四月主題──生物光學：光與生物材料的交互作用

光是電磁波（electromagnetic wave）的一種，光學（photonics）通常包含從紫外光（ultraviolet light）、可見光（visible light）到紅外光（infrared light）的一系列相關研究，其中對於光和生物材料交互作用的研究稱為生物光學（biophotonics）[1]。

光在生物材料中可能會有反射（reflection）、散射（scattering）、吸收（absorption）及螢光（fluorescence）釋放等多樣現象 [1]，又能作為非侵入性治療手段，便有一系列在疾病治療的應用發展，包括利用光熱效應的光熱療法（photothermal therapy）、光剝離（photoablation）、使用活化光感物質（photosensitizer）選擇性殺死特定細胞，與利用紅光與近紅外光照射達到調控細胞功能的光生物調節（photobiomodulation），本月第一部分將報導這些技術近期的發展。

圖一、光和生物材料的交互作用。光在生物材料中可能會有反射（reflection）、散射（scattering）、吸收（absorption）及螢光（fluorescence）釋放等現象。
圖片來源：Keiser G. Overview of Biophotonics. In: Biophotonics. Graduate Texts in Physics. Springer, 2016.pp 1–23. https://doi.org/10.1007/978-981-10-0945-7_1

光熱效應除了在疾病治療的發展，也被應用於生物成像，本月第二部份將介紹光熱顯微鏡（photothermal microscopy），原理為粒子接受雷射光照射後會吸收其熱能，釋放至周圍環境，進而造成折射率梯度（refractive index gradient），稱為熱透鏡現象（thermal lens），此時再使用其他光源，透過散射可以反應出周遭溫差，訊號經處理後即能對樣本進行成像，解析度可達奈米級 [2]。本月將擇取對神經細胞及病毒的觀察進行報導。

圖二、光與生物材料交互作用的應用。利用不同的光功率密度，以及光在生物材料中的不同特性，生物光學可應用在疾病治療與生物成像。
圖片來源：Yun, S. H., & Kwok, S. (2017). Light in diagnosis, therapy and surgery. Nature biomedical engineering, 1, 0008. https://doi.org/10.1038/s41551-016-0008

在生物光學這門領域中有各式各樣有趣的研究，期望四月關於光用於非侵入式治療與成像為主軸的報導，能帶讀者一窺光在生醫領域中的豐富應用。

參考文獻：

Keiser G. Overview of Biophotonics. In: Biophotonics. Graduate Texts in Physics. Springer, 2016.pp 1–23. doi.org/10.1007/978-981-10-0945-7_1
Adhikari, S., Spaeth, P., Kar, A., Baaske, M. D., Khatua, S., & Orrit, M. (2020). Photothermal Microscopy: Imaging the Optical Absorption of Single Nanoparticles and Single Molecules. ACS nano, 14(12), 16414–16445. Advance online publication. https://doi.org/10.1021/acsnano.0c07638
Yun, S. H., & Kwok, S. (2017). Light in diagnosis, therapy and surgery. Nature biomedical engineering, 1, 0008. https://doi.org/10.1038/s41551-016-0008