页，共八十二页，2022年，8月28日PDT对肿瘤细胞的直接杀伤作用主要分为三种:凋亡坏死自噬相关细胞死亡第二十二页，共八十二页，2022年，8月28日凋亡细胞凋亡（apoptosis）指为维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主的有序的死亡。细胞凋亡与细胞坏死不同，细胞凋亡不是一件被动的过程，而是主动过程，它涉及一系列基因的激活、表达以及调控等的作用，它并不是病理条件下，自体损伤的一种现象，而是为更好地适应生存环境而主动争取的一种死亡过程。

第二十三页，共八十二页，2022年，8月28日第二十四页，共八十二页，2022年，8月28日坏死坏死被认为是因病理而产生的被动死亡，如物理性或化学性的损害因子及缺氧与营养不良等均导致细胞坏死。坏死细胞的膜通透性增高，致使细胞肿胀，细胞器变形或肿大，早期核无明显形态学变化，最后细胞破裂。另外坏死的细胞裂解要释放出内含物，并常引起炎症反应。

第二十五页，共八十二页，2022年，8月28日坏死的作用对caspase凋亡信号转导通路进行抑制后发现，PDT对肿瘤细胞的直接杀伤作用并未消失，并且产生更强的细胞坏死效应。除了直接损伤，坏死细胞成分及降解产物在释放后，可作为促炎因子诱发炎症反应，为后续的肿瘤持续性杀伤效应奠定了基础。第二十六页，共八十二页，2022年，8月28日自噬相关性细胞死亡细胞通过自噬产生自噬小体，后者与溶酶体结合，分解消化受损的细胞器及积聚交联的蛋白质以达到清除及再利用的目的。是一种自限性的细胞自体保护性行为，可以促进肿瘤细胞存活。第二十七页，共八十二页，2022年，8月28日自噬相关性细胞死亡将参与调控细胞自噬相关的基因敲除后，肿瘤细胞，尤其是在低氧区域内的肿瘤细胞，死亡率随即提高。但是自噬的持续性存在会导致细胞死亡。第二十八页，共八十二页，2022年，8月28日自噬相关性细胞死亡在PDT中，能诱发自噬的因素包括低氧，氧化应激，Bcl-2损伤，低氧诱导因子-1表达上调等。但对于自噬相关的细胞死亡目前尚无统一的结论。有学者认为PDT能够损伤细胞溶酶体，限制自噬的进程，造成细胞内被损伤的物质堆积，增加了被损伤细胞死亡的可能性。也有学者认为PDT作用后，细胞内自噬抑制因素如Bcl-2/Bcl-xl抗凋亡蛋白等损伤，自噬增强，最终导致细胞死亡。具体机制仍有待于继续探究。第二十九页，共八十二页，2022年，8月28日光遗传学及其生物医学应用OptogeneticsanditsBiomedicalApplications吴纳

第三十页，共八十二页，2022年，8月28日目录1234第三十一页，共八十二页，2022年，8月28日背景介绍光遗传学技术之父：KarlDeisseroth斯坦福大学，神经科学博士2005年，发明了光遗传学技术。他在细菌视蛋白的帮助下用光控制了大脑细胞的开关2010年，光遗传学被NatureMethods选为年度方法第三十二页，共八十二页，2022年，8月28日相关原理光遗传技术（Optogenetics)，是一种将光控技术和遗传技术相结合，将光敏蛋白表达于可兴奋的靶细胞/器官上，再用相应波长激活光敏蛋白以实现对动物生理功能的调控的一项新技术

光敏蛋白

光敏特异性蛋白

光敏蛋白表达于靶细胞

感应波长激发特异性光敏蛋白

蛋白开关启动释放电信号

刺激

动物行为与靶细胞特异性蛋白结合

病毒/质粒

转染第三十三页，共八十二页，2022年，8月28日相关原理兴奋蛋白（ActivationProtein）Chr(channelrhodopsin)是一类兴奋光敏感蛋白，其被蓝光波段光照射后可通过阳离子(Na+,K+)，引起神经元的细胞膜去极化，产生动作电位。抑制蛋白（InhibitionProtein）Hr(Halorbodopsin)是一类抑制光敏感蛋白，其在黄光波段光的持续照射下，可将细胞外的阴离子(Cl-)不断泵入细胞内，是的神经元的细胞膜超极化。第三十四页，共八十二页，2022年，8月28日相关原理第三十五页，共八十二页，2022年，8月28日相关原理第三十六页，共八十二页，2022年，8月28日光遗传学的应用控制喜好诱导记忆控制行为产生绝对焦虑社会功能障碍大脑深度刺激刺激肌肉恢复视力抑制癫痫第三十七页，共八十二页，2022年，8月28日总结展望待解决问题难以通过单次测量精确地记录一个清晰的动作电位信号膜电位成像记录的信噪比的提高受细胞膜特异性限制光学技术会对组织造成一定的损伤光敏蛋白的表达会对组织产生一定的影响······

以低损伤性、高空间分辨率和遗传特异性为特点的光学神经信号记录及神经功能的光控制技术的应用，在神经科学研究中已取得了一系列突破。若能在提高动作电位采集的精确性，提高膜电位成像的信噪比，降低光信号对组织的损伤有所进步，光遗传技术将对研究生物体的大脑产生极大的推动。第三十八页，共八十二页，2022年，8月28日光学相干层析扫描技术

opticalcoherencetomography邓月月第三十九页，共八十二页，2022年，8月28日层析技术层析：即逐层分析，通过光、声、核磁共振或电等对组织进行内部结构分析。可将层析技术分为四大类：光学层析技术、声学层析技术、电学层析技术、核磁共振层析技术。目前应用的有X-ray层析、超声层析、核磁共振层析、光声层析。第四十页，共八十二页，2022年，8月28日各种层析技术的优缺点X-ray层析：优点是对比度高，分辨率高，缺点是对一些软组织探测能力有限，并且有致癌的可能。超声层析：具有价格低廉、设备体积相对较小，穿透深度高，但在对比度与分辨率弱于X-ray层析。激光共焦扫描层析：优点是可以达到高对比度，但生物组织是混浊介质,光的强散射易造成低灵敏度和低分辨率。核磁共振层析：对软组织的探测能力高，但设备大，成本高,价格高昂。第四十一页，共八十二页，2022年，8月28日OCT背景介绍OCT即光学相干断层成像技术（OpticalCoherenceTomography,OCT），是继X射线、CT、MRI和超声诊断技术之后的又一新的医学断层成像方法光学相干层析术最大优点是可以获得比X射线CT、超生成像术、核磁共振成像术等传统医学成像技术高1~2个数量级的分辨率成像术种类分辨率X射线CT300um~1mm超声成像500um~1mm核磁共振成像100um~500umOCT成像1um~50um第四十二页，共八十二页，2022年，8月28日OCT基本原理它将低相干测量法和光学干涉仪结合在一起滤掉物镜焦点之外的散射光加上现代计算机图像处理技术迅速发展成为一门新兴的层析成像诊断技术。而且OCT可以实现对活体组织的无辐射无损伤及实时的探测和成像。第四十三页，共八十二页，2022年，8月28日迈克尔逊干涉仪第四十四页，共八十二页，2022年，8月28日图1.典型的单点光学相干断层扫描的光学设备。通过扫描照射在样品上的光束可以以微米级的分辨率以无损的方式重建样品的截面图，深度最深可达3mm。原理图第四十五页，共八十二页，2022年，8月28日低相干干涉测量法------提高纵向分辨率

在样品折射率确定的情况下，纵向分辨率只与光源的相干长度有关，相干长度越短，频率越高，纵向分辨率越高

使用迈克尔逊干涉仪，将时间的测量转变成为空间的测量。OCT测量的干涉强度而非直接测量反射光的强度，但用这些信息代表反射光的强度。用光波反射时间和光波延时时间来测量距离，得到了样本深度方向（Z轴）的一维测量数据。光束穿过样品扫描，测得平行于样品表面（X-Y方向）的二维数据，将得到的三维信号经计算机处理，便得到了样本的立体层析图像两种技术：第四十六页，共八十二页，2022年，8月28日OCT特性对散射光的抑制作用OCT只有当样本光束和参照光束等光程时才会产生干涉信号，因而对其它杂散光有抑制作用。它带来的好处是对不透明的生物组织仍能有效成像。因为生物组织散射很强，在普通光镜下会因为散射过强使反衬度降为零而不能进行观察。正是充分利用这一点，OCT系统才会发展应用到冠心病的介入治疗中。第四十七页，共八十二页，2022年，8月28日高分辨率为了保证纵向分辨率，采用低相干照明光源，因为在样品折射率确定的情况下，纵向分辨率只与光源的相干长度有关，相干长度越短，频率越高，纵向分辨率越高。目前为止，OCT是空间分辨率最高的血管内成像技术，分辨率可达到10~20um第四十八页，共八十二页，2022年，8月28日高灵敏度外差探测法在频域检测信号光和参考光的相干信号中的差额部分能不失真的精确复原调制信号，即反应物内部的结构信息和光学参数信息，最后将得到的光信号转换为电信号，根据信号的强弱，赋予不同的灰度或某种颜色，即得到样品的灰度图或伪彩图。第四十九页，共八十二页，2022年，8月28日OCT在冠心病诊疗中的应用第五十页，共八十二页，2022年，8月28日冠心病定义：冠状动脉粥样硬化性心脏病(coronaryatheroscleroticheartdisease)简称冠心病，指由于脂质代谢不正常，血液中的脂质沉着在原本光滑的动脉内膜上，在动脉内膜一些类似粥样的脂类物质堆积而成白色斑块，称为动脉粥样硬化病变。这些斑块渐渐增多造成动脉腔狭窄，使血流受阻，导致心脏缺血，产生心绞痛第五十一页，共八十二页，2022年，8月28日揭示斑块形态和性质OCT已经广泛应用于评价冠状动脉病变特征高分辨率10μm高准确度和灵敏度显示组织细微结构“光学活检”斑块破裂纤维斑块脂质斑块钙化巨噬细胞微通道第五十二页，共八十二页，2022年，8月28日识别易损斑块导致临床急性事件发生易损斑块病理特征主要为：含有丰富的细胞外脂质和细胞碎片组成的粥样核（大于斑块总体积的40%），其外部纤维冒较薄，有大量的巨噬细胞和T细胞侵润。易损斑块第五十三页，共八十二页，2022年，8月28日OCT对血栓的检测：易损斑块的不稳定性增加血管内粥样斑块的破裂进而导致局部血栓形成的风险混合血栓，介于红白血栓之间的反射信号白色血栓，突入管腔中的组织为强反光信号，低衰减红色血栓，突入管腔中的组织为高反光信号。伴有无信号尾影第五十四页，共八十二页，2022年，8月28日OCT在PCI（经皮冠心病介入治疗）中的应用价值OCT能观察到支架贴壁不良，内膜撕裂和组织脱垂，通过测量支架梁和血管壁的距离评价支架贴壁情况，有助于选择合适的介入治疗方式和介入器械，可细致评价介入治疗的即可效果和长期效果。贴壁良好贴壁不良组织脱垂内膜撕裂第五十五页，共八十二页，2022年，8月28日OCT在PCI随访中的应用置入药物洗脱架后，由于支架表面内膜覆盖不全引起晚期血栓的报道逐渐增多。如何检测药物洗脱支架术后内膜覆盖情况是当前大家关注的焦点。支架晚期内血栓第五十六页，共八十二页，2022年，8月28日OCT技术未来展望生物光学和纳米技术的联合

能在近红外光照射下发光的荧光探针的引入开启了体内分子成像的前景，经荧光染色的区域光子很少被组织吸收，因此会增加光线的穿透力和局部光能释放的安全性。OCT光谱内具有吸收特点的近红外染料可以增加对比度进一步提高图像质量，这些染料包括新一代的纳米粒子，其光学特性进一步提高，对化学和加热灭活的敏感性降低。而且，使用可吸收近红外光的纳米粒子可能具有热治疗的作用。生物光学和纳米技术的联合为检测和治疗动脉粥样硬化病变可能提供一种新的策略第五十七页，共八十二页，2022年，8月28日生理功能评价和解剖影像检测结合目前已经商品化的以多普勒为基础的压力导丝技术可以在导丝头端测量血流，是一项评价临界病变严重程度和介入治疗效果的成熟技术。从运动例子反射回的光线与从静止粒子返回的比较,会产生多普勒效应，可以用来确定血流的方向和速度，从而收集血流在斑块部位的生理信息。OCT与多普勒技术结合可以拓展其在贪人心脏病学中的应用，使其既能获得解剖学影像又能测量血流生理参数。第五十八页，共八十二页，2022年，8月28日成像技术的研究OCT的第二代形式频域OCT(frequeneydomainopfiealcoherencetomography，FD—OCT)采用激光作为光源，能够以更高的帧频率成像(可以实现更高速扫描)，扫描成像速度可达每秒20mm。只要2．5s就可以扫描成像50liral长的血管，那么只要用少量生理盐水或造影剂冲洗就可以实现对整根冠脉血管的成像(这种速度的加快使得第二代OCT可以在短暂的非封闭的的生理盐水净化之后对长节段的冠状动脉迅速三维成像)，同时FD-OCT图像的分辨率也得到提高。2008年Lghtl到b公司发布了对SL-OCT(spectral-domainscanning-laserOCTsystem)的报道。SL-OCT技术基于FD-OCT技术，相比M2能够获得更清晰图像，同时解决了OCT不能在充满红细胞的血管中成像的问题。敏感程度是M2系统的3倍，开创了OCT血管3D成像的时代。尽管目前该项技术还在临床前实验阶段，但相信不远的未来，SL-OCT将为介入治疗提供更详尽的血管信息。第五十九页，共八十二页，2022年，8月28日光镊技术与应用

李四维OpticaltweezersanditsApplications第六十页，共八十二页，2022年，8月28日背景17世纪初期,德国天文学家开普勒在解释彗尾之所以背向太阳的原因时,就指出这是受到太阳光的辐射作用所致1873年,麦克斯韦根据他的电磁学理论从理论上说明了光本身可产生力,或者说是光辐压。1909年,德拜给出了线偏振平面电磁波作用于均匀球形粒子所产的辐射压的理论.但由于光辐压极其微弱,同时也因缺少足够强的光,毫瓦级功率的光仅可产生皮牛顿级(1pN=N)的作用力

第六十一页，共八十二页，2022年，8月28日20世纪60年代,激光的发明给辐射压力的研究提供了高强度、高准直度的光源,从实验上验证光辐射压的存在才成为可能.1970年贝尔实验室的ArthurAshkin是对此进行研究,ArthurAshkin等人首先提出利用光压操纵微小粒子的概念.1986年,Ashkin等人才发现单独一束高度聚焦的激光就足以形成三维稳定的能量阱,可以吸引电介质粒子并将其束缚在光腰中央,于是第一个光镊子(opticaltweezers)诞生了,也因此,光镊的正式名称为单光束梯度力阱(singlebeamgradientopticaltrap）它可以用来捕获并移动从数十纳米到数十微米的微小粒子第六十二页，共八十二页，2022年，8月28日朱棣文教授是一位美国华裔物理学家，1986年由同样在贝尔实验室的朱棣文教授将光镊应用于冷却及捕捉原子而声名大噪，进而获得1997诺贝尔物理学奖。1994年获选我国中研院院士朱棣文教授也是继杨振宁、李政道及丁肇中后，第四位荣获诺贝尔物理学奖的华人(李远哲是化学奖)。2008年欧巴马政府上台后，便借重他的专长，任命他为美国第12任能源部长(2009年1月21日至2013年5月16日)。卸任后目前在美国史丹佛大学物理系任教。

第六十三页，共八十二页，2022年，8月28日光的动量是光的一个基本属性光不但具有能量，还具有动量。光与物质相互作用交换动量在物体上的力等于光引起的单位时间内物体动量的改变，并由此引起物体的位移和速度的变化，称之为光的力学效应。由于光辐射对物体产生的力通常称之为光的辐射压力，简称光压。第六十四页，共八十二页，2022年，8月28日光镊下细胞受力梯度力

散射力梯度力:来自介质小球中的电偶极矩在不均匀电磁场中受到的力。它正比于光强的梯度，指向光场强度的最大处散射力：来自光在散射过程中与光子交换动量获得的，被散射的光子动量改变来自介质对光的作用力，它的方向沿光的传播方向第六十五页，共八十二页，2022年，8月28日光镊的基本原理光镊的基本原理在于光与物质微粒之间的动量传递的力学效应，对于直径大于波长（约5倍波长）的米氏粒子来光镊的势阱原理可以用几何光学来解释:(1)对于直径大于波长的米氏粒子来,光镊的势阱原理可以用几何光学来解释.a第六十六页，共八十二页，2022年，8月28日此方法计算简便。粒子尺度合适时，可以很方便讨论所关心因素对光阱的影响。但是几何近似较为粗糙，用此方法计算，可以得到光阱作用力与粒子半径无关的错误结论。同时，它也不能计算粒子形状对光阱的影响。另外，它还忽略了光阱焦点处的衍射斑的大小第六十七页，共八十二页，2022年，8月28日(2)对于直径小于激光波长的瑞利散射颗粒（约二十分之一个波长）,可采用电磁场模型来研究粒子的行为a第六十八页，共八十二页，2022年，8月28日由于外加激光光场会使粒子极化,处于电磁场梯度中的粒子会受到梯度力的作用。梯度力源于电场中感生电偶极子受到的洛仑兹力,其大小正比于光强梯度,方向指向强度梯度的方向。此方法在计算过程中采取了种种近似，如：认为粒子不影响光波的传播，光波的表达式中不考虑散射光；认为瞬间的入射光在粒子的各个边界上是常量等等。这些近似都是建立在粒子足够小的前提下的。因此，此方法仅适用于小粒子（几十纳米尺度），目前的应用还不太广泛。但随着生命科学的发展，对单分子的捕捉的研究蓬勃发展，对此类问题的研究将会是很有意义的。第六十九页，共八十二页，2022年，8月28日生物学中对生物进行体外研究可能没有在研究体内反应的更为准确，那是因为体内环境的复杂活动无法由体外表现，因此，在体内生物研究中，尤其是对活的动物研究，是很重要的，它可以验证我们从体外研究获得的知识。正因为激光能穿透生物组织，所以光镊能够非侵入性的俘获和操纵活的动物中的生物细胞第七十页，共八十二页，2022年，8月28日光镊矫正位移标定:由于光镊的受力与位移有关，所以首先要对位移探测进行标。不管是光镊绝对移动测量还是相对移动测量都需先对已知尺度如显微镜标尺进行测量，计算出测量量与标准尺度的转换系数，完成位移标定使用CCD摄像机做位移测量时，被探测小球成像半径与CCD像素尺寸之比与探测精度有关。该比值越小，探测误差越大。当比值大于50时，探测误差趋近于零。

对力标定：微粒在光阱中受到简谐力作用，作受限布朗运动，颗粒偏离光阱中心位移工受到光阱力F作用，其线性系数为光阱度即，。在实际应用中，标定了刚度出即可得到光阱力大小。常用刚度标定方法有流体力学法，功率谱法、熟运动法和周期驱动力法。第七十一页，共八十二页，2022年，8月28日流体力学流体力学的方法认为被光镊控制移动的小球在静止的介质中所受到的粘滞力可由斯托克斯公式计算：此力使小球偏离光阱中心位置,从而产生光阱恢复力。当粘滞力与光阱恢复力相等时小球的位置为平衡位置,测量此时的位移,可求出光阱的刚度为第七十二页，共八十二页，2022年，8月28日光镊光路图激光波长1064纳米，BE为扩述镜,L1L2为透镜，M1，M2为反射镜，DM为分光镜，MO为显微镜物镜照明为卤素灯。图b光束在体内的几何光学图示，NFP标称焦点位置，AFP实际焦点位置实验光路图第七十三页，共八十二页，2022年，8月28日光镊捕获和控制血细胞老鼠耳朵的血细管深度接近光镊的工作距，血红红细胞的在血细管中的流动速度在0.1到2毫米每秒。在老鼠耳部皮肤下40微米的毛细血管直径约5微米，血红细胞在里面可以一个一个的流动，当流速降低到一定程度就可以捕获，捕获过程是个循序渐进的过程第七十四页，共八十二页，2022年，8月28日横向移动红细胞下图显示的是一种被动的方式在横向上控制细胞，其中，激光束是静止的，而我们移动样品台来移动鼠标的耳朵。作为样品台移动横向，被困细胞逐渐越来越接近血管的边缘第七十五页，共八十二页，2022年，8月28日堵塞毛细管光镊可以人为的诱发红细胞在毛细血管堵塞，因为一个红细胞的大小与毛细血管宽度相近，所以一个被捕获了的红细胞可以造成毛细血管的堵塞，红细胞占用了毛细管更多自由流动面积，最终导致聚集和毛细管堵塞。第七十六页，共八十二页，2022年，8月28日光学镊子清除堵塞毛细管光镊陷阱的红细胞，这已经阻止了毛细管，并取出他们从毛细管。我们慢慢施加外力细胞和观察小幅位移后停止。如果细胞是出陷阱中心，我们等待的细胞俘获发生。因此，它是可能逐步与位移加大推进的步骤第七十七页，共八十二页，2022年，8月28日光镊的优点1光镊对微粒的操控是非接触的遥控方式，不会给对象造成机械损。这使得光镊在生物学研究特别是单细胞单分子研究领域应用非常合适。2直接操控亚微米到微米量级的粒子;可实时测量操控粒子所受的力,精度可以达到亚牛量级。3光镊的温和操控不会损失细胞，虽然激光会产生热，但可以通过选择合适的波长，避开细胞对光的吸收波长，将热效应降到最低4由于大部分细胞膜是透明的，光可以穿过细胞膜操控细胞内部微粒，这是其他操控手段无法做到的5.几乎不干扰生物粒子周围环境和它的正常生命活动：光镊的所有机械部件离捕获对象的距离都远大于捕获对象的尺度（1000倍），是“遥控”操作。第七十八页，共八十二页，2022年，8月28日存在的问题1.光学刚度校准的可重复性问题，因为在不同的生物组织内，光镊的刚度各不相同

2.无法在更深的位置捕捉到细胞，其中的原因有一下两点:

第一，由于激光功率在更深的损失显著，从而俘获力显著降低在更深的位置。第二，可能没有一个适当的梯度力以保持细胞，因为像差在水平聚焦通过较厚的组织是更严重的。第七十九页，共八十二页，2022年，8月28日参考文献——光动力疗法[1]李亚楠,王怡乔,潘铁成等.肿瘤光动力疗法——作用机制[J].中国激光医学杂志,2014,(1).[2]李亚楠,王怡乔,潘铁成等.肿瘤光动力疗法——理论基础及治疗策略[J].中国激光医学杂志,2014,(2).[3]丁新民,徐勤枝,顾瑛等.光动力学治疗肿瘤的简史和现状[J].中国肿瘤,2003,(3):151-155.[4]林铌,包捷,王爱平.光动力疗法的抗肿瘤机制研究进展[J].癌变·畸变·突变,2014,(5).[5]王瑞平.光动力疗法在肿瘤治疗中的应用[J].国际生物医学工程杂志,1999,(6):355-359.[6]陈勇,李婉婉,周江蛟等.光动力疗法分子机制研究进展[J].中南大学学报：医学版,2014,(1).[