华南师范大学华南先进光电子研究院，广东 广州 510006
拉曼技术具有非侵入、分子指纹、不受水干扰、制样简单、光谱分辨率高等优点，在很多领域都是一种广受欢迎的研究工具。尤其在生物医学领域，拉曼技术不仅可以本征地捕捉正常生理或病理所携带的不同化学信息，而且该技术适用于检测各种常见的生物和临床样品（包括细胞、组织、体液和微生物等），目前很多课题组的研究结果都表明拉曼技术在生物医学领域具有巨大的应用前景。本文首先介绍自发拉曼散射和表面增强拉曼散射的基本工作机理，接着介绍分析处理拉曼数据（光谱和图像）的步骤和算法，然后简单总结了近年来非相干拉曼显微技术在生物医学上的研究成果，最后指出拉曼技术目前面临的挑战并展望了其未来可能的发展方向。
自发拉曼 表面增强拉曼 数据分析 生物医学应用 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618009
1 1.天津大学 医学工程与转化医学研究院, 天津 300072
2 2.天津大学 理学院, 天津 300350
天然酶对维持生物体生命活动的正常运行具有重要意义, 但天然酶固有的缺点诸如不稳定、反应条件苛刻和提纯成本高等限制了其广泛应用。与天然酶相比, 具有高稳定性、低成本、便于结构调控与改性等优点的纳米酶吸引了科学家们的关注。纳米酶的类天然酶活性和选择性使其在生物医学、环境治理、工业生产等领域得到广泛应用。铜作为人体内必需元素和天然酶活性中心金属之一, 铜基纳米酶受到了人们广泛的关注和研究。本综述重点介绍了铜基纳米酶的分类, 包括铜纳米酶、氧化铜纳米酶、碲化铜纳米酶、铜单原子纳米酶和铜基金属有机框架材料纳米酶等, 并阐述了铜基纳米酶的酶学特性和催化机理, 总结了铜基纳米酶在生物传感、伤口愈合、急性肾损伤和肿瘤治疗等方面的应用, 最后对铜基纳米酶面临的挑战和未来的发展方向进行了总结和展望。
Cu 纳米酶 类酶活性 生物医学应用 综述 Cu nanozyme enzyme-like activity biomedical application review
1 江苏省生物材料与器件重点实验室, 东南大学生物科学与医学工程学院, 南京 210096
2 南京大学医学院附属鼓楼医院, 南京 210008
3 江苏省柔性电子重点实验室, 江苏省先进材料协同创新中心, 南京工业大学先进材料研究院, 南京 211816
以低维铁基材料为典型代表的磁性纳米材料, 在医学健康领域具有重要且广阔的应用前景, 近年来引起了国内外研究者的广泛关注和大量研究。综述了近几年在高性能铁基纳米颗粒合成、相关形成机制研究以及生物医学应用等方面取得的进展。此外, 也探讨了一系列典型二维铁基纳米材料及其复合结构的可控合成、界面性质调控以及其在生物医学领域的应用前景。
低维 铁基 合成 形成机制 生物医学应用 low dimensional iron-based synthesis formation mechanism biomedical applications
1 1.上海大学 环境与化学工程学院, 上海 200444
2 2.上海大学 生命科学学院, 上海 200444
3 3.上海大学 医学院, 上海 200444
临床医学和生物材料的蓬勃发展, 促进了多种疾病的诊断成像、有效治疗和精准诊疗。材料与医学交叉学科(简称“材料医学”)的发展旨在克服传统临床医学面临的主要障碍和挑战, 如系统性毒性、生物利用度差、靶向部位特异性低、诊断/治疗效果不理想等。本文系统地阐述了近年来各种医学材料在疾病诊断、治疗和诊疗方面的应用进展, 特别是纳米医学材料的研究进展。首先, 重点讨论癌症治疗领域的生物医学成像(如光学成像、磁共振成像、超声成像、计算机断层成像等)和治疗策略(如光热治疗、动力学治疗、免疫治疗、协同治疗等)。此外, 我们还重点介绍了医学材料对骨组织工程、呼吸系统、中枢神经系统等疾病的诊断和治疗的最新进展, 并重点阐述了用于生物传感和抗微生物等其他代表性生物医学领域的医学材料。最后, 我们讨论了这些独特的医学材料在实际临床转化和应用中所面临的挑战和未来的机遇, 以促进其早日实现临床转化, 推动医学进步和造福患者。
材料医学 医学材料 生物材料 生物医学应用 综述 materdicine medmaterial biomaterial biomedical application review
1 广东工业大学精密电子制造技术与装备国家重点实验室，广东 广州 510006
2 江西科技师范大学江西省光电子与通信重点实验室，江西 南昌 330038
3 广州多浦乐电子科技股份有限公司，广东 广州 510530
光声显微镜结合了光学成像的高分辨率和声学成像的组织穿透深度，在生物医学领域有着广泛的应用。随着技术的发展，其小型化系统有着新的发展机遇。然而，传统光声显微镜的光路受超声换能器的不透明影响，声-光共聚焦扫描需要复杂的模块，不利于光声系统的小型化发展。提出了基于透明超声换能器的光声显微镜，自主制作了7 MHz透明超声换能器，实现了小型化、低成本、大视场的同轴共焦成像模式。实验结果表明：基于透明超声换能器的光声显微镜，横向分辨率为18.0 μm，信噪比高达38 dB，成像范围可达16 mm×16 mm。对小鼠鼠耳皮下血管的成像实验验证了系统具有成像生物组织网络的能力。
医用光学 超声换能器 光声显微镜 生物医学应用 小型化 大视场
桂林电子科技大学 广西精密导航技术与应用重点实验室， 广西 桂林 541004
传统VGA线性度较低，不适用于生物医学应用。文章分析了基于可编程跨导器的传统结构，得出环路增益和失真的关系，并基于此采用增益提升技术提高环路增益，设计了一种新型的基于可编程跨导器的VGA，提高了VGA的线性度。仿真结果表明，在12 V电源电压下，电路消耗电流为10 μA，在0~30 mV的输入信号幅度范围内，VGA的总谐波失真不高于05%，IM3减小14 dB，IIP3为1857 dBm，在01 Hz~100 kHz范围内，等效输入噪声为616 nV。
生物医学应用 高线性度 可变增益放大器 增益提升技术 biomedical application high linearity variable gain amplifier gain boost
1 深圳大学 材料学院, AIE研究中心, 广东 深圳518060
2 香港科技大学 化学系, 国家人体组织功能重建工程技术研究中心香港分中心, 中国 香港999077
光学诊疗是一种利用光激活的激发态能量转化效应实现疾病诊断和同时原位治疗的新型诊疗模式, 它具有时空选择性高、毒副作用低、疗效好和可控性强等优点, 在疾病诊疗中展现了巨大的应用潜力。近些年, 得益于其生物安全性好、光物理性质可调、易于合成和功能化修饰、出色的荧光和光敏性能、以及可便于构筑多模态诊疗试剂等优势, 聚集诱导发光材料在光学诊疗领域取得了重大突破进展。基于此, 本文从如何通过精准分子设计以及调控分子在聚集态下的运动构筑高效的聚集诱导发光光诊疗体系出发, 从荧光成像指导的光动力治疗、光声成像指导的光热治疗和多模态成像指导的协同治疗三个方面总结了聚集诱导发光材料在光学诊疗领域的最新研究进展, 并对其未来的发展方向与前景进行了展望。
聚集诱导发光 光学诊疗 聚集增强诊疗 生物医学应用 aggregation-induced emission phototheranostics aggregation-enhanced theranostics biomedical applications
华南师范大学生物光子学研究院激光生命科学研究所、暨激光生命科学教育部重点实验室, 广东 广州 510631
报道了一种非接触、宽频带、联合微型激光器和低相干迈克尔逊干涉仪的全光学光声显微镜(BD-AO-PAM)、光学相干层析系统(OCT)的硬件用于光声信号的检测。目前全光学光声显微镜可检测到的带宽为67 MHz, 用碳纤维测得系统的横向分辨率可以达到10.8 μm。进一步的, 利用包埋头发丝的模拟样品和在体小鼠耳朵血管来验证系统的成像能力。实验结果表明, 这种全光学光声显微镜可以在体的实现组织高分辨率的成像, 有望成为一种便携式非接触的光声显微镜应用于生物医学当中。
非接触 全光学光声显微镜 生物医学应用 non-contact all-optical photoacoustic microscopy biomedical applications
