بیوفوتونیک و فراتر از آن

مقدمه

به معنای واقعی کلمه به عنوان ترکیبی از زیست شناسی و فوتونیک ، بیو فوتونیک با استفاده از نور به منظور مطالعه اشیاء بیولوژیکی (به عنوان مثال ، مولکول ها ، سلول ها و بافت ها) در زیست شناسی ، پزشکی ، علوم دارویی ، علوم زیست محیطی و کشاورزی درگیر است. این ، در اساسی ترین سطح ، به دلیل این اصل است که نور می تواند با اشیاء بیولوژیکی از طریق فرآیندهای مختلف تعامل ماده نوری (به عنوان مثال ، پراکندگی ، جذب و انتشار) در تعامل باشد.   Biophotonics همچنین شامل اهداف توسعه فوق و توسعه فن آوری های نوری است. تفاوت "بیوفوتونیک" و "فوتونیک زیست پزشکی" ممکن است مشابه "بین مهندسی زیستی" و "مهندسی زیست پزشکی" باشد زیرا اولی مفهوم گسترده تری دارد که در آن تعامل بین اشیاء سبک و بیولوژیکی مورد مطالعه قرار می گیرد و مورد استفاده قرار می گیرد. مطالعات کاربردی ، در حالی که مورد دوم بیشتر تاکید خود را بر کاربردهای پزشکی فوتونیک می گذارد. اصطلاح بیوفوتونیک ممکن است اخیراً ابداع شده باشد ، اما به قرن شانزدهم برمی گردد که میکروسکوپ نوری برای تجسم بافت بیولوژیکی اختراع شد. امروز با ظهور میکروسکوپ فلورسانس فوق قدرت حل به رسمیت شناخته شده توسط جایزه نوبل شیمی سال 2014 ، معماری و عملکرد سلولی را می توان با وضوح مکانی برجسته تا 10 نانومتر مورد مطالعه قرار داد. جدا از تحقیقات اساسی در زمینه زیست شناسی ، فن آوری های نوری نیز در کلینیک ها و بیمارستان ها هم برای تشخیص پزشکی و هم برای درمان ضروری هستند. به عنوان مثال ، آندوسکوپی ، 1 فلوسیتومتری جریان ، 2 و فلورسانس در هیبریداسیون درجا (FISH) 3 بطور معمول برای تشخیص زودرس و پیش آگهی سرطان (مثلاً سرطان پستان ، سرطان معده و لوسمی) مورد استفاده قرار می گیرد ، در حالی که توموگرافی انسجام نوری (OCT) 4 و به کمک لیزر در keratomileusis درجا (LASIK) به ترتیب ابزار تشخیصی و جراحی قدرتمندی در چشم پزشکی هستند. علاوه بر این ، غربالگری با توان بالا بر اساس تشخیص فلورسانس چند قطبی نقش مهمی در کشف مواد مخدر دارد. نظارت بر محیط زیست با مجموعه ای از سنسورهای نوری به کمک یادگیری ماشین به ابزاری مؤثر برای توصیف تغییرات آب و هوا در علم محیط و بهینه سازی عملکرد محصول در کشاورزی تبدیل شده است. در درجه اول که تحت تأثیر جمعیت سالمند کشورهای توسعه یافته و ظهور هوش مصنوعی قرار دارد ، پیش بینی می شود که حوزه بیو فوتونیک طی دهه آینده و بعد از آن به طور مداوم و سریع رشد کند.