分子生物学技术(6篇)

分子生物学技术篇1

关键词结核病;结核分枝杆菌;聚合酶链反应

20世纪90年代,全球多数发达国家结核病疫情出现明显回升,许多发展中国家出现结核病疫情严重加剧,结核病已成为全球最紧迫的公共卫生问题,目前世界上没有任何一个国家能逃脱结核病的威胁。每年全世界约有800万新发病人,约300万人因结核病而死亡。我国的情况也是如此,据2000年第四次全国结核病流行病抽样调查表明,我国结核病的形势仍然十分严峻。结核病流行病学显示高患病率、高耐药率、低递降率等特点[1]。因此快速准确的诊断是控制结核病的主要条件,我们对使用分子生物学技术聚合酶链反应在结核病实验室的诊断做了一些分析研究。

1材料

仪器与试剂:广州达安基因生物公司DA-7600荧光定量核酸扩增仪和结核分枝杆菌检测试剂盒。

2方法

2.1标本采集和处理

2.1.1标本的采集和液化

用一次性痰液收集器采集,最好留取早晨第一口痰液。痰液收集后应尽快送检。在痰液标本中加入4倍体积的4%NaOH溶液,吹打均匀后室温放置30分钟使之液化。

2.1.21×TE溶液配制

吸取1ml20×TE,溶于19ml去离子水中,混匀即可。

2.1.3标本及质控标准品的处理

取0.5ml液化痰液至1.5ml离心管中,再加入0.5ml4%NaOH室温放置10分钟后15000rpm离心5分钟,吸弃上清,在沉淀中加无菌生理盐水1ml打匀,15000rpm离心分钟,吸弃上清:再重复洗涤一次。(血液标本直接用淋巴细胞分离液分离沉淀白细胞)沉淀直接加50ulDNA提取液充分混匀,沸水浴10分钟(误差不超过1分钟),转至4°C静置6～8小时以保证充分裂解。1000rpm离心5分钟,取上清液2ul做核酸扩增反应。另取阴性质控品、阳性质控品各40ul加等量DNA提取液打匀,沸水浴10分钟后同上处理。

2.2加样

将样品处理上清液各2ul分别加入反应管中,混匀后置核酸扩增仪上,立即进行PCR扩增反应。

2.3核酸扩增程序

93°C2分钟预变性,然后按95°C45秒55°C60秒,先做10个循环,最后按93°C30秒55°C45秒,做30个循环。

2.4结果分析

在定量分析中,综合考虑相关系数,误差后,设置当前域值(参考值1.2左右)。

3结果判断

Ct值无:阴性结果;Ct值

4质量控制

阴性质控品:全部阴性;阳性质控品(包括临界阳性质控品、强阳性质控品)全部阳性;阴性质控品Ct值>临界阳性质控标准品Ct>强阳性质控标准品Ct,则本次实验有效,否则,实验无效,应检查试剂、仪器、反应条件等方面的误差。

5讨论

结核杆菌(TB)可以导致全身性疾病,特别是在发展中国家,其发病率较高,危害性极大.近几年结核杆菌的变异性较大,对抗痨药物的耐药性增加[2],从而使结核病的发病大幅度增高。虽然传统的涂片抗酸染色、细菌培养以及胸片检查对大部分结核能作出正确的诊断,但对某些病人亦可造成误诊或漏诊.分子生物学技术基本实现了简便、快速、防污染、灵敏、准确地诊断结核的目的[3],并且该方法正趋于常规化地应用于临床一般实验室[4]。应用PCR方法检测结核杆菌的首要条件是设计一对特异性DNA引物.该引物所引导的DNA扩增序列应是结核杆菌独有的,且是结核杆菌的保守序列,这样才能保证检测结果的特异性[5]。自从1989年聚合酶链反应(PCR)应用于结核杆菌检测以来,该技术已广泛应用于结核病的诊断并显示出很多优点.PCR检测结核杆菌的优点决定了它在临床上的应用价值和范围,PCR检测TB的优点主要表现如下:

5.1能早期诊断TB菌血症

在TB感染的早期,特别是在TB病灶通过血源性外传播时、及在外周血中存在极少量的TB时,PCR就能给于扩增并确诊.此外,由于外周血中TB的含量甚微,又没有新的病灶形成,因而血清学方法和物理方法均难以达到确诊的目的,而对这类病灶的早期诊断在临床治疗上具有指导意义,因为早期菌血症是较易控制的,并可以防止继发性TB病灶的形成。

5.2时间短

PCR检测TB仅需2～4h对于某些培养法难以实施的病例,PCR法则行之有效,同时提高了敏感性和特异性,可以检测到1个TB菌。

5.3有利于鉴别诊断

对于肺结核来说,其中的结核球和成人型原发性结核等,经常易于同肺癌的诊断相混淆。病灶中心部位经常出现既未见TB又未见癌细胞的坏死区.此时涂片检测常是阴性的。在这种情况下,PCR检测就显得特别有效。在许多情况下,TB可以导致脑膜炎、胸膜炎、腹膜炎等。涂片法尽管在诊断上具有直接、简便的优点,但敏感性差就局限了它的诊断范围和实用价值。PCR检测这类标本,可以说极其有效.其极高的特异性和敏感性可以很容易地确定TB性脑膜炎及TB性胸腹水。另外,对于肾结核、泌尿生殖系统结核的诊断,PCR都可以予以完成。

5.4抗痨治疗的评价

对于抗痨治疗效果的评价,以前的方法显得软弱无力。而PCR法则可以通过定期检测,采用定量PCR法确切地评价抗痨药物的疗效及残存菌的数量和活性度。PCR扩增结果将是最可靠的疗效评价指标。

所以分子生物学技术聚合酶链反应对于评估结核病的临床疗效、疫情的检控、发病机理的探讨均有十分重要的意义。随着人们对结核分枝杆菌的认识不断深入,结核病临床发展的需要,我们必须从菌体水平到分子水平,从传统实验方法到现代实验方法,进行全视角全方位的研究和探索,为达到最终控制结核病提供理想手段。

参考文献

[1]庄玉辉.加强结核病实验诊断技术的临床应用研究.中华检验医学杂志,2001,24:69-70.

[2]勒小红、刘元东、苗青。结核分枝杆菌耐药基因突变的研究。中华检验医学杂志,2004。27:117-117.

[3]EnglundS.BolskeG,Ballagi-pordnyA,etal,DetectionofMycobacteriumaviumSubsp.patatuberculosisintissuesamplebysingle.fluorescentandnestedPCRbasedontheIS9100gene.VetMicrobiol,2001,81:257-271.

分子生物学技术篇2

[关键词]中药学研究生；分子生物技术；知识结构；医学教育

[中图分类号]G643[文献标识码]C[文章编号]1674-4721（2012）02（c）-0153-02

Improvetheknowledgestructureofgraduatesbystrengtheningthestudyofmolecularbiotechnology

WANGLiliDAILipingCHENSuiqing

PharmacyCollegeofHenanUniversityofTCM,Zhengzhou450008,China

[Abstract]Inordertoimprovetheknowledgestructure,researchandinnovationabilityofgraduateswhomajorintraditionalChinesemedicine,avarietyofwaysandmeanswereperformedtoenhancetheirstudyinmolecularbiotechnology,thesewaysincludebasictheorystrengthening,experimentalabilitytraining,cooperationwithenterpriseetc..

[Keywords]Graduate;Molecularbiotechnology;Knowledgestructure;Medicaleducation

几千年来，中医药已形成独特的、系统的医药学理论，其中，中药学传统理论是中药体系中不可或缺的重要组成部分，是中药学教育的核心体系。但是如果我国的医药教育尤其是中药研究生教育仍停留在传统的中药学知识教育的层面上，将会面临知识结构落伍的困境。目前，大量在读硕士研究生已逐渐成为中药科技创新体系中的生力军，因此，研究生教育关系到国家自主创新能力的提升，意义重大[1]。当今分子生物技术、基因工程技术的发展日新月异，为中药的发展增添了新的驱动力。以中药材为例，分子生物技术在中药栽培、育种，建立动植物基因库，稀缺天然成分的转化，贵重药材的分子鉴别，药材的种质资源研究等方面取得了重大进展。因此，加强对现代分子生物学技术的研究，从基因水平上对中药材进行分析和鉴别，是现代研究生需要掌握的一项基本技能。在《中国药典》2010年版中已经收载了蕲蛇和乌梢蛇的聚合酶链式（PCR）的鉴别方法[2]，由此可见，生物技术已经成为中药研究生教育的必修课。为了培养和促进研究生对现代生物技术的掌握，本研究室为中药学专业研究生开辟了多条途径，以期能够完善其知识结构，提高其科研能力和水平。

1加强基础生物学课程的学习

由长期在科研和教学一线工作的教师来进行《现代生物技术》、《分子生药学》和《生物工程技术概论》等基础课程的讲授，注重基础理论知识和基本理论的讲解。由于生物技术发展迅速，时效性较强，任课教师应及时查阅国内外该学科的新进展、新技术、新方法，并对这些新技术、新方法进行大致分析与介绍，突出其在中药研究中的意义，尽可能使课程内容与最新的前沿研究同步，使研究生尽可能接触最新的研究进展，拓宽科研思路。同时，本学科的发展和分子生物技术的结合应该作为重点内容来讲述。以中药质量标准为例，分子生物学手段特别是DNA分子遗传标记技术，可从分子水平鉴别药材主流品种及其种下等级的遗传背景差异，为生药品种标准化提供先进可行的方法和稳定可靠的标准，进而为中药质量标准规范化奠定坚实的基础。近年分子诊断技术也广泛应用于生药的鉴别中，限制性片段长度多态性（RFLP）分析、随机扩展多态性DNA（RAPD）分析、扩增片段长度多态性（AFLP）技术等的出现，为生药的鉴别特别是贵重药材的鉴别提供了分子水平的依据。与此同时，应该培养研究生的阅读能力，为其介绍国内外一流的分子医药学期刊及网站，加强其文献检索的能力，扩大其眼界和知识面。

2通过多种途径，培养研究生的动手能力

动手能力是科研能力的重要保证之一，是实验研究能力和实验创新能力的基础。为了提高研究生的实际操作能力，使研究生在理论学习阶段提前进入实验室进行实际操作训练。本校中药学实验室开展了分子中药鉴定、细胞培养等多个方向的研究生课题，使研究生在学习理论知识的同时，了解PCR扩增、蛋白质电泳、植物愈伤组织培养、细胞培养等的基本原理和操作规程，从而提高理论和实际动手能力，在实际操作中，发现问题，解决问题，提高科研能力和水平。以PCR扩增为例，首先需要了解微量移液器、PCR扩增仪等仪器的使用方法，该实验实际操作过程繁琐，试剂种类较多，试剂量是以微升进行计量，加入量有时肉眼难以看到，对操作者要求较高。因此，必须对研究生进行实验操作规程和技能的训练，培养其观察和分析问题的能力，使其能够独立解决实验过程中出现的异常现象和问题，增强科研实践和创新能力。

3加强与外单位科研院所合作交流

定期选派研究生赴中国医学科学院等合作单位进行中药生物工程技术方面的学习与交流，鼓励和支持研究生参加高水平学术交流活动，为研究生提供更多更优质的创新平台与机会。充分利用校外优质资源，扩大学校与政府、科研院所、企事业单位的研究生联合培养，加强教育科研资源的整合，科学发挥科研中心的高层次教育功能，加强与生物医药公司的合作，形成产、学、研一条龙，共同培养中药行业需求的高层次应用型、复合型人才。

4组织研究生到生物制药企业、农业生物园区等参观见习

为了使研究生加深对生物药品生产过程的了解，应该组织研究生到生物制药企业进行参观见习，提供企业和研究生深层次交流的机会。通过这样的交流，研究生可以更多的了解企业需求，针对企业生产过程中需要的知识进行学习调整，使研究生明确如何适应企业要求找到适合自己的岗位，为以后顺利就业打下基础。企业也可以把技术革新等方面的需求反映给研究生，增强研究生的创新实践能力，为其研究思路指明方向。通过参观学习，可以开拓研究生的思维，刺激其学习兴趣，增强其在实用技术方面创新的能力。这样既增加研究生的就业机会，也使企业得到充足的人才储备，达到校企双赢。

研究生学习阶段的一个重要任务就是拓宽研究视野，结合自己的研究方向及时更新和调整知识结构，及时把握本学科发展的大致方向与研究方法。随着现代生物工程技术的发展，一批新兴的交叉学科应运而生，中药的研究也面临着诸多挑战[3-4]，生物工程技术发展使中药栽培、中药鉴别等达到了分子及细胞水平，因此，加强分子生物技术的学习，对中药学研究生知识结构的构建有着重大意义。

[参考文献]

[1]段文卓，孙宏伟.提高普通高校研究生培养质量方法初探[J].中国高等医学教育，2010（10）：108.

[2]国家药典委员会.中华人民共和国药典[M].北京：中国医药科技出版社，2010.

[3]肖培根，王永炎.加速中药研究的创新步伐[J].中国中药杂志，2010，35（16）：1047.

分子生物学技术篇3

关键词：分子生物学；技术；昆虫生态学

分子生态学是应用分子进化和群体遗传学的理论、分子生物学的技术手段、系统发生学和数学的分析方法及其他学科的知识（如地理学、古气候学等）去研究种群、进化、生态、行为、分类、生物地理演化、生物保护等学科领域的各种问题。它主要通过大量使用分子生物学先进的技术和方法，在分子水平上研究生态现象，阐明生态现象的分子机制。昆虫分子生态学就是以昆虫作为研究对象，应用分子生态学的原理与方法研究昆虫进化和适应机制的一门科学。它主要通过分子生物学的方法检查昆虫种群或个体的遗传变异，分析和解释遗传变异的特点与规律，揭示遗传变异所反应的规律性的东西，从而进一步阐明昆虫之间一级昆虫与环境之间的相互作用关系。其研究的最典型特色是运用分子遗传标记来检测研究对象的遗传变异特征，揭示昆虫的演化规律。在昆虫分子生态学研究中应用较多的分子生物学标记技术有：同工酶（蛋白质电泳）方法、限制性片段长度多态性（RFLP）方法、随机扩增DNA多态性（RAPD）方法、扩增片段长度多态性（AFLP）及微卫星标记方法（SSR）及单核苷酸多态性(SNP)。其中，目前应用最多，最简便的是SSR和SNP技术。下面我们主要介绍在昆虫生态学研究中几种常用分子标记方法。

1.同工酶方法的应用

同工酶是指具有相同或相似催化功能而分子结构不同的一类酶。自从Hunter和Markert创立同工酶酶谱技术后，同工酶谱的变化即可作为鉴定物种、研究分类与进化、遗传与变异的重要指标。在昆虫分子生态学发展之初，同工酶被广泛应用与昆虫的分类、种群间抗性的遗传变异等方面，随着分子生物学技术的广泛应用，同工酶技术已慢慢被淘汰。

2.RFLP技术的应用

RFLP又叫作RestrictionFragmentLengthPolymorphism.即我们所说的限制性内切酶片段长度多态性，而且他作为第一代的生物分子类标记技术，这种技术是指通过已经发现的限制性内切酶来处理不同生物个体的DNA，通过利用限制性内切酶的多种特异性来达到获得不同的DN段的目的，这种技术一般是被应用于分子杂交，放射性同位素的显微技术中，而且也只是主要用于研究生物遗传的研究中，自问世以来已广泛运用于多门生物学科研究中。在昆虫生态学研究中可以用于昆虫遗传谱图的分析、遗传连锁图的构建及数量遗传性状等方面的研究。

3.RAPD技术的应用

RAPD，俗名是随机扩增多态性DNA技术，它是由两位美国科学家Wiliams和Welsh在1990年提出的，而且他们并不是研究的合作者，而是分开研究的，这种技术又被称作任意引物PCR。对于RAPD来说，它所使用的物质是十分不相同的，但是对于现存的所有引发物来说，他对于在DNA序列碱基序列上的特定结合位点来说，一旦这些特异性DNA位点达到了基因组分布的扩增条件，他就会根据DNA碱基对的配位原则，完成DNA另一条链的合成。

4.AFLP技术的应用

植物基因组的AFLP中的酶切，连接和pcr问题，只要酶切出来能看到些许弥散，pcr就应该能看出结果才对，AFLP技术的关键就是把握体系的问题，每一个实验室应该有自己的一套体系，照着做一般没有问题，分子标记，就是纯体力劳动，做得很多一般就会有结果的，这是量变到质变的过程。做AFLP需要用到试剂盒，但试剂盒不如自己做省事，也没必要。除非你做的量少。但是分子标记要的就是大量重复性的劳动。因此，试剂盒不如自己做省事，也没必要，并且试剂盒中很重要的酶往往量不够用，比如T4连接酶和内切酶EcoRI，除非你做的量很少，且不需要摸索体系。酶切出来能看到些许弥散，pcr就应该能看出结果，也不一定。接头制作和连接体系也很重要，连接时间一般影响不是很大。

5.微卫星标记技术在昆虫生态学研究中的应用

微卫星标记ms是一类由几个（多为1-5个）碱基组成的基序串联重复而成的DNA序列,其长度一般较短,广泛分布于基因组的不同位置,如（CA）n、（AT）n、（GGC）n等重复。自1981年Spritz首先在珠蛋白中发现微卫星序列到今天微卫星序列在生物学中的广泛应用,微卫星标记技术走过了近30多年的发展变化。其中，20世纪80、90年代是微卫星技术从开始到逐渐成熟的关键阶段。1982年Hamada等在研究真核生物基因组中Z-DNA形成时发现了一种新的重复因素——选择性的嘌呤-嘧啶聚合物。Jeffreys等通过对小卫星(minisatellite)的DNA指纹图谱鉴定证明了串联重复的DNA具有很高的长度差异性。与此同时，Tautz等的研究表明，这种“神秘而简单冶的DNA序列是遗传变异的重要来源。1989年Tautz首次应用了基于PCR的微卫星分型技术。随着微卫星分子标记的广泛使用，科研工作者对其进化、功能及在基因组中的分布等研究的了解迅速增加。近年来，微卫星分子标记也被广泛应用于昆虫学研究的各个领域。截至2012年6月，共有16396个昆虫上微卫星位点在NCBI中记录，其中双翅目、鳞翅目和膜翅目昆虫的微卫星登录数量最多，占75%。这些微卫星被广泛应用于昆虫遗传作图、种群遗传学研究、个体亲缘关系鉴定等方面。

6.SNP在昆虫分子生态学中的应用

SNP(SingleNucleotidePolymorphism)即单核苷酸多态性标记，又称单核苷酸多态性，指DNA序列中单个碱基的差别，碱基对由于排列方式不同，结合不同脱氧核苷酸对，这些核苷酸对构成密码子，密码子则以不同的排列顺序编码蛋白质，从而形成自然界多种多样的生命。SNP在基因组可以划分为两种形式：一是基因编码区的功能性突变，主要分布在基因编码区，故又称为cSNP，这类SNP较少，其变异率仅占周围序列的1/5，但因其在遗传疾病研究中具有重要意义而备受关注；二是遍布于基因组的大量碱基变异。就现在来说，SNP技术已经开始广泛用于昆虫分子生态学，包括昆虫种间鉴定，遗传图谱的分析、入侵害虫种群间亲缘关系的区分等研究。生态学的发展，SNP技术的萌芽是古人生态意识的总和，在古时，古人并不了解整个自然界，但是他们通过长期的打鱼，农牧以及狩猎积累了大量的朴素的生态学知识，比如说农作物的生长与季候的关系、常见的动物有哪些习性等等，在公园前四世纪时，希腊学者亚里士多德就曾经粗略的描述了动物有种不同的栖息地，还根据动物生活栖息地的特点将其分为了水栖和路栖，根据它的食性分成肉食和草食，还有杂食动物等等。随着人类社会的发展，人们对于生态的认识不再仅仅局限于以往的知识积累，人们通过自己的主动探究从而能够获得有关于自然界的种种知识，最后能够形成一个全面的生态学理念极其生态学系统的认知应用。本文通过描述几种技术在昆虫生态系统的运用从而得到现在科技在生态系统中的应用等等相关关系，这种应用不仅使各种技术得到提高，还对我们生态系统的探索起着极大的作用。

参考文献

[1]郭晓霞，郑哲民，于广志.同工酶在昆虫分类和进化研究中的意义[J].昆虫知识，2000，37（6）：371-374.

分子生物学技术篇4

关键词：田径；推铅球；生物力学

中图分类号：G824.1文献标识码：A文章编号：1007―3612(2007)03―0404―03

现代推铅球技术是在投掷圈内从静止姿势背对投掷方向开始，通过滑步或旋转后将铅球推出的过程。铅球的飞行远度主要是由铅球的出手速度、出手角度和出手高度决定的，其中出手速度起着决定作用，而铅球的出手速度又是身体各环节协调用力的结果，因此研究投掷过程中人体各环节和铅球的速度变化特征，找出其内在规律，对指导教学与训练有着重要的现实意义。

1研究对象与方法

1.1研究方法以参加2006年全国田径大奖赛肇庆站男子铅球比赛的冠军庞侨韬琳(以下简称庞)和广州体育学院运动员李富(以下简称李)为研究对象，二人均为右手持球，采用背向滑步推铅球技术，其中庞的身高188cm，体重115kg，本次比赛最好成绩17.02m，李的身高193cm，体重115kg，本次比赛最好成绩14.13m。

1.2研究方法

1.2.1影像解析法采用日本NAC牌高速摄像机在比赛现场从投掷方向正侧面进行平面定点定焦拍摄，拍摄频率为250帧，s，拍摄距离为12m，机高1.2m，比赛后拍摄标尺完整图像，采用APASSystem对运动员的最好成绩进行图像解析，对采集的数据使用数字滤波法进行数据平滑。

1.2.2文献资料法本研究从中国期刊网上搜索查寻了13种体育类核心期刊(从1994―2005年)、中国期刊全文数据库(从1980―1993年)以及中国优秀博硕士学位论文全文数据库中有关铅球训练与技术分析的文献50余篇，并进行了分析研究。

为了便于分析，本文将推铅球的技术动作分为四个时相：滑步开始右脚离地瞬间(t1)、滑步结束右脚着地瞬间(t2)、左脚着地瞬间(t3)、铅球出手瞬间(t4)，其中可分为三个阶段：滑步阶段(t1―t2)、过渡阶段(t2―t3)、最后用力阶段(t3―t4)。

2结果与分析

在本次比赛中，庞在推出17.02m的成绩时，铅球的出手速度为12.40m/s，出手角度为40.60，出手高度为2.47m。李在推出14.13m的成绩时，铅球的出手速度为10.80m/s，出手角度为37.3°，出手高度为2.54m。

2.1人体重心和铅球重心速度的变化在图1和图2中给出的分别是两名运动员从t1至t4时相人体重心的速度和铅球的速度，其中曲线上第一个涂黑的标志点的时间为t2，第二个标志点的时间为t3，由于李的t3出现在t2之前0.008s，故没有标出。从图1中可以看出，庞和李两人的身体重心速度在腾空阶段出现明显下降，但在t2时刻前又有所上升，但李的上升幅度更大，经查看图像，是由于李的躯干抬起幅度较大所致，这对于保持超越器械和工作距离是不利的。在图1中，庞的身体重心速度在t2―t3时段内略有下降，在t3之后即有较大的上升，持续时间达0.036s，说明身体有向前上方的加速运动，随之身体重心的速度大幅度的快速下降，说明左腿制动性的支撑动作强而有力。与庞有所不同的是，李的左脚在右脚着地前0.008s时着地(这在优秀运动员中极为罕见)，尽管落地速度较快，但在较长时间内身体重心的速度持续下降，没有出现向前上方的加速运动，说明李的双腿没有及时发力，较长时间处于缓冲阶段，这对于髋部的及时加速和利用滑步的速度显然是不利的，也说明左脚过早着地并一定能提高用力的效果。

从图2中可以看出，李的铅球速度在双脚着地后有所下降，虽然速度上升的拐点出现较早，但速度增长的持续时间较短，在铅球出手前，铅球的速度增加较缓，经过观察录像可知，主要是因为李的用力顺序不正确，躯干过早转向投掷方向运动所致。虽然庞的铅球速度增长拐点出现较晚，但持续增长的时间较长，最后达到了较大的出手速度。

2.2身体右侧环节的速度变化在图3和图4中显示的是庞和李从左脚落地瞬间至铅球出手瞬间身体右侧环节的速度变化，并可间接反映有关环节的肌群的用力情况。从图3中可见庞的右髋先加速达到峰值，随后其速度逐渐下降，然后是右肩、右肘和右腕速度快速上升同时达到峰值，其后是右手的速度达到峰值，在O.040s之后铅球的速度达到峰值，这是值得注意的。从图4中可以看出，李在最后用力过程中肘关节的速度峰值再现在肩关节的速度峰值之前，因而其速度的增量不大，影响了投掷效果，也不符合人体运动链自下而上逐渐加速进行动量传递的原理，是一个错误的动作。

为了详细分析庞李两人在最后用力时身体各环节速度变化情况，在图5中画出了他们两人自左脚落地瞬间至铅球出手瞬间胸部的速度曲线。

从图5中可以看出，李在左脚落地后胸部即有较高的速度，但随即速度下降至较低水平，庞的胸部速度峰值出现稍晚，存在‘延迟用力’的现象，但却达到了较大的速度峰值。这。说明在左脚落地后胸部过早加速不但不会提高最后的铅球出手速度和增加用力效果，反而会破坏用力的结构，给最后用力带来负面影响。从图5中还可见到，两人的胸部速度曲线都存在双峰型的情况，而且第一峰值速度大于第二峰值。庞的胸部速度曲线出现了时间短而峰值高的特征，李的曲线延续时间较长但较低平。两人胸部速度曲线说明，他们的躯干动作有很大区别：庞的躯干动作表现为以髋部为起点的鞭打动作，时间短而增速快，在动作之后速度急速下降；李的胸部动作时间长，增速少而慢，鞭打动作特性表现不突出。

为了详细观察两名运动员的身体环节速度变化情况，按顺序列出了两人投掷时身体环节的峰值速度和出现时间。从表中可见，运动员肩关节的峰值速度比髋关节的峰值速度增加了一倍以上，肘关节的峰值速度比肩关节的峰值速度也有较大增加，但腕关节的峰值速度与肘关节的差异很小，手的峰值速度比腕的速度有所增加，铅球的峰值速度与手的峰值速度相比略有增加而且时间稍迟。

庞、李的身体环节峰值速度基本上呈现出依次递增的规律，其中庞在肘关节处的速度增量最大，增幅达到5.0m/s，李的肩关节速度增量最大，增幅达到4.5m/s，且其肩的峰值速度明显大于庞的峰值速度；经观察比赛录像得知，李在最后用力的过程中，躯干向前的幅度较大，时间较长，使处于躯干上端的右肩的速度增加明显，但由于肩带肌肉未能及时发力使上臂前伸，影响了肘关节的速度，并最终影响了铅球的出手速度。

对两位选手最后用力时身体主要环节峰值速度的大小和出现的时间进行分析，表明上述参数可以作为评价推铅球最后用力效果的具体指标。为了更详细的了解身体各环节速度变化的基本规律，我们以最后用力时髋关节的峰值速度为基准点，自下而上算出身体其它环节和铅球峰值速度的增加比例，按下列公式将之换算成为环节峰值速度递增系数，具体计算公式如下：

环节峰值速度递增系数＝(Vmax2－Vmax1)/Vmax1×100％

其中Vmax1表示前一个环节的峰值速度，Vmax2表示该环节的峰值速度。

3结论与建议

1)水平较高的铅球运动员身体重心速度在过渡阶段呈现出基本保持或略有下降的态势，在最后用力阶段的开始较短时间内快速上升，随即快速大幅度下降。

2)铅球运动员推铅球时，按照自下而上的用力顺序和一定的时间间隔进行投掷，但庞在投掷时呈现出胸部和右肩、右肘的峰值速度在左脚落地后0.184s同时出现的特点，腕关节和肘关节的峰值速度相比差别很小，未出现加速现象，但出现时间稍晚，两名运动员的手的峰值速度比腕和肘关节增加了10％以上。

分子生物学技术篇5

20世纪后半叶，物理学在此前建立起来的狭义相对论、量子力学、量子电动力学、统计物理和许多重要物理实验基础上，以前所未有的速度发展着。许多物理学的分支学科，如原子、分子物理、原子核物理、固体物理、等离子体物理以及粒子物理等，都得到极大发展。与此同时，科学发展的另一个重要特征是学科间相互渗透和交叉综合。物理学和其他学科相互渗透，产生了一系列交叉学科和边缘学科，如化学物理、生物物理、大气物理、海洋物理、地球物理等等。物理学的新概念、新理论和新的实验方法向其他学科转移，促成各学科的发展并成为其组成部分。

20世纪后半叶，新技术特别是高新技术发展之快也是前所未有的。高技术包含的科学知识高度密集，综合性极高，如红外和红外成像技术、激光技术、计算技术、信息技术、航天技术、生物技术等等，都无一例外地与物理学等学科的基本概念、基本理论和基本实验方法密切相关，其发展在很大程度上依赖包括物理学在内的各学科的发展。

现代军事科学技术的知识密集性、综合性极高，处于科学技术的前沿，近几年来的局部战争向人们展示，现代战争在相当大程度上是高新技术的较量。现代军事科学技术离不开物理学和物理学的新成就，如红外夜视、激光制导、激光雷达、三相弹等都与物理学原理和物理学实验技术密切相关。

这一切都表明，在科学技术发展的进程中，物理学不但在历史上曾经是处于主导地位的，在20世纪是处于主导地位的，而且毫无疑问，21世纪物理学在科学技术发展中也必将处于主导地位，它的作用将会更加突出。

大学物理课是一门重要基础课，它的作用一方面是为学生较系统地打好必要的物理基础，另一方面是使学生初步学习科学的思维方法和研究方法，这些都起着增强适应能力、开阔刘义洪盈赘大争物双教争敬沮思路、激发探索和创新精神、提高人才素质的重要作用。学好大学物理，不仅对学生在校学习十分重要，而且对学生毕业后的工作和在工作中进一步学习新理论、新知识、新技术、不断更新知识，都将发生深远的影响。物理课的这一作用，特别为许多专家、教授、高级工程技术专家所强调。

我国工科大学物理的学时一直少于理科。因此，目前实施的教学内容，主要是传统物理课内容在给定学时范围内一再精选后形成的。总的来讲，工科大学生的物理基础较薄弱，物理知识面也较窄，特别是近代物理和现代工程技术有关的物理基础和现代工程技术方面的新知识更显薄弱。如我们的课程基本要求中没有物性学、分子、原子核、粒子等内容；没有偏振光干涉、核磁共振、穆斯堡尔效应等内容；量子物理、统计物理等近代物理基础的基本概念、基本理论和知识甚为薄弱。这些内容，工科一般专业在后续课中多不再涉及，而它们恰恰是当今学习新理论、新知识和新技术所要涉及的，有些甚至已成为当今高新技术的组成部分。在这个意义上讲，大学物理课内容“老的多、新的少”。因此，更新内容，加强现代物理和现代工程技术有关知识，特别是有关基础知识，是工科物理教学改革必须面向的首要问题。

二、工科物理课教学改革

工科大学物理课程的教学改革是很复杂的，也是很困难的，不可能一嗽而就。应该坚持以下原则：不应改变物理课作为基础课的地位和作用，应着力研究现代高级工程技术人才应具备什么样的物理基础；要重点研究如何处理好经典物理和近代物理及有关近代内容的关系；应在培养学生科学思维方法和分析问题、解决问题能力上加大力度，与研究教学内容改革的同时，还必须系统地研究教学方法、考试方法等教学环节的改革。

工科大学物理课内容改革的重点在于加强物理学基础(包括经典物理基础和近代物理基础)，同时适当地介绍反映现代物理和现代工程技术的新知识，扩大学生的知识面，在整个教学过程中提高学生分析及解决问题的能力和独立获取知识的能力。由于工科物理课程教学时数少，只靠课程内容和体系本身改革回旋余地小，改革要将课内课外、理论教学与实验教学、课与课间关系诸方面综合考虑。

（一)课程教学内容改革，应以物理课程教学基本要求为依据。在保证经典的前提下，进一步精选经典物理内容，突出教学内容及能力培养，避免过分强调系统性和严密性等，在整个经典物理教学过程中应贯彻加强近代思想；在近代物理基础的基本要求部分，加强量子力学和统计物理基础知识，以利于学生在校和离校后进一步学习新理论、新知识和新技术；加强现代工程技术物理基础专题，这部分内容应侧重物理原理，而不要停留在科普水平上，上述三部分内容的讲授学时，分别约占总学时的58%、27%和15%。

(二)开设物理类和技术类专题选修课(或讲座)。物理类选修课：如现代物理导论、混沌、原子和分子物理、核物理、天体物理、等离子体物理、凝聚态物理、嫡和信息、傅里叶光学、非线性光学、非线性力学等、技术类选修课：如现代工程技术专题、激光技术、光散射技术、全息技术、穆斯堡尔谱学、核磁共振技术、薄膜技术、换能器、红外技术、低温和超导等。选修课应着重物理概念、物理思想和方法，不追求数学严密性，不过分强调系统性和完整性。

(三)教学手段改革是教学改革的重要组成部分。粉笔加教鞭不适应改革的需要已经成为人们的共识。近几年来，有许多院校在多媒体辅助教学上做了大量的工作。实践证明，把多媒体技术应用于教学可以改变信息的包装形式，在计算机上把图、文、声、像集成在一起，提高教学内容的表现力和感染力，能调动学生主动运用多种感观积极参与多媒体的活动，使学生由知识的被动接受转为主动发现。同时，这也为教学研究提供了有力工具，为教学的顺畅实施与高效提供了可靠的技术保障。在提高认识的基础上，加大这方面的资金投人，多媒体辅助教学必将成为21世纪教学手段的主体。而多媒体辅助教学软件也应向智能化方向发展。1997年n月6日，中国物理学会正式宣布中国物理教育网建立。这就为网上教学和科研提供了方便，物理教育工作者应充分利用这一有利条件，从网上获取信息服务于教学。名校、名师更应在网上传播自己的教法和经验，使大家受益。

分子生物学技术篇6

【关键词】光电子技术光医学光保健学科现状发展趋势

一引言

生物医学光学与光子学是光学或者说光子学现展的一个分支学科。由于光学与光子学是具有极强应用背景的学科，所以“生物医学光子技术”这一多学科交叉的新兴研究领域在20世纪末叶也随之应运而生。

激光技术作为一项重大的科技成就，为研究生命科技和疾病的发生、发展开辟了新的途径，为保健和临床诊疗提供了崭新的手段,推动人类科学技术进入新的发展阶段。

可以把与光的产生、传播、操纵、探测和利用有关的物理现象和技术包括在内的科学及工程笼统地简称为光学。用光学最广的含义来概括各研究领域及其相关交叉分支时必然包括了激光和光电子技术。运用光学及其技术研究光与人体组织的相互作用问题可归之于“组织光学”范畴。它是研究光辐射能量在生物组织体内的传播规律以及有关组织光学特性的测量方法的一门新兴交叉学科，是光医学（光诊断和光治疗）的理论基础。经过40多年的发展，激光与光电子技术在人类的保健、医疗以及生命科学中产生了很大影响。

在医学领域，光电子技术使各种新疗法，包括从激光心脏手术到用光学图像系统的关节内窥镜进行微损膝关节修复等，成为可能或得以实现。目前，科学家们正致力于研究光学技术在非侵入式诊断和检测上的应用，如乳腺癌的早期探查、糖尿病患者葡萄糖的“无针”监控等。激光在医学上的最早应用虽然集中在治疗方面，然而在80年代初期起便开始了光诊断技术的探索。指望无损害地获得诊断信息是这些研究的驱动力之一，其中在物理学中高度发展的光谱技术有望在诊断医学中得到应用。利用光纤把光传输到身体内部的能力，可以完成膀胱、结肠和肺等器官的检查。随着医学诊断方法向无损化方向发展，利用光电子学技术对组织体进行鉴别和诊断，有可能更早期、更精确地诊断各种疾病。近年来，人们开始把这种诊断方法称之为“光活检”。

随着现代医学模式的转变、健康概念的更新以及人民生活水平的提高，从20世纪80年代后期起，“激光美容术”在世界各地包括在我国各大城市逐渐地开展。保健美容是光电子技术应用越来越活跃的领域。激光技术应用于美容外科的起步较早，使得一些在美容整形外科很棘手的疾病，如太田痣、血管瘤等治疗变得简易有效。到20世纪末，人们又开发了一种称为光子嫩肤术的新美容技术。它基于选择性的光热解作用，有效地改善肌肤的质地和弹性，达到美容的效果。之所以用激光或强脉冲光进行非消融性的嫩肤或治疗越来越流行，是因为这类手术具有无损、不必住院、几乎无副作用和无疼痛，从而使受术者容易接受的优点。

国家自然科学基金委员会先后二次在“光子学与光子技术”以及“生物医学光学”优先资助领域战略研究报告中分别指出：近年来生物医学光学与光子学的迅猛兴起，令人瞩目，并因而引发出一门新兴的学科－生物医学光子学（Biomedophotonics）。研究报告选定了近期优先研究领域包括生物光子学、医学光子学基础研究、医学临床的光学诊断和激光医学中的重要课题等诸方面。

福建师范大学在1974年成立了“医用激光及其应用技术”研究组，以激光与光电子技术为基础，围绕激光医学应用的核心技术开展研究与开发。至二十世纪九十年代，跟随该领域的国际走向，转入激光医学技术的基础理论研究工作，在国内率先开展了生物组织光学与光剂量学的研究。伴随研究工作的深入开展，逐步形成了我们有特色的若干前沿研究方向，并于2005年获准立项建设医学光电科学与技术教育部重点实验室。

二国内外现状

光学在生命科学中的应用，在经历了一个缓慢的发展阶段后，由于激光与新颖的光子技术的介入，进入了一个迅速发展的新阶段。与光学有关的技术冲击着人类健康领域，正在改变着药物疗法和常规手术的实施手段，并为医疗诊断提供了革命性的新方法。特别在近十多年来，与蓬勃的学术研究活动相对应，国际上出现了专门的研究性学术杂志，如：Laurin出版公司于1991年发行了“Bio-Photonics”新杂志。美国光学学会重要的会刊之一“AppliedOptics”也于1996年将其“OpticalTechnology”栏目扩充为“OpticalTechnologyandBiomedicalOptics”，并定期出版有关生物医学光学的论文专集。SPIE亦于1996年创办了期刊JournalofBiomedicalOptics，且声誉日隆。到2004年，该刊的SCI影响因子已达3.541。当前，发达国家普遍对生物医学光子学学科给予了高度重视。例如，在美国国家卫生研究院（NIH）新成立的国家生物医学影像与生物工程研究所（NIBIB）中，生物医学光子学也成为其主要资助的领域。近三年中，美国NIH已经召开过4次研讨会，认为新的在体生物光子学方法可用于癌症和其它疾病的早期检测、诊断和治疗。新一代的在体光学成像技术正处在从实验室转向癌症临床应用的重要时刻。在NIH的支持下，美国国家癌症研究所（NCI）正在计划5年投资1800万美元，招标建立“在体光学成像和/或光谱技术转化研究网络（NTROI）”，其研究内容主要包括：光学成像对比度的产生机理、在体光学成像技术与方法、临床监测、新光学成像方法的验证、系统研制与集成等五个方面。2000年底，在美国NIBIB的首批支持项目中，光学成像方法约占30%。2000年7月，美国NIH投资2000万美元，开展小动物成像方法项目（SAIRPs）研究，受到生命科学界的高度关注，其中光学成像方法是研究重点之一。美国国家科学基金会（NSF）在2000-2002年了4次关于生物医学光子学研究（BiophotonicsPartnershipInitiative）的招标指南。“9.11”事件后，美国国防部启动了“应激状态下的认知活动”(Cognitionunderstress)项目，采用的研究方法就是光学成像技术。美国加州大学Davis分校于2002年10月宣布：未来10年内，将投资5200万美元建立生物医学光子学科学技术中心（TheCenterforBiophotonicsScienceandTechnology），其中4000万美元由NSF支持。在学术交流活动方面，国际光学界规模最大西部光子学会议（PhotonicsWest）上，每年的四个大分会之一即是生物医学光学会议（BiOS），论文均超过大会总数的三分之一，如，2003年关于BiOS的专题为19个，占整个会议的19/52=36.5%；2004年，IBOS会议专题为20个，占整个会议的20/55=36.4%。另外，每年还召开欧洲生物医学光子学会议。除疾病早期诊断、生理参数监测外，在基因表达、蛋白质―蛋白质相互作用、新药研发和药效评价等研究中，特别是近年来的Science,Nature,PNAS等国际权威刊物发表的论文表明，光子学技术也正在发挥至关重要的作用。在某些领域，如眼科，光学和激光技术已成熟地应用于临床实践。激光还使治疗肾结石和皮肤病的新疗法得以实现，并以最小的无损或微损疗法代替外科手术，如膝关节的修复。现在，用激光技术和光激励的药物相结合可治好某些癌症。以光学诊断技术为基础的流动血细胞测量仪可用于监测爱滋病患者体内的病毒携带量。还有一些光学技术正处于无损医学应用的试验阶段，包括控制糖尿病所进行的无损血糖监测和乳腺癌的早期诊断等。光学技术还为生物学研究提供了新的手段，如人体内部造影、测量、分析和处理等。共焦激光扫描显微镜能将详细的生物结构的三维图象展现出来，在亚细胞层次监测化学组成和蛋白质相互作用空间和时间特征。以双光子激发荧光技术为代表的非线性成像方法，不仅可以改善荧光成像方法的探测深度、降低对生物体的损伤，而且还开辟了在细胞内进行高度定位的光化学疗法。近场技术将分辨率提高到衍射极限以上，可以探测细胞膜上生物分子的相互作用、离子通道等等。激光器已成为确定DNA化学结构排序系统的关键组成部分。光学在生物技术方面的其它应用还包括采用“DNA芯片”的高级复杂系统，和采用传输探针的简单系统。激光钳提供了一种在显微镜下方能看见的一种新奇的、前所未有的操作方法，能够在生物环境中实现细胞或微观粒子的操纵与控制，或在10-12m范围内实现力学参数的测量。结合光子学和纳米技术已经可以探测细胞机械活动，揭示细胞水平上隐秘的生命过程，利用纳米器件甚至可以检测和操纵原子和分子，这可以应用在细胞水平的医学领域。高技术的进步，如：微芯片极大地加速了生物光子学的发展进程。集成电路、传感器元件和相连电路的小型化、集成化促使在体和体外测量分子、组织和器官图像成为可能。许多生物医学光子学技术已经在临床上应用于早期疾病监测或生理参量的测量，如血压，血液化学，pH，温度，或测量病理生物体或临床上有重要意义的生化物种的存在与否。描述不同光谱特性（如荧光，散射，反射和光学相干成像）的各种光学概念出现在功能成像的重要领域。从大脑到窦体再到腹部，精确导位和追踪，对于精确定位医疗仪器在三维手术空间的位置具有重要的作用。基于分子探针的光子技术可以识别发生疾病时产生的分子报警，将真正实现令人激动的、个人的、分子水平的医学。

我国的研究基础与条件虽然相对落后，研究投入不足，但生物医学光子学是一门正在兴起和不断发展的学科，在这一新兴交叉学科上国内外处于一个起跑线上。近年来，在国家自然科学基金委、省部委以及其它基金项目的资助下，我国在生物医学光子学的研究中取得了很大的进展，尤其是2000年第152次主题为“生物医学光子学与医学成像若干前沿问题”、第217次主题为“生物分子光子学”的香山会议后，有许多学校和科研单位开展了生物医学光子学的研究工作，并初步建成了几个具有代表性的、具有自己研究特色和明确科研方向的研究机构或实验室，并在生物医学光学成像（如OCT、光声光谱成像、双光子激发荧光成像、二次谐波成像、光学层析成像等）、组织光学理论及光子医学诊断、分子光子学（包括成像与分析）、生物医学光谱、X射线相衬成像、光学功能成像、认知光学成像、PDT光剂量学、高时空谱探测技术及仪器研究等方面取得了显著的研究成果。发表了许多研究论文，申请了许多发明专利，有些已经获得产业化。国家自然科学基金委员会生命科学部与信息科学部联合发起并承办的全国光子生物学与光子医学学术研讨会已经举办了六届。这对我国生物医学光子学学科的发展起到了积极的推动作用。在我国近年所召开的亚太地区光子学会议中，有关生物医学光子学的内容已大幅增加，成为主要的研讨专题。我国的生物医学光子学研究和学术活动也方兴未艾，呈现与国际同步的态势。在基础研究、应用基础研究以及对新技术的掌握方面跟踪国际先进水平，但国内科研经费的投入相对较小，科研队伍规模不大，原创性的科研成果与国外有较大差距。和国外的发展水平相比，我国的生物医学光子学发展还存在以下问题：

（1）尽管从事生物医学光子学的科研单位很多，但取得突破性、创新性的研究成果很少，主要是由于我们的科研队伍在组织、组成上还不合理，过于分散、开展的内容繁杂，难以将有限的资金投入到一些有利于国计民生的及上水平的研究方向上；另外许多单位的研究重复，缺乏合作，导致水平低下；

（2）和国外相比，研究经费无论在绝对值还是相对值上均投入十分不够；

（3）缺乏研究成果产业化的引导机制。

三医学光电科学与技术（福建师范大学）教育部重点实验室概况

“医学光电科学与技术”教育部重点实验室设立于福建师范大学物理与光电信息科技学院（激光与光电子技术研究所）内，作为本学科开展科研研究和实施建设与发展的一个基础平台。实验室已有30年发展历史，1973年成立福建师范学院物理系激光实验室，1984年成为福建师范大学激光研究所实验室，1995年为福建省首期211重点学科《应用光子学》学科实验室，2003年5月26日经福建省科技厅批准成立“光子技术福建省重点实验室”，2005年7月28日经教育部批准立项建设教育部重点实验室。实验室座落于福建师范大学长安山校园内。

30年多来，实验室在生物组织光学、医学光谱与光学成像技术、光诊断及光诊疗技术、信息技术光学及其生物医学应用等四个主要方向上努力开拓，承担并完成了数十项国家与省部重点、重大项目课题，取得一批代表我国本领域研究水平的科研成果，其中十五以来获省部级科技进步一等奖1项，二等奖2项，三等奖2项，其它省级以上奖励12项。在国内外重要刊物发表的论文以及被SCI、EI收录的论文均超过100篇。

实验室目前承担着国家与省级重要课题50余项，科研经费超过2000万元。其中国家自然科学基金项目11项，国家教育部、科技部、卫生部项目9项，福建省科技重大专项1项，其它省级重要项目近30项。

中科院半导体研究所原所长王启明院士任重点实验室学术委员会主任，副主任由黄尚廉院士和谢树森教授担任。另有九位国内外著名的激光、光电子与医学学科交叉的院士、专家或资深教授担任委员，其中海外委员两人。他们规划、指导并检查本学科实验室的建设与发展。

重点实验室主要学术带头人、实验室学术委员会常务副主任谢树森教授是中国光学学会副理事长、福建省光学学会理事长、国家有突出贡献的中青年专家、光学工程专业博导、全国劳动模范，是我国医学光电科学与技术领域的学术带头人与开拓者。实验室主任陈荣教授、副主任李晖教授均为国务院特殊津贴专家，实验室常务副主任陈建新教授来自于北京大学的优秀博士后研究员。重点实验室拥有稳定的可持续开展高水平科研的学术梯队，其中的中青年学术带头人或学术骨干包括1位闽江学者特聘教授、1位福建师范大学特聘教授、3位国务院特殊津贴专家、2位全国优秀教师、2位福建省优秀教师和15位博士。

重点实验室与国内外学术界建立了并保持着广泛的联系。重点实验室已设立面向国内外的开放课题基金。已批准并实施来自浙江大学、厦门大学、上海光机所、西安交通大学、华南师范大学、天津医科大学、上海市激光医学研究中心等单位知名学者的开放课题。

重点实验室已具备良好的科研软硬件环境。现有面积近5000平方米，仪器设备原值2500多万元。重点实验室各项管理制度健全。

“医学光电科学与技术”重点实验室，在我国现代科学技术领域特色鲜明，在我国相关学科处于领头地位，有较大影响。重点实验室建设将有力促进福建省科技创新能力建设，促使福建师范大学迅速向高水平、有特色、开放型的综合性大学迈进。同时，重点实验室的建设与发展将有力促进我国医学光电科学与相关学科的发展，为广大民众的身心健康，为海峡西岸的科技、社会与经济发展做出重大贡献。

四发展趋势和展望

光子学及其技术已广泛应用或渗透到生物科学和医学的诸多方面，被科学界所认同和重视。生物医学光学已经成为国际光学学科重要发展方向之一。生物医学光子学的发展，将为现代医学和生命科学带进崭新的时代。本学科的发展将继续体现了多学科交叉的特点，研究领域涉及到了生物学、医学、和光学，还有化学等不同大学科的方方面面。技术开发与临床应用研究的结合将越来越密切。一般认为，光学领域未来发展的重点是将各种复杂的光学系统和技术更加广泛地应用于保健和医疗。当今世界中,与光子学有关的技术冲击着人类对生命体的认知及人类健康领域。基于现代激光与光电子技术的生物医学光子学技术将为生命科学研究带来具有原始性创新的重要科研成果，并可望形成有重大社会影响和经济效益的产业。

在医学领域，光子学技术正在改变着药物疗法和常规手术的实施手段,并为医疗诊断提供了新方法。在某些领域,如眼科,光学和激光技术已成熟地应用于临床实践。激光还使治疗肾结石和皮肤病的新疗法得以实现,并以无损或微损疗法代替外科手术,如膝关节的修复。现在,用激光技术和光激励的药物相结合可治好某些癌症。以光学诊断技术为基础的流动血细胞测量仪可用于监测爱滋病患者体内的病毒携带量。还有一些光学技术正处于无损医学应用的试验阶段,包括控制糖尿病所进行的无损血糖监测和乳腺癌的早期诊断等。

在基础研究方面，研究重点在于从细胞，甚至是亚细胞尺度层次揭示病变组织与正常组织之间的差异，为新技术开发以及应用提供理论依据。另一方面，研究光与人体组织之间的相互作用以及所产生的光化学、光热和光机械效应。在技术的应用方面，研究重点转向比较各种技术中光源（相干光源/非相干光源、波长、功率密度、偏振性、连续/脉冲光源、脉冲持续时间等）和个体差异（年龄、性别、临床症状、发病史、发病时间等）对诊断或治疗结果的影响，在确定各种技术临床适应症的同时，进一步实用化各种技术。此外，还在不断开发新的实用于不同疾病的诊断、治疗和监测技术。

值得关注的是，国外从事“生物医学光学”领域研究的高校或研究机构中，来自大陆的中国学者的数量越来越多。这有助于使国内外的学术交流更加有效，并可以预期国内与国外在该领域的研究水平差距将不断缩小。

今后若干年内医学光电科技学科需关注的重大科学问题和优先研究领域如下：

（一）医学光子学基础

在组织光学方面，其中最主要的有光在组织体内传播的特殊方式、组织光学性质的描述以及有关实验技术的开发和完善等。组织光学是医学光子技术的理论基础。光在生物组织中的运动学（如光的传播）问题和动力学（如光的探测）问题是研究的主要内容，目的是要研究生物组织的光学性质和确定某靶位单位面积上的光能流率。应优先解决测量技术和实验精度的问题，利用近场光学显微技术、光镊技术测量活体组织的光学参量。在理论建模方面，建立生物组织中光的传输理论和数值模拟方法。具体开展的研究工作应包括：1）光在生物组织中传输理论：要用更复杂的理论来描述生物组织的光学性质以及光在其中的传播行为。建立准确的组织光学模型，使之能反映生物组织空间结构及其尺寸分布情况、组织各个部分的散射与吸收特性以及折射率在一定条件下的变化情况；改造传输方程，使之适应新的条件，并能在某些情况下求出光在生物组织中传输的基本性质。2）光传输的蒙特卡罗模拟：继续开发新的更为有效的算法以适应生物组织的多样性和复杂性的要求。除了了解光在组织中的分布，还在探索从大量数字模拟中得到生物组织中光的宏观分布与其光学性质基本参量之间的经验关系。另外，发展非稳态的光传输的蒙特卡罗模拟方法也是一个重要的研究方向，从中可以获得比稳态条件下更多的信息。

组织光学参数的测量方法和技术方面，尚未获得人体各种组织的可靠实验数据。发展和完善活体的无损检测尤为重要。在这方面，时间分辨率与频率分辨率的测量方法引人注目。

（二）医学光子学光谱诊断技术

医学光子学光谱（非成像）诊断技术实质上是利用从组织体反射、散射、发射出来的光，经过适当的放大、探测以及信号处理，来获取组织内部的病变信息，从而达到诊断疾病的目的。

生物组织的自体荧光与药物荧光光谱技术，内容涉及光敏剂的吸收谱、激发与发射荧光谱以及各种波长激光激发下正常组织与病变组织内源性荧光基团特征光谱等。现在人们所谓的特征荧光峰实际上只是卟啉分子的荧光峰。客观和科学地判断激光荧光光谱对肿瘤的诊断标准是十分必要的。目前，某些癌瘤的药物荧光诊断已进入临床试用，自体荧光的应用尚处于摸索之中。需要开展激光激发生物组织和细胞内物质的机理研究，探讨激光诱发组织自体荧光与癌组织病理类型的相关性以及新型光敏剂的荧光谱、荧光产额和最佳激发波长等方面的研究，以期获得极其稳定、可靠的特征数据，为诊断技术的发展提供科学依据。

近年来，拉曼光谱技术应用于医学中已显示出它在灵敏度、分辨率、无损伤等方面的优势。应开发并完善重要医学物质拉曼光谱数据库，并使基于拉曼光谱分析的小型、高效、适用于体表与体内的医用拉曼光谱仪和诊断仪将在医学临床获得更广泛的应用。

超快时间分辨光谱比稳态光谱在技术上更灵敏、更客观和更具有选择性。因此，将脉宽为ps、fs量级的超短激光脉冲光源用于医学受到广泛重视，其一，应发展超快时间分辨荧光光谱技术，用于测量生物组织及生物分子的荧光衰变时间，分析癌组织分子驰豫动力学性质等，为进一步研究自体荧光法诊断恶性肿瘤提供基础数据；其二，应发展超快时间分辨漫反射（透射）光谱技术。以时域的角度测量组织的漫反射，从而间接确定组织的光学特征。这是一种全新的、适用于活体的、无损和实时的测量方法，为确知光与生物组织的相互作用，解决医学光子学中基础测量问题开辟一条新径。

（三）医学光子学成像诊断技术

发展出具有无辐射损伤、高分辨率、非侵入、实时、安全的光子学成像诊断技术，并具有经济、小型、且能监测活体组织内部处于自然状态化学成分等特点的医疗诊断设备。主要的医学光子学成像诊断技术包括：

超快时间分辨成像技术：以超短脉冲激光作为光源，根据光脉冲在组织内传播时的时间分辨特性，使用门控技术分离出漫反射脉冲中未被散射的所谓早期光，进行成像。正在研究的典型时间门有条纹照相机、克尔门、电子全息等。

散射成像技术：包括光子密度波散射层析成像、组织深度光谱测量以及复合成像等，利用红外光源，光子密度波在生物组织中的穿透深度可达几个毫米，在低散射的人脑组织中甚至可达30mm。

红外热成像：红外热成像是利用红外探测器测量人体和动物的正常与病变组织的温度差异来诊断病变及其位置，现已在医学诊断中得到广泛的应用，如乳腺肿瘤的诊断。

光学相干层析成像技术：一种非侵入式无损成像技术，并且可以与显微镜、手持探针、内窥镜、医用导管、腹腔镜等相结合使用，从而具有广阔的应用领域。而且，OCT能进行众多功能成像，如分光镜OCT、多普勒OCT、偏振OCT：也可以与众多成像技术结合使用，如荧光、双光子、二次谐波成像等技术。

荧光寿命成像：受超短光脉冲激发后，荧光团，包括自体荧光团如NADH、FAD等和外源荧光团，如有机荧光染料、荧光蛋白等，所发出荧光的寿命取决于荧光团的分子种类及其所处的微环境，如pH、离子浓度（如Ca2+、Na+等）、氧压等，因此荧光寿命的测量和成像，有助于提供生物组织的功能信息。和内窥镜结合，可用于胃癌、食道癌等疾病的早期诊断，是一种很有前途的具有高灵敏度、高特异性以及高诊断准确性的早期癌症诊断方法。

光声作用成像：利用超声场在生物组织中的优良传输特性和激光在生物组织中的选择性吸收特性,将超声定位技术和光学高灵敏度检测技术结合,以实现无损伤临床医学的结构和功能层析诊断。预期成像深度远好于目前的光学成像方法,对于较厚生物组织成像及临床应用特别具有吸引力,可为及早发现一些特殊病变提供一种无损、有效、高准确度的方法。

非线性光学成像：双光子激发荧光显微成像、二次谐波等成像技术由于具有三维高空间分辨率，对比度高、对生物组织的损伤小等优点，研究工作重点是扩展成像技术在生物医学领域的应用范围，重点解决研制小型化内窥型诊断设备所面临的相关技术问题。

人体经络的光学表征及其调控功能：已经用不少事实证明了经脉循行路线的现象，也初步显示了人体体表沿十四经脉路线存在的红外辐射轨迹。然而，至今未能用西医的形态学或生理学方法证明它的存在，也不能明晰地阐明“经络”的实质。可以利用已发展的生物医学光子学诸多成像技术为工具，研究这个具有中国特色的中医学中的重大问题。

4.医用激光治疗技术（激光医学）

强激光治疗：是当前激光医学中最成熟和最重要的领域。随着新型医用激光器的不时出现，如：钛激光、铒激光、准分子激光等，强激光治疗技术的临床用途也逐渐增多，提出一些新的问题。关于这些新型激光器及新的工作方式对人体组织的作用特点的认识还相对不足，基本没有适合国人组织特性的治疗参数。为此需加强研究激光与生物组织间的作用关系，特别是在诸多有效疗法中已获得重要应用的激光与生物组织间的作用关系；研究不同激光参数（包括波长、功率密度、能量密度与运转方式等）对不同生物组织、人体器官组织及病变组织的作用关系，取得系统的数据，同时也有必要加强新型激光器及新的工作方式的临床适应证的研究。

低强度激光治疗：非热或低强度激光辐射可作为一种辅助治疗手段，其作用机理尚不清楚。对弱激光治疗机理的认识有待于整个基础医学的提高，如充分认识细胞基因表达与调控、细胞代谢的调控、免疫反应的调控等，同时还需研究不同弱激光剂量对这些调控的影响，这才能提高弱激光治疗的针对性和疗效。针对目前临床上盲目夸大疗效、照射剂量严重混乱的局面，建议重点扶持2-3个弱激光研究中心，集中财力与人力进行弱激光的细胞生物学效应研究；弱激光生物调节作用和细胞生物学现象（基因调控和细胞凋亡）的量效关系、弱激光镇痛的分子生物学机制以及弱激光与细胞免疫（抗菌、抗毒素、抗病毒等）的关系及其机制。寻求弱激光生物刺激效应的可能机制与量效关系；规范临床治疗参数与操作等。

光动力学治疗（PDT）是当前激光医学中最具活力且发展迅速的领域。光动力疗法具备了诊断和治疗肿瘤、心脑血管病等人类重大疾病的潜力。光动力疗法在鲜红斑痣、老年性眼底黄斑病变、某些顽固性皮肤病、类风湿性关节炎等常规手段难以奏效的良性疾病的治疗研究中取得一系列进展，并结合内镜技术的发展等，其应用领域得到很大的延伸和扩展。这些都说明发展光动力疗法具有重要的社会和经济效益。应当重点资助PDT相关产品的国产化，扶持新一代国产光敏剂的开发及相应激光器的产业化，资助新一代光敏剂光动力学治疗的机理研究。作用机理、光动力疗法各要素对光动力学效应的影响、建立数学模型、新型光敏剂光动力学效应的研究，为开拓光动力疗法新的应用领域取得系统的数据。

激光美容与光子嫩肤术：利用激光或强脉冲光照射皮肤后的选择性光热解效应，即靶组织（病灶）和正常组织对光的吸收率的差别，使激光在损伤靶组织的同时避免正常组织的损伤这一原则，达到去皱、去文身、脱毛和治疗各种皮肤病或达到美容的效果。

五结论

医学光子学及其技术的学科发展，对生命科学有重要且积极的意义。在医学领域，将为解决长期困扰人类的疑难顽疾如心血管疾病和癌症的早期诊治提供可能性，从而提高人类的生存价值和意义，其中的重大突破将起到类似X射线和CT技术在人类文明进步史上的重要推动作用，在知识经济崛起的时代还可能产生和带动一批高新技术产业。

参考文献

〔1〕MichaelI.Kulick.LasersinAestheticSurgery.NewYork:Spring-Verlag,1998.（中译本：激光美容外科，叶青等译，福建科技出版社2003.）.

〔2〕美国国家研究理事会编，上海应用物理研究中心译.驾驭光：21世纪光科学与工程学,上海：上海科学技术文献出版社，2001.78-114.

〔3〕谢树森，雷仕湛.光子技术.北京：科学出版社,2004.266.

〔4〕国家自然科学基金委.光子学与光子技术：国家自然科学基金优先资助领域战略研究报告.北京:高教出版社/海德堡，施普林格出版社,1999.96-114.

〔5〕Raloff,Janet,Opticalbiopsyhuntswould-becancers,Sciencenews,2001,159(14):214.

〔6〕KathyKincade,Medicalwatch:Opticalbiopsydevicenearscommercialreality,Laserfocusworld,2000.

〔7〕BrittonChance,MingzhenChenandGilwonYoon,Editors,OpticsinHealthCareandBiomedicalOptics:DiagnosisandTreatment,Proc.SPIE,2002.

〔8〕R.R.Alfano,Advancesinopticalbiopsyandopticalmammography,PublishedbytheNewYorkAcademyofSciences,1998.

〔9〕R.R.Anderson,J.A.Parrish,Science,1983,220:524-527.

〔10〕谢树森，龚玮，李晖，光电子激光，2004，15（10）：1260-1262.

〔11〕R.Christian,G.Barbel,etal,LasersSrugMed,2003;,32:78-87.

〔12〕范滇元中国激光技术发展回顾与展望《2000高技术发展报告》2000.

〔13〕世界激光医学发展简史2004.

〔14〕李兰我国激光医学现状发展战略――问题与对策《科技日报》2002.07.

〔15〕WeiGong,ShusenXie,HuiLi.Photorejuvenation:stillnotafullyestablishedclinicaltoolforcosmetictreatment.ICO20:BiomedicalOptics,Proc.ofSPIEVol.6026,602604,(2006).

〔16〕HongqinYan,ShusenXie,HuiLietal.Opticalimagingmethod.

课题组成员：

1.谢树森：教授、博士导师，中国光学学会副理事长，福建省光学学会理事长

2.李晖：福建师范大学医学光电科学与技术教育部重点实验室

3.陈荣：福建师范大学医学光电科学与技术教育部重点实验室