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內容簡介

生物光電子學的研究內容主要包括三個方麵：一是研究生物體係本身的電子學特性、生物體係中的信息存儲和信息傳遞；二是利用光學材料和光學理論解決生物分子識彆、信息傳遞、信息標記問題；三是應用電子信息科學的理論和技術解決生物信息獲取、信息分析問題，發展生物醫學檢測技術及輔助治療的新方法和新技術，探索開發微型檢測儀器。圍繞以上研究內容，《生物光電子學》係統、全麵而又詳細地介紹瞭生物光電子學的相關基本概念、基本理論及其在生物醫學檢測等方麵的發展狀況。基於對生物光電子學理論的理解，《生物光電子學》介紹瞭生物電子學、生物光子學及各種光電相關的生物傳感器，討論瞭相應生物傳感器在實際電子器件中的應用。例如，場效應晶體管生物傳感器、電化學生物傳感器、錶麵等離子激元、微流控等。對於各種傳感器件，《生物光電子學》主要強調瞭它們的基礎知識、基本原理、結構和性能的關係等。

目錄

目錄
《半導體科學與技術叢書》齣版說明
序
前言
第1章 生物光電子學 1
1.1 生物光電子學的範疇 1
1.1.1 生物光電子學的定義 1
1.1.2 生物光電子學涉及的基本理論 1
1.1.3 生物光電子學研究的內容 2
1.1.4 生物光電子學的發展方嚮 3
1.1.5 光電子技術在分子生物學中的應用 3
1.2 生物材料與生物大分子的相互作用 4
1.2.1 DNA 與生物材料的相互作用 5
1.2.2 蛋白質與生物材料的相互作用 7
1.2.3 細胞膜與生物材料的相互作用 8
1.3 相關技術與應用（概論） 9
1.3.1 流式細胞技術 9
1.3.2 生物芯片技術 10
1.3.3 誘捕的前體分子光激活技術 11
1.3.4 生物傳感器 11
1.4 納米尺度的生物光電子 12
1.4.1 納米粒子的“導綫”作用 12
1.4.2 量子點在分子生物學中的應用 12
1.4.3 生物分子作為納米材料的模闆 13
1.5 展望 13
參考文獻 14
第2章 生物光電子學中的電化學過程 16
2.1 生物光電子學中的電化學過程概述 16
2.2 生物電化學應用技術 22
2.2.1 生物膜與生物界麵模擬研究 22
2.2.2 電脈衝基因導入研究 24
2.2.3 電場加速作物生長 24
2.2.4 癌癥的電化學療法 24
2.2.5 電化學控製藥物釋放技術 25
2.2.6 在體研究 25
2.2.7 生物分子的電化學行為研究 26
2.3 生物電分析化學 26
2.3.1 生物電分析化學概述 26
2.3.2 伏安分析在生命科學中的應用 27
2.3.3 電化學生物傳感器 27
2.4 電化學酶傳感器 29
2.4.1 電化學酶傳感器的組成及工作原理 29
2.4.2 電化學酶傳感器的分類 30
2.4.3 電化學酶傳感器的發展曆程 30
2.5 電化學DNA生物傳感器 33
2.5.1 DNA概述 34
2.5.2 DNA電化學生物傳感器 36
2.6 電化學免疫傳感器 42
2.6.1 免疫傳感器的原理 42
2.6.2 免疫傳感器的分類 43
2.7 電化學細胞傳感器 48
2.7.1 化學組成及胞間化學信號分子 49
2.7.2 細胞生物生理行為 50
2.7.3 細胞的固定技術 51
2.7.4 細胞傳感器的種類及應用 53
2.8 生物能源係統 55
2.8.1 生物燃料電池的應用 58
2.8.2 目前發展中存在的問題 58
2.8.3 生物燃料電池的發展前景 59
2.9 目前研究狀況及展望 59
參考文獻 60
第3章 生物光電子學中的半導體材料及其應用 68
3.1 概述 68
3.2 半導體材料的基本性質 69
3.2.1 半導體的晶體結構 70
3.2.2 半導體的電子狀態和能帶結構 71
3.2.3 半導體載流子 73
3.2.4 半導體雜質與缺陷 74
3.2.5 有機半導體 77
3.3 半導體器件 79
3.3.1 半導體pn結及二極管 79
3.3.2 半導體三極管 82
3.3.3 半導體場效應晶體管 83
3.4 半導體生物傳感器 86
3.4.1 生物傳感器的發展簡史 86
3.4.2 生物傳感器的分類 87
3.4.3 生物傳感器的結構和原理 88
3.5 半導體生物傳感器 90
3.5.1 半導體生物傳感器工作原理 90
3.5.2 場效應晶體管生物傳感器 91
3.5.3 光電化學型半導體生物傳感器 94
3.6 半導體生物傳感器的應用 95
3.6.1 在生物分子檢測領域的應用 95
3.6.2 在食品分析中的應用 108
3.6.3 在環境監測中的應用 109
3.7 目前研究狀況及展望 110
參考文獻 110
第4章 熒光生物傳感技術 114
4.1 概述 114
4.2 基於熒光共振能量轉移的生物傳感 115
4.2.1 FRET用於蛋白質結構與功能研究 117
4.2.2 FRET在細胞凋亡研究中的應用 119
4.2.3 細胞內離子的FRET傳感 120
4.3 基於時間分辨的熒光生物傳感 121
4.3.1 時間分辨熒光分析技術 121
4.3.2 熒光壽命生物傳感 123
4.3.3 時間分辨熒光傳感 125
4.4 基於熒光偏振的生物傳感 130
4.4.1 概述 130
4.4.2 熒光偏振傳感的應用 134
4.5 基於量子點的納米熒光傳感 136
4.5.1 量子點的概念 136
4.5.2 量子點的光學性質 138
4.5.3 量子點熒光生物探針的構建 140
4.5.4 量子點的製備 141
4.5.5 量子點的錶麵修飾 143
4.5.6 量子點的生物功能化 145
4.5.7 量子點的生物傳感應用 148
4.6 小結與展望 166
參考文獻 167
第5章 拉曼光譜生物檢測技術 174
5.1 概述 174
5.2 拉曼散射 175
5.2.1 拉曼散射原理 175
5.2.2 拉曼散射應用 177
5.3 錶麵增強拉曼散射 179
5.3.1 SERS發展曆史 179
5.3.2 SERS效應增強機理 179
5.3.3 SERS基底製備 182
5.3.4 SERS技術在生物學中的應用優勢 186
5.4 錶麵增強拉曼散射技術在生物醫學領域中的應用 186
5.4.1 生物小分子SERS傳感 187
5.4.2 SERS在核酸檢測中的應用 188
5.4.3 SERS在免疫檢測中的應用 191
5.4.4 SERS在細胞檢測中的應用 197
5.5 針尖增強拉曼光譜技術 203
5.5.1 TERS技術及其原理 203
5.5.2 TERS儀器 204
5.5.3 TERS應用 205
5.6 展望 210
參考文獻 211
第6章 納米等離子激元生物傳感 219
6.1 引言 219
6.2 等離子共振散射 220
6.2.1 Mie散射 221
6.2.2 橢球體散射 224
6.3 等離子激元材料 228
6.3.1 納米盤 229
6.3.2 納米棒 232
6.3.3 納米三角形 235
6.3.4 納米殼 239
6.4 納米等離子激元單顆粒/分子光譜檢測技術 243
6.4.1 單顆粒SPR散射光譜技術 243
6.4.2 金屬顆粒的SPR光學性質 244
6.4.3 等離子散射的影響因素 246
6.4.4 單顆粒直接傳感器 250
6.4.5 等離子共振能量轉移傳感器 251
6.4.6 等離子激元共振耦閤傳感器 253
6.5 SPR細胞成像與治療 255
6.5.1 生物成像 256
6.5.2 癌癥治療 258
6.6 展望 263
參考文獻 263
第7章 微流控芯片技術 269
7.1 微流控芯片技術概述 269
7.2 微流控芯片的製作技術 269
7.2.1 微流控芯片的材料 269
7.2.2 微流控芯片的製作方法 271
7.2.3 微流控設備分類 278
7.3 微流控技術與生物光電子學在床旁快速診斷中的應用 282
7.3.1 微流控芯片在生物光電子學方麵的應用 282
7.3.2 光流體技術在生物學檢測中的應用 284
7.3.3 床旁快速診斷 290
7.3.4 微流控芯片在POCT 中的應用 292
7.3.5 微流控芯片技術展望 302
參考文獻 302
第8章 生物信息存儲與傳遞 309
8.1 生物信息概述 309
8.1.1 DNA和RNA的組成與結構 310
8.1.2 蛋白質的組成與結構 311
8.1.3 遺傳信息傳遞 312
8.1.4 DNA的損傷與修復 315
8.2 生物存儲 317
8.2.1 信息存儲 317
8.2.2 生物存儲器 318
8.2.3 生物存儲的未來 325
8.3 DNA計算機 325
8.3.1 DNA分子計算機的基本原理 326
8.3.2 DNA計算機的優勢與不足 329
8.3.3 DNA計算機的發展簡史 330
8.3.4 DNA計算機的應用 331
8.3.5 DNA計算機的未來 337
8.4 DNA納米技術 337
8.4.1 DNA 納米技術 337
8.4.2 DNA納米技術的應用 340
8.4.3 DNA納米技術的挑戰與展望 351
參考文獻 351
第9章 生物成像與診斷 353
9.1 生物成像與診斷概述 353
9.2 X射綫成像方法及進展 357
9.3 X射綫計算機斷層成像方法及進展 365
9.3.1 成像原理 365
9.3.2 投影重建圖像的原理 369
9.3.3 投影重建圖像的算法 371
9.3.4 X射綫CT的研究熱點方嚮 373
9.4 核磁共振成像技術及進展 376
9.4.1 磁共振成像概述 376
9.4.2 磁共振成像物理基礎 377
9.4.3 磁共振成像原理 380
9.4.4 磁共振成像的研究進展 383
9.5 放射性核素成像方法及進展 385
9.5.1 放射性核素成像方法概述 385
9.5.2 放射性核素成像的物理基礎 386
9.5.3 放射性核素成像的設備 387
9.5.4 主要方法基本原理 389
9.5.5 PET/CT成像方法的新進展 394
9.6 超聲成像方法和進展 398
9.6.1 超聲波概述 398
9.6.2 超聲成像的物理基礎 399
9.6.3 超聲成像的原理 402
9.6.4 醫學超聲成像設備 404
9.6.5 超聲成像的新進展 408
9.7 光學生物成像方法及進展 414
9.7.1 激光掃描共聚焦顯微術 414
9.7.2 非綫性顯微成像 422
9.7.3 時間分辨熒光壽命成像 426
9.7.4 熒光共振能量轉移 429
9.7.5 光學相乾層析成像 432
9.7.6 擴散光學層析成像 435
9.7.7 光聲層析成像 437
9.7.8 全內反射熒光顯微術 442
9.8 展望 446
參考文獻 447
索引 452
《半導體科學與技術叢書》已齣版書目 453
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