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第一篇 纳米生物医学中的光学成像技术 3

第1章 细胞内生物分子探测及纳米显微成像技术研究 3

1.1引言 3

1.2荧光显微成像技术研究进展 5

1.2.1基于DMD的SIM（DMD-SIM）技术 7

1.2.2 SMLM技术 8

1.3非标记显微成像技术研究进展 16

1.3.1 SC激光光源的优化 19

1.3.2超宽带T-CARS光谱分析技术 21

1.3.3超分辨CARS显微成像技术 23

1.3.4探测灵敏度 25

1.4小结与展望 26

参考文献 28

第2章 纳米生物医学成像表征与功能生物界面 33

2.1引言 33

2.2微尺度功能生物界面 34

2.3纳米尺度生物界面成像与表征 35

2.3.1生物型原子力显微联合成像设备功能群 36

2.3.2环境扫描电子显微镜联合表征、操纵与微加工设备功能群 50

2.4基于功能生物界面的生物力药理学理论体系 56

2.4.1功能生物界面与生物力学因素 57

2.4.2生物力药理学的孕育 58

2.4.3生物力药理学的研究方法 59

2.5关键科学问题研究实例——血管内壁微纳抗凝界面的研究与仿生制备 60

2.5.1活体血管内壁表面微纳复合结构以及微观力学性质研究 62

2.5.2活体血管内壁表面“微纳复合结构-功能-力学耦合”的模式化研究 62

2.5.3人工构筑微、纳米固相抗黏附界面的研究 63

2.6小结 65

参考文献 65

第3章 脂蛋白纳米载体在生物医学研究与成像中的应用 71

3.1脂蛋白纳米颗粒作为药物载体的理论基础 71

3.1.1 LDL纳米颗粒以及LDL受体 71

3.1.2 HDL纳米颗粒以及SR-B l 72

3.1.3脂蛋白载药方法 72

3.1.4脂蛋白的靶向性变更 73

3.2脂蛋白纳米载体在生物医学成像与治疗中的应用 73

3.2.1 LDL纳米载体的应用 74

3.2.2 HDL纳米载体的应用 75

3.3新型人工脂蛋白纳米载体开发与应用 76

3.3.1仿LDL载体的研制 76

3.3.2仿HDL纳米载体的研制 76

3.4小结与展望 77

参考文献 78

第4章 扫频源光学相干层析技术 82

4.1 OCT技术与应用 82

4.2频域OCT技术 83

4.3扫频源OCT技术 84

4.4扫频源OCT技术的发展与展望 88

参考文献 89

第5章 门控荧光寿命成像系统的时域参数优化和寿命反演算法 92

5.1荧光寿命成像技术概述 92

5.1.1荧光与荧光寿命 92

5.1.2频域调制方法 95

5.1.3 TCSPC 96

5.1.4小结 97

5.2门控FLIM系统硬件实现 97

5.3时域参数优化 100

5.3.1主要时域参数受限因素分析 101

5.3.2单门多次采样 103

5.3.3多门多次采样 104

5.3.4小结 104

5.4门控FLIM系统算法研究 105

5.4.1 RLD方法 105

5.4.2最小二乘法 106

5.4.3小结 107

5.5总结 108

参考文献 109

第二篇 基于纳米光电子技术的生物医学检测方法 115

第6章 基于纳米技术的单细胞检测与分析 115

6.1光学方法 116

6.1.1荧光标记技术 116

6.1.2荧光显微术 116

6.1.3荧光光谱技术 117

6.1.4基于X射线和振动谱技术 117

6.1.5其他光学方法 118

6.2扫描探针方法 119

6.2.1原子力显微镜 119

6.2.2扫描近场光学显微镜 121

6.2.3扫描电化学显微镜 123

6.3电学方法 124

6.3.1电化学法 124

6.3.2细胞电生理 125

6.3.3电化学阻抗显微镜 127

6.3.4微纳热电偶 128

6.4质谱方法 128

6.4.1基底辅助激光解吸／离子化质谱 128

6.4.2次级质谱显微术 129

6.5微流控芯片 131

6.5.1微流控芯片的发展 131

6.5.2微流控芯片的结构 131

6.5.3微流控芯片用于单个细胞组分分析 132

6.5.4微流控芯片在单细胞检测中的优势 133

6.6小结与展望 134

参考文献 135

第7章 淀粉样蛋白的结构分析方法研究进展 139

7.1背景介绍 139

7.2淀粉样蛋白单体结构 141

7.2.1淀粉样蛋白单体的二级结构 142

7.2.2淀粉样蛋白单体的超二级结构 144

7.3极小寡聚体与弥散型小寡聚体 146

7.4原纤维的结构 149

7.5环形原纤维的结构 152

7.6淀粉样蛋白纤维结构 154

7.6.1淀粉样蛋白纤维的二级结构 155

7.6.2淀粉样蛋白纤维的核心区域 157

7.6.3淀粉样蛋白原丝的结构 162

7.6.4淀粉样蛋白成熟纤维的结构 165

7.7展望 167

参考文献 170

第8章DNA测序技术与纳米生物光子学的机遇与挑战 173

8.1引言——我们为什么需要基因测序 173

8.2 DNA测序技术与纳米生物光子学 174

8.2.1 DNA——天然的纳米材料 174

8.2.2 DNA聚合酶——精确的纳米器件 176

8.2.3 DNA测序技术与纳米生物光子学 179

8.3 DNA测序方法及微纳米技术和器件的应用 182

8.3.1第一代基因测序——化学和电泳时代 182

8.3.2第二代基因测序——DNA聚合酶和微米加工技术时代 184

8.3.3第三、四代基因测序技术——纳米生物光子学时代 188

8.4小结 202

参考文献 202

第9章NSOM结合QDs荧光标记技术在细胞超微结构及单分子探测上的应用 206

9.1 NSOM的原理 206

9.2量子点荧光标记技术 207

9.3 NSOM在细胞生物学上的应用 208

9.3.1细胞超微结构的研究 209

9.3.2细胞表面原位单分子探测 211

9.4小结与展望 215

参考文献 216

第10章 第一性原理计算在纳米生物医学中的应用 219

10.1第一性原理计算 219

10.1.1 Hartree-Fock近似 220

10.1.2密度泛函理论 221

10.2第一性原理计算在纳米生物医学中的应用 223

10.2.1第一性原理方法在基因诊断方面的应用 224

10.2.2第一性原理在生物制药领域的应用 225

10.2.3第一性原理计算在生物医学功能材料设计上的应用 227

10.3展望 228

参考文献 228

第三篇 诊断和治疗中的纳米光电子技术 233

第11章 光镊、光刀与显微Raman光谱——单细胞／单分子研究的利器 233

11.1概述 233

11.2激光光镊、光刀及显微Raman光谱原理简介 235

11.2.1光镊原理 236

11.2.2光刀原理 237

11.2.3 Raman光谱原理 238

11.3光镊及Raman光谱技术的发展与现状 239

11.3.1光镊技术的发展与现状 239

11.3.2 Raman光谱技术的发展与现状 243

11.3.3光镊、光刀与显微Raman光谱的联合应用 245

11.4在单细胞、单分子研究中的应用 248

11.4.1光镊与单分子力测量 248

11.4.2光镊、光刀与单分子／单细胞操控 250

11.4.3光镊—Raman光谱与单细胞检测 252

11.4.4单细胞Raman光谱与光谱成像 256

11.5小结 257

参考文献 258

第12章 基于金纳米结构的癌症诊治一体化平台研究进展 264

12.1纳米金局域表面等离子共振性质及其影响因素 265

12.1.1纳米金局域表面等离子共振性质 265

12.1.2纳米金颗粒LSPR性质的影响因素 265

12.2不同形貌纳米金颗粒的制备 271

12.2.1纳米金壳 271

12.2.2纳米金棒 272

12.2.3金纳米笼的制备方法 274

12.3基于金纳米结构的纳米材料在光学成像与检测中的研究进展 275

12.3.1金纳米结构在OCT成像中的应用 275

12.3.2金纳米结构在光声成像中的应用 275

12.3.3金纳米结构在SERS检测与成像中的应用 277

12.3.4金纳米结构在多模式成像中的应用 279

12.4基于金纳米结构的诊治一体化平台研究进展 282

12.4.1基于金纳米壳结构的诊治一体化平台研究进展 282

12.4.2基于纳米金棒的诊治一体化平台研究进展 287

12.4.3基于金纳米笼的诊治一体化平台研究进展 289

12.5小结与展望 290

参考文献 291

第13章 脑肿瘤靶向纳米递药系统 294

13.1被动靶向和主动靶向结合的胶质瘤靶向策略 295

13.1.1 RGD介导的胶质瘤靶向纳米递药系统 295

13.1.2 CTX介导的胶质瘤靶向纳米递药系统 297

13.1.3寡核苷酸介导的纳米递药系统治疗脑胶质瘤 297

13.1.4复方TRAIL脂质体的抗脑胶质瘤研究 298

13.2双级脑靶向（主动靶向和主动靶向结合）的脑胶质瘤靶向纳米递药系统 305

13.2.1 TGN和AS 1411双级靶向纳米粒治疗脑胶质瘤的研究 305

13.2.2 CDX修饰的纳米粒的脑胶质靶向治疗 307

13.2.3 ANG修饰载紫杉醇的聚乙二醇-聚己内酯纳米粒（ANG-PEG-NP-PTX）对脑胶质瘤的双级靶向 309

13.2.4双级靶向示踪的多模态纳米探针ANG-Den 312

13.3小结 314

参考文献 314

第14章 基于纳米光电技术的肝癌早期诊断方法研究 317

14.1引言 317

14.2肝癌的现有诊断方法 318

14.3纳米光电技术在肝癌早期诊断中的潜在应用 319

14.3.1肝癌血清标志物 320

14.3.2基于纳米光电技术的微纳传感器 322

14.3.3纳米技术在肝癌早诊中的应用 324

14.4小结 327

参考文献 327

第15章 基于纳米技术的干细胞心肌补片的研制与应用 330

15.1组织工程心肌补片的研究概况 330

15.1.1干细胞的选择 330

15.1.2支架材料的设计 332

15.1.3支架材料的表面设计 333

15.1.4组织工程技术的设计和实施 335

15.2纳米技术在干细胞心肌补片中的研究进展 336

15.2.1干细胞的选择 336

15.2.2支架材料纳米化的设计 336

15.2.3表面纳米拓扑结构 339

15.2.4纳米载体 340

15.3小结 341

参考文献 341

第四篇 生物医学传感的纳米光电子器件 347

第16章 基于大π键共轭体系的光电生物传感应用 347

16.1引言 347

16.2基于石墨烯的电子生物传感 347

16.2.1石墨烯的制备和表征 349

16.2.2石墨烯场效应晶体管传感器 351

16.3基于水溶性共轭聚合物的细胞荧光成像 357

16.3.1聚合物结构 358

16.3.2生物成像 360

16.4小结 367

参考文献 367

第17章 纳米ZnO生物传感器 371

17.1生物传感器概述 371

17.2 ZnO纳米结构的生长与基本性质 372

17.3纳米ZnO的光学性质 375

17.4纳米ZnO用于生物分子组装与传感的优势 376

17.5纳米ZnO在酶传感器中的应用 377

17.5.1酪氨酸酶传感器 377

17.5.2辣根过氧化物酶 379

17.5.3葡萄糖氧化酶 379

17.6纳米ZnO免疫传感器 381

17.7纳米ZnO凝集素传感器 382

17.8小结 385

参考文献 385

第18章 复合纳米结构光学探针及其生物传感应用 390

18.1光学探针的研究背景 390

18.2复合纳米结构光学探针的设计制备及其特性研究 391

18.2.1内部掺杂型 Cu：ZnSe/ZnS核壳量子点 391

18.2.2以金属纳米聚集体为核的核壳型SERS探针 393

18.2.3 SERS-荧光双模式光学探针 394

18.3复合纳米结构探针在生物传感中的应用 396

18.3.1 活细胞的探测 396

18.3.2免疫检测 401

18.4小结 404

参考文献 404

第19章 光子晶体及表面等离子共振在纳米生物医学传感中的应用 407

19.1背景介绍 407

19.2传感原理 409

19.3发展概况及研究进展 410

19.3.1完美光子晶体 410

19.3.2光子晶体点缺陷 410

19.3.3光子晶体线缺陷 411

19.3.4其他光子晶体结构 412

19.3.5光子晶体激光器生物传感 412

19.3.6局域表面等离子共振生物传感 413

19.4本组的相关工作及传感应用研究 413

19.4.1一维光子混体缺陷腔 414

19.4.2 双层光子晶体薄板 414

19.4.3光子晶体表面模 415

19.4.4光子晶体自准直传感器 415

19.4.5光子晶体激光器 416

19.4.6纳米新月结构传感 418

参考文献 420

索引 426

《半导体科学与技术丛书》已出版书目 429