光学方法在生命科学和医学中研究进展 DAAD DAAD 会议时间： 会议地点： 主办方： 联系方式： 2012年DAAD西安留德校友研讨会 2012年11月8日 8:30 – 17:30 会议地点： 西安交通大学南洋大酒店第二会议厅 主办方： 西安留德DAAD校友研讨会筹备组 联系方式： 电话：029-82663286 email：zxzhang@mail.xjtu.edu.cn URL: http://unit.xjtu.edu.cn/bmphoto/index.php 光学方法在生命科学和医学中研究进展 Symposium on advances of biomedical optics in the field of medicine and life science DAAD DAAD von Alumni für Alumni

DAAD DAAD BMP课题组照片 DAAD “校友为校友”项目 von Alumni für Alumni BMP课题组照片 DAAD “校友为校友”项目 DAAD北京办事处在2010与2011年通过“校友 为校友”(von Alumni für Alumni)项目协助多位校 友成功举办了自己的专题活动并收获到了很好 的效果。这些活动促进了同行业和同领域的留 德校友之间的交流，DAAD留德校友专业网络 得以进一步的扩大。 本次西安留德校友研讨会以“光学方法在生命 科学和医学中的研究进展”为主题，活动经 DAAD北京办事处批准，列入2012年在中国举 行的“校友为校友”的活动之一。该研讨会将 围绕医学光学领域的研究热点进行讨论，包括： 心脏光学标测技术、光声成像技术、激光光镊 和光刀技术、纳米金颗粒及磁纳米材料、小动 物荧光分子成像、激光光穿孔技术等相关领域。 研讨会将邀请DAAD留德校友报告这些技术手 段在医学和生命科学方面的应用拓展及着重讨 论不同技术层面可能存在的交叉与合作。 DAAD von Alumni für Alumni

Near-infrared Spectroscopy and its Applications DAAD von Alumni für Alumni 电磁场通过钙离子影响成骨细胞增殖的报告* Synergistic effects of fluid shear stress and pulsed electromagnetic field on osteoblasts 张建保 (西安交通大学生命科学与技术学院，710049, 西安) 摘 要: 在体成骨细胞会直接受到流体剪切力和由于流动电位所形成的 电磁场脉冲的影响。我们相信将这两种方法结合会产生更好的骨 科疾病的治疗效果。我们研究了流体剪切力和电磁场脉冲对于 MC3T3-E1成骨细胞的影响。结果表明流体剪切力能够显著增强成 骨细胞的增殖量以及Runx2和IGF-1的mRNA表达，而电磁场脉冲 对于细胞增殖以及Runx2和IGF-1的 mRNA表达增强效果并不明显。 当将流体剪切力和电磁场脉冲相结合，成骨细胞增殖以及Runx2和 IGF-1的mRNA表达量相比只有流体剪切力刺激要显著的多。这表 明将这两种技术相结合能够促进成骨细胞的增殖和分化，它们彼 此之间具有相互促进的效应，但这种效应并不是叠加影响的。 关键词: 成骨细胞；流体剪切力；电磁场脉冲 * 受国家自然科学基金项目(10972177、31170893)资助 DAAD校友简介 张建保，西安交通大学生命科学与技术学院教授、副 院长，1997年获得西安交通大学工程力学博士学位，历任 第四军医大学讲师、副教授、西安交通大学教授。2001年 6月至2002年7月在德国科隆大学神经生理学研究所从事博 士后研究， 2010年至2011年在美国北德州大学进行访问学 者研究。已主持国家自然科学基金5项、省部级课题2项； 主编及参编学术专著4本，发表科研论文80余篇（SCI收录 20余篇），目前担任中国生物医学工程学会等多个学术会 议委员。 现工作单位：西安交通大学生命科学与技术学院 联系方式：zhangjb@mail.xjtu.edu.cn 电话： 029-82665942 近红外光谱技术及其应用前景 Near-infrared Spectroscopy and its Applications 闫相国 (西安交通大学生物医学信息工程教育部重点实验室，710049, 西安) 摘 要: 近红外光谱技术（NIRS）以其安全无创、实时连续、设备轻 便以及能实现对成份的定征等优点而引起人们的极大兴趣，本文 介绍了三种近红外光谱测量技术，以及利用NIRS实现氧合血红蛋 白(HbO2)变化量、脱氧血红蛋白(Hb) 变化量、组织血氧饱和度和 快光信号测量的原理，分析了NIRS技术在医学和神经科学、航空 航天、运动科学等领域的应用前景。 关键词: NIRS；Hb；HbO2 DAAD校友简介 闫相国，西安交通大学生命科学与技术学院教授。 1990年起在西安交通大学从事科研与教学工作，1996 —1998年在德国Juelich研究中心进行两年的合作研究。 参加和主持多项国家和省部级科研项目，近期主持完 成一项国家技术创新基金和四项省部级科技攻关项目， 获得过6项省部级科技进步奖。2001年获陕西省优秀留 学回国人员称号，2007年获西安交通大学王宽诚育才 奖。任IEEE Transaction On Information Technology In Medicine、电子学报、西安交通大学学报、浙江大学学报、上海交通大学学报、航天医学与医学工程等期刊审稿人。近年来，主要致力于医学信号和医学图像分析处理、医学信息处理和医学仪器开发等方面的研究工作。近期发表论文40多篇，其中SCI、EI收录25篇。申请发明专利六项，其中已获授权五项。现任中国仪器仪表学会医疗仪器分会常务理事，中国电子学会生物医学电子学分会理事。 现工作单位：西安交通大学生命科学与技术学院 联系方式：xgyan@mail.xjtu.edu.cn 电话： 13991815057

Development and Application of the Laser Cell Microsurgery DAAD von Alumni für Alumni 激光细胞微手术的发展和应用* Development and Application of the Laser Cell Microsurgery 张镇西 (西安交通大学生命科学与技术学院生物医学分析技术与仪器研究所，710049, 西安) 摘 要: 现代生命科学的发展在很大程度上依赖于对活细胞的加工和操 纵, 比如切除细胞内的某些特定蛋白或细胞器等。激光细胞微手术 是一个强有力的工具, 近年来在细胞微手术精度控制方面取得很大 的进展。综述了激光细胞微手术的最新发展及其在生物学和生物 医学工程中的应用, 对目前激光细胞微手术中存在的主要问题进行 了讨论, 对比了普通激光聚焦法、飞秒激光聚焦法以及纳米金辅助 的激光照射法的优点和不足。 关键词: 医用光学; 细胞微手术; 纳米金; 飞秒激光 * 受国家自然科学基金项目(60927011、61120106013)资助 DAAD校友简介 张镇西，西安交通大学生命科学与技术学院教授， 生物医学分析技术及仪器研究所所长、福建泰普-西安交 通大学生物医学分析仪器研究中心主任。曾五次在德国 斯图加特大学、幕尼黑放射与环境保护研究所、柏林洪 堡大学医学院肿瘤医院、威廉港应用大学和吕贝克应用 大学从事科学研究。目前发表论文百余篇。获部 级科技 进步三等奖二项、2006年度陕西省科学技术奖二等奖一 项、2006年享受政府特殊津贴。2012获陕西省师德教育模范个人奖。教育部高等学校生物医学工程专业教学指导委员会委员(2006-2010年)。《激光生物学报》副主任编委、《中国激光》、《光电子·激光》、Optoelectronics Letters、《国际生物医学工程杂志》、《世界医疗器械》编委。 现工作单位：西安交通大学生命科学与技术学院 联系方式：zxzhang@mail.xjtu.edu.cn 电话： 13096938307 结构照明超分辨光学显微技术及应用* Super-Resolution Structured Illumination Optical Microscopy Techniques and Its Applications 雷铭 (中科院西安光机所，710049, 西安) 摘 要: 超分辨率立体光学显微镜相比于其他高分辨率显微镜在 研究生物分子、活细胞和组织的活动以及其通道方面有着无以比拟的优势。在这篇报告中，我们提出了一个全新的结构照明显微技术，它是利用条纹投影和低相干照明的数字微镜装置。90nm的平面分辨率可以达到纳米金微粒和BPAE细胞样本的级别。用混合花粉和高尔基体染色的鼠脑神经元可以证实显微镜的光学切片能力，其可以获取120nm的穿透深度和930nm的切片强度。目前，对于光学切片模式，3维图像的最大采集速度主要受限于CCD相机的速度和敏感度。相比于SIM技术，基于DMD的LED照明SIM有着更多的优点,2维超分辨率和3维光学切片模态易于切换.既适用于荧光又适应非荧光标本。 关键词: 3D ； 超分辨率 ； 结构照明；DMD；SIM DAAD校友简介 雷铭，副研究员，2000年6月获得西安电子科技大 学光电子技术专业工学 学士学位，2007年于中科院西 安光学精密机械研究所获得光学专业理学博士学位， 2008年3月至2010年9月于德国Konstanz大学进行博士 后研究工作。目前主要从事超分辨光学显微技术以及 多功能光学微操作技术的研究。科研成果包括SCI论文 70余篇，其中有第一作者的SCI论文12篇，申请专利11 项，发明专利6项、实用新型专利3项。 现工作单位：中科院西安光机所 联系方式：leiming@opt.ac.cn 电话： 18629031858

Optical Coherence Tomography for Needle Navigation in Soft Tissue DAAD von Alumni für Alumni OCT在软组织针管导航的应用 Optical Coherence Tomography for Needle Navigation in Soft Tissue Christoph Otte (Institute for Robotics and Gognitive Systems, University of Luebeck, Luebeck, Germany) 摘 要: 在高剂量短距离放射治疗中，针管需要导入到癌变组织中， 以便在目标区域提供高放射剂量。陡峭的剂量梯度对器官损伤小， 治疗集中。这需要对癌变目标区域进行准确定位。在针孔中嵌入 光纤，通过光纤获得光学相干层析信号（OCT）。通过OCT信号 可以检测到软组织变形。评估OCT相位信号，可以得到针管与软 组织的相对位移。因此，该技术可以用于针管在软组织中的精确 定位。 关键词: OCT；软组织；针管导航 DAAD校友简介 Christoph Otte，德国吕贝克大学医学机器人研究所 学生研究助理。 2011年获得德国吕贝克应用科技大学生 物医学工程硕士学位。硕士论文Optomechanical Tissue Characterization for OCT-Needle navigation in soft tissue。 导师Prof. Dr. Stefan Klein，Prof. Dr. Alexander Schlaefer。 目前在吕贝克大学机器人和认知系统研究所做学生研究 助理。 现工作单位：Institute for Robotics and Cognitive Systems, University of Luebeck 联系方式：christoph.otte@gmx.de 电话： (+49)4515005694 跳动大鼠心脏切片光学标测信号的动态补偿* Motion compensation of optical mapping signals from beating rat heart slices Birgit Stender (Institute for Robotics and Gognitive Systems, University of Luebeck, Luebeck, Germany) 摘 要: 实时监控心肌组织状态对于量化新的药物的治疗作用或 者是进行毒性检测至关重要。使用哺乳动物心脏组织切片作为多 细胞模型的方法已经被阐明。一般来讲，切片是被置于一个布满 微电极的平板上面以记录其电生理活动。另外一种具有高分辨率 的测量心脏激发电位的方法是光学标测技术。我们这里介绍的就 是一种非侵入性的方法来同时测量和记录光学标测数据以及大鼠 心脏切片的运动情况。我们比较了是否进行动态补偿情况下的荧 光信号差异，发现可以显著的减小运动伪迹，同时发现瞬态心肌 变形痕迹与之前实验测量得到的大鼠心脏切片运动力学信号十分 相似。这证明光学标测技术与光学运动追踪技术相结合的方法能 够用来监测心肌多细胞模型的活性和状态，且具有很高的分辨率 特性。下一步的研究工作将主要围绕诱发心率失常进行。 关键词: 光学标测；心肌组织；动态补偿 DAAD校友简介 Birgit Stender，德国吕贝克大学医学机器人研究所 研究助理， 2001年9月获得德国RWTH Aachen大学工业 工程学士学位，2005年2月获得德国TU Hamburg-Harburg 大学硕士学位。2002年8月 - 12月赴美国加州大学伯克利 分校从事访问研究。曾先后任职于德国Drager Medical AG & Co KG公司和ESW GmbH公司，分别担任系统控 制软件工程师和系统工程师职位。目前的主要研究方向 是非侵入性光学电位标测技术及其在体应用。 现工作单位：Institute for Robotics and Cognitive Systems, University of Luebeck 联系方式：stender@rob.uni-luebeck.de 电话： (+49)4515005694

Biomedical Applications of Cerenkov Luminescence tomography DAAD von Alumni für Alumni 飞秒激光照射下金纳米颗粒的瞬态光漂白* Thermal dynamics in femtosecond laser excited gold nanoparticles in solution at single particle level 王晶，张镇西 (西安交通大学生命科学与技术学院生物医学分析技术与仪器研究所，710049, 西安) 摘 要: 当纳秒或者飞秒激光照射水溶液中的纳米金颗粒时，纳 米金颗粒表面会有瞬时性的气泡产生，气泡的动态变化会影响到 热传递和纳米颗粒的表面等离子体共振。本研究通过理论和荧光 相关光谱研究这个动态气泡的寿命和尺寸，研究了气泡寿命和金 纳米颗粒表现出来的光闪烁（blinking）和瞬态光漂白（transient bleach）的关系；瞬态光漂白与纳米颗粒尺寸间的关系。 关键词: 光穿孔；金纳米颗粒；空化气泡；荧光相关谱；飞秒激光 * 受国家自然科学基金项目(60927011、61120106013)资助 DAAD校友简介 王晶博士，2010年12月获得西安交通大学生物医学 工程专业博士学位。2006年7月 - 2007年12月在CSC和 DAAD联合资助PPP项目资助下两次共六个月在德国吕 贝克大学生物医学光学研究所开展合作研究，德方导师 是Huettmann教授。合作研究课题为“金纳米颗粒辅助激 光基因转染研究”。此课题属于激光与物质相互作用领域 中的应用性研究。目前的主要研究方向是生物荧光成像 和激光诱导空化气泡。 现工作单位：西安交通大学生命科学与技术学院 联系方式：wangjing@mail.xjtu.edu.cn 电话：13152475315 契伦科夫发光断层成像的生物学应用* Biomedical Applications of Cerenkov Luminescence tomography 屈晓超 (西安电子科技大学生命科学技术学院生命科学研究中心，710071, 西安) 摘 要: 基于契伦科夫辐射的契伦科夫发光成像(Cerenkov luminescence imaging, CLI)方法是光学分子影像的一个研究热点，不仅继承了核 素成像的高灵敏和光学成像的高特异性、低成本的优点，而且具 备临床应用价值，得到了生物医学领域的极大关注。我们重点研 究了契伦科夫发光三维成像方法，以期能反映活体内靶分子的三 维空间分布信息，并准确地对靶分子进行定量分析。同时我们也 对契伦科夫发光成像的在体生物学应用进行了系统的研究。基于 放射性核素的契伦科夫发光成像方法在肿瘤诊断、指导治疗、手 术导向切除、疗效评估等领域必将发挥重要的作用。 关键词: 契伦科夫效应；契伦科夫发光三维成像；光传输模型；肿瘤诊断 *受国家重点基础研究发展计划（973计划）（2011CB707702） DAAD校友简介 屈晓超，副教授，硕士生导师。2008年6月获得西安 交通大学生物医学工程专业博士学位。2006年及2007年 获得中国国家留学基金委员会(CSC)和德国（DAAD）合 作的“中德合作科研项目PPP”的资助，在德国吕贝克大 学的生物医学光学研究所进行了为期6个月的学习，德方 指导导师是Pro. Huettmann。研究课题为“纳米金颗粒在 肿瘤成像与治疗中的应用”。目前的主要研究方向是多模 态分子影像，光学成像在肿瘤诊断和治疗中的应用。 现工作单位：西安电子科技大学生命科学技术学院 联系方式：quxiaochao@life.xidian.edu.cn 电话：13572571411

Nanoscale Photoporation by Tightly Focused Lasers DAAD von Alumni für Alumni 纳米尺度激光紧聚焦光穿孔技术* Nanoscale Photoporation by Tightly Focused Lasers 梁晓轩，张镇西 (西安交通大学生命科学与技术学院生物医学分析技术与仪器研究所，710049, 西安) 摘 要: 论述了一种新型的细胞转导方法—纳米尺度激光紧聚焦光 穿孔技术。按照光穿孔可能的物理机制，分四类讨论了现在主流 的光穿孔技术:连续激光光穿孔，其中最前沿的技术是紫外二极管 激光光穿孔；纳秒、皮秒激光脉冲和经放大的kHz飞秒激光脉冲光 穿孔，其中应用范围最广的是Nd:YAG激光器；飞秒激光振荡器发 出的MHz脉冲序列光穿孔，该技术在多尺度、跨学科及在体研究 中扮演重要角色；利用双脉冲微射流进行光穿孔。我们可以预见： 当激光紧聚焦技术结合了双光子荧光显微镜、微芯片技术、膜片 钳技术等各种单细胞分析技术后，必将在细胞间通讯、干细胞谱 系提交、癌症转移、激光基因疗法、胚胎发育学以及神经功能再 生等学科领域中产生重大影响。 关键词: 光穿孔；激光紧聚焦；细胞微手术；空化气泡；微射流；飞秒激光 * 受国家自然科学基金项目(60927011、61120106013)资助 DAAD校友简介 梁晓轩，博士研究生生，2006年7月获得西安交通大 学生物医学工程专业学士学位，2006年9月在西安交通大 学直接攻读博士学位。2007年10月 – 2010年9月获得中国 国家留学基金委员会（CSC）“国家建设高水平大学公派 研究生项目”资助赴德留学。在德国吕贝克大学生物医学 光学研究所以联合培养博士生开展合作研究，德方导师 是Prof. Dr. Alfred Vogel。合作研究课题为“短脉冲激光在 水及水基介质中诱导的光致击穿效应及机理研究” 。目前的主要研究方向是多光子物理、光穿孔现象及激光诱导空化气泡。 现学习单位：西安交通大学生命科学与技术学院 联系方式：u571lxx@gmail.com 电话： 15991763403 阳离子胶体金标记活细胞阴离子位点的 双光子荧光成像及其应用* Two-photon Fluor escence Imaging of Living Cells Anionic Site by Labeled Cationic Colloidal Gold and Its Nano-scale Microeffect* 李政 (西安天隆科技有限公司，710049, 西安) 摘 要: 用阳离子胶体金标记中国仓鼠卵巢细胞(CHO-K1)的阴离子位点，并采用双光子荧光显微成像和荧光寿命成像技术记录活细胞的阴离子场分布. 阳离子胶体金是纳米量级金微粒与多聚L-赖氨酸的结合物，金纳米微粒在超短激光脉冲的照射下可以产生高度局化的光热效应. 当飞秒激光脉冲聚焦在细胞膜上标记的金纳米微粒时会产生这种纳米尺度的微光热应，并在不影响细胞活性的前提下暂时提高细胞膜的通透性. 基于这种效应，使用聚焦的飞秒激光脉冲三维扫描照射CHO-K1 细胞，将分子质量为10 ku 的荧光探针大分子异硫氰酸荧光素葡聚糖(FITC-D)递送到CHO-K1 细胞的内部。 关键词:阳离子胶体金，双光子荧光，阴离子位点，荧光寿命成像 *国家自然科学基金资助项目(60578026) DAAD校友简介 李政博士，2001年7月获得西安交通大学电子与信息 工程专业的学士学位，2004年7月获得西安交通大学生物 医学工程硕士学位。2010年12月获得西安交通大学生物 物理专业博士学位。2006年-2007年获得CSC和DAAD 联合资助，执行中德科技合作PPP项目。合作单位:德国吕 贝克大学生物医学光学研究所。合作课题：基因转染新方法研究-激光照射金纳米颗粒诱导细胞的选择性吸收。目前的主要研究方向是双光子荧光成像，PCR。 现工作单位：西安天隆科技有限公司 联系方式：james.lizheng@gmail.com 电话：13096981651