连续血糖监测是糖尿病预防、诊断及管理过程中的有效手段。然而，现有的电化学连续血糖监测系统仍存在开放式创口植入、易引起炎症、监测时间短等缺点。光学传感为连续血糖监测提供了新方法，本团队设计开发了可见光激发的发光纳米粒子葡萄糖传感器，其高亮度的发光传感特性有助于经皮血糖信号检测。基于比率荧光策略设计的发光纳米粒子可以校准激发光强变化和采样环境变化等带来的信号误差，可见光激发发光特性可以避免紫外光激发采样对机体的伤害，在高频率长时段的信号采集应用中具有明显优势。

可调谐中红外飞秒光纤激光器具有非常普遍的应用, 从而引起了人们的广泛关注。目前, 非线性光纤中的拉曼孤子自频移效应是实现大范围可调谐飞秒脉冲激光的理想方法之一。然而, 非线性光纤中其他高阶非线性效应的产生通常会限制拉曼孤子脉冲的能量提升。本文提出了利用有源掺杂光纤作为非线性介质和增益介质实现可调谐大能量中红外飞秒激光脉冲的方法。在理论上研究了有源掺杂非线性光纤中高阶孤子劈裂和孤子自频移效应的产生, 以及线性增益对波长移动拉曼孤子能量、脉宽、光谱的影响。结果表明, 通过为波长红移的低能量拉曼孤子提供线性增益, 孤子脉冲的能量得到了显著提升且保持了其单脉冲特性, 脉冲宽度为 45 fs, 且孤子脉冲的波长可通过所提供的增益进行大范围调谐。因此, 利用有源掺杂光纤作为非线性介质是实现大能量可调谐中红外飞秒脉冲激光的一种有效方法。

早在1916年，爱因斯坦提出了受激辐射理论。而在1960年，西奥多·梅曼研制出世界上第一台激光器,真正实现了“受激辐射光放大”（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，LASER）（激光）。1961年激光就用于视网膜脱落的治疗，开启了激光在医学领域的应用。60年来，激光已经融入现代科学技术和社会经济的各个领域，全息照相技术、激光冷却俘获原子、超短激光闪光成像技术、高强度和超短激光脉冲等多项与激光密切相关的研究成果获得诺贝尔奖。进入21世纪，激光在生物医学和医疗健康领域的研究方兴未艾，基础研究和临床转化应用如火如荼，日新月异，绿色荧光蛋白、超分辨光学成像、光镊技术等也先后获得诺贝尔奖。这些重大突破进一步揭示了激光与生物组织相互作用的光物理与光化学机制，推动并促进了光学成像、光学诊断、光遗传，以及激光治疗与监测等方向的发展与临床应用。为了集中展示生物医学光子学领域的研究成果及进展，《中国激光》在2018年推出了“生物医学光子学专题”。该专题收到稿件95篇，录用54篇，收录48篇在专题中刊出。为纪念第一台激光器发明60周年，特别是充分展示中国在生物医学光子学领域的最新成果及研究进展，《中国激光》在2020年第2期推出“六十载激光与生物医学融合发展”专题，得到了本领域专家学者的积极支持。本专题共刊发20篇综述论文和22篇研究论文，涵盖了激光在生物医学中应用的多个领域，包括超分辨光学成像、二次谐波成像、多模态光学成像、医学光子治疗、纳米生物光子学、生物医学传感器、光声成像、光学相干断层成像和时间分辨多光子显微技术等。“六十载激光与生物医学融合发展”专题的论文由国内有影响力的一些团队撰写，有利于读者全面、深入了解我国在相关领域的最新研究进展和后续发展趋势。根据论文的研究和应用领域，我们将激光与生物医学融合发展的机遇与挑战归纳为三个方面。

二次谐波成像是近年来发展的一种新的光学成像技术,作为生物结构检测和耐久追踪标记的新工具已经受到广泛的关注。二次谐波成像技术避免了经典荧光探针会遇到的许多固有缺点,是一种理想的活体成像方法,具有很好的生物医学应用前景。本文系统介绍了二次谐波原理及其成像装置,二次谐波介质分类及特点,二次谐波在生物医学成像中的应用,最后对二次谐波成像未来的机遇和将要面对的挑战进行了展望。

为了进一步认知复杂环境中的细胞生物学过程, 研究人员发展了各种各样的生物成像技术。在这些技术中, 生物荧光成像因简单的成像条件以及对生物样品的相容性而得到了广泛的发展。然而, 传统的荧光成像技术受到了光学衍射极限的限制, 无法分辨低于200 nm的空间结构, 阻碍了对亚细胞结构的生物学过程研究。超分辨荧光显微镜技术突破了传统光学衍射对成像分辨率的限制, 能够获取纳米尺度的细胞动态过程。除了对传统的宽场荧光显微镜框架的改进及升级改造之外, 目前典型的超分辨成像显微镜技术通常依赖于荧光探针材料的光物理性质。常用的荧光探针材料包括荧光蛋白、有机荧光分子和纳米荧光材料等。本文介绍了几种主流的超分辨荧光显微成像技术并总结了已经成功应用到超分辨生物荧光成像中的荧光探针材料的应用进展。

糖尿病是一种以高血糖为特征的代谢障碍性疾病，是21世纪人类最需要重点解决的健康问题之一。因为降糖类药物的使用剂量需要根据血糖水平随时进行调整，所以血糖监测成为了糖尿病护理最重要的组成部分。经过半个多世纪的研究，大量的葡萄糖传感器被开发出来，不同的检测方法相继得到发展。通过梳理整个血糖监测系统的发展过程，阐述各类葡萄糖传感器的技术方案和特点，针对研究现状及存在问题进行总结讨论，并对未来的机遇与将要面对的挑战进行了展望。

半导体聚合物作为功能有机高分子材料被广泛应用于有机光电子器件领域的研究。近年来由半导体聚合物构成的荧光纳米粒子引起了广泛的研究兴趣。这类新型纳米探针具有光学吸收截面大、量子效率高、辐射跃迁速率快、光稳定性好等特性, 在荧光成像和生物传感等领域获得了重要应用。本文简要概述了近年来半导体聚合物纳米粒子的研究进展, 包括其光物理性质、表面功能化以及在细胞标记、体内成像、生物传感、单粒子示踪、药物输送和光动力学疗法等领域的应用。

采用纳米沉淀法制备了半导体聚合物CN-PPV纳米粒子, 并用改进的Stber方法对纳米粒子进行包覆, 获得了发光稳定的SiO2/CN-PPV纳米粒子。用动态光散射(DLS)及透射电镜(TEM)方法对粒子尺寸进行了表征, 结果表明包覆前的CN-PPV纳米粒子平均粒径约为30 nm, 包覆获得SiO2/CN-PPV纳米粒子的平均粒径约为60 nm。通过紫外-可见吸收光谱及荧光光谱对包覆前后纳米粒子的发光性质进行了比较, 发现共轭聚合物CN-PPV包覆后的发射光谱与包覆前相比发生了小的蓝移, 表明共轭聚合物的分子构型可能发生了微小变化。SiO2包覆可以提高聚合物发光分子的光稳定性, 并且提供用于生物分子耦联的表面, 这类材料有望在生物医学成像中获得应用。