| 生物光電子學 | ||
| 定價 | 238.00 | |
| 齣版社 | 科學齣版社 | |
| 版次 | 1 | |
| 齣版時間 | 2018年01月 | |
| 開本 | 16 | |
| 作者 | 黃維,董曉臣,汪聯輝 | |
| 裝幀 | 圓脊精裝 | |
| 頁數 | 476 | |
| 字數 | 500000 | |
| ISBN編碼 | 9787030433275 | |
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,本書係統、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,書中介紹瞭生物電子學、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
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
這本書給我最大的感受是其廣闊的視野和跨越邊界的勇氣。作者沒有將自己局限於某一狹隘的領域內,而是將生物學的活力、物理學的精確性以及工程學的實用性巧妙地熔鑄一爐。其中有一章專門討論瞭生命體感知外界環境變化(如溫度、壓力)時,其內部信號轉導路徑與光電效應的潛在關聯,這部分內容極具想象力,讓人不禁思考,我們能否從光電子學的原理中找到破解生命體“黑箱”操作的新鑰匙。這種宏大敘事的視角,無疑拔高瞭全書的境界。行文風格上,作者展現齣一種沉穩而又不失激情的文風,他既能用教科書般的嚴謹態度去論證一個成熟的理論,也能在討論新興交叉領域時,流露齣對未來科技發展的熱切期盼。不過,這種包羅萬象的敘事方式也帶來瞭一個小小的挑戰,那就是內容的覆蓋麵極廣,導緻在某些特定細分方嚮上,深度挖掘的力度有所欠缺,更像是一幅精美的全景圖,而非某一個局部景物的特寫。
评分閱讀這本書的過程,就像是進行一場跨學科的思維漫步,作者的敘事風格極其凝練且富有哲思,他似乎總能精準地抓住不同學科交叉點上的“痛點”問題,並給齣富有啓發性的探討角度。我發現,這本書最齣彩的地方不在於它提供瞭多少現成的答案,而在於它提齣瞭多少值得深思的問題。例如,在探討細胞膜電勢如何被光信號精確調控時,書中並沒有直接給齣單一的解釋模型,而是並列展示瞭多種理論學說及其各自的局限性,這種開放式的探討方式極大地激發瞭我的批判性思維,迫使我去思考“我們到底還不知道什麼”。文字密度相當高,每一句話似乎都承載瞭豐富的信息量,初讀時可能會感到略微吃力,需要反復琢磨,但這正體現瞭其內容的深度。對於習慣瞭快餐式閱讀的人來說,這本書可能不太友好,它要求讀者投入足夠的時間和精力去咀嚼和消化那些精妙的論證結構。它更像是一本高級研討會的會議記錄,而不是一本輕鬆的小說,但對於希望建立係統化、立體化知識體係的求知者而言,其價值是無可替代的。
评分我必須得指齣,這本書在結構布局上展現齣瞭一種嚴謹的學術規範,仿佛是精心鋪設的迷宮,每一步都導嚮更深層次的理解。章節之間的銜接過渡處理得非常自然流暢,從宏觀的生物係統響應機製,逐步深入到微觀的分子相互作用細節,邏輯鏈條幾乎沒有齣現斷裂。作者似乎非常擅長使用對比和類比的手法來闡釋復雜的物理過程,比如,他將生物分子機器的工作效率與經典熱力學效率進行瞭巧妙的類比,使得原本隻關注生物學的讀者也能迅速建立起能量轉換的物理概念。然而,美中不足的是,書中似乎過分強調瞭理論推導的完整性,導緻在實際的實驗操作細節描述上略顯單薄。我期待看到更多關於特定實驗裝置的搭建流程、關鍵參數的優化策略等“實操”層麵的內容,但這本書更像是一部理論“聖經”,而非一本“操作手冊”。對於那些渴望將理論付諸實踐的研究者來說,這可能會是一個小小的遺憾,需要從其他更偏嚮應用的技術文獻中去補充。
评分這本書的裝幀設計著實吸引眼球,封麵采用瞭深邃的藍色調,搭配著跳躍的綠色光點,營造齣一種既神秘又充滿未來感的氛圍。光是拿到手裏翻閱,就能感受到作者在排版上的用心,文字清晰易讀,圖錶製作得尤為精美,那些復雜的結構示意圖和數據麯綫,即便是初次接觸這個領域的讀者,也能大緻領會其核心概念。我尤其欣賞書中對於基礎理論的闡述方式,沒有一上來就拋齣晦澀難懂的數學模型,而是通過生動的比喻和循序漸進的邏輯鏈條,將光與電在生物體係中的作用機製娓娓道來。比如,在講解量子點在生物成像中的應用時,作者花瞭大量的篇幅去對比不同尺寸量子點的光譜特性變化,這種細緻入微的講解,讓原本抽象的物理現象變得具象化。當然,作為一本入門級的讀物,它在對前沿技術突破的報道上略顯保守,更側重於構建一個堅實的知識框架,這對於打好基礎的人來說是極佳的選擇,但對於追求最新科研動態的資深人士,可能需要結閤其他更專業的綜述來看待其價值。總體而言,這是一次非常愉快的閱讀體驗,它成功地將復雜的生物物理過程以一種令人愉悅且易於理解的方式呈現齣來。
评分這本書的語言風格非常具有個人特色,我稱之為“邏輯的詩歌”。作者的錶達精確到位的每一個詞語都經過瞭精心挑選,句子結構錯綜復雜卻又暗含韻律,讀起來有一種在攻剋智力難題的同時,又享受語言藝術的奇妙體驗。例如,他對“信息熵”在生物光信號處理中的量化描述,不僅在數學上無懈可擊,其文字描繪也極具畫麵感,仿佛能“看到”信息在細胞內傳輸的路徑和損耗。這絕非普通技術書籍那種平鋪直敘的寫作方式可比。但這種高度凝練的錶達方式也帶來瞭較高的閱讀門檻。對於那些習慣瞭直接給齣結論和步驟的讀者,這本書初期的適應過程可能會比較漫長,需要讀者投入額外的精力去解構和重組作者的思維框架。它更像是引導你進入一個高智商圈子的“入場券”,一旦掌握瞭作者的思維模式,後續的閱讀體驗將是指數級提升的享受。總而言之,這是一本挑戰讀者認知邊界,同時又給予豐厚迴報的學術佳作。
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