纳米生物光子学 英文PDF电子书下载

第Ⅰ部分 导言 3

1 癌细胞生物学&Marina Marjanovic and Krishnarao Tangella 3

1.1 细胞——生命的基本单元 3

1.2 细胞周期 4

1.3 细胞周期的控制 6

1.4 癌细胞生物学 7

1.5 癌细胞分子生物学 12

小结 13

推荐读物 13

2 电磁场综述&Gabriel Popescu 15

2.1 麦克斯韦方程组 15

2.1.1 时空表象中的麦克斯韦方程组 15

2.1.2 边界条件 16

2.1.3 在空间-频率表象（r,ω）中的麦克斯韦方程组 17

2.1.4 亥姆霍兹方程 18

2.1.5 在（k,ω）表象中的麦克斯韦方程组 19

2.1.6 相速度，群速度和能量速度 21

2.1.7 菲涅耳方程 23

2.1.8 全内反射 26

2.1.9 以布鲁斯特角传播 27

2.2 光与物质相互作用的洛伦兹模型 29

2.2.1 从微观到宏观响应 29

2.2.2 低于共振频率（ω＜＜ω0）时的响应 32

2.2.3 共振频率（ω？ω0）时的响应 32

2.2.4 高于共振频率（ω＞＞ω0）时的响应 33

2.3 光—金属相互作用的Drude模型 33

推荐读物 35

3 纳米光子学导论&Logan Liu 37

3.1 概述 37

3.2 纳米光子学基础 38

3.3 纳米光子学中的量子受限 39

3.4 等离子体光学 41

3.4.1 光场增强与聚集 42

3.5 纳米光子学具有近场光学的特性 43

3.6 纳米光子学中的计算与模拟 44

3.6.1 米氏散射理论 45

3.6.2 麦克斯韦方程组 46

3.6.3 有限元频域纳米光子学模拟 49

3.6.4 有限差分时域（FDTD） 52

参考文献 53

第Ⅱ部分 方法综述 57

4 组织病理学：临床展望&Krishnarao Tangella and Marina Marjanovic 57

4.1 引言 57

4.2 组织准备 58

4.2.1 添加标本 58

4.2.2 核实标本 60

4.2.3 冷冻切片 62

4.2.4 在组织处理器中的标本 64

4.2.5 组织包埋 64

4.2.6 石蜡包块的显微切片 66

4.2.7 组织染色 68

4.2.8 细胞学方法检测标本 71

4.2.9 特殊染色 72

4.3 病理报告 74

4.4 病理学中的预后和预测标志物 74

4.5 纳米尺度下生物光子学的机遇 75

4.6 小结 77

致谢 78

参考文献 78

5 非均匀介质中的光散射&Gabriel Popescu 81

5.1 弹性（静态）光散射 81

5.1.1 单个电介质粒子的散射特性 81

5.1.2 瑞利粒子 83

5.1.3 米氏理论 85

5.1.4 体积分布电介质粒子的单粒子散射近似 86

5.2 准弹性（动态）光散射 88

5.3 多次散射 90

5.3.1 辐射传输理论的要素 91

5.3.2 传输理论的扩散近似 93

5.3.3 扩散波谱学 94

参考文献 96

6 二次谐波产生理论&Raghu Ambekar Ramachandra Rao and Kimani C.Toussaint,Jr 97

6.1 引言 97

6.2 非线性显微术 98

6.3 二次谐波产生理论（电磁描述） 99

6.3.1 非线性波方程 101

6.3.2 二阶非线性极化 101

6.3.3 确定二次谐波产生强度 102

6.3.4 不完备相位匹配 105

6.3.5 偏心对称 105

6.3.6 准相位匹配 106

6.3.7 相位匹配带宽 106

6.4 二次谐波产生理论（偶极描述） 107

6.4.1 方向性 108

6.4.2 向后传播的二次谐波产生 109

6.4.3 聚焦效应 110

6.4.4 生物组织中的相位匹配 110

6.5 实验框架 110

6.6 实际考虑 112

6.6.1 辨别二次谐波（SHG） 112

6.6.2 分辨率和穿透深度 112

6.6.3 功率限制 112

6.6.4 二次谐波的优缺点 113

6.7 结论 113

致谢 114

参考文献 114

7 纳米生物光子学时代的视觉恢复&S.Sayegh 115

7.1 引言 115

7.2 多层次下的光 116

7.2.1 几何光学，波动光学和量子光学 116

7.3 视觉 118

7.3.1 视觉敏锐度 118

7.3.2 失明的定义（法律意义的失明和法律上的推动） 118

7.3.3 失明的原因：怎样才能看见…怎样不能 119

7.3.4 眼球解剖学简介 120

7.4 物体的形状 120

7.4.1 眼球 120

7.4.2 角膜 121

7.4.3 举例：透镜 122

7.4.4 举例：视网膜 123

7.4.5 视神经 124

7.5 视觉需求的障碍导致的失明 124

7.5.1 透明障碍 124

7.5.2 弯曲或聚焦障碍 125

7.5.3 探测障碍 125

7.5.4 传递障碍 126

7.5.5 处理障碍 126

7.6 诊断工具 126

7.7 治疗工具 129

7.7.1 治疗工具（光学的） 129

7.7.2 治疗工具（内科的） 130

7.7.3 治疗工具（外科的） 131

7.8 小结 137

推荐读物 137

8 光学低相干干涉技术在纳米医学中的应用&Utkarsh Sharma and Stephen A.Boppart 139

8.1 引言 139

8.1.1 OCT技术的起源与演变 140

8.1.2 在医学中的应用 141

8.1.3 在纳米医学中的应用 141

8.2 低相干干涉测量的基础理论部分 143

8.2.1 OCT理论 144

8.2.2 谱域OCT 146

8.2.3 轴向与侧向分辨率 147

8.2.4 OCT系统的信噪比、噪声和灵敏度 148

8.3 OCT功能扩展以及用于纳米医学的其他基于LCI技术 149

8.3.1 金纳米壳层及纳米结构作为对比剂和治疗剂 150

8.3.2 光谱OCT 151

8.3.3 磁动OCT 152

8.3.4 用于亚细胞成像的超高分辨OCT 154

8.3.5 用于监测细胞动力学的相位灵敏LCI技术 156

8.3.6 偏振灵敏的OCT 159

8.3.7 基于LCI的分子特异性技术：Pump-Probe OCT与非线性干涉振动成像 160

8.4 结论 162

致谢 163

参考文献 163

9 等离子体光学与超材料&Kin Hung Fung and Nicholas X.Fang 173

9.1 引言 173

9.2 表面等离子体 178

9.3 超材料的设计 182

9.3.1 有效介质的概念 182

9.3.2 有效介电常数（εeff） 185

9.3.3 有效磁导率（μeff） 187

9.3.4 双负性 189

9.4 成像与光刻：突破衍射极限 191

9.4.1 薄膜超透镜 191

9.4.2 超级透镜 192

9.5 展望 194

9.6 结论 194

参考文献 195

第Ⅲ部分 当前的研究领域 201

10 红外光谱成像：一种病理学综合方法&Michael J.Walsh and Rohit Bhargava 201

10.1 引言 201

10.1.1 癌病理学 202

10.1.2 在病理学方面的研究现状 203

10.1.3 分子病理学 205

10.2 FTIR光谱 205

10.2.1 点光谱及成像 205

10.2.2 FTIR与分子病理学 206

10.2.3 与其他（谱）成像技术的比较 208

10.2.4 仪器方面的进步 209

10.3 FTIR在生物医学研究中的应用 211

10.3.1 2D细胞培养 211

10.3.2 3D组织培养 212

10.3.3 FTIR的临床应用 214

10.4 FTIR成像转移到临床病理学的日常运用 220

10.4.1 临床考虑 220

10.4.2 光谱学考虑 220

10.4.3 FTIR成像转移到临床 221

10.5 讨论 221

参考文献 222

11 用于干涉成像的散射、吸收与调制纳米探针&Renu John and Stephen A.Boppart 235

11.1 引言 235

11.1.1 分子成像技术 236

11.1.2 分子对比剂 237

11.2 相干成像探针 242

11.2.1 散射探针 242

11.2.2 动力学探针 244

11.2.3 吸收探针 249

11.2.4 表面等离子共振探针 253

11.3 结论与展望 260

致谢 261

参考文献 261

12 基于胶原质系统的二次谐波产生成像&Monal R.Mehta,Raghu Ambekar Ramachandra Rao,and Kimani C.Toussaint,Jr 271

12.1 引言 271

12.2 从二次谐波产生成像中获取定量信息的方法 273

12.2.1 二次谐波发生向前与向后发射的强度比 273

12.2.2 在结构中的长度分布 273

12.2.3 x（2）张量成像 273

12.2.4 傅里叶变化二次谐波产生显微术 277

12.3 向前与向后发射二次谐波产生成像的定量比较 281

12.3.1 首选的方向性 282

12.3.2 幅度谱中的峰 284

12.4 结论 285

致谢 285

参考文献 285

13 等离子体光学：朝着纳米尺度下的光操纵发展的新范例&Maxim Sukharev 287

13.1 引言 287

13.2 计算纳米光学 291

13.3 相位极化控制方案 296

13.4 用1D纳米粒子阵列进行等离子驱动光囚禁和光导引 299

13.5 无中心反演对称的金属纳米粒子光学 302

13.6 针对纳米光学中先进等离子光学材料的遗传算法设计 306

13.7 光与等离子体光学衍射光栅的完美耦合 310

13.8 结论 314

参考文献 315

14 等离子体共振能量转移纳米光谱学&Logan Liu 319

14.1 引言 319

14.2 PRET-激活的生物分子吸收光谱 320

14.2.1 活细胞中纳米等离子体粒子的PRET成像 326

14.2.2 全场等离子体共振成像 327

14.3 实验程序 332

14.3.1 将Cyt c结合到玻璃片上金纳米颗粒上的制备 332

14.3.2 单个金纳米粒子的散射成像和光谱 332

14.3.3 PRET中电磁能量耦合的有限元模拟 333

14.4 结论 333

参考文献 334

15 红血球纳米尺度的表面起伏：疾病的标记&Catherine A.Best 337

15.1 血液学引论 337

15.1.1 标准血液检查 337

15.1.2 RBC形态学检测 338

15.1.3 细胞形变能力检测 343

15.2 RBC膜的物理特性 343

15.2.1 RBC膜起伏 346

15.2.2 测量RBC膜起伏的现有技术 347

15.2.3 定量相位成像 348

15.3 RBC动力学的纳米尺度特征 351

15.3.1 膜位移的静态（空间）行为 351

15.3.2 膜位移的动态行为：空间和时间相关 353

15.3.3 三磷酸腺甙（ATP）的作用 356

15.3.4 渗透压对血红细胞力学的影响 360

15.4 RBC膜起伏的临床相关性：疟疾作为第一个例子 360

致谢 362

参考文献 363

16 超分辨远场荧光显微术&Manuel F.Juette,Travis J.Gould,and Joerg Bewersdorf 369

16.1 引言与历史沿革 369

16.2 超分辨显微术的基础 374

16.2.1 PSF工程 374

16.2.2 基于局域化的显微术 377

16.2.3 荧光探针 380

16.2.4 光学传递函数（OTF） 382

16.3 应用 388

16.3.1 多色成像 388

16.3.2 时间分辨与活细胞成像 389

16.3.3 轴向超分辨 390

16.4 讨论 392

致谢 397

参考文献 397

索引 403