前言

生物光子學是一門交叉性、前沿性極強的新興學科，近年來，在激光技術的推動和生命科學及醫學發展的促進下，取得了一系列突破性成果。生物光子學涉及光學、激光技術、生命科學等較多領域，方向繁雜，全面闡述較為困難，且很難進行有效的邏輯梳理和內容組織。飛秒激光是近年來發展較快、較為新型的激光技術，具備一系列特有的光學特性，在生物光子學的應用中呈現出巨大的潛力和獨特的特征。目前，國內外還沒有書籍對以飛秒激光技術為核心的生物光子學領域進行梳理、總結。

飛秒激光具有一系列獨特的性質，使得基于飛秒激光技術的生物光子學呈現出一定的獨立性。本書試圖以飛秒激光為切入點，根據筆者的研究經驗與研究方向，研討和闡述基于飛秒激光技術的一系列生物光子學問題，探討最前沿的應用研究——飛秒激光在腦科學、細胞的信號通路與功能中的調控，以及在臨床醫學領域的主要科研突破與實際應用，對由飛秒激光技術推動的生物光子學領域中涉及的基本理論、基本方法、最新研究進展等進行全面總結和系統分析。由于研究范圍和對領域內諸多方向理解的限制，本書對一些新興進展缺少涉及，對一些過往領域缺少認知，對一些研究進展的理解也可能存在疏漏。且本領域的技術發展較快，一些研究進展與結論也在不斷刷新，隨著時間的推移，可能會出現與本書中的某些結論不完全一致的情況，請廣大讀者進行批判性的閱讀。

本書側重于介紹基于飛秒激光技術的生物光子學理論的核心技術。這些技術在生命科學和醫學上的實質性應用解釋了相關生物醫學問題的主要脈絡和潛在的發展前景。本書著重闡述飛秒激光技術是如何解決相關生命科學的具體問題和醫學需求的。

全書共7章。

第1章對生物光子學的主要領域進行簡要介紹，并建立基本的概念與框架。

第2章在解釋光與生物學樣本相互作用基本過程的基礎上，對飛秒激光的主要非線性過程進行了闡述。

第3章著重介紹飛秒激光在生物光子學領域最主流、最重要的應用，即多光子熒光顯微成像技術及其在腫瘤和神經科學領域的重要進展。

第4章探討飛秒激光對細胞分子信號的調控這一全新的應用領域。

第5章綜述飛秒激光在精密細胞手術中的應用。

第6章簡單介紹飛秒激光在醫學上的應用，并列舉三個臨床應用。

第7章對飛秒激光生物光子學的未來發展趨勢進行分析和展望。

本書是在我國飛秒激光領域的專家和前輩，天津大學王清月教授的敦促、指導下完成的。本書在撰寫過程中，得到了諸多師長、前輩、同行們的多方面幫助。天津大學超快激光研究室的全體成員、上海交通大學生物醫學工程學院的同事們都對本書提出了寶貴意見。特別感謝天津大學王清月教授、胡明列教授，上海交通大學魏勛斌教授，深圳大學屈軍樂教授，福建師范大學李步洪教授，浙江大學錢駿教授等對本書的諸多指導。感謝王藝森、王胤濤、王劭陽、程攀、唐莞屹、胡宇豪、王海鵬、田曉瑩、趙小惠、余正英等學生所做的資料整理和校對工作。本書在撰寫過程中參考了大量國內外已發表的文獻、著作，在此向原作者表示衷心感謝，向他們富有開創性的研究工作致敬。

本書可以作為生物醫學工程、光學工程等專業的教學參考書及相關研究領域的工具書。由于筆者水平有限，成書過程較為倉促，加之生物光子學領域又始終在迅猛發展，因此錯誤和遺漏之處在所難免，懇請同行、老師和同學們批評指正。