应用研究中心 当前所在位置:首页 > 科学研究 > 研究中心 > 应用研究中心
生物光子学研究中心
发布时间: 2019-09-19

中心简介

        生物光子学研究中心开展前瞻性的生物光子学技术与医疗机器人的基础研究与科技创新,开展学科交叉、医工交叉的具有高影响力的生物光子学研究以及与医疗机器人产业紧密相关的、可转化的生物光子学关键技术研究。生物光子学技术涵盖了光与生物体的相互作用、生物光子学成像技术、生物光子学传感技术、生物光子学治疗技术等,中心基础、应用研究并进,致力于实现光、机、电、生技术的深度融合。

 

研究方向

        生物光子学、生物医学光子学、太赫兹技术、生物医学传感与成像技术、量子级联激光器、新型内镜、微纳光电器件、光纤机器人、先进光学技术赋能的医疗机器人等。

 

研究目标

        建设具有国际先进水平的与医疗机器人高度集成的生物光学关键技术研发平台,针对肿瘤识别、筛查、诊断等临床重大需求,研发高性能生物光学传感技术与新型生物光子学成像技术,探索生物光子学新材料、新型微纳结构在医疗机器人研究中的应用,同时结合新型制备技术,实现高水平的生物光学研究为医疗机器人持续、深度与广泛的发展赋能与生物光子学研究成果的转化,并开展临床应用验证。

 

研究成果

(1)提出了一种通过简单、精确与有效的双光子聚合技术制备表面增强拉曼光谱的新型光纤探针,在光纤端面通过双光子聚合技术制备了纳米结构阵列并优化了阵列的设计、几何形状和排布,以罗丹明6G为探针分子,检测极限可达10-7M,光纤探针增强因子可达1300,并展示了可快速检测活大肠杆菌的能力,此项研究成果具有高可控性和可重复性,非常适合大规模制备和生产等特点。 

 

图1:光纤端面通过双光子聚合技术制备纳米结构快速检测大肠杆菌

点击此处查看相关论文

 

(2)将光纤集成于肌腱驱动机器人(外径4mm),CO2 激光器光束在中心工作通道内(具有信号发射和信号收集光纤)传播,基于光学反射原理,肌腱驱动机器人通过光纤来测量每个联结处的角度,实现形状感知。 


图2:集成光纤与机器人系统

点击此处查看相关论文


(3)有限的视场与手动操作探头是医用内镜所面临的挑战,此研究成果集成光纤束与机器人扫描装置,在机器人的协助下内镜定位精度优于30 um, 抑制随机运动干扰达1.25mms−1,扫描面积达3mm2 , 扫描时间约为10 s,实现对离体组织快速、精确的扫描与大面积、高分辨率的内镜成像。 

图3:机器人协助的高速显微成像扫描装置

点击此处查看相关论文


(4) 太赫兹(Terahertz, THz)是频率约在1到10THz、相应波长范围在30到300μm之间的电磁波段, 对生物医学组织具有非电离性、水含量敏感性和透射性等特点,非常适合应用于生物医学成像和快速无损诊断,利用太赫兹图像对变异和癌变组织进行诊断和分析。该研究成果实现了基于THz QCL的高性能太赫兹源,高度聚焦太赫兹光源,光束半峰全宽仅为4°×4°,是国际最好结果之一。 

图4:生物医学成像太赫兹光源

点击此处查看相关论文

 

(5)在生物光学传感和光谱分析研究中,亟需单模发射与可调谐光源,本研究成果探索了新型分布式反馈生物光学微纳波导设计,可实现~57GHz宽频、可逆、连续的波长调谐能力。 

图5:新型分布式反馈生物光学微纳波导设计

点击此处查看相关论文

 

(6) 在可见光OCT领域,开展了从计算机仿真到实际光学系统搭建以及动物实验研究的全维度多角度研发工作,构建了基于多GPU并行Monte Carlo仿真的可见光OCT计算机仿真平台,实现了血流动态散射条件下的可见光OCT仿真,搭建了适用于小动物研究的可见光OCT系统。 

 

图6:基于多GPU并行计算的Monte Carlo仿真平台,实现了血流动态散射条件下的可见光OCT仿真

点击此处查看相关论文

 

生物光子学实验室

       生物光子学实验室提供多波长、多频段(涵盖可见、红外与远红外)光谱测量,高性能生物光子学研究光源与探测,可见光光学相干断层扫描等实验设备与能力,为生物光子学技术赋能医疗机器人研究提供完善的硬件与软件支撑。 

 

图7:傅立叶变换光谱仪,光谱测量范围为500nm至300μm 

 

图8:超连续谱光纤激光,波长可调谐范围为400nm至2400 nm

 

图9: 锁相放大器

 

图10: AVTech脉冲电源可提供脉冲宽度和重复频率可调的脉冲信号

 

图11: 高莱信号探测器

 

图12:可见光光学相干断层扫描系统 

 

上一条:智能人机交互研究中心
下一条:无

返回列表
友情链接
沪交ICP备20190057 版权所有 上海交通大学医疗机器人研究院
医疗机器人研究院