激光技术在生物医学中的应用

纳米生物技术在医学中的应用

作者：天天论文网 日期：2015-12-30 10:09:07 点击：1

摘 要： 近年来纳米材料和纳米生物技术在临床治疗及临床诊断方面的应用越来越广泛，纳米药物、纳米医用材料、纳米芯片技术、体外诊断试剂逐渐开发并取得了重要进展。主要从纳米医疗和纳米诊断这两方面对纳米材料和纳米生物技术的现状及其发展前景进行了阐述。

关键词： 纳米生物技术；纳米医疗；纳米药物；纳米诊断

纳米技术是20 世纪80 年代发展起来的一门覆盖面极广、多学科交叉的高新技术。当物质到达纳米尺寸后，其性能就会发生突变，出现特殊性能，如小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等。近些年，与生物相关的纳米生物技术发展极为迅速，成为国际生物技术领域的前沿和热点，在医药卫生领域有着广泛的应用和明确的产业化前景，特别是纳米药物载体，纳米医用材料、纳米生物传感器和成像技术以及微型智能化医疗器械等［1］，将导致诊断和治疗手段的新发展［2］。本文对纳米医疗技术及纳米诊断技术两方面的最新进展进行了总结，对纳米生物技术未来的发展前景做出了展望。

1 纳米医疗纳米技术的研究重点之一就是开发安全有效的药物/ 基因传递载体，研究合理的输送和靶向给药［2］。

目前国际上纳米生物技术在临床上的研究范围涉及纳米药物包括纳米给药系统［3］、纳米生物材料［4］、纳米生物相容性器官等领域。

1.1 纳米药物纳米药物通常是指以合成/ 天然材料为载体，将药物通过各种物理或者化学方法引入的体系，也可以是直接将原料药物加工制成的纳米药物晶体。前者又称为纳米给药体系，是本文关注的重点。根据结构和组成不同，纳米药物可以分为纳米粒、纳米球、纳米囊、纳米脂质体和聚合物胶束等。不同于大部分常规药物，纳米药物的生物活性与载体的化学结构和物理性能密切相关。 一方面，可以通过研发各种化学和工艺方法提高载体的性能以提高纳米药物的疗效；另一方面，利用这一特性，结合纳米尺寸固有表面效应和小尺寸效应，赋予纳米药物许多常规药物不具备的优点。

激光在生物医学领域的应用

激光由于其良好的一致性，单色性、准直性等特点，自从其出现以来就一直对生物医学的发展起着十分重要的作用。在医学领域，激光技术已经渗透到基础和临床的许多学科和专业之中，并对医学的发展起着重大的促进作用。特别是近年来，激光医学在国内外取得了长足的发展，利用激光对生物组织的作用机制在医学上的应用十分广泛，如：光凝固（Photocoagulation）、光消融（Photoablation）、生物刺激（Biostimulation）、激光碎石（Laser lithotripy）、诊疗肿瘤（Destroying

tumor）等。

◆激光在心血管中的应用

激光在心血管中的应用主要体现在两个方面，即血管的选择性破坏和血管重建术。激光用于血管的选择性破坏在理论和应用方面已经取得一些突破性进展，美国激光于血管曲张治疗中心研究得知940nm的激光具有较深的穿透性，以及对血红素较好的吸收特性，对水的最佳吸收特性以及对黑色素最小的吸收。利用该波长的激光器对血管曲张的治疗达到了很好的疗效。激光心肌血管重建术是目前替代常规方法治疗心脏病的一种有效手段，它利用激光于心肌组织作用产生的热效应，用高强度激光束在缺血的心区域内打数个微孔，通过这些微孔把心腔中的血液引向缺血的心肌区域，改善心肌血液微循环以达到治疗的目的。

◆激光在肿瘤中的应用 激光刻章机 激光雕刻机

利用激光的光动力学法来治疗肿瘤是世界各国科学家研究的一个热门课题，在英国已经获得初步的成功。它是将病人先注入某种光敏药物，它与癌细胞亲合力强，而与正常细胞亲合力弱，当激光一遇到药物，即被吸收引起药物光化学反应，生出单质氧，是肿瘤组织内的细胞产生强烈的氧化反应，使生物分子链发生断裂，切断肿瘤供血并将其分裂成碎片气化。此方法可以大大减少正常细胞遭破坏的危险。

◆激光在眼科中的应用

激光手术是理想的治疗近视的高科技手段，其集计算机、激光、生物医学工程技术于一体，利用准分子激光束能量高，穿透性极弱，切削准确，重复性好的特点，准确地切削角膜前层组织，降低屈光度以达到矫正近视的目的，该手术对周围组织及深层眼内结构无影响，具有切削整齐光洁、精确性高、预测性强、稳定性好、合并症极少等特点，患者手术中无痛苦，不需住院，不影响正常的工作、生活，是治疗近视理想的手术方法。全世界已经有几百万近视患者通过手术摘掉了眼镜。

激光在医学中的应用

骆旺达

(北京工业大学应用数理学院612班15061230)

摘要:

目的：了解激光的基本特性及激光仪器在医学中的作用。

方法：通过分析激光4个基本特性，对其在医学中的应用进行分类总结。

内容：进行传统医学与激光医学的对比，探讨激光在医学上的应用。

结果：通过对比分析，了解激光为何能在医学中发展。

结论：激光已被广泛应用于基础医学研究 及医疗诊断、治疗。

关键词 ：

激光；激光医学仪器应用；激光特性；激光针灸

引言

激光（laser）是受激辐射光放大的简称。1964年经钱学森教授建议而得此名，它是20世纪最重大的科技成就之一。激光医学是激光技术与医学相结合的一们新兴的边缘学科。上世纪60年代，激光问世不久，就与医学结合起来。激光技术从临床诊断、治疗到基础医学研究被广泛应用。目前激光医学已基本上发展成为一门体系完整、相对独立的学科。在医学科学中起着越来越重要的作用.

激光有4个特性：

1）方向性好。普通光源表面所辐射出来的每列光，是向四面八方发散的；而激光束的发散角是很小的，与普通光束相比差10倍～10000倍，是理想的平行光束。利用激光方向性好的特点，经聚焦后可获得不同尺寸的光斑，分别用做普通手术刀和微手术刀；还可以进一步压缩光斑到1um，直接对DNA等生物大分子进行切割或对接。

2）高亮度，强度大。激光的方向性好，其能量可以在时间及空间上高度集中起来，使激光的亮度达到普通光的1×1012倍1×1019倍，强度可达1×1017W/cm2,在医学上用其独特的优点，可以对肿瘤及其他病变组织进行照射治疗，可使病变组织立即汽化而消失或做组织的切割及组织焊接。

3）单色性好。一般的激光器只发射单一波长的激光，是世界上最好的单色光源，给医学研究和临床诊断增加了新的手段。

4）相干性好。激光器发出的激光，具有相对固定的位相差，使得激光的相干性非常好。激光全息技术已广泛地应用在牙科、眼科和肿瘤科，来观察和分析细胞及其生物组织的形态。

科技文献检索与应用

——激光技术在生物医学上的应用

激光自从问世以来,已被广泛应用于生活中，尤其是在生物医学上面。它也给我们人类带来了更大的方面和利益，使更多的不可能成为了可能。

下面我将从我搜索到的五篇科技文献中举例说明激光在医学上的重大作用。

第一， 激光热疗。

以激光进行高温治疗的激光热疗法，已成为肿瘤热疗的一种新的有效手段。用于热疗的激光主要使用可见光及近红外激光，但由于该波段激光对组织的穿透有限，因此，激光热疗法具有一定的局限性。研究报道，利用光吸收染料能够选择性地增强肿瘤部位的热损伤，提高肿瘤治疗效果。最新研究表明，一种新颖的纳米材料——碳纳米管，在近红外区域对激光能量具有强烈吸收效应，并将光能量迅速转化为热能，产生的热效应导致了细胞的立刻崩溃 。由于生物组织在近红外区的光吸收很弱，因此这种新颖的纳米材料因其独特的近红外光吸收性和光稳定性，能有效地代替光吸收染料在激光热疗中的应用。

在研究单壁碳纳米管增强近红外区激光热疗效果的实验中，我们可以发现，单壁碳纳米管明显增强980 nm 激光的杀伤效应，并且此杀伤效应具有光剂量和单壁碳纳米管剂量依赖性。

激光治疗组虽能抑制肿瘤生长，但激光穿透能力有限，不能有效地损伤深层肿瘤组织，所以易复发。而激光 + 单壁碳纳米管治疗组相对于激光治疗组，能更加有效地损伤肿瘤及深层肿瘤组织、抑制肿瘤生长。碳纳米管的应用显著地增强了激光热疗的效果。【1】

第二， 激光诱导击穿光谱。

激光诱导击穿光谱在生物医学这一领域中正逐步吸引越来越多的科学家的兴趣，具有重要的应用价值和发展前景。

基于激光与固体、液体、气体和气溶胶相互作用的介电击穿产生的等离子体发射称为激光诱导击穿光谱 (laser induced breakdown spectroscopy,LIBS)技术。国内对 LIBS的研究还较少，特别是在生物医学方面的应用，国内还没有研究，因此，具有较大的研究空间和研究价值。