Биофото́ника — научная дисциплина, изучающая явления и методики, связанные с взаимодействием биологических объектов и фотонов.
Общее представление
Биофотоника изучает различные аспекты взаимодействия биологических объектов и фотонов. В первую очередь это касается испускания, детектирования, поглощения, отражения, модификации и генерации электромагнитного излучения светового или близкого к нему диапазона в различных биологических объектах. Например, молекулах, клетках, тканях, организмах и материалах.
Выделяется два основных направления работ. Первое, к чему обычно и относят термин биофотоника — использования света для получения информации о состоянии биологических объектов. То есть, использование оптических методов для изучения и диагностики биологических молекул, клеток и тканей. В этом случае, одним из основных преимуществ является сохранение целостности мембраны исследуемых клеток.
Второе направление исследований, более традиционное и давно разрабатываемое — использования света в качестве инструмента воздействия на биологические ткани, то есть, как носителя энергии, например, в хирургии или терапии.
Некоторые примеры методов биофотоники
Использование ферстеровского резонансного переноса энергии
Так называемый ферстеровский резонансный перенос энергии (англ. Förster resonance energy transfer (FRET)), носит имя немецкого физика Теодора Ферстера описавшего его в 1946 году. Метод основан на явлении флуоресценции при переносе энергии между двумя хромофорами, донором и акцептором, который происходит без промежуточного испускания фотонов и является результатом диполь-дипольного взаимодействия между ними. Ферстеровский перенос стал одним из наиболее используемых методов в биофотонике. Он даёт возможность исследовать даже субклеточные среды.
Оптогенетика
Оптогенетика, один из методов биофотоники, используемый для исследований нервных клеток. Он базируется на внедрении, методами генной инженерии, в их мембрану специальных каналов — опсинов, реагирующих на возбуждение светом, которое, в свою очередь, обеспечивается применением лазеров, и оптоэлектронной аппаратуры.
Лазерный скальпель
В биофотонике методом резки, абляции и спекания (соединения) кромок живой биологической ткани, является применение лазерного скальпеля. Его важным преимуществом по сравнению с обычным скальпелем является малая травматичность операции из-за незначительной ширины разреза, одновременной коагуляции сосудов и существенного снижения кровотечения. Кроме того, излучение лазера абсолютно стерильно. Вследствие всего перечисленного, период заживления раны сокращается в два-три раза.