光电论坛第十期面向医学与生物科学重大需求的生物光子学-华科光电论坛

光电论坛第十期
面向医学与生物科学重大需求的生物光子学
主讲：Dennis L. Matthews博士
时间：2008年10月28日晚7:00
演讲人简介：美国NSF生物光子学中心（NSF－UC Davis）主任，加州大学戴维斯分校（UC Davis）癌症中心副主任。加州大学戴维斯分校（UC Davis）医学院、工程学院教授。Lawrence Livermore国家实验室生物技术、生物物理和生物工程中心主任。

详细内容：

生物医学光子学是一门什么样的学科？与生物科学与医学有怎样的关系？看上去高深莫测的科学如何在涉及人类生命与健康的医疗诊断中发挥作用？国际发展趋势如何？2008年度诺奖化学奖与本学科有何关系？
2008年10月28日晚上7：00，美国NSF生物光子学中心（NSF－UC Davis）主任，加州大学戴维斯分校（UC Davis）癌症中心副主任Dennis L. Matthews博士做客武汉光电论坛第十期，为大家带来一场题为《面向医学与生物科学重大需求的生物光子学》的精彩报告。Dennis L. Matthews博士同时还是加州大学戴维斯分校（UC Davis）医学院、工程学院教授，Lawrence Livermore国家实验室生物技术、生物物理和生物工程中心主任。本期论坛由骆清铭副校长主持，到会的有武汉光电国家实验室（筹）的部分领导和老师，还有不少生命学院和光电学院的师生。
Dennis介绍说，生物光子学，是一门基于光子学技术与方法，面向生物科学和医学应用的学科。从科学（Science）原理来讲，是研究光子与组织的相互作用；从技术（Technology）角度来看，提供观察和操纵生物系统的技术。生物光子学发展迅猛，正逐步成为研究活体生物功能内在机制和疾病诊断、治疗的重要工具。目前，全世界积极发展和应用光子学工具、方法的研究者已形成庞大的学术团体。生物光子学产业更是举足轻重：占有超过500亿美元/每年的全球市场份额，且发展、制造和推广生物医学、科学仪器具有持续不断的市场需求。
在生物科学和医学的诸多领域，都得益于生物光子学学科交叉、全球共同推进的研究和成果转化，包括光学器件、软件、荧光探针和相关方法。其中的一个重要需求便是：如何发展出便携式、耐用的现场即时检测技术以适应在重大流行病事件后的诊断与治疗？此时，无损生物光子学设备就非常适合并有特别的优势。此外，对于中风和脑外伤病人，急需不依赖于大型仪器和电离辐射的新成像技术。当然，对于癌症的早期诊断也存在重大需求：从血样的检测到更为重要的以肿瘤细胞为分子靶标的转移肿瘤治疗。光动力学疗法有望成为避免使用抗生素的治疗方式。在生物科学和医学领域，还存在许多其他需求：如辨识和提取干细胞、分辨和破坏肿瘤干细胞、高精度外科手术的图像导航。
报告中，Dennis博士首先评述生物光子学领域的一些热点，包括三个方面：第一是成像工具和技术的提高，特别是光学成像朝0.1 nm空间分辨率的发展；第二是生物光学传感器和芯片阵列的发展和应用；第三是光子学在临床诊断和治疗方面的实际应用和推广。Dennis博士强调：生物光子学在生物学相关研究以及医学和科学仪器研发中充满机遇。报告的最后，Dennis博士还介绍了最近发起成立的“生命生物光子学联盟”，该联盟致力于集中全球生物光子学研究的力量和智慧，分享相关科研、教育、技术的成果，以此来促进、协调全世界的努力来迎接存在于医学和生物科学中的重大需求。
Dennis博士报告结束后，不少老师和学生向Dennis博士提问。既有问到光学成像中分辨率提高的原理，也有问到光子学如何辨识正常和病变细胞的技术，还有问到医疗设备从实验室到市场推广需要的时间周期……Dennis博士一一作答，交流互动非常成功。本次论坛持续一个半小时，最后在热烈的掌声中圆满结束。
附参考资料
美国加州大学戴维斯分校有一个国家科学基金会（NSF）生物光子学中心，我校有一个Britton Chance生物医学光子学研究中心。有趣的是，地球两端的这两个生物光子学中心有着惊人的相似之处――此次NSF生物光子学中心主任Matthews博士的讲座便证实了这一点。
首先，两个中心对生物光子学的理解异曲同工。在Britton Chance生物医学光子学研究中心网站（bmp.hust.edu.cn）可以看到：“运用光子学原理和技术，为医学、生物学和生物技术领域中的问题提供解决方案即构成生物医学光子学的研究内容。生物医学光子学涉及对生物材料的成像、探测和操纵。在生物学领域，主要研究分子水平的机理，监测分子结构与功能，在医学领域，主要研究生物组织结构与功能，能对生物体以非侵入的方式，实现宏观与微观尺度分子水平的疾病探测、诊断和治疗。”这与Matthews博士提到的“生物光子学，基于光子学技术与方法，面向生物科学和医学应用；正逐步成为研究活体生物功能内在机制和疾病诊断、治疗的重要工具”何其相似。
第二，对于生物光子学的发展思路不约而同。Matthews博士介绍了国际上的发展趋势是“在生物科学和医学的诸多领域，都得益于生物光子学学科交叉、全球共同推进的研究和成果转化，包括光学器件、软件、荧光探针和相关方法。”而Britton Chance生物医学光子学研究中心恰恰是走出这样的发展轨迹：“国际化与学科交叉是本中心的最大特点，中心非常重视不同学科知识的融合、强调团队意识。研究队伍专业背景覆盖面广，分别来自物理学、光学、控制科学、电子学、计算机、医学、神经生物学和分析科学等学科，高级科研人员都具有国外学习和工作经历，博士学位比例超过90%。”“中心高度重视国内外学术交流与合作，已经多次承办本学科的国际学术会议，并与美国宾夕法尼亚大学、耶鲁大学、德克萨斯农机大学、华盛顿大学、加州大学Irvine分校、俄勒冈健康与科学大学、俄罗斯Saratov国立大学、德国洪堡大学、澳大利亚斯威本大学等开展了实质性的合作。在国内与中国科学院神经所、心理所、上海药物研究所，以及北京大学、清华大学、浙江大学、东南大学和上海生物信息技术中心等单位也建立了良好的合作关系。”
第三，对于生物光子学研究方向的把握如出一辙。“ 中心以探索神经信息处理机制和发展疾病诊断与治疗新方法为主要目标，研究方向主要包括：1）光学脑成像与神经信息学；2）光学分子成像与系统生物学；3）数字生命与生物医学信息学；4）光学探针与纳米生物光子学；5）多模式生物医学成像与组织光学。”这5个方向与Matthews博士谈到的重大需求相映成趣：方向1即是为了发展中风和脑外伤成像的新技术，方向2发展癌症早期诊断和治疗的技术，方向3扩展外科手术图像导航技术……事实上，历经10年发展，这些研究方向已初现硕果。近三年来，Britton Chance生物医学光子学研究中心三获湖北省科技奖励一等奖：2006年，高分辨数字人体的三维结构数据集的构建和可视化（科技进步一等奖）；2007年，脑皮层功能高分辨光学成像理论与方法研究（自然科学一等奖）；用于药物筛选和药效评价的光学分子成像动态监测理论与方法研究（自然科学一等奖）。
“十年磨一剑，未敢试锋芒”。诚如Matthews博士所探讨的话题：“面向医学与生物科学重大需求的生物光子学”，生物医学光子学的发展任重而道远！

武汉光电论坛是由武汉光电国家实验室发起的系列学术讲座，旨在通过邀请在光电领域取得重要学术成就的科技专家，如院士、国家杰出青年科学基金获得者、国家重大科技计划专家、国外著名大学教授、知名企业技术负责人等，面向光电学科与产业发展的重大需求，介绍光电学科前沿和专业技术进展，讨论关键科学问题与技术难点，预测学科与产业发展趋势，从而打造融汇光电智慧的思想库，为促进“武汉•中国光谷”的科技产业发展出谋划策。
武汉光电国家实验室从2008年4月发起“武汉光电论坛”系列讲座，已经邀请了包括瑞典皇家科学院院士、美国国家科学院院士、英国皇家学会外籍院士Britton Chance，中国科学院院士姚建铨、中国工程院士、欧亚科学院院士、国家自然基金委员会信息学部主任李德毅、国圣路易斯华盛顿大学教授、教授汪立宏、美国印地安那-普渡大学印地安那坡理斯分校教授区泽宇、美国阿肯色大学杰出教授肖敏、美国佛罗里达国际大学教授朱一夫、芝加哥大学生物化学与分子生物学系教授Marvin W. Makinen、美国佐治亚理工大学教授、教授尤力在内的光电领域知名专家前来讲座。本次讲座为系列讲座第十期。
“武汉光电论坛”旨在“交融思想•砥砺创新”，为达到理想效果，武汉光电国家实验室指定专人负责报告人的审核、邀请、选题安排等事宜；每一期讲座都必须经过至少一周以上的筹备，与主讲人充分沟通报告主题和论坛要求，务求紧扣主题，介绍光电学科前沿和专业技术进展，讨论关键科学问题与技术难点，预测学科与产业发展趋势，提供一份业界、项目管理者、学术界都感兴趣的热点问题的综述，并能给相关行业或领域以启发。为此，主讲人往往需要做大量、细致的准备工作，如汪立宏教授所作的关于光声成像的12个预测，不仅就主题与实验室负责人反复商榷，还将全部英文演讲稿翻译成措辞严谨、生动易懂的中文讲稿。
“武汉光电论坛”目前已经引起业界的关注。许多校外人士也纷纷慕名而来。为拓展知识传播途径、搭建信息沟通桥梁，每期论坛内容都将在有关部门和机构的网站上同步转发。讲座的主要内容将被整理成文，并汇编出版。讲座的演示文件（PPT）将制作成光盘随书赠送。视频文件将公布在光电国家实验室网站上供相关研究人员下载。所有信息对外公开，以促进学术交流与合作，引起共鸣。