生物系统纳米技术PDF电子书下载

第1章 生物材料：历史回顾与当今的发展方向 1

引言 1

历史背景 2

第一代生物材料（1950～1960年） 3

通用特征 3

天然生物材料 5

金属和合金 6

陶瓷 7

聚合物 8

复合材料 9

第二代生物材料（1970～2000年） 10

通用特征 10

生物降解聚合物 11

水凝胶 12

生物活性和生物降解陶瓷 14

第三代生物材料（2000年以来） 14

组织工程中的生物材料 14

微/纳米技术和生物材料 15

总结 18

参考文献 18

第2章 植入装置引起的宿主免疫应答 22

免疫系统概述 22

宿主对植入装置引起的免疫应答 25

纳米科技和免疫系统 29

结论 30

参考文献 30

第3章 纳米生物技术 33

引言 33

以自然为师 35

线性和旋转分子马达 35

鲍鱼壳 36

DNA纳米技术 36

结构性DNA组装 37

纳米孔DNA测序 37

DNA和碳纳米管的耦合 37

DNA修饰的表面 38

纳米颗粒 38

纳米颗粒用于生物测定 39

纳米颗粒作为药物输送的载体 40

纳米颗粒作为造影剂 41

未来之路和商业思考 41

参考文献 43

第4章测量活细胞内跨膜离子流的下一代传感器 47

引言 47

背景 47

纳米探针和纳米尖表征 48

探针阵列 54

单尖和尖阵氮化硅悬臂阵列 54

超锐高长径比硅尖多重阵列 54

硅通孔结构的制备 55

纳米探针测量的潜在影响 56

中性粒细胞 57

软骨细胞 58

总结和展望 58

参考文献 59

第5章 细胞结构的合成 63

引言 63

组织和器官的多维结构 63

胰腺 64

肝脏 65

软骨 65

细胞图案成形 66

细胞图案成形方法 66

纳米细胞图案成形技术 67

人工生物装置 67

高级细胞共培养体系的微加工 68

硅显微机械加工 69

生物降解材料加工 70

图案成形细胞降解聚合物结构合成 73

包含细胞的聚合物薄膜 74

包含细胞的硅薄膜 77

包含图案成形细胞的互连硅结构 78

图案成形细胞复合层：基于模块化的平板人工生物肝脏 83

结论 84

参考文献 84

第6章 细胞机械传导 89

引言 89

细胞的机械刺激 90

压力 90

应变 91

流体流动——导致的剪切力 94

流动电位 97

化学传递 99

细胞探测机械刺激 100

机械敏感通道/机械门控通道 100

机械敏感受体 101

细胞外基质、整合素蛋白和细胞骨架复合体 101

细胞对机械刺激的回应 104

第二信使的激活 104

细胞骨架重组 106

细胞间信号蛋白 106

基因转录 107

自分泌/旁分泌因子的释放 108

基质蛋白生成 110

间隙连接 110

总结 111

参考文献 111

第7章 纳米构筑、纳米计算、纳米技术和DNA结构 125

引言和背景 125

DNA及其相关结构 127

DNA规则 128

DNA网络构造 129

动力学和计算系统概览 132

可微分的不变流形 132

偶合混沌系统为一同步过程 134

作为网络构筑的流体拓扑 134

作为基础流动的手性拓扑学：DNA连接器 135

数据表示法，流动模型和生物系统里的动力学 140

信号编码：流动模型里的数据表示法和Riccati方程式 141

从Xmoz门到“生命游戏” 141

生物稳健设计 143

结论和展望 146

参考文献 147

第8章 单分子光阱研究和分子马达中的肌球蛋白家族 151

引言 151

肌球蛋白 151

肌球蛋白家族概述 151

肌球蛋白Ⅱ 153

肌球蛋白V 154

肌球蛋白Ⅵ 155

肌球蛋白的早期研究 155

系统的最简化 155

离体的机动性试验：意义和局限性 157

单马达光阱试验 158

单分子实验 158

光阱 158

三珠试验 159

单珠试验 159

光阱实验的注意事项 159

反馈光阱试验 161

肌球蛋白Ⅱ 162

工作行程测量法 162

行程力测量：位置钳再思考 164

位移持续时间和肌动肌球蛋白相互作用之动力学 165

耦合与效率 166

肌球蛋白V 168

演示持续性：回归滑丝试验 168

演示持续性：光阱 169

行程和步长 169

驻留时间测量 172

解决杠杆臂争论 173

肌球蛋白Ⅵ 176

杠杆臂模型的缺陷 176

受负荷影响的步进行为 177

负荷对肌球蛋白Ⅵ的影响：步进模型简述 180

负荷对核苷酸结合的影响：锚定模型简述 183

结论 184

参考文献 185

第9章 生物矿化：纳米技术中的物理化学与生物学过程 190

引言 190

晶体形核 191

晶体生长 192

结论 196

参考文献 196

第10章DNA中高分子电解质的行为——自组装的环形纳米颗粒 198

引言 198

环形DNA纳米颗粒：实验观察 199

“反荷离子凝聚”与“凝聚” 202

什么是“半柔性高分子电解质”，它们是如何成环的 203

颗粒团聚 205

总结及生物纳米技术的意义 208

参考文献 209

第11章 医学与外科中的微米和纳米机电系统 214

引言 214

材料科学 214

特殊疾病的显微技术 218

糖尿病 218

心血管疾病 223

远程遥感 225

消化道 226

肿瘤学 227

癫痫症、脑积水及神经创伤中的应用 228

外科技术 230

结论 232

参考文献 232

第12章 活体中的分子和细胞过程的成像 237

引言 237

基于细胞分子生物学的成像技术的进展 239

整体化方法的简述 239

结构与功能 239

相关细胞培养试验 240

已有的和新兴的活体分子分析技术 240

临床的成像设备 241

最适合动物模型成像的技术 242

用于活体基因表达模式成像的报告基因 244

PET报告基因 244

SPECT报告基因（NIS） 245

荧光蛋白 245

萤光素酶和相关蛋白 245

Lac Z和含钆化合物的激活 247

多功能报告基因 247

染色剂和试剂：量子点 248

结论与展望 249

参考文献 249

第13章 组织工程和人造细胞 257

引言 257

人造细胞作为单元结构 258

细胞膜 258

膜转运 259

原型祖细胞 260

人造细胞原型和设计思路 261

细胞内膜和酶系统 261

通道蛋白 262

离子转运 262

人造细胞作为脂质体 263

核功能 264

酶活性 264

免疫识别 265

人造细胞和纳米结构膜体系 265

红细胞替代品 265

安全性 266

总结和未来发展方向 266

参考文献 267

第14章 人造器官和干细胞生物学 274

引言 274

定义 274

需求 275

可得性 275

干细胞能力 276

多潜能性 276

全能性 276

无限增殖 277

胚胎干细胞 277

胚芽层 277

神经嵴 277

成体干细胞 278

间质细胞 278

造血干细胞 278

神经中枢 279

间质干细胞 279

软骨 279

骨 279

肌腱 280

造血干细胞 280

识别 280

分离 281

骨髓 281

神经干细胞 281

内生细胞 281

血-脑屏障 282

干细胞微生态环境和组织修复 282

肝脏再生 283

肌肉修复 284

胰腺β细胞 284

基体材料依赖性的分化 284

天然产物 284

聚合物 285

生物玻璃和陶瓷 285

纳米技术和支架结构 285

固定的表面黏附 286

可降解的表面 286

微流体力学 286

总结及展望 287

参考文献 287

第15章 微生物膜 297

引言 297

微生物膜的普遍特性 298

人体环境中的生物膜 298

自然环境中的生物膜 300

微生物膜的性质 300

生长的差异性 301

功能的异质性 301

新陈代谢的相互作用 304

信号传导的相互作用 305

相变异和表型适应 307

结论 309

参考文献 309

第16章 应用于心脏病学与心脏外科术中的纳米生物学 313

第一部分：应用于诊断的纳米技术与纳米生物学 314

血管形成的分子成像 314

细胞的成像 314

人造分子受体 314

流动加速度传感器 315

在治疗学上的应用 315

抗增生药靶向传输/预防经皮肤血管再形成后的再狭窄 315

智能药物 315

纳米机器人 316

基于DNA的纳米机器人 316

血管形成辅助设备 316

呼吸细胞 317

凝血细胞 317

第二部分：纳米生物学与纳米技术在心脏和心脏外科术中的应用 318

应用在心肌缺血治疗中的技术 318

体外循环/冠状流的恢复/再灌注、游离基、有毒氧以及有前途的纳米技术的应用 319

纳米技术在外伤/出血/心脏手术后的伤口愈合中的应用 320

纳米技术与大动脉手术 321

人造心肌的组织工程/心肌恢复的干细胞移植与纳米生物学 322

参考文献 324

第17章 纳米技术应用于血管病研究 328

引言 328

血管病的基因组学和蛋白质组学 328

基因组学 328

DNA微阵列 329

血管病基因表达 331

基因组学应用于治疗 331

后基因组学——蛋白质组学，下一个前沿 332

蛋白质组学应用于血管病研究 333

血管生物传感器 334

光学传感器 334

纳米颗粒和纳米孔 335

纳米线和纳米管 336

血管病纳米治疗传递系统 338

引导性重塑：动脉血管工程实例 340

从血管生成到脉管生成 343

生物活性血管内支架 343

结束语 346

参考文献 346

第18章 纳米技术和癌症 354

引言和定义 354

细胞的研究 355

诊断 358

成像 360

脑瘤 361

前列腺癌 362

量子点 363

治疗 363

参考文献 368

第19章 器官移植中的纳米技术 370

引言 370

移植微阵列 370

DNA阵列 371

实体器官移植中微序列的应用 371

微阵列分析的局限性 373

人造器官 374

肾脏 374

肝脏 376

胰腺 377

结束语 379

参考文献 379

第20章 跨越鸿沟：新纳米技术医疗设备的普及 383

引言 383

新技术普及的阶梯 383

普及 384

新技术的接受者 384

知识产权界 384

临床及科学界 384

医疗保健的输送者 387

医疗保健的提供者 388

医疗保健的支付者 388

患者 389

销售商 389

流通 390

专业团体 390

监管机构 391

质量控制 391

生产 392

投资者 392

金融机构 392

公司合作伙伴 393

竞争者 393

Norian公司 393

综述 393

萌芽期（1987～1989年） 394

发展期（1990～1991年） 395

临床验证期（1993～1994年） 396

商业化（1995年以来） 397

普及（1996年以来） 398

总结 399

参考文献 399

第21章 通向无限小的路 400

参考文献 403