長春新產業光電技術有限公司（CNI）是依托中國科學院長春光機所設立的高科技企業，主要從事半導體激光器、固體激光器、 激光測量設備、光譜儀器、教學儀器和機器視覺產品的研發、生產和銷售，并提供光學儀器、精密機械和光學鍍膜產品的設計和加工。

近年來，以激光器為基礎的激光產業在全球發展迅猛。據統計，每年和激光相關產品和服務的市場價值高達上萬億美元。得益于應用領域的不斷拓展，中國激光產業也逐漸駛入高速發展期。小編將為大家介紹21類激光前沿應用，并對激光器的選擇提供一些參考性建議。

1、數字PCR（dPCR）

數字PCR是第三代PCR技術，是一種核酸分子絕對定量技術。與傳統qPCR技術相比，數字PCR(dPCR)具有：絕對定量、無需標準品、樣品需求低，高靈敏度，高耐受性等特點。

數字PCR一般包括兩部分內容，即PCR擴增和熒光信號分析。在PCR 擴增階段，數字PCR一般需要將樣品稀釋到單分子水平，并平均分配到幾十至幾萬個單元中進行反應，通過特定激光來激發出通道中的熒光信號。在擴增結束后對各個反應單元的熒光信號進行統計學分析，最后通過直接計數或泊松分布公式計算得到樣品的原始濃度或含量。相對于qPCR技術，dPCR技術具備以下優勢：（1）靈敏度可達單個核酸分子：檢測限低至0.001%；（2）無需標準品/標準曲線，即可對靶分子起始量進行絕對定量；（3）特別適合基質復雜樣品的檢測；（4）能夠有效區分濃度差異（變化）微小的樣品，有更好的準確度、精密度和重復性。目前，數字PCR技術在病原體檢測、癌癥生物標志物研究和拷貝數變異分析、基因表達分析、環境監測、食品檢測等領域得到廣泛應用。

常見的數字PCR(dPCR)技術主要有兩種：微滴式dPCR(ddPCR)和芯片式dPCR(cdPCR)。兩者基本原理相同，由于芯片式dPCR制造芯片的成本較高，目前微滴式dPCR以更低成本、更實用的優勢，正越來越受到企業的認可。微滴式dPCR(ddPCR)也在此次疫情防控中有力推動了對疑似疫情感染患者的甄別工作。

主要組成：熒光通道、激光器、光學檢測器、數據采集系統等。

激光器選擇：高功率穩定性，光斑高斯分布。

常用波長：405nm，473nm，532nm，639nm等。

2、流式細胞術

流式細胞術是一項集激光技術、電子物理、流體力學、光電測量技術、計算機技術、單克隆抗體技術為一體的新型高科技技術，被譽為實驗室的“CT”，是一種可以對細胞(或亞細胞)結構進行快速測量的新型分析技術和分選技術。

通過快速測定庫爾特電阻、熒光、光散射和光吸收來定量測定細胞 DNA含量、細胞體積、蛋白質含量、酶活性、細胞膜受體和表面抗原等許多重要參數。根據這些參數將不同性質的細胞分開，以獲得供生物學和醫學研究用的純細胞群體。隨著流式細胞技術水平的不斷提高，其應用范圍也日益廣泛。流式細胞術已普遍應用于免疫學、血液學、腫瘤學、細胞生物學、細胞遺傳學、生物化學等臨床醫學和基礎醫學研究領域。

主要組成：液流系統，光路系統，信號測量和細胞分選等。

激光器要求：高穩定性，低噪聲，定制光斑。

常用波長：355nm，360nm，405nm，473nm，488nm，532nm，561nm，593.5nm，640nm，671nm，785nm等。

3、熒光顯微成像&共聚焦顯微成像

熒光顯微技術是利用激光作為激發光源激發熒光基團產生熒光而成像，產生的熒光波長一般與激發光不同。它與一般光學顯微鏡一樣是場激發，因而只能面成像。

共聚焦顯微技術是在熒光顯微分析技術的基礎上發展起來的，利用熒光顯微鏡可以對生物樣品發出的熒光進行觀察和分析。但是熒光顯微鏡收集到的是樣品的整體熒光，來自樣品內不同部位的熒光信號相互干擾、難以區分，無法獲得準確的定位和定量信息。

共聚焦顯微技術的出現很好地解決了這一問題，這一技術可以獲取細胞內某個薄層面上的熒光信息，而該層以外的信號被消除掉，成像清晰程度大大提高。結合計算機自動控制，可以對熒光信號的分布、強度和動態變化進行全方位的分析，得到豐富的信息。與傳統顯微鏡相比，共聚焦顯微鏡可抑制圖像的模糊，獲得清晰的圖像；具有更高的軸向分辨率，并可獲取連續光學切片，增加側向分辨率；點對點掃描，去除了雜散光的影響。其應用領域擴展到細胞學、微生物學、發育生物學、遺傳學、神經生物學、生理和病理學等學科的研究工作中，成為現代生物學微觀研究的重要工具。

激光器要求：低噪聲，高功率穩定性，窄線寬，自由空間/光纖耦合輸出，單波長/多波長可選。

常用波長：266nm，355nm，405nm，473nm，520nm，532nm，561nm，640nm，808nm，980nm等。

4、光聲成像

光聲成像技術是指：當用短脈沖激光輻照生物組織時，位于組織體內的吸收體（如腫瘤）吸收脈沖光能量，從而升溫膨脹，產生超聲波；這時，位于組織體表面的超聲探測器可以接收到這些外傳的超聲波，并依據探測到的光聲信號來重建組織內光能吸收分布的圖像。近年來，光聲斷層成像、光聲顯微成像、光聲內窺成像發展迅速，使得532nm高重頻固體脈沖激光器，以及可調諧激光器得到廣泛應用。

對比其他醫學成像技術，光聲成像技術的優點及先進性：

（1）使用非電離輻射，是一種無損的醫學成像技術。

（2）結合了光學成像的高對比度和超聲成像的高分辨率。解決了光學成像/超聲成像對比度不高，無法有效監測早期腫瘤的問題。

（3）適用于通過內源性對比進行功能，代謝和組織學成像，以及通過外部對比進行分子和細胞成像。并可與其他成像模式互補并兼容，尤其是光學成像和超聲成像。

激光器要求：光點穩定性好，光斑優。

常用波長：266nm，457nm，532nm，660nm，770-840nm可調諧激光器等。

5、光學相干層析成像（OCT）

光學相干層析成像(OCT)是20世紀90年代逐步發展而成的一種新的三維層析成像技術。

OCT基于低相干干涉原理獲得深度方向的層析能力，通過掃描可以重構出生物組織或材料內部結構的二維或三維圖像。其信號對比度源于生物組織或材料內部光學反射(散射)特性的空間變化。該成像模式的核心部件包括低相干寬帶激光光源、光纖邁克爾遜干涉儀和光電探測器，其軸向分辨率取決于寬帶光源的相干長度，一般可以達到1-15μm，而徑向分辨率與普通光學顯微鏡類似，決定于樣品內部聚焦光斑的尺寸，一般也在微米量級。

OCT具有非接觸、非侵入、成像速度快(實時動態成像)、探測靈敏度高等優點。目前，OCT技術已經在臨床診療與科學研究中獲得了廣泛的應用，如眼科醫療，視網膜病、牙科齲齒的檢測、心血管疾病探查、胃腸道疾病檢測、乳腺癌早期診斷等，具有其他檢測設備無法比擬的高分辨率和精準度。

主要組成：低相干寬帶激光光源，光纖邁克爾遜干涉儀，光電探測器等。

激光器要求：較寬的頻譜寬度，高輸出功率，高功率穩定性，易于耦合。

常用波長：1470nm，1550nm，1710nm等。

6、DNA測序

DNA測序是指通過分析特定DNA片段堿基序列，也就是腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）與鳥嘌呤的（G）排列方式，獲得生物遺傳信息的方法。

DNA測序采用鏈終止法，在DNA轉錄末端引入帶有熒光標記的寡核苷酸，此時DNA被分成了長度不同的單鏈；再使其通過激光聚焦光束，不同熒光素會發出不同顏色熒光，達到標記核苷酸排序的目的。DNA測序的出現極大地推動了生物學和醫學的研究和發現。

激光器要求：高波長穩定性，高功率，優光斑均勻性。

常用波長：473nm，488nm，505nm，514.5nm，532nm，561nm，577nm，639.5nm等。

7、光鑷

光鑷(Optical tweezers)技術基于光輻射壓力與單光束梯度力光阱，是用物鏡下高度匯聚的激光形成的三維梯度勢阱來俘獲、操縱和測量微小顆粒力學特性的光學技術。光鑷的應用可歸納為四類，即光鑷與細胞生物學、光鑷與單分子生物學、光鑷與膠體科學以及光鑷與物理學4個學科領域。光鑷技術在這些領域已成功解決了許多的重大科學問題。經過近30年的發展，光鑷技術得到了極快的發展。由過去簡單的單光鑷演化出了許多其他的類型，極大地擴大了光鑷技術在現代科學技術領域的應用。

1）全息光鑷：可以自由控制多個粒子，使得粒子的融合、吸附以及粒子間或粒子與表面的相互作用研究得到簡化。利用全息元件或空間光調制器(SLM)所形成的全息光鑷，在多粒子操控方面的優勢，為光鑷技術走向實用化、規模工業生產打開了新局面，是目前光鑷家族極具活力的成員。

2）等離子體光鑷：用最小激光能量鑷取最小微粒的納米光鑷。通過采用等離子體光鑷結構，被捕獲的納米顆粒的運動被限制在等離子體區域，該區域比激光的衍射限制區域小得多，使得捕獲更加穩定。等離子體光鑷技術可以克服自由空間衍射帶來的限制，增強阱內的局部光強度，能解決目前光鑷技術研究中存在的進場光鑷倏逝場偏弱、金屬顆粒難以捕獲等問題。等離子光鑷技術不僅將加速生命/納米/材料科學的研究進展，而且還將產生新的功能材料、納米醫學和診斷工具。這一科學領域在未來將繼續迅速發展。

激光器要求：低噪聲，高功率穩定性。

常用波長：532nm、635nm、1064nm等。