弱激光生物刺激效應(yīng)的機理研究

1、弱激光生物刺激效應(yīng)的弱激光生物刺激效應(yīng)的機理研究機理研究Low level laser弱激光生物刺激效應(yīng)的機理研究弱激光生物刺激效應(yīng)的機理研究v激光的醫(yī)學(xué)應(yīng)用激光的醫(yī)學(xué)應(yīng)用v弱激光生物效應(yīng)弱激光生物效應(yīng)v弱激光調(diào)節(jié)血紅蛋白活性的機理分析弱激光調(diào)節(jié)血紅蛋白活性的機理分析v弱激光提高生物酶活性的一種物理模型弱激光提高生物酶活性的一種物理模型v進(jìn)一步工作進(jìn)一步工作 Low level laser一、激光的醫(yī)學(xué)應(yīng)用一、激光的醫(yī)學(xué)應(yīng)用1、激光的產(chǎn)生、激光的產(chǎn)生受激吸收、自發(fā)輻射和受激輻射受激吸收、自發(fā)輻射和受激輻射產(chǎn)生激光的條件產(chǎn)生激光的條件激光的產(chǎn)生激光的產(chǎn)生2、激光器的分類、激光器的分類3 3、醫(yī)用

2、激光系統(tǒng)的主要特征、醫(yī)用激光系統(tǒng)的主要特征4 4、激光的醫(yī)學(xué)應(yīng)用、激光的醫(yī)學(xué)應(yīng)用5、激光醫(yī)學(xué)發(fā)展展望、激光醫(yī)學(xué)發(fā)展展望Low level laser一、激光的醫(yī)學(xué)應(yīng)用一、激光的醫(yī)學(xué)應(yīng)用1、激光的產(chǎn)生、激光的產(chǎn)生激光激光(laser): Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation（1）受激吸收、自發(fā)輻射和受激輻射）受激吸收、自發(fā)輻射和受激輻射 按照原子的量子理論，光和原子的相互作用可能引起受激吸收、按照原子的量子理論，光和原子的相互作用可能引起受激吸收、自發(fā)輻射和受激輻射三種躍遷過程。自發(fā)輻射和受激輻射三種躍遷過程。 受激吸收受

3、激吸收：原來處于低能態(tài)：原來處于低能態(tài)E1的原子，受到頻率為的原子，受到頻率為 的光照射的光照射 時，若滿足時，若滿足 原子就有可能吸收光子向高能態(tài)原子就有可能吸收光子向高能態(tài)E2躍遷，這種過程稱為躍遷，這種過程稱為 受激吸收受激吸收，或稱為原子的光激發(fā)。，或稱為原子的光激發(fā)。12EEhE1E2h受激吸收Low level laserv自發(fā)輻射自發(fā)輻射 處于高能態(tài)的原子不是穩(wěn)定的。在沒有外界的作用下，激發(fā)處于高能態(tài)的原子不是穩(wěn)定的。在沒有外界的作用下，激發(fā)態(tài)原子會自發(fā)地向低能態(tài)躍遷，并發(fā)射出一個光子，光子的能量態(tài)原子會自發(fā)地向低能態(tài)躍遷，并發(fā)射出一個光子，光子的能量為為 ，這稱為，這稱為自發(fā)輻

4、射自發(fā)輻射。普通光源的發(fā)光就屬于自發(fā)輻射普通光源的發(fā)光就屬于自發(fā)輻射。 由于發(fā)光物質(zhì)中各個原子自發(fā)地、獨立地進(jìn)行輻射，因而各個光子的由于發(fā)光物質(zhì)中各個原子自發(fā)地、獨立地進(jìn)行輻射，因而各個光子的位位相、偏振態(tài)和傳播方向之間沒有確定的關(guān)系。相、偏振態(tài)和傳播方向之間沒有確定的關(guān)系。12EEhE1E2h自發(fā)輻射v 受激輻射受激輻射 處于高能態(tài)的原子，如果在自發(fā)輻射以前受到能量為處于高能態(tài)的原子，如果在自發(fā)輻射以前受到能量為12EEh的外來光子的誘發(fā)作用，就有可能從高能態(tài)躍遷到低能態(tài)，同時發(fā)射一個的外來光子的誘發(fā)作用，就有可能從高能態(tài)躍遷到低能態(tài)，同時發(fā)射一個與外來光子頻率、位相、偏振態(tài)和傳播方向都相同

5、的光子，這一過程稱為與外來光子頻率、位相、偏振態(tài)和傳播方向都相同的光子，這一過程稱為受激輻射。受激輻射。 在受激輻射中，一個入射光子的作用會得到兩個狀態(tài)全同的光子，如在受激輻射中，一個入射光子的作用會得到兩個狀態(tài)全同的光子，如果這兩個光子再引起其他原子產(chǎn)生受激輻射，這樣繼續(xù)下去，就能得到大果這兩個光子再引起其他原子產(chǎn)生受激輻射，這樣繼續(xù)下去，就能得到大量的特征相同的光子，這就實現(xiàn)了光放大。量的特征相同的光子，這就實現(xiàn)了光放大。E1E2h受激輻射hLow level laser（2）產(chǎn)生激光的條件：有實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的激活介質(zhì)；滿足閾值條）產(chǎn)生激光的條件：有實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的激活介質(zhì)；滿足閾值條件的

6、諧振腔。件的諧振腔。 A 激活介質(zhì)激活介質(zhì) 激光是通過受激輻射來實現(xiàn)光放大的光。激光是通過受激輻射來實現(xiàn)光放大的光。 對光放大過程來說，受激吸收和受激發(fā)射是相互矛盾的。吸對光放大過程來說，受激吸收和受激發(fā)射是相互矛盾的。吸收過程光子數(shù)減少，而輻射過程則使光子數(shù)增加。因此，光通過收過程光子數(shù)減少，而輻射過程則使光子數(shù)增加。因此，光通過物質(zhì)時光子數(shù)是增加還是減少，取決于那個過程占優(yōu)勢，這又決物質(zhì)時光子數(shù)是增加還是減少，取決于那個過程占優(yōu)勢，這又決定于處于高、低能態(tài)的原子數(shù)。定于處于高、低能態(tài)的原子數(shù)。v 正常分布：正常分布：在正常狀態(tài)下，處于高能態(tài)的原子數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于處于低在正常狀態(tài)下，處于高能態(tài)的原

7、子數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于處于低能態(tài)的原子數(shù)，這種分布稱為能態(tài)的原子數(shù)，這種分布稱為正常分布正常分布。 正常分布下，受激吸收過程占優(yōu)勢，不可能實現(xiàn)光放大正常分布下，受激吸收過程占優(yōu)勢，不可能實現(xiàn)光放大。v粒子數(shù)反轉(zhuǎn)：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)：要使受激輻射占優(yōu)勢，必須使處在高能態(tài)的原子數(shù)要使受激輻射占優(yōu)勢，必須使處在高能態(tài)的原子數(shù)大于低能態(tài)的原子數(shù)，這種分布與正常分布相反，稱為大于低能態(tài)的原子數(shù)，這種分布與正常分布相反，稱為粒子數(shù)反粒子數(shù)反居分布居分布，簡稱，簡稱粒子數(shù)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。Low level laserv實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的條件實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的條件 （1）要實現(xiàn)粒子數(shù)反居分布，一定要有實現(xiàn)粒子數(shù)反居分）要實現(xiàn)粒子數(shù)

8、反居分布，一定要有實現(xiàn)粒子數(shù)反居分布的物質(zhì)，稱為布的物質(zhì)，稱為激活介質(zhì)激活介質(zhì)，這種介質(zhì)必須具有適當(dāng)?shù)哪芗壗Y(jié)構(gòu)。，這種介質(zhì)必須具有適當(dāng)?shù)哪芗壗Y(jié)構(gòu)。 （2）必須從外界輸入能量，使激活介質(zhì)有盡可能多的原子吸）必須從外界輸入能量，使激活介質(zhì)有盡可能多的原子吸收能量后躍遷到高能態(tài)。這一能量供應(yīng)過程稱為收能量后躍遷到高能態(tài)。這一能量供應(yīng)過程稱為“激勵激勵”，又稱，又稱為為“抽運抽運”或或“泵浦泵浦”。激勵的方法一般有光激勵、氣體放電激。激勵的方法一般有光激勵、氣體放電激勵、化學(xué)激勵、核能激勵等。勵、化學(xué)激勵、核能激勵等?；鶓B(tài)E1E3E2激發(fā)態(tài)亞穩(wěn)態(tài)抽運無輻射躍遷（能量轉(zhuǎn)移給晶格）三能級系統(tǒng) 處于激發(fā)態(tài)的

9、原子是不穩(wěn)定的，平均壽命約為10-8秒。有些物質(zhì)存在著比一般激發(fā)態(tài)穩(wěn)定的多的能級，其壽命可達(dá)到10-31秒的數(shù)量級。這種受激態(tài)稱為亞穩(wěn)態(tài)。具有亞穩(wěn)態(tài)的物質(zhì)就有可能實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)光放大。 產(chǎn)生激光的工作物質(zhì)有三能級和四能級系統(tǒng)。Low level laser B 光學(xué)諧振腔光學(xué)諧振腔 工作物質(zhì)激活后，為得到激光提供了必要的條件，但是還不可能得工作物質(zhì)激活后，為得到激光提供了必要的條件，但是還不可能得到方向性和單色性很好的激光。到方向性和單色性很好的激光。激發(fā)態(tài)原子激發(fā)態(tài)原子 基態(tài)基態(tài)自發(fā)輻射受激輻射 在實現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的工作物質(zhì)內(nèi)，初始誘發(fā)工作物質(zhì)在實現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的工作物質(zhì)內(nèi)

10、，初始誘發(fā)工作物質(zhì)原子發(fā)生受激輻射的光子來源于自發(fā)輻射，而原子的自發(fā)輻射是原子發(fā)生受激輻射的光子來源于自發(fā)輻射，而原子的自發(fā)輻射是隨機的，所輻射的光的相位、偏振態(tài)、頻率和傳播方向都是互不隨機的，所輻射的光的相位、偏振態(tài)、頻率和傳播方向都是互不相關(guān)，也是隨機的。相關(guān)，也是隨機的。無諧振腔時受激輻射的方無諧振腔時受激輻射的方向是隨機的向是隨機的Low level laserM M1 1M M2 2M M1 1M M2 2M M1 1M M2 2全反射鏡部分反射鏡諧振腔對光束方向的選擇性 諧振腔可以將其它方向和頻率的光子抑制住，而使某一方向和頻率的光子享有最優(yōu)越的條件進(jìn)行放大。 最常用的是平行平面腔

11、。偏離軸線方向的光子逸出腔外 沿軸線方向的光子，在腔內(nèi)來回反射，產(chǎn)生連鎖式放大 在一定條件下，從部分反射鏡射出很強的光束-激光Low level laser一、激光的醫(yī)學(xué)應(yīng)用一、激光的醫(yī)學(xué)應(yīng)用（3）激光的產(chǎn)生）激光的產(chǎn)生 將在泵浦源激發(fā)下處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的工作物質(zhì)置于將在泵浦源激發(fā)下處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的工作物質(zhì)置于光學(xué)諧振腔內(nèi)，如圖所示。光學(xué)諧振腔內(nèi)，如圖所示。激光工作物質(zhì)泵浦源諧振腔光在諧振腔內(nèi)振蕩，抑制自發(fā)發(fā)射，增強受激發(fā)射，不斷獲得光放大，這時從諧振腔軸線方向透射出來的光就是激光。激光主要是受激發(fā)射產(chǎn)生的，所以是相干的。Low level laser2、激光器的分類、激光器的分類 （按

12、工作物質(zhì)分類）（按工作物質(zhì)分類） 激激光光器器氣體激光器氣體激光器固體激光器固體激光器半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器染料激光器染料激光器 氣體激光器，按工作物質(zhì)的性質(zhì)又分為原子激光器、分子激光器和離子激光器。波譜范圍廣，能連續(xù)輸出，單色性、方向性比其它類型的激光器好。且制造方便、成本低、可靠性高。常用的固體激光器為紅寶石、釹玻璃、摻釹釔鋁石榴石。體積小、功率大、使用方便，但工作物質(zhì)較貴，結(jié)構(gòu)制造復(fù)雜。半導(dǎo)體激光器的種類很多。不同類型的工作物質(zhì)，不同方式的激勵，以及提供振蕩的不同結(jié)構(gòu)，都可構(gòu)成不同類型的激光器。光譜結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單色性差，但其重量輕、耗電省。利用有機染料分子獨特的光譜結(jié)構(gòu)，可以得到在一定范

13、圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的激光。Low level laser激光類型 波 長 典型脈沖 持續(xù)時間激光類型 波 長典型脈沖持續(xù)時間 氬離子 氪離子 氦氖二氧化碳 染料激光器二極管激光器 紅寶石激光器 Nd: YLF Nd: YAG Ho: YAG Er: YAG 變頻晶體488/514nm531/568/647nm 633nm 10.6m450900nm670900nm 694nm 1053nm 1064nm 2120nm 2940nm720800nm 連續(xù) 連續(xù) 連續(xù) 連續(xù)或脈沖 連續(xù)或脈沖 連續(xù)或脈沖 1250s100ns250s100ns250s100ns250s100ns250s50ns100s

14、XeCI XeF KrF ArF Nd:YLF Nd:YAG自由電子激光Ti:藍(lán)寶石 308nm 351nm 248nm 193nm 1053nm 1064nm8006000nm7001000nm20300ns1020ns1020ns1020ns30100ps30100ps210ps10fs100fs3 3、醫(yī)用激光系統(tǒng)的主要特征、醫(yī)用激光系統(tǒng)的主要特征注：Nd: YAG 摻釹釔鋁石榴石 Nd: YLF 摻釹氟鋰釔 Low level laser4 4、激光的醫(yī)學(xué)應(yīng)用、激光的醫(yī)學(xué)應(yīng)用 激光因為其激光因為其方向性強、亮度高、單色性和相干性好的方向性強、亮度高、單色性和相干性好的特點特點, ,在激

15、光器發(fā)明后的第二年便被應(yīng)用到醫(yī)學(xué)上，現(xiàn)在已在醫(yī)學(xué)診在激光器發(fā)明后的第二年便被應(yīng)用到醫(yī)學(xué)上，現(xiàn)在已在醫(yī)學(xué)診斷和治療方面得到了廣泛的應(yīng)用。斷和治療方面得到了廣泛的應(yīng)用。 如：如：光動力療法治癌；激光治療心血管疾病；準(zhǔn)分子激光角光動力療法治癌；激光治療心血管疾??；準(zhǔn)分子激光角膜成形術(shù)；膜成形術(shù)； 激光治療前列腺良性增生；激光美容術(shù)；激光纖維激光治療前列腺良性增生；激光美容術(shù)；激光纖維內(nèi)窺鏡手術(shù)；激光腹腔鏡手術(shù)；激光胸腔鏡手術(shù)；激光關(guān)節(jié)鏡內(nèi)窺鏡手術(shù)；激光腹腔鏡手術(shù)；激光胸腔鏡手術(shù)；激光關(guān)節(jié)鏡手術(shù)；激光碎石術(shù)；激光外科手術(shù)；激光在吻合術(shù)上的應(yīng)用；手術(shù)；激光碎石術(shù)；激光外科手術(shù)；激光在吻合術(shù)上的應(yīng)用；激光

16、在口腔、頜面外科及牙科方面的應(yīng)用；弱激光療法等。激光在口腔、頜面外科及牙科方面的應(yīng)用；弱激光療法等。 到目前為止，激光在醫(yī)學(xué)中比較成熟的主要應(yīng)用領(lǐng)域仍然是到目前為止，激光在醫(yī)學(xué)中比較成熟的主要應(yīng)用領(lǐng)域仍然是在眼科。如采用在眼科。如采用Nd:YAGNd:YAG對青光眼進(jìn)行手術(shù)、準(zhǔn)分子激光治療近對青光眼進(jìn)行手術(shù)、準(zhǔn)分子激光治療近視眼的手術(shù)等。視眼的手術(shù)等。 牙科是第二個引入激光技術(shù)的領(lǐng)域。在這一領(lǐng)域雖然進(jìn)行牙科是第二個引入激光技術(shù)的領(lǐng)域。在這一領(lǐng)域雖然進(jìn)行了一些研究，但大部分的理論和實驗結(jié)果尚不盡人意，因而激了一些研究，但大部分的理論和實驗結(jié)果尚不盡人意，因而激光在牙科的臨床應(yīng)用的探討仍在進(jìn)行之中

17、。光在牙科的臨床應(yīng)用的探討仍在進(jìn)行之中。 目前，臨床激光研究的主要精力集中于對各種腫瘤的治療。目前，臨床激光研究的主要精力集中于對各種腫瘤的治療。如光動力療法（如光動力療法（photodynamic therapy PDTphotodynamic therapy PDT）等。）等。 Low level laser激光醫(yī)學(xué)激光醫(yī)學(xué)臨床治療醫(yī)學(xué)測量和診斷顯微外科手術(shù) 激光治療視網(wǎng)膜裂孔、眼底病變、矯正屈光不正，清除血管堵塞物，激光結(jié)合光敏藥物治療惡性腫瘤，激光美容等。 激光多普勒流速計可以用非接觸地法測量血流速度；激光流式細(xì)胞計技術(shù)能對大量細(xì)胞的多項指標(biāo)進(jìn)行快速測定；激光光譜分析法大大提高了分辨率

18、、靈敏度；激光全息、激光透照等有獨特的檢查效果。 激光聚焦照射并摧毀活細(xì)胞體內(nèi)的某個區(qū)域；激光誘導(dǎo)細(xì)胞融合；激光裁剪DNA生物大分子等。Low level laser5、激光醫(yī)學(xué)發(fā)展展望、激光醫(yī)學(xué)發(fā)展展望激光醫(yī)學(xué)并不限于一個或幾個學(xué)科，它幾乎與所有的學(xué)科都有激光醫(yī)學(xué)并不限于一個或幾個學(xué)科，它幾乎與所有的學(xué)科都有關(guān)，可以預(yù)期將來有更大的應(yīng)用前景。關(guān)，可以預(yù)期將來有更大的應(yīng)用前景。對激光醫(yī)學(xué)的新進(jìn)展應(yīng)謹(jǐn)慎看待。原因是：并不是每一個激光對激光醫(yī)學(xué)的新進(jìn)展應(yīng)謹(jǐn)慎看待。原因是：并不是每一個激光治療疾病的報道都能在其他的醫(yī)療機構(gòu)重現(xiàn)；同樣的效應(yīng)對某治療疾病的報道都能在其他的醫(yī)療機構(gòu)重現(xiàn)；同樣的效應(yīng)對某種疾

19、病的治療是有效的，而對另一種疾病的治療則可能是災(zāi)難種疾病的治療是有效的，而對另一種疾病的治療則可能是災(zāi)難性的。性的。 國內(nèi)外激光醫(yī)學(xué)領(lǐng)域開始對激光醫(yī)療過程及其相應(yīng)的治療機國內(nèi)外激光醫(yī)學(xué)領(lǐng)域開始對激光醫(yī)療過程及其相應(yīng)的治療機理進(jìn)行研究，試圖從理論上對各種治療過程及相應(yīng)的治療效應(yīng)理進(jìn)行研究，試圖從理論上對各種治療過程及相應(yīng)的治療效應(yīng)進(jìn)行解釋，因而形成了激光與生物組織相互作用機理研究的學(xué)進(jìn)行解釋，因而形成了激光與生物組織相互作用機理研究的學(xué)科，進(jìn)而發(fā)展成為生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)學(xué)科領(lǐng)域。科，進(jìn)而發(fā)展成為生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)學(xué)科領(lǐng)域。Low level laser二、弱激光生物效應(yīng)二、弱激光生物效應(yīng)1、激光生物學(xué)效

20、應(yīng)的分類、激光生物學(xué)效應(yīng)的分類激激光光生生物物效效應(yīng)應(yīng)光化學(xué)效應(yīng)光化學(xué)效應(yīng)熱作用熱作用光蝕除作用光蝕除作用等離子體誘導(dǎo)蝕出作用等離子體誘導(dǎo)蝕出作用光致破裂作用光致破裂作用生物大分子吸收光子的能量受激活，產(chǎn)生受生物大分子吸收光子的能量受激活，產(chǎn)生受激原子、激原子、 分子和自由基，引起體內(nèi)一系列化分子和自由基，引起體內(nèi)一系列化學(xué)反應(yīng)。（如光化學(xué)治癌、皮學(xué)反應(yīng)。（如光化學(xué)治癌、皮 膚鮮紅癍痣的膚鮮紅癍痣的治療等）治療等）主要是利用激光的熱量達(dá)到溫?zé)?、凝結(jié)、汽化、主要是利用激光的熱量達(dá)到溫?zé)帷⒛Y(jié)、汽化、碳化和熔融效應(yīng)。碳化和熔融效應(yīng)。由紫外光產(chǎn)生的切除作用，它是高能量的紫外由紫外光產(chǎn)生的切除作用，它

21、是高能量的紫外激光直接打斷分子鍵的作用。（準(zhǔn)分子激光治激光直接打斷分子鍵的作用。（準(zhǔn)分子激光治療屈光不正）療屈光不正）高功率激光產(chǎn)生等離子蝕除的現(xiàn)象。高功率激光產(chǎn)生等離子蝕除的現(xiàn)象。高功率激光器產(chǎn)生的機械分裂和切割作用。高功率激光器產(chǎn)生的機械分裂和切割作用。激光醫(yī)學(xué)中主要應(yīng)用激光生物效應(yīng)中的光和熱作用。激光醫(yī)學(xué)中主要應(yīng)用激光生物效應(yīng)中的光和熱作用。 弱激光的刺激作用，有人認(rèn)為是光化學(xué)作用，其作用時間和功率密度弱激光的刺激作用，有人認(rèn)為是光化學(xué)作用，其作用時間和功率密度與化學(xué)作用差不多。與化學(xué)作用差不多。Low level laser2 2、弱激光的生物刺激作用、弱激光的生物刺激作用（1 1）弱

22、激光（）弱激光（low level laserlow level laser）：）： 照射不會對生物組織直接造成不可逆損傷的激光稱為弱激光。照射不會對生物組織直接造成不可逆損傷的激光稱為弱激光。（2 2）弱激光刺激作用）弱激光刺激作用 弱激光照射可以影響機體免疫功能，對神經(jīng)組織和功能有刺激弱激光照射可以影響機體免疫功能，對神經(jīng)組織和功能有刺激作用，還可以引起生物機體內(nèi)一系列其他的生物效應(yīng)。作用，還可以引起生物機體內(nèi)一系列其他的生物效應(yīng)。 激光生物刺激作用具有如下特點：激光生物刺激作用具有如下特點： (a) (a) 刺激或抑制刺激或抑制：激光照射小劑量起刺激作用，而大劑量反而：激光照射小劑量起刺

23、激作用，而大劑量反而起抑制作用；大小劑量的劃分則隨生物的結(jié)構(gòu)和機能的不同而不起抑制作用；大小劑量的劃分則隨生物的結(jié)構(gòu)和機能的不同而不同。同。 (b) (b) 積累作用積累作用：小劑量：小劑量He-NeHe-Ne激光有積累作用，即以一次大劑量激光有積累作用，即以一次大劑量照射或?qū)⒃搫┝糠殖尚┝慷啻握丈?，所起的生物效?yīng)一樣大。照射或?qū)⒃搫┝糠殖尚┝慷啻握丈洌鸬纳镄?yīng)一樣大。 (c) (c) 拋物線效應(yīng)拋物線效應(yīng)：即照射次數(shù)有閥值，效應(yīng)不隨次數(shù)正比增大，：即照射次數(shù)有閥值，效應(yīng)不隨次數(shù)正比增大，有一極大值，達(dá)極大值后，再增加照射次數(shù)，刺激作用反而減弱，有一極大值，達(dá)極大值后，再增加照射次數(shù)

24、，刺激作用反而減弱，甚至變成抑制作用。甚至變成抑制作用。 Low level laser3 3、弱激光刺激作用的機理、弱激光刺激作用的機理 對弱激光刺激作用的機理研究，人們提出了很多假說，主要有對弱激光刺激作用的機理研究，人們提出了很多假說，主要有（1 1）GurvichGurvich生物場理論生物場理論 這種理論認(rèn)為，完整機體的組織和器官的聯(lián)系并不限于體液這種理論認(rèn)為，完整機體的組織和器官的聯(lián)系并不限于體液的作用和神經(jīng)系統(tǒng)的控制機制。由于每一細(xì)胞、組織、器官及其的作用和神經(jīng)系統(tǒng)的控制機制。由于每一細(xì)胞、組織、器官及其周圍都存在著生物場，從而使高級水平的結(jié)構(gòu)（機體、器官）能周圍都存在著生物場，

25、從而使高級水平的結(jié)構(gòu)（機體、器官）能夠?qū)Φ图壦降慕Y(jié)構(gòu)（組織、細(xì)胞）施加正常的影響。夠?qū)Φ图壦降慕Y(jié)構(gòu)（組織、細(xì)胞）施加正常的影響。 （2 2） MesterMester的線偏振光定向電場力改變細(xì)胞膜的構(gòu)想假說的線偏振光定向電場力改變細(xì)胞膜的構(gòu)想假說 這種理論認(rèn)為，細(xì)胞膜是類脂雙分子層結(jié)構(gòu)，而類脂分子是這種理論認(rèn)為，細(xì)胞膜是類脂雙分子層結(jié)構(gòu)，而類脂分子是電偶極子。當(dāng)用線偏振光照射細(xì)胞時，線偏振光的電場力強迫類電偶極子。當(dāng)用線偏振光照射細(xì)胞時，線偏振光的電場力強迫類脂分子極化方向沿著偏振光的電場方向重新排列，結(jié)果改變了細(xì)脂分子極化方向沿著偏振光的電場方向重新排列，結(jié)果改變了細(xì)胞膜上類脂雙分子層的

26、構(gòu)象，從而影響到了與細(xì)胞膜有關(guān)的每一胞膜上類脂雙分子層的構(gòu)象，從而影響到了與細(xì)胞膜有關(guān)的每一個過程，如細(xì)胞的能量代謝、免疫過程的和酶的反應(yīng)等。個過程，如細(xì)胞的能量代謝、免疫過程的和酶的反應(yīng)等。 另外還有另外還有LnyushinLnyushin的的生物等離子體學(xué)說、光色素吸收激光能生物等離子體學(xué)說、光色素吸收激光能量調(diào)節(jié)生命過程假說、細(xì)胞膜受體作用導(dǎo)致細(xì)胞的光照活化效應(yīng)量調(diào)節(jié)生命過程假說、細(xì)胞膜受體作用導(dǎo)致細(xì)胞的光照活化效應(yīng)假說等，但是沒有一種假說能得到普遍接受假說等，但是沒有一種假說能得到普遍接受。Low level laser三、弱激光調(diào)節(jié)血紅蛋白活性的機理分析三、弱激光調(diào)節(jié)血紅蛋白活性的機

27、理分析1 1、選題思路：、選題思路： 激光血管內(nèi)照射（激光血管內(nèi)照射（ILIBILIB）是采用弱激光照射循環(huán)血的一種方法，）是采用弱激光照射循環(huán)血的一種方法，它開始于上世紀(jì)它開始于上世紀(jì)8080年代，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于對神經(jīng)系統(tǒng)，心血管疾年代，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于對神經(jīng)系統(tǒng)，心血管疾病，肺炎及各科感染疾病的治療。這種方法可有效降低過氧化脂病，肺炎及各科感染疾病的治療。這種方法可有效降低過氧化脂（LPOLPO）濃度，明顯提高超氧化物岐化酶）濃度，明顯提高超氧化物岐化酶(SOD)(SOD)，谷胱甘肽過氧化，谷胱甘肽過氧化物酶物酶(GSHPX)(GSHPX)，及過氧化氫酶，及過氧化氫酶(CAT)(CAT)的活

28、性，增強機體清除自由基的活性，增強機體清除自由基能力，清除腦缺氧局部產(chǎn)生的大量自由基，抗脂質(zhì)過氧化，改善能力，清除腦缺氧局部產(chǎn)生的大量自由基，抗脂質(zhì)過氧化，改善局部腦組織的功能。局部腦組織的功能。 但是對激光血管內(nèi)照射的治療作用的機理研究，尤其是弱激光但是對激光血管內(nèi)照射的治療作用的機理研究，尤其是弱激光對血液中蛋白質(zhì)活性的調(diào)節(jié)方面的研究并不深入，而弄清激光對對血液中蛋白質(zhì)活性的調(diào)節(jié)方面的研究并不深入，而弄清激光對血液中蛋白質(zhì)活性調(diào)節(jié)的生物物理機制有助于對治療方法和醫(yī)療血液中蛋白質(zhì)活性調(diào)節(jié)的生物物理機制有助于對治療方法和醫(yī)療儀器的改進(jìn)，為此對其機理進(jìn)行了一些物理分析。儀器的改進(jìn)，為此對其機理進(jìn)

29、行了一些物理分析。Low level laser2 2、血液中蛋白質(zhì)活性的自然調(diào)節(jié)、血液中蛋白質(zhì)活性的自然調(diào)節(jié) 蛋白質(zhì)是氨基酸的多聚體，其中執(zhí)行酶學(xué)功能的稱為酶。蛋白質(zhì)的激蛋白質(zhì)是氨基酸的多聚體，其中執(zhí)行酶學(xué)功能的稱為酶。蛋白質(zhì)的激活與抑制如圖活與抑制如圖1 1所示：所示： (a) stimulation (b) restraint (a) stimulation (b) restraint 圖圖1 1 蛋白質(zhì)分子的激活與抑制蛋白質(zhì)分子的激活與抑制 Fig.1 The activation and restraint of protein moleculesFig.1 The activati

30、on and restraint of protein molecules 無活性形式的蛋白質(zhì)底物分子不能直接參與生物化學(xué)反應(yīng)，它必須先與激無活性形式的蛋白質(zhì)底物分子不能直接參與生物化學(xué)反應(yīng)，它必須先與激活物結(jié)合，引起其形狀改變，即變構(gòu)，使其形狀與酶的活性位點形狀接近互補，活物結(jié)合，引起其形狀改變，即變構(gòu)，使其形狀與酶的活性位點形狀接近互補，變?yōu)榛钚孕问降牡孜铩６钚孕问降牡孜镆部梢酝种莆镞M(jìn)行結(jié)合，通過變構(gòu)，變?yōu)榛钚孕问降牡孜?。而活性形式的底物也可以同抑制物進(jìn)行結(jié)合，通過變構(gòu)，使底物分子變得無活性。使底物分子變得無活性。 生物通過釋放一定量的激活因子或抑制因子從而達(dá)到對生物化學(xué)反生物通過釋放

31、一定量的激活因子或抑制因子從而達(dá)到對生物化學(xué)反應(yīng)的控制。應(yīng)的控制。 Low level laser 3 3、激光的作用、激光的作用 3. 1 3. 1 血液在弱激光照射時的拉曼散射吸收血液在弱激光照射時的拉曼散射吸收 圖2 弱激光照射時血液的拉曼散射吸收 Fig.2 The Raman scattering absorption ofblood irradiating by low level laser當(dāng)頻率為 的單色弱激光在血管內(nèi)照射時，它與蛋白質(zhì)分子相互作用，部分被吸收，部分向各個方向散射，散射光立刻分裂為若干不同波長的譜線，如圖2所示 vLow level laser 瑞利散射線瑞利散

32、射線 瑞利散射線是屬于彈性散射，其頻率與入射光頻率相同瑞利散射線是屬于彈性散射，其頻率與入射光頻率相同 斯托克斯線斯托克斯線 血管內(nèi)蛋白質(zhì)分子接受光子的部分能量時，血管內(nèi)蛋白質(zhì)分子接受光子的部分能量時， 頻率較低（頻率較低（ ） 反斯托克斯線反斯托克斯線 蛋白質(zhì)大分子給予光子以部分能量時譜線出現(xiàn)蛋白質(zhì)大分子給予光子以部分能量時譜線出現(xiàn) 頻率較高（頻率較高（ ） 斯托克斯線和反斯托克斯線的光頻率都與入射光的頻率不同，散射斯托克斯線和反斯托克斯線的光頻率都與入射光的頻率不同，散射光與入射光頻率之差（光與入射光頻率之差（ ）稱為）稱為拉曼位移拉曼位移 一般來說，斯托克斯線和反斯托克斯線發(fā)生的幾率應(yīng)相

33、同，但由于在一般來說，斯托克斯線和反斯托克斯線發(fā)生的幾率應(yīng)相同，但由于在常溫下大量蛋白質(zhì)分子處于基態(tài)或低能態(tài)，故常溫下大量蛋白質(zhì)分子處于基態(tài)或低能態(tài)，故斯托克斯線發(fā)生的幾率遠(yuǎn)斯托克斯線發(fā)生的幾率遠(yuǎn)高于反斯托克斯線高于反斯托克斯線。 也就是說也就是說血液中有許多蛋白質(zhì)大分子吸收了部分光能被激發(fā)，分子的血液中有許多蛋白質(zhì)大分子吸收了部分光能被激發(fā)，分子的振動和轉(zhuǎn)動能級發(fā)生了從低能級向高能級的躍遷。振動和轉(zhuǎn)動能級發(fā)生了從低能級向高能級的躍遷。 vvvvhEvLow level laser3.2 3.2 激光的光壓作用激光的光壓作用 由于激光的光壓作用，部分光子的動能將傳遞給蛋白質(zhì)分子，使其動由于激光

34、的光壓作用，部分光子的動能將傳遞給蛋白質(zhì)分子，使其動能增加，平均速率變大能增加，平均速率變大。計算方法如下：設(shè)激光的頻率為。計算方法如下：設(shè)激光的頻率為。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)的反射率為的反射率為時，則在每時，則在每s s照射到某個蛋白質(zhì)分子上的照射到某個蛋白質(zhì)分子上的N N 個光子中，有個光子中，有 個被吸收個被吸收, ,而而N N 個被反射，所以作用于此分子的壓力為個被反射，所以作用于此分子的壓力為: : 假設(shè)此分子的質(zhì)量為假設(shè)此分子的質(zhì)量為m m，f f 為分子所受的阻力，則由光壓可以得到此蛋白為分子所受的阻力，則由光壓可以得到此蛋白質(zhì)分子在照射一秒的情況下獲得的加速度為：質(zhì)分子在照射一秒的

35、情況下獲得的加速度為： 由此加速度以及光照時間，可以求得分子動能的增加量。由此加速度以及光照時間，可以求得分子動能的增加量。chNchNcNhP)1 (2)1 (N1mfchNmfPa/)1 (Low level laser 4 4、機理分析、機理分析 由前面的討論可知在激光的照射下，血液中的蛋白質(zhì)大分子由前面的討論可知在激光的照射下，血液中的蛋白質(zhì)大分子的總能量的總能量E E增加了，其中增加了，其中E E= =E ET T+ +E ER R+ +E EV V ，E ET T、E ER R、E EV V分別為分子的平分別為分子的平動動能、轉(zhuǎn)動動能和振動動能。動動能、轉(zhuǎn)動動能和振動動能。4 4、

36、1 1 蛋白質(zhì)分子平動動能增加的情形蛋白質(zhì)分子平動動能增加的情形 對血管中蛋白質(zhì)分子之間的碰撞進(jìn)行粗略的估算。對血管中蛋白質(zhì)分子之間的碰撞進(jìn)行粗略的估算。 用分子運動論可以推算出每用分子運動論可以推算出每s s 碰到單位立體角內(nèi)血管壁上的蛋白碰到單位立體角內(nèi)血管壁上的蛋白 質(zhì)分子數(shù)為質(zhì)分子數(shù)為 。 8vnLow level laser 為計算方便，令一個蛋白質(zhì)分子貼在血管壁上，它在血管壁為計算方便，令一個蛋白質(zhì)分子貼在血管壁上，它在血管壁上的投影面積為上的投影面積為S S，則每，則每s s在單位立體角內(nèi)向它撞來的其他分子數(shù)在單位立體角內(nèi)向它撞來的其他分子數(shù) 為為 。 因此，由于光壓作用在光照因

37、此，由于光壓作用在光照t t秒鐘內(nèi)的情形下蛋白質(zhì)分子的速率秒鐘內(nèi)的情形下蛋白質(zhì)分子的速率增加為增加為 即有即有 所以在弱激光照射時單位立體角內(nèi)與某個蛋白質(zhì)分子碰撞的其所以在弱激光照射時單位立體角內(nèi)與某個蛋白質(zhì)分子碰撞的其 他蛋白質(zhì)分子個數(shù)從他蛋白質(zhì)分子個數(shù)從 增加到增加到 血液中蛋白質(zhì)分子的運動加劇，分子之間發(fā)生碰撞的幾率增大。血液中蛋白質(zhì)分子的運動加劇，分子之間發(fā)生碰撞的幾率增大。8Svnatvvt_0_0_vvtSnv_081Snvt_81Low level laser 因此：因此：(1)(1)酶與底物碰撞結(jié)合的幾率增加酶與底物碰撞結(jié)合的幾率增加。如：磷酸化酶與底。如：磷酸化酶與底物蔗糖，

38、琥珀酸脫氫酶與底物琥珀酸鹽等。物蔗糖，琥珀酸脫氫酶與底物琥珀酸鹽等。這樣如同激活了糖代這樣如同激活了糖代謝及線粒體呼吸鏈所需的這幾種酶，促進(jìn)了糖的利用和三磷酸腺謝及線粒體呼吸鏈所需的這幾種酶，促進(jìn)了糖的利用和三磷酸腺苷（苷（ATPATP）的產(chǎn)生。）的產(chǎn)生。 (2)(2)蛋白質(zhì)底物分子和酶原與激活因子結(jié)合的速率加快，數(shù)量蛋白質(zhì)底物分子和酶原與激活因子結(jié)合的速率加快，數(shù)量增多，明顯地提高了超氧化物岐化酶增多，明顯地提高了超氧化物岐化酶(SOD)(SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶、谷胱甘肽過氧化物酶(GSHPX)(GSHPX)及過氧化氫酶及過氧化氫酶(CAT)(CAT)的活性，增強了機體清除自由基的能的

39、活性，增強了機體清除自由基的能力力。 (3)(3)血液中各種分子的運動加劇有助于血液粘度下降，使血液血液中各種分子的運動加劇有助于血液粘度下降，使血液處于低凝態(tài)處于低凝態(tài)。試驗表明向血液中注光，可以激活血液中的多種酶，。試驗表明向血液中注光，可以激活血液中的多種酶，這些酶可以消融、分解血液中過多的脂肪，從而起到降低血脂的這些酶可以消融、分解血液中過多的脂肪，從而起到降低血脂的作用。另外，向血液注光，血液中的葡萄糖的某些分子鍵在光子作用。另外，向血液注光，血液中的葡萄糖的某些分子鍵在光子作用下斷裂，啟動葡萄糖醇解的化學(xué)過程，產(chǎn)生作用下斷裂，啟動葡萄糖醇解的化學(xué)過程，產(chǎn)生ATPATP能量，紅細(xì)胞能

40、量，紅細(xì)胞獲得足夠的能量，其變形能力隨之增加，降低紅細(xì)胞及血小板的獲得足夠的能量，其變形能力隨之增加，降低紅細(xì)胞及血小板的凝聚性，使得血粘度及血流變指標(biāo)明顯好轉(zhuǎn)。凝聚性，使得血粘度及血流變指標(biāo)明顯好轉(zhuǎn)。 Low level laser4. 2 4. 2 轉(zhuǎn)動動能增加的情形轉(zhuǎn)動動能增加的情形 在小劑量照射情況下在小劑量照射情況下，對底物分子和酶原而言，激活因子在其，對底物分子和酶原而言，激活因子在其4 4 立體角內(nèi)出現(xiàn)的幾率是平均的，無論是轉(zhuǎn)動還是靜止，在單立體角內(nèi)出現(xiàn)的幾率是平均的，無論是轉(zhuǎn)動還是靜止，在單位時間內(nèi)底物分子和酶原的結(jié)合點得到激活因子的幾率相同，所位時間內(nèi)底物分子和酶原的結(jié)合點得

41、到激活因子的幾率相同，所以以轉(zhuǎn)動對蛋白質(zhì)（包括酶）的活性無影響轉(zhuǎn)動對蛋白質(zhì)（包括酶）的活性無影響。 但當(dāng)大劑量激光照射時，底物分子和酶原轉(zhuǎn)動過快，可能甩掉但當(dāng)大劑量激光照射時，底物分子和酶原轉(zhuǎn)動過快，可能甩掉剛剛結(jié)合，但結(jié)合不牢的激活因子，從而出現(xiàn)蛋白質(zhì)的活性被抑剛剛結(jié)合，但結(jié)合不牢的激活因子，從而出現(xiàn)蛋白質(zhì)的活性被抑制的現(xiàn)象制的現(xiàn)象。酶與底物在弱激光照射下的作用過程也同蛋白質(zhì)與激酶與底物在弱激光照射下的作用過程也同蛋白質(zhì)與激活因子一樣活因子一樣。 實驗證明：激光照射小劑量起刺激作用，而大劑量反而起抑實驗證明：激光照射小劑量起刺激作用，而大劑量反而起抑制作用；照射次數(shù)有閾值，效應(yīng)不隨次數(shù)正比增

42、大，有一極大值，制作用；照射次數(shù)有閾值，效應(yīng)不隨次數(shù)正比增大，有一極大值，達(dá)到極大值之后，再增加照射次數(shù)，刺激作用反而減弱，甚至變達(dá)到極大值之后，再增加照射次數(shù)，刺激作用反而減弱，甚至變成抑制作用。成抑制作用。 Low level laser4. 3 4. 3 振動動能增加的情形振動動能增加的情形 某蛋白質(zhì)分子與其它分子的結(jié)合是靠它的結(jié)合位點用電荷作用、某蛋白質(zhì)分子與其它分子的結(jié)合是靠它的結(jié)合位點用電荷作用、疏水作用、氫鍵、范德華力中的一種或幾種的吸引來解決的，當(dāng)疏水作用、氫鍵、范德華力中的一種或幾種的吸引來解決的，當(dāng)振動動能增加時，這些結(jié)合位點將發(fā)生更大范圍的振動，故其引振動動能增加時，這些

43、結(jié)合位點將發(fā)生更大范圍的振動，故其引力范圍也必將擴大，更易于吸住旁邊飛過的激活因子，使無活性力范圍也必將擴大，更易于吸住旁邊飛過的激活因子，使無活性的蛋白質(zhì)底物和酶原激活，也使酶更迅速地通過結(jié)合位點引力范的蛋白質(zhì)底物和酶原激活，也使酶更迅速地通過結(jié)合位點引力范圍的擴大，捕捉到它催化的參于生化反應(yīng)的蛋白質(zhì)。同樣，圍的擴大，捕捉到它催化的參于生化反應(yīng)的蛋白質(zhì)。同樣，當(dāng)大當(dāng)大劑量照射時，振動過快可能甩掉結(jié)合不牢的激活因子，使蛋白質(zhì)劑量照射時，振動過快可能甩掉結(jié)合不牢的激活因子，使蛋白質(zhì)的活性被抑制的活性被抑制 . . Low level laser5.5.結(jié)論結(jié)論 (1)(1)小劑量弱激光照射時，酶

44、與底物碰撞結(jié)合的幾率增加，蛋白小劑量弱激光照射時，酶與底物碰撞結(jié)合的幾率增加，蛋白質(zhì)底物分子和酶原與激活因子結(jié)合的速率加快，血液中多種酶的質(zhì)底物分子和酶原與激活因子結(jié)合的速率加快，血液中多種酶的活性被激發(fā)。活性被激發(fā)。 (2)(2)大劑量照射時，雖然蛋白質(zhì)分子間的相遇幾率增大了，但由大劑量照射時，雖然蛋白質(zhì)分子間的相遇幾率增大了，但由于轉(zhuǎn)動與振動加劇到蛋白質(zhì)分子間不能牢固結(jié)合的地步，生物的于轉(zhuǎn)動與振動加劇到蛋白質(zhì)分子間不能牢固結(jié)合的地步，生物的活性反而被抑制。從能量的觀點很好地解了釋這種現(xiàn)象，也較好活性反而被抑制。從能量的觀點很好地解了釋這種現(xiàn)象，也較好的解釋了弱激光對血紅蛋白活性的調(diào)節(jié)。的解

45、釋了弱激光對血紅蛋白活性的調(diào)節(jié)。 但弱激光在血管內(nèi)的作用是很復(fù)雜的，有多種反應(yīng)在同時進(jìn)行但弱激光在血管內(nèi)的作用是很復(fù)雜的，有多種反應(yīng)在同時進(jìn)行和相互制約，而且不同波長的激光對生物的作用也是有差別的，和相互制約，而且不同波長的激光對生物的作用也是有差別的，這些還需要做更進(jìn)一步的研究。這些還需要做更進(jìn)一步的研究。 Low level laser四、弱激光提高生物酶活性的一種物理模型四、弱激光提高生物酶活性的一種物理模型1 1、模型的建立、模型的建立 1.1 1.1 問題的提出問題的提出 激光血管內(nèi)照射幾個方面的生物學(xué)效應(yīng)，每一方面都與激活酶活性密激光血管內(nèi)照射幾個方面的生物學(xué)效應(yīng)，每一方面都與激活

46、酶活性密不可分，可以說提高酶活性是生物學(xué)效應(yīng)的微觀基礎(chǔ)，也就是激光血管不可分，可以說提高酶活性是生物學(xué)效應(yīng)的微觀基礎(chǔ)，也就是激光血管內(nèi)照射的微觀基礎(chǔ)。內(nèi)照射的微觀基礎(chǔ)。 酶是執(zhí)行酶學(xué)功能的蛋白質(zhì)，氨基酸是蛋白質(zhì)分子的基本單位。兩酶是執(zhí)行酶學(xué)功能的蛋白質(zhì)，氨基酸是蛋白質(zhì)分子的基本單位。兩個氨基酸分子結(jié)合在一起釋放出一個水分子，靠肽鍵結(jié)成一個長鏈，組個氨基酸分子結(jié)合在一起釋放出一個水分子，靠肽鍵結(jié)成一個長鏈，組成了蛋白質(zhì)的一維結(jié)構(gòu)。成了蛋白質(zhì)的一維結(jié)構(gòu)。 對于蛋白質(zhì)來講，其活性和功能的能量供給主要由附著在蛋白質(zhì)分子對于蛋白質(zhì)來講，其活性和功能的能量供給主要由附著在蛋白質(zhì)分子上的三磷酸腺苷（上的三磷

47、酸腺苷（ATPATP）分子所發(fā)生的水解反應(yīng)時所釋放的能量，但能）分子所發(fā)生的水解反應(yīng)時所釋放的能量，但能量是如何傳遞到生物組織和細(xì)胞核內(nèi)的量是如何傳遞到生物組織和細(xì)胞核內(nèi)的DNADNA，引起肌肉的收縮和，引起肌肉的收縮和DNADNA的復(fù)的復(fù)制？它是通過一個非平衡態(tài)過程而被使用，還是通過平衡過程而轉(zhuǎn)化為制？它是通過一個非平衡態(tài)過程而被使用，還是通過平衡過程而轉(zhuǎn)化為滿足經(jīng)典熱力學(xué)關(guān)系？一種可能的能量傳遞機制是，這個能量可以轉(zhuǎn)變滿足經(jīng)典熱力學(xué)關(guān)系？一種可能的能量傳遞機制是，這個能量可以轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍踪|(zhì)分子內(nèi)的振動激發(fā)。以此為基礎(chǔ)，可以建立蛋白質(zhì)分子的振動為蛋白質(zhì)分子內(nèi)的振動激發(fā)。以此為基礎(chǔ)，可以建立蛋白

48、質(zhì)分子的振動模型。模型。 Low level laser1.2 1.2 模型建立模型建立 蛋白質(zhì)分子并不是準(zhǔn)一維的分子鏈，而是由蛋白質(zhì)分子并不是準(zhǔn)一維的分子鏈，而是由螺旋，螺旋，片，球片，球狀等空間組態(tài)連成的復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)。為了簡單起見，可以用適狀等空間組態(tài)連成的復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)。為了簡單起見，可以用適當(dāng)?shù)姆椒ò哑浞殖珊芏嘈《?，使每段可近似看成是?zhǔn)一維分子鏈。當(dāng)?shù)姆椒ò哑浞殖珊芏嘈《?，使每段可近似看成是?zhǔn)一維分子鏈。在此分子鏈上，由于氨基酸分子的相似性，可以將其看作質(zhì)量均在此分子鏈上，由于氨基酸分子的相似性，可以將其看作質(zhì)量均為為m m的諧振子，而把肽鍵看作為倔強系數(shù)為的諧振子，而把肽鍵看作為倔

49、強系數(shù)為k k的彈性振子。的彈性振子。 設(shè)在某個時刻，某一諧振子與相鄰諧振子之間的位置如圖設(shè)在某個時刻，某一諧振子與相鄰諧振子之間的位置如圖1 1所示所示: : 圖1 相鄰諧振子的位置fig.1 The position of neighbor harmonic vibratorLow level laser 并假定某時刻從左到右三個諧振子距其平衡位置的位移依次為并假定某時刻從左到右三個諧振子距其平衡位置的位移依次為x x1 1、x x2 2、x x3 3, , ,則它們的運動方程為：則它們的運動方程為： 設(shè)設(shè) 具有復(fù)數(shù)形式具有復(fù)數(shù)形式 （i=1,2,3i=1,2,3）)(21212xxkdt

50、xdm)()(3212222xxkxxkdtxdm)(23232xxkdtxdm（1）tiiieAxixLow level laser代入方程（代入方程（1 1），并且注意到，求導(dǎo)算符），并且注意到，求導(dǎo)算符 相當(dāng)于相當(dāng)于(i)(i)2 2= =2 2，消去公共因子，消去公共因子e eitit ，經(jīng)移項并整理，得，經(jīng)移項并整理，得i i 的線性的線性齊次聯(lián)立代數(shù)方程組齊次聯(lián)立代數(shù)方程組2dtd0)(212AmkAmk0)2(3221AmkAmkAmk0)(322AmkAmk（2）由方程由方程(2)(2)有解的條件可以得到諧振子振動的圓頻率有解的條件可以得到諧振子振動的圓頻率為為mk21mk32

51、2023也就是說，諧振子的振動有三種模式。也就是說，諧振子的振動有三種模式。 Low level laser將三個將三個分別代到方程（分別代到方程（2 2），則得到每個運動模式振幅之間的比例關(guān)系），則得到每個運動模式振幅之間的比例關(guān)系 對于對于1 1： 對于對于 2 2： 對于對于 ：31AA02A23121AAA321AAA3（3） 由此可見，對于由此可見，對于1 1代表的振動模式，中間諧振子不動，代表的振動模式，中間諧振子不動，而兩側(cè)諧振子相對運動；而兩側(cè)諧振子相對運動； 對于對于2 2代表的振動模式，兩側(cè)諧振子相對靜止，它們整代表的振動模式，兩側(cè)諧振子相對靜止，它們整體與中央振子作相對運

52、動；體與中央振子作相對運動； 對于對于3 3代表的振動模式，則是整個分子的剛形平動，并代表的振動模式，則是整個分子的剛形平動，并非內(nèi)部的振動模式。非內(nèi)部的振動模式。Low level laser模式1模式2剛形平動 圖2 幾種振動模式fig.2 some vibration modelsLow level laser 這里討論的是中央分子的運動，只能是模式這里討論的是中央分子的運動，只能是模式2 2，中央諧振子以頻率，中央諧振子以頻率作簡諧振動，根據(jù)量子力學(xué)計算結(jié)果，該諧振子能級可表示為：作簡諧振動，根據(jù)量子力學(xué)計算結(jié)果，該諧振子能級可表示為： mk3)21( nEn n=0,1,2,3, n

53、=0,1,2,3,相鄰能級間隔為相鄰能級間隔為= = 。 假設(shè)假設(shè)L L，D D分別為激光頻率以及在雙鍵作用下諧振子的振動分別為激光頻率以及在雙鍵作用下諧振子的振動頻率，由上面的討論可知頻率，由上面的討論可知 mkD3而在單鍵作用下，根據(jù)振動規(guī)律有：而在單鍵作用下，根據(jù)振動規(guī)律有： kxFxmF即即 得到得到s s是單鍵作用下諧振子的振動頻率，是單鍵作用下諧振子的振動頻率， 0 xmkxmkSSD3Low level laser 所以所以 肽鍵能為肽鍵能為8484125KJ/mol, He-Ne125KJ/mol, He-Ne激光器所發(fā)光子激光器所發(fā)光子能量為能量為1 1.9 94eV4eV。

54、為了取平均值附近又利于計算，我們?nèi)　榱巳∑骄蹈浇掷谟嬎?，我們?nèi)℃I能為鍵能為108 KJ/mol 108 KJ/mol ，單個鍵能，單個鍵能1.125(eV)1.125(eV)，所以，所以 即即 （5 5） 也就是說，這種情況下，激光頻率與雙鍵作用下的振動也就是說，這種情況下，激光頻率與雙鍵作用下的振動頻率相同。頻率相同。3125. 1/94. 1/SLSL3SD3（4）Low level laser2 2 對模型的討論對模型的討論 根據(jù)上面的結(jié)果，我們可以作如下討論：根據(jù)上面的結(jié)果，我們可以作如下討論： 1 1、從振動的觀點看、從振動的觀點看 （1 1）如果是）如果是He-NeHe-N

55、e激光入射，由于有激光入射，由于有 ，所以對于氨基，所以對于氨基酸分子的實際振動，策動力頻率等于固有頻率，發(fā)生共振現(xiàn)象，酸分子的實際振動，策動力頻率等于固有頻率，發(fā)生共振現(xiàn)象，此時，氨基酸分子振動振幅達(dá)到最大。此時，氨基酸分子振動振幅達(dá)到最大。（2 2）由于氨基酸分子、肽鍵的差異，也有可能）由于氨基酸分子、肽鍵的差異，也有可能 ，此時，此時 氨基酸分子不是以固有頻率振動，而是以策動力頻率振動，振動氨基酸分子不是以固有頻率振動，而是以策動力頻率振動，振動頻率增強。頻率增強。（3 3）若）若 ，此時氨基酸分子以固有頻率振動，但策動力到來，此時氨基酸分子以固有頻率振動，但策動力到來時，振動加強一次，

56、而后又回到固有頻率，頻率依然是加強的。時，振動加強一次，而后又回到固有頻率，頻率依然是加強的。 綜合所述，當(dāng)有弱激光照入時，氨基酸分子的振動有的振幅綜合所述，當(dāng)有弱激光照入時，氨基酸分子的振動有的振幅達(dá)到最大，有的頻率增強，這樣酶的活性就會得以顯著提高。達(dá)到最大，有的頻率增強，這樣酶的活性就會得以顯著提高。 DLDLDLLow level laser2 2、從能級躍遷觀點看、從能級躍遷觀點看 當(dāng)氨基酸分子振動時，由于病變導(dǎo)致活性降低，一般都處于能級較低當(dāng)氨基酸分子振動時，由于病變導(dǎo)致活性降低，一般都處于能級較低的狀態(tài)。的狀態(tài)。 從計算結(jié)果可以看出，其能級之間隔從計算結(jié)果可以看出，其能級之間隔 , ,而而 根據(jù)能級躍遷規(guī)律，當(dāng)吸收一個光子時，如果原來氨基酸分子處在根據(jù)能級躍遷規(guī)律，當(dāng)吸收一個光子時，如果原來氨基酸分子處在基態(tài)，就會躍遷到第一激發(fā)態(tài)；若原來在第一激發(fā)態(tài)，則會躍遷到基態(tài)，就會躍遷到第一激發(fā)態(tài)；若原來在第一激發(fā)態(tài)，則會躍遷到第二激發(fā)態(tài)第二激發(fā)態(tài)，總之，會向上躍遷一個能級。，總之，會向上躍遷一個能級。由于每個能級向上由于每個能級向上躍遷一個能級，原來躍遷一個能級，原來“凍結(jié)凍結(jié)”在