生物医学光子学是光学与生物医学相结合的交叉学科,光学手段在医疗和基础研究中都有广泛的应用。光学手段因其良好的空间和时间分辨率、非接触、低损伤等特性,在实际应用中有广阔的发展前景,因而将现代光学手段应用于生物医学领域的研究有着十分重要的现实意义。本论文的主要研究工作包括激光刺激对生物组织电生理功能的影响和生物组织的光学监测手段两方面内容。细胞的电生理功能研究是利用膜片钳技术来监测激光对细胞膜上钠离子通道功能的调制作用,生物组织光学监测是在光学相干层析成像技术(Optical Coherence Tomography, OCT)基础上开展的多功能内窥镜成像技术探索。论文主要研究内容：使用波长为980nm的低功率近红外连续激光对溶液中的Sprague-Dawley(SD)大鼠脑海马神经元进行光照刺激,利用膜片钳技术监测记录光照前后神经元上钠通道电流和钾通道电流的变化情况,对两种离子通道电流在激光辐照条件下的变化进行动力学特性分析比较。证明了低功率近红外连续光可以对神经元细胞的电生理功能产生可恢复的刺激作用,无论是电流的幅值还是通道的动力学特性都有着显著的变化。随后从全细胞钠通道电流和单通道钠电流两个方面对激光刺激作用的机理进行评估,并且通过与不同温度下钠通道电流的变化规律相比较,验证了低功率连续激光刺激调节神经元电生理功能的主要机理是光热效应。设计组建了扫频光源OCT系统,并对系统的性能和特性做了相关测试,制作了适合于血管内成像的OCT血管内窥镜。并在此基础上研究搭建了OCT与荧光强度成像整合的内窥镜系统,在OCT基础上增加了荧光分子强度成像功能,有机的将两种成像功能整合于一个双功能成像系统中,并且通过高速数据采集和图像处理手段使整合系统可以实时的、同步的得到生物组织的结构图像和组织中生物分子的特异性信息。对生物组织进行的成像测试验证了此双功能成像系统的性能和特点,从得到的图像中可以看出此双功能系统可为动脉粥样硬化的早期诊断提供有力的依据。最后,在该双功能成像系统的基础上对系统实施进一步改良,实现了集OCT、荧光分子成像和超声血管成像为一体的三功能成像系统,使其更接近临床实践应用。通过对模拟斑块和人体的冠状动脉所做的成像分析,证明了整合的三功能成像系统在医疗检测领域中的明显优势和潜力。