浙江大学激光技术与生命科学 激光与生命科学.ppt

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1、生命与生命科学生命与生命科学1n n研究的内容:生命的起源、发生、发展、进化n n学科范围：人类学、人口学、生态学、环境科学、生物医学，心理学、生物工程、生物信息、仿生学n n学科应用：人体工程学、生物医学仪器等等2生命的本质生命的本质n n1919世纪世纪3030年代年代创立细胞学说创立细胞学说n n1919世纪世纪5050年代年代达尔文进化论达尔文进化论n n20 20 世纪世纪3030年代年代基因突变的发现基因突变的发现n n20 20 世纪世纪4040年代年代遗传基因遗传基因DNADNA发现发现n n20 20 世纪世纪5050年代年代DNADNA分子结构的发现，蛋白质合成机分子结构的

2、发现，蛋白质合成机制的揭示，各种氨基酸遗传秘码的建立制的揭示，各种氨基酸遗传秘码的建立3新陈代谢新陈代谢 细胞能进行物质代谢，能量交换，能自身生细胞能进行物质代谢，能量交换，能自身生产和复制，能有效地调控自己的生命活动。产和复制，能有效地调控自己的生命活动。活细胞：原核细胞；真核细胞活细胞：原核细胞；真核细胞 活细胞内有各种有机分子由活细胞内有各种有机分子由C C、H H、OO、NN、P P、S S等元素组成，还有其他等元素组成，还有其他ClCl、K K、NaNa、MgMg、CaCa、FeFe、CuCu、ZnZn等微量元素。等微量元素。水是所有活细胞中最丰富的化合物。水是所有活细胞中最丰富的化

3、合物。4 细胞单糖类氨基酸蛋白质核糖、碱基、磷酸单核苷酸核酸核、线粒体 甲烷 氨 氰化氢CO2 N H2O多酶复合体、核蛋白体、染色体、膜等类 脂脂肪酸、甘油多 糖乙酸、丙二酸苹果酸丙酮酸酮酸、乙酸等细胞分子组成及其层次性细胞分子组成及其层次性5n n代谢的物理方面更多涉及能量代谢。代谢的物理方面更多涉及能量代谢。n n代谢的化学方面涉及生命物质的降解和建成，总代谢的化学方面涉及生命物质的降解和建成，总称物质代谢。称物质代谢。新陈代谢能量代谢 物质代谢 信息代谢同化作用 异化作用自养型 异养型 厌氧型 需氧型光合作用 化能合成6生化系统的两大侧面合成与分解生化系统的两大侧面合成与分解7生命之核

4、核酸碱基的结构生命之核核酸碱基的结构n n核糖核酸核糖核酸RNARNAn n脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸DNADNA8DNA双螺旋结构双螺旋结构9Nobel Prize in Physiology or Medicine Winners in 1962n nfor their discoveries concerning the molecular structure of nucleic acids and for their discoveries concerning the molecular structure of nucleic acids and its significance

5、for information transfer in living materialits significance for information transfer in living materialFrancis Harry Compton Crick James Dewey Watson Maurice Hugh Frederick Wilkins 1/3oftheprize1/3oftheprize1/3oftheprizeUnitedKingdomUSAUnitedKingdomandNewZealandMRCLaboratoryofMolecularBiologyCambrid

6、ge,UnitedKingdomHarvardUniversityCambridge,MA,USALondonUniversityLondon,UnitedKingdomb.1916d.2004b.1928b.1916(inPongaroa,NewZealand)d.200410光和生命光和生命n n生命的起源离不开光生命的起源离不开光 早期地球上的能量来源早期地球上的能量来源来源来源能量（能量（cal/cmcal/cm2 2/y/y）总的太阳照射能量总的太阳照射能量紫外线紫外线300nm300nm250nm250nm200nm200nm100nm500C,500C,可能热致燃烧可能热致燃烧n

7、 n573C573C，热致汽化，热致汽化汽化深度和时间关系37激光切割激光切割n n激光切割同激光气化主激光切割同激光气化主要区别在辐照光斑的大要区别在辐照光斑的大小，切割的光斑要小的小，切割的光斑要小的多，可以说激光切割是多，可以说激光切割是是线状气化。是线状气化。38光化定律光化定律n n罗格索斯德雷伯光化吸收定律（光化第一定律）：罗格索斯德雷伯光化吸收定律（光化第一定律）：光必须被吸收才能提供光化反应和光生物反应的能量。光必须被吸收才能提供光化反应和光生物反应的能量。换句话说，只有被分子吸收的光子，才能在系统中导换句话说，只有被分子吸收的光子，才能在系统中导致光化反应。致光化反应。39n

8、 n激光生物光化效应：在光的作用下产生的生物化激光生物光化效应：在光的作用下产生的生物化学反应。生命物质之所以能生长、复制、发育、学反应。生命物质之所以能生长、复制、发育、修补、替换、繁殖，以及生命物质之所以能够活修补、替换、繁殖，以及生命物质之所以能够活动，生化反应起着决定性作用。如视觉作用、光动，生化反应起着决定性作用。如视觉作用、光合作用、光敏作用以及合成维生素合作用、光敏作用以及合成维生素DD等。等。4041激光生物机械效应激光生物机械效应n n 光压光压 n n 1J/cm1J/cm2 2 脉宽脉宽50ns50ns的调的调QQ激光，激光，光压光压 P P6.76.7 1010-2-2PaPa42激光生物电磁场效应激光生物电磁场效应n n激光是电磁波，激光与生物组织相互作用实质是电磁波与生物组织相互作用。如短脉冲激光的峰值功率都很高。我们将甚高功率密度激光作用与生物组织引起的生物组织的变化称之为激光生物电磁场效应。43