前言

生物光子学是一门交叉性、前沿性极强的新兴学科，近年来，在激光技术的推动和生命科学及医学发展的促进下，取得了一系列突破性成果。生物光子学涉及光学、激光技术、生命科学等较多领域，方向繁杂，全面阐述较为困难，且很难进行有效的逻辑梳理和内容组织。飞秒激光是近年来发展较快、较为新型的激光技术，具备一系列特有的光学特性，在生物光子学的应用中呈现出巨大的潜力和独特的特征。目前，国内外还没有书籍对以飞秒激光技术为核心的生物光子学领域进行梳理、总结。

飞秒激光具有一系列独特的性质，使得基于飞秒激光技术的生物光子学呈现出一定的独立性。本书试图以飞秒激光为切入点，根据笔者的研究经验与研究方向，研讨和阐述基于飞秒激光技术的一系列生物光子学问题，探讨最前沿的应用研究——飞秒激光在脑科学、细胞的信号通路与功能中的调控，以及在临床医学领域的主要科研突破与实际应用，对由飞秒激光技术推动的生物光子学领域中涉及的基本理论、基本方法、最新研究进展等进行全面总结和系统分析。由于研究范围和对领域内诸多方向理解的限制，本书对一些新兴进展缺少涉及，对一些过往领域缺少认知，对一些研究进展的理解也可能存在疏漏。且本领域的技术发展较快，一些研究进展与结论也在不断刷新，随着时间的推移，可能会出现与本书中的某些结论不完全一致的情况，请广大读者进行批判性的阅读。

本书侧重于介绍基于飞秒激光技术的生物光子学理论的核心技术。这些技术在生命科学和医学上的实质性应用解释了相关生物医学问题的主要脉络和潜在的发展前景。本书着重阐述飞秒激光技术是如何解决相关生命科学的具体问题和医学需求的。

全书共7章。

第1章对生物光子学的主要领域进行简要介绍，并建立基本的概念与框架。

第2章在解释光与生物学样本相互作用基本过程的基础上，对飞秒激光的主要非线性过程进行了阐述。

第3章着重介绍飞秒激光在生物光子学领域最主流、最重要的应用，即多光子荧光显微成像技术及其在肿瘤和神经科学领域的重要进展。

第4章探讨飞秒激光对细胞分子信号的调控这一全新的应用领域。

第5章综述飞秒激光在精密细胞手术中的应用。

第6章简单介绍飞秒激光在医学上的应用，并列举三个临床应用。

第7章对飞秒激光生物光子学的未来发展趋势进行分析和展望。

本书是在我国飞秒激光领域的专家和前辈，天津大学王清月教授的敦促、指导下完成的。本书在撰写过程中，得到了诸多师长、前辈、同行们的多方面帮助。天津大学超快激光研究室的全体成员、上海交通大学生物医学工程学院的同事们都对本书提出了宝贵意见。特别感谢天津大学王清月教授、胡明列教授，上海交通大学魏勋斌教授，深圳大学屈军乐教授，福建师范大学李步洪教授，浙江大学钱骏教授等对本书的诸多指导。感谢王艺森、王胤涛、王劭阳、程攀、唐莞屹、胡宇豪、王海鹏、田晓莹、赵小惠、余正英等学生所做的资料整理和校对工作。本书在撰写过程中参考了大量国内外已发表的文献、著作，在此向原作者表示衷心感谢，向他们富有开创性的研究工作致敬。

本书可以作为生物医学工程、光学工程等专业的教学参考书及相关研究领域的工具书。由于笔者水平有限，成书过程较为仓促，加之生物光子学领域又始终在迅猛发展，因此错误和遗漏之处在所难免，恳请同行、老师和同学们批评指正。