光子产生于宇宙大爆炸之初，地球上的一切生物都依赖于光，人类对光进行科学研究可追溯到17世纪初望远镜和显微镜的发明。

1888年，德国物理学家赫兹证明了光是一种电磁波；1905年，德国物理学家爱因斯坦提出光量子假说解释光电效应。人类因此认识到光的波粒二象性，光学分为量子理论和波动理论两个分支。而1960年美国研制成功第一台红宝石激光器，让人类掌握了研究光子的工具，光子学应运而生。

光子学的研究对象为光子的产生、传输、控制、探测和与物质的相互作用，包括光物理与超快现象、光量子通讯、激光技术与器件、光电功能材料与器件、生物光子学、太赫兹技术等许多分支学科。

生物医学光子学是光子学茂密枝干上的重要分支，是利用光子学方法和技术解决在医学、生物以及生物技术领域问题的基础应用科学，其发展可分为几个时期：

• 早期科学家利用光学显微镜进行生物学研究，1674年，荷兰科学家安东尼·列文虎克利用显微镜首次观察到了细胞结构；

  
  

• 19世纪30年代，德国植物学家施莱登和动物学家西奥多·施旺通过显微镜观察创立了细胞学说；

  
  

• 19世纪70年代，法国化学家路易斯·巴斯德和德国医学家罗伯特·科赫通过显微镜观察创立了疾病的微生物理论。

20世纪三大科学技术中，量子理论、信息技术、基因科学均涉及光子学与生命科学，后二者交叉融合，形成了崭新的前沿学科——生物医学光子学。

1903年，芬森医生因其利用光疗治疗皮肤病的突出贡献而获得了诺贝尔生理和医学奖；1932年，玻尔在国际光线疗法会议上发表了著名的《光与生命》的讲演，开启了人类探索光与生物相互作用的历史；1953年塞尔尼克教授因为发明了相衬显微镜及其在活细胞成像中的重要应用而被授予诺贝尔物理奖；美国生物学博士Britton Chance首次利用光学方法阐释生物化学的作用机制，被誉为生物医学光子学的开拓者。

研究领域

生物医学光子学所研究的光子并不局限于紫外、可见光和红外的频谱范围，它还包括从伽玛射线、X射线、微波及无线电波等，核磁共振(MRI)和正电子发射(PET)等形式的辐射能量。

生物医学光子学在生物学领域，主要研究生物组织结构与功能、生物分子水平的机理、监测分子结构与功能，涉及分子光子学（分子影像）、生物超微弱发光、光镊与微操作、超分辨成像、分子诊断（含生物芯片、基因测序、PCR等）。这些研究取得了一系列重要成果：2008年，钱永健、下村脩、查尔菲等人因为绿色荧光蛋白及其在分子标记和分子成像方面的应用获得诺贝尔化学奖；2014年白齐格、赫尔、莫尔纳等人凭借在超分辨显微镜及其在生物学方面的应用获得诺贝尔化学奖。

2008年诺贝尔化学奖：钱永健、下村脩、查尔菲等人因为绿色荧光蛋白及其在分子标记和分子成像方面的应用

2014年诺贝尔化学奖：白齐格、赫尔、莫尔纳等人在超分辨显微镜及其在生物学方面的应用

生物医学光子学在医学领域，主要研究实现宏观和微观下的疾病探测、诊断和治疗、涉及活体诊断与成像（医学光谱诊断、OCT、散斑、DOT、光声、双光子、内窥镜、X光，CT、PET等）、光治疗与保健（光动力、光热、强激光、弱激光治疗、光子嫩肤与美容、射线刀等）。

1901年第一个诺贝尔物理奖授予了发现X射线的德国著名物理学家伦琴。基于X射线的CT已成为普遍采用的人体分子影像设备。1903年Niels Finsen因发明紫外线辐射治疗皮肤结核病而获得诺贝尔医学奖，开创了现代光学治疗方法。

成果转化与市场前景

生物医学光子学的科研成果具有原始性创新，相关产业可以在短时间内形成巨大的市场。

以光学相干断层成像为例，1991年首次实现OCT对离体视网膜成像，1995年第一款眼科商用OCT诞生，2000年其已成为眼科诊断“金标准”之一；1998年Illumina公司成立采用荧光标记的方法进行基因测序，将全基因组测序成本降到1000美元左右，现市值超过百亿美元；301医院顾瑛院士将光动力疗法应用到鲜红斑痣的治疗中；上海皮肤病医院王秀丽教授利用光动力疗法治疗尖锐湿疣等，在短短几年间已得到广泛应用；华中科技大学骆清铭教授显微光学切片断层成像(MOST)方法已经被美国脑科学计划采用为重要的研究手段。

总体来说，生物医学光子学起步虽晚，更多融合创新性技术将不断出现，其应用前景广阔，能够产生巨大的社会效益和经济效益。

国内发展

国外非常重视生物医学光子学的发展和教育。早在1996年，德国Springer出版社就出版了由Markolf H. Niemz教授编著的《Laser-Tissue Interactions Fundamentals and Applications》的第一版专著。

1999年西安交通大学出版社出版了该书的中文翻译版（《激光与生物组织的相互作用——原理及应用》张镇西等译、蒋大宗校）。这部教材成为国内该领域研究的首部教科书和经典之作。

国内首部翻译出版的生物医学光子学教科书

我国也早在2000年11月在北京举行的第152次香山科学会议“生物医学光子学与医学成像若干前沿问题”上，确定生物医学光子学为国家重点发展和资助的研究方向。2003年第217次香山科学会议“生物分子光子学”专题讨论了基因组时代光子学技术的重要地位和作用。

国内科研高校的多个生物医学光子学科研团队，正在进行该领域的研究，已经取得了一些非常好的成果，一些成果目前正在向应用转化，如下图所示。

国内著名科研团队

生物医学光子学已经成为国际光学学科的重要发展方向之一，随着现代激光与光电子技术的不断发展以及全社会医疗保健需求的不断增长，生物医学光子学将获得新的高速发展。

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