学校主页
首页 > 媒体华理

【上海教育新闻网】分子、细胞的检测与健康医学

  稿件来源: 上海教育新闻网  |   作者:金寒草  |  摄影:上海教育新闻网  |  编辑:媒体华理组  |  访问量:3270

编者按:

“学通四海、术育英才。” 201854日,华东理工大学“通海讲堂”在奉贤校区图文信息中心通海厅正式启动。作为学校倾心打造的高端学术讲座平台,“通海讲堂”将邀请两院院士、长江学者、国家“杰青”获得者及知名教授等学术大咖,面向本科生讲述前沿性学术问题,进一步提升华理校园学术文化的“高度”和“宽度”,助力一流人才培养。为了让更多的读者感受大咖的魅力、汲取知识的力量,即日起,本网将推出“通海讲堂”系列文章,第一时间传递讲堂信息,分享讲座内容。

【华东理工大学“通海讲堂”第二十二讲】

1228日下午,华东理工大学理学院窦晓鸣教授应邀走进第22期通海讲堂,在奉贤校区通海厅为学子们带来精彩讲座“分子、细胞的检测与健康医学”。讲座中,窦晓鸣教授主要介绍了在分子水平开展研究的意义,利用光的现象和光学进行分子检测有什么独到的特点,如何从看似寻常的光现象发展出分子检测的新方法、新理论,及其在细胞与医学领域的应用。

分子、细胞的检测与健康医学

 

窦晓鸣,理学博士,华东理工大学特聘教授、理学院光子学与生物医学研究中心主任,曾获“长江学者”(1999年)等奖励计划的资助。兼任上海交通大学理学院特聘教授、大阪大学工学部特任教授。

主要从事光子探测、分子与细胞的检测和诊断。在物理学、分析化学和生物医学等领域,以第一作者发表学术论文约60多篇,公开与注册国际发明专利约180多项,国内专利约70多项,与国外著名学者共同编著与出版学术书籍4册。在国内培养博士研究生约40多名,指导博士后工作约17名。

在分子水平开展生物与医学研究

传统的生物学观测和医学诊断,很大部分依赖于宏观或显微水平的形态、结构与过程的观察。基于“分子是保留物质属性的最小单位”这一概念,从传统生物学和医学中发展出分子生物学和分子医学的分支,可算是人们“透过现象看本质”这一动机的天然结果。而遗传学更是从发展伊始就与遗传分子相联系。从分子水平获取信息,甚而主动地对分子进行操控与修改,也是医疗“精准化”“个性化”的实现途径。

为了在分子水平“抓住”分子,获取分子的信息,对探测分析技术提出了新的要求。光学在其中发挥着自身的作用。

古老而有活力的光学研究

光学是物理学中一个重要的分支。人类从外部环境获取的信息大部分都以光的形式得到,很自然的,与光有关的现象也很早就被人注意。两千多年前,《墨经》记载的“小孔成像”属于几何光学范畴。人们在雨后天晴时看到的彩虹,以及牛顿用三棱镜“无中生有”般从白色太阳光中变出了色彩,是波动光学的一个侧面。爱因斯坦为了解释光电效应而提出的“光量子”概念,则成了量子物理的开端之一。光在不同的研究和应用领域,依据不同的需要以不同的形式表现,在几何光学中被看作“光线”,在波动光学中成为电磁场的传播,在量子光学中是“粒子”。这样从不同的角度和层面对光的现象进行解读,使光学渗透到各个学科领域中,也使光在相关学术研究和应用研究中成为灵活多变的角色。

当光与物质分子相遇时,同样呈现出“丰富多彩”的表现。光在物质界面反射,通过物质透射,留在物质中的部分被吸收,从物质散射(依据物质大小以及能量交换的不同过程又有不同的分类和散射现象),也会从物质发射(同样有不同的发射机制与现象)。吸收多少,吸收了哪一波段的能量,散射的强弱,散射光的色彩(光谱)是否发生变化,什么条件下会发射,发射出怎样的光,这些都和光与分子的相互作用密切相关,就仿佛光照射到物质分子上,就“带有”了物质分子的信息。光有多方位的特性,能够提取的物质分子的信息也是多方位的。并且是以宏观的操控和检测技术获得微观(分子)水平的信息。更进一步的,除了波长的维度,将光学现象沿着时间轴展开,形成对光与分子相互作用的动力学研究。将光强度推向极端情况,开拓出非线性光学的领域。这个过程充满了挑战,也促成了新技术的发展。

而在生物和医学领域,除了从分子水平提取信息的能力,以光作为工具往往还与“非接触”(无机械接触)、“无损”(无机械损伤)和“无创”的概念相联系。通过光获取信息的“即时性”,结合计算机科学得到的快速分析能力,乃至“实时”观测能力,这都使得光在生物医学领域有独特的价值。

向前多走一步的研究

光的现象在不同的历史阶段,随着人们认识的变化发展,从不同的角度和层面,将看似早已发现和研究的现象又作出更新和递进。有时候,这样向前多走一步,可能开拓出一个新的课题乃至研究方向。举几个例子。

CT,即电子计算机断层扫描,在临床上多指X射线CT(虽然算法原理上并无此限制),是现代医学影像学应用的重要诊断设备。但是,X-CT所采用的X线光子能量较高,可能引起人体大分子的损伤,故在照射剂量、检测频次、适用人群等方面都需严格控制。于是,有研究人员提出是否可用光子能量较小的长波光线代替,例如红外线(IR),发展IR-CT。使用红外线,不仅减少或消除光子能量带来的损伤,而且红外波段与分子的振转光谱有着密切联系。不仅可如同传统CT那样从总吸收的空间分布进行影像学诊断,还可能扩展波长的维度,发展出类似高光谱成像的新型检测诊断方法。这个设想受限于目前在红外光源和红外检测器方面的技术水平,尚未能得到实现。但若有所突破,则挑战将会成为机遇,或可为CT技术带来革命性的影响。

太阳光照射到人们身上,会感受到温暖,却无人会感到压力。但如果把收到光照的对象推向到更极端的情况,会发生什么?向大尺寸推进,产生了利用光压动力的太阳帆船计划。向小尺度推进,产生了光镊技术。利用聚焦激光束操控、引导纳米、微米级的粒子。特别是对处于这一尺度范围的生物细胞、细胞器、生物大分子的操控与测量,为生命科学的研究提供了一个全新的手段。光镊技术也在今年(2018年)获得了诺贝尔物理学奖。

全反射是中学物理中即涉及的光学现象,那么在“镜面的背后”有什么?对这个问题向前一步的探索,引导出一整个基于光学近场的理论体系与检测技术。界面处由倏逝波构成光学近场,若把分子放置到这个场中会发生什么?若近场中不是单个界面,而是多层介质、多个界面,发生什么?基于不同分子在近场中的影响,发展传感技术。在界面上吸附抗体,结合抗体抗原反应发展新的免疫学检测技术。结合光纤,结合显微镜与二维扫描,发展近场显微成像技术。

金寒草 整理报道



  原文来源: 上海教育新闻网  |  发表时间:2019-01-08  |  作者:金寒草
  原文链接: http://www.shedunews.com/tonghaijiangtang_22.html

发布日期:2019年01月09日14时30分
1 2 3 4