细胞结构和功能信息获取和治疗是生命科学和医学等基础学科领域发展的重要基础，也是人类健康发展领域不可缺少的技术手段。随着生命科学和医学的快速发展，对活细胞高时空分辨率成像和深层组织原位无损治疗提出了的迫切需求，但长期以来未能得到很好的满足，因而成为生物医学光学领域公认的科学技术难题。

该项目针对上述领域和“健康中国”国策的需求，围绕活细胞结构和功能多维信息高空间分辨率快速获取和深层组织原位治疗的难题，提出并验证了多维信息同时测量、非线性效应原位诱导光动力治疗（PDT）的科学思想，通过系统揭示其成像与治疗机理，建立了具有普遍意义的成像与治疗系统的设计指导原则，为从根本上攻克上述难题指明了方向。成果形成了广泛的国际影响，有力的推动了生物医学光学领域的发展。

主要科学发现如下：1、针对传统PDT中的主要障碍（穿透深度小），提出并实验验证了利用光和细胞中生物大分子相互作用的非线性效应原位诱导PDT的新方法，揭示了上转换过程增大光在组织中穿透深度和提高光敏剂吸收的机理，为PDT开拓了新的方向；理论与实验研究发现，将这种新型的非线性光学上转换技术与双光子激发PDT相结合，具有高选择性、高分辨率、组织穿透深、辐射阈值低等优点。解决了传统PDT穿透深度小的世界性难题，研究结果发表在Nature Photonics上。2、针对活细胞结构和功能信息高空间分辨率快速获取的问题，提出了光学多焦点多参量并行测量策略和两维空间同时光谱分辨的技术，揭示了最大限度地利用并记录每一次双光子激发所产生的荧光的全部信息的机理，发展出高重复频率皮秒扫描相机、同时时间和光谱分辨的多焦点多光子显微成像系统；提出了具有生物目标选择功能的非线性光学显微成像技术，发展出基于可编程器件的非线性光学显微成像系统。为解决活细胞的多维信息快速高空间分辨率测量的问题奠定了科学基础。3、针对成像与治疗中探针性能提高的问题，提出并合成了量子产额高和光稳定性好的红外/近红外染料/纳米探针，发现3个苝酰亚胺分支加在三聚茚的核心基团的分子结构具有更高光子吸收效率和更好的光稳定性，为提高细胞标记和非线性PDT效率提供了保障。

该项目共发表SCI收录论文171篇，SCI总引次数1814次，SCI他引总数1425次。其中10篇代表作影响因子总数73.93，单篇最高影响因子31.167，SCI总引次数215次，SCI他引总数184次，得到国际顶级期刊Nature Photon.、Nature Nanotech.等以及数十名国外院士和Fellow的广泛引用和正面评价。成果获得国家自然科学基金重点项目、科学仪器专项基金项目和面上项目等资助。第一完成人屈军乐教授（国家杰青）主办了7届国际光学方法高级研讨会，做国际会议特邀和主题报告20余次，因“在生物医学光学做出的杰出贡献”而当选中国光学学会第二届生物医学光子学专业委员会主任委员。

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