第1章 绪论 1
1.1 基于扫描探针显微术观测细胞微纳结构及生物过程 2
1.2 单细胞检测与分析技术 4
1.2.1 先进光学方法 5
1.2.2 质谱等谱学方法 8
1.2.3 电化学与电磁探极技术 9
1.3 细胞内生长与仿生制备纳米材料 11
1.3.1 细胞中生长金、银等贵金属纳米颗粒 12
1.3.2 磁细菌与磁小体 15
1.3.3 细胞中生长化合物纳米颗粒 17
1.3.4 基于生物分子（仿生）合成纳米材料 18
1.4 人工纳米颗粒作用于细胞 20
参考文献 21
第2章 生物医用纳米材料的制备、特性与质量控制 33
2.1 具有生物医学应用前景的纳米材料 33
2.1.1 （贵）金属纳米颗粒 33
2.1.2 半导体纳米颗粒 34
2.1.3 磁性氧化物纳米颗粒 34
2.1.4 有机／聚合物纳米颗粒（含生物分子构建的纳米粒） 34
2.1.5 碳纳米材料 34
2.2 生物医用纳米材料制备、表征与质量控制 34
2.2.1 化学组成 35
2.2.2 晶体结构与结晶度 35
2.2.3 形状、尺寸及尺寸分布 36
2.2.4 表面修饰分子 36
2.2.5 等电点 36
2.2.6 聚集态 37
2.2.7 表面化学特性 37
2.2.8 光、电、磁等物理特性 37
2.2.9 稳定性 38
2.2.1 0生物相容性 38
2.3 重要的生物医用纳米材料 38
2.3.1 贵金属纳米材料 38
2.3.2 金属氧化物、硫化物等无机化合物纳米材料 54
2.3.3 碳纳米材料 78
2.3.4 有机纳米材料 89
2.4 生物医用纳米材料的体内制剂 96
2.4.1 纳米靶向制剂 96
2.4.2 透皮给药制剂 100
2.4.3 纳米制剂的体内外要求 103
参考文献 108
第3章 单细胞的操控、检测与分析 117
3.1 单细胞操控 118
3.1.1 毛细管电泳 118
3.1.2 微流控技术 119
3.1.3 光镊 120
3.1.4 磁镊 121
3.1.5 电场 122
3.1.6 声场 123
3.2 细胞结构的显微与分析 124
3.2.1 光学显微术 125
3.2.2 电子显微术 132
3.2.3 扫描探针显微术 140
3.2.4 电化学阻抗显微镜 143
3.3 单细胞的电学测量与分析 144
3.3.1 电化学方法 144
3.3.2 细胞电生理技术 145
3.3.3 微纳探极技术 147
3.4 细胞结构和成分的质谱表征与分析 151
3.4.1 基底辅助激光解吸电离质谱 151
3.4.2 二级离子质谱技术 152
3.5 小结与展望 154
参考文献 154
第4章 基于微流控芯片的纳米材料细胞分析 163
4.1 微流控芯片在细胞生物学中的应用 163
4.1.1 微流控芯片上的细胞分离、分选 164
4.1.2 微流控芯片上的细胞培养 164
4.1.3 微流控芯片上的单细胞分析 165
4.2 纳米材料在微流控芯片细胞生物学分析中的应用 167
4.2.1 碳纳米管、金等纳米材料 167
4.2.2 量子点 171
4.2.3 其他 173
参考文献 175
第5章 细胞的三维培养及其显微成像与分析 179
5.1 细胞的微环境与三维培养 179
5.1.1 肿瘤细胞与细胞之间的作用 180
5.1.2 肿瘤细胞与细胞基质之间的作用 180
5.1.3 低氧诱导因子对肿瘤细胞的作用 180
5.2 肿瘤细胞三维培养的基质 181
5.2.1 细胞三维培养基质的定义 181
5.2.2 细胞三维培养基质的设计原则 181
5.2.3 细胞三维培养基质的种类 181
5.2.4 细胞三维培养基质的制备方法 182
5.3 三维培养在肿瘤研究中的应用 187
5.3.1 用于肿瘤细胞的药物评价 187
5.3.2 肿瘤干细胞的富集 190
5.3.3 用于肿瘤细胞侵袭转移的研究 190
5.4 细胞三维生长的显微成像与分析 191
5.4.1 以显微成像与分析技术研究细胞的三维生长 191
5.4.2 Micro-CT技术的发展现状 192
5.4.3 细胞团研究用Micro-CT系统的主要关键技术 194
5.5 小结与展望 197
参考文献 198
第6章 纳米材料与生物分子的作用 203
6.1 纳米材料与生物分子作用的影响因素 203
6.2 纳米粒子与蛋白分子的相互作用 204
6.3 纳米粒子与凝血因子的相互作用 204
6.3.1 凝血因子的组成和主要功能 205
6.3.2 纳米粒子与凝血因子的相互作用 205
6.4 纳米粒子与核酸的相互作用 208
6.5 纳米粒子与生物分子的相互作用及其应用研究举例 209
6.5.1 金属纳米颗粒 209
6.5.2 二氧化硅纳米颗粒 211
6.5.3 磁性纳米颗粒 212
参考文献 213
第7章 纳米材料对细胞膜的作用 218
7.1 纳米材料的跨膜转运及其机制 220
7.1.1 纳米材料的入胞方式和机制 220
7.1.2 纳米材料入胞后的代谢归宿 227
7.1.3 不同细胞摄取纳米材料的差异 228
7.2 纳米材料对细胞膜离子通道的影响 228
7.2.1 纳米材料对细胞膜钾通道的影响 228
7.2.2 纳米材料对钙通道的影响 232
7.2.3 纳米材料对钠通道的影响 232
7.2.4 纳米材料对氯通道的影响 232
7.2.5 纳米材料对超极化激活环核苷酸门控阳离子通道的影响 233
7.3 纳米材料对细胞膜离子泵的影响 233
7.3.1 纳米材料对Na+-K+ATP酶的影响 233
7.3.2 纳米材料对钙泵和中枢神经递质的影响 234
7.3.3 纳米材料对细胞膜受体的影响 235
7.3.4 纳米材料对G蛋白的影响 235
7.4 纳米材料对神经细胞膜结构和功能的影响 236
7.4.1 纳米材料对突触传递和突触重塑的影响 236
7.4.2 碳纳米管在神经网络构建中的特殊优势和应用 236
7.5 纳米材料的膜毒性和膜相容性 237
7.5.1 纳米材料的膜毒性 237
7.5.2 纳米材料的性状和内吞对其膜毒性的影响 238
7.5.3 不同纳米材料的毒性差异以及不同生物种群对纳米材料毒性敏感性的差异 238
7.6 纳米技术在细胞膜功能蛋白质研究中的应用 239
7.6.1 纳米量子点技术用于研究膜蛋白循环 239
7.6.2 利用纳米技术研究内源性大麻素的入胞机制 239
7.7 展望 240
参考文献 241
第8章 纳米材料作用于细胞膜的模拟研究 246
8.1 引言 246
8.1.1 细胞膜 246
8.1.2 纳米材料对细胞膜的作用机制及对细胞膜的影响 249
8.2 材料性质对纳米材料与细胞膜作用影响的模拟研究 252
8.2.1 尺寸 252
8.2.2 形状 253
8.2.3 表面电荷性质 253
8.2.4 亲疏水性质 254
8.2.5 表面特异性修饰 255
8.2.6 浓度与聚集态 256
8.3 医用纳米载体对细胞膜的作用仿真 256
8.3.1 树枝状大分子 257
8.3.2 聚合物胶束 258
8.3.3 脂质体囊泡 261
8.4 相关研究中计算方法及模型的研究进展 264
8.4.1 不同时空尺度的理论模拟方法 265
8.4.2 分子动力学方法理论及应用概述 270
8.5 小结 279
参考文献 280
第9章 功能纳米材料及结构对细胞遗传特性的影响 286
9.1 纳米材料对细胞基因组的影响 286
9.1.1 纳米材料诱发遗传毒性的潜在机制 286
9.1.2 金属及金属氧化物纳米材料对细胞基因组的影响 288
9.1.3 非金属纳米材料对细胞基因组的影响 291
9.2 基因芯片技术在分析铁纳米材料基因毒性中的应用 301
9.2.1 基因芯片技术概况 301
9.2.2 基因芯片技术在分析铁纳米颗粒细胞效应中的应用 302
9.2.3 铁纳米颗粒对小鼠巨噬细胞基因表达谱的影响 304
9.2.4 铁纳米颗粒对两种小鼠细胞基因表达影响的比较 306
9.2.5 铁纳米颗粒对铁稳态相关基因表达的影响 312
9.3 问题与展望 315
9.3.1 纳米材料对细胞遗传特性评价的影响 315
9.3.2 检测方法对细胞遗传特性评价的影响 317
9.3.3 展望 319
参考文献 319
第10章 纳米材料对细胞周期及特性的影响 331
10.1 细胞周期 331
10.2 细胞周期调控的分子机制 333
10.3 纳米材料对细胞周期的影响 334
10.3.1 金属纳米颗粒 334
10.3.2 无机纳米颗粒 338
10.3.3 高分子纳米颗粒 340
10.3.4 功能化纳米材料 341
10.4 利用纳米材料调控细胞周期的应用 341
10.4.1 细胞周期与肿瘤治疗 342
10.4.2 利用纳米材料调控细胞周期在生物医学研究中应用 342
10.5 小结 343
参考文献 344
第11章 纳米粒子对细胞信号通路的影响 348
11.1 概述 348
11.2 纳米粒子对信号通路影响的研究进展 350
11.2.1 二氧化钛纳米粒子 350
11.2.2 银纳米粒子 352
11.2.3 磁性纳米粒子 354
11.2.4 金纳米粒子 355
11.2.5 碳纳米材料 356
11.2.6 其他纳米粒子 357
11.3 小结和展望 358
参考文献 358
第12章 生物医用纳米材料对单核吞噬细胞系统的作用 362
12.1 单核吞噬细胞系统简介 363
12.2 生物医用纳米颗粒对单核细胞的作用 366
12.2.1 纳米金属材料 367
12.2.2 无机非金属材料 372
12.3 纳米颗粒对巨噬细胞的作用 376
12.3.1 量子点 376
12.3.2 纳米金 378
12.3.3 纳米银 379
12.3.4 铁基磁性纳米颗粒 381
12.3.5 脂质体材料 383
12.3.6 其他纳米材料 385
12.3.7 蛋白冠 385
12.3.8 巨噬细胞对纳米材料特殊的吞噬方式 387
12.4 小结与展望 388
参考文献 389
第13章 纳米材料对细胞自噬的影响 394
13.1 细胞自噬简介 394
13.1.1 自噬是细胞维持自稳态的关键生物学过程 394
13.1.2 完整自噬和非完整自噬 395
13.2 纳米材料的细胞自噬效应 401
13.2.1 稀土纳米材料 403
13.2.2 半导体量子点 404
13.2.3 碳纳米材料 405
13.2.4 金属纳米材料 405
13.2.5 有机纳米材料 406
13.2.6 其他纳米材料 406
13.3 纳米材料诱导细胞自噬的生物安全性问题 407
13.3.1 细胞自噬不是细胞死亡的一种形式 407
13.3.2 纳米材料诱导的细胞自噬与细胞命运的关系 407
13.3.3 通过调控纳米材料的理化性质及表面性能调控其自噬能力 408
13.4 纳米材料诱导细胞自噬效应的应用 409
13.4.1 诊疗一体化 409
13.4.2 肿瘤放化疗增敏 411
13.4.3 提高抗原呈递效率 411
13.4.4 消除细胞内沉积物 412
13.5 小结与展望 413
13.5.1 细胞如何识别纳米材料而启动自噬 414
13.5.2 纳米材料引发自噬早期信号通路的过程 414
13.5.3 纳米材料在细胞中的命运 415
13.5.4 自噬溶酶体命运 416
参考文献 417
第14章 碳纳米管对免疫细胞的作用及其在抗肿瘤免疫治疗中的应用前景 426
14.1 巨噬细胞对碳纳米管的吞噬作用 426
14.2 巨噬细胞对碳纳米管的免疫响应 428
14.3 碳纳米管的免疫刺激效应 433
14.4 碳纳米管的免疫效应对于抗肿瘤免疫治疗的意义 438
14.5 碳纳米管作为抗肿瘤疫苗载体的研究 443
14.6 小结与展望 445
参考文献 445
第15章 纳米材料对神经细胞的作用 449
15.1 银纳米颗粒对神经细胞的影响 450
15.1.1 银纳米颗粒的安全评价与毒性作用研究 450
15.1.2 银纳米颗粒神经毒性作用机制 452
15.2 氧化铁纳米颗粒对神经细胞的作用 453
15.2.1 氧化铁纳米颗粒在神经系统疾病治疗中的应用研究 453
15.2.2 氧化铁纳米粒子的毒性作用及机制 455
15.3 碳纳米管对神经细胞的作用 458
15.3.1 单壁碳纳米管的毒理学 458
15.3.2 单壁碳纳米管对神经细胞的作用 458
15.3.3 多壁碳纳米管对神经细胞的影响 460
15.4 二氧化钛纳米颗粒对神经细胞的作用 461
15.4.1 TiO2纳米颗粒的安全性评价 462
15.4.2 TiO2纳米颗粒对神经细胞作用的机制 462
15.4.3 TiO2纳米颗粒对神经细胞的作用 463
15.5 硅纳米颗粒对神经细胞的作用 464
15.6 聚合物纳米粒对神经细胞的作用 466
15.6.1 可生物降解聚合物 466
15.6.2 Tween 80包被的纳米粒 466
15.6.3 长循环纳米粒 468
15.6.4 主动靶向纳米粒 468
15.6.5 其他 469
15.7 纳米金应用于神经研究 470
参考文献 472
第16章 噬菌体在生物医药领域中的应用 476
16.1 噬菌体的概述 476
16.1.1 噬菌体是一种以微生物为宿主的病毒体 476
16.1.2 噬菌体的发现 476
16.1.3 噬菌体的分布 477
16.1.4 噬菌体的种类 477
16.1.5 噬菌体感染机理及侵染过程 479
16.2 噬菌体展示技术用于筛选相互作用分子 481
16.2.1 噬菌体展示原理 481
16.2.2 噬菌体展示基本步骤 482
16.2.3 噬菌体展示在研究中的应用 484
16.3 噬菌体作为基因载体的研究 485
16.3.1 λ噬菌体简介 485
16.3.2 λ噬菌体生活史 486
16.3.3 λ噬菌体的可取代区 488
16.3.4 λ噬菌体的基因组特征 489
16.3.5 常用的代表性λ噬菌体载体 490
16.3.6 λ噬菌体载体的克隆原理及步骤 493
16.3.7 λ噬菌体作为基因载体的研究举例 494
16.4 噬菌体与细胞相互作用及用于组织工程材料抗菌的研究 494
16.4.1 M13噬菌体引导细胞生长 495
16.4.2 M13噬菌体用做组装纳米材料 495
16.4.3 噬菌体用于抗菌试剂 496
16.4.4 M13噬菌体作为诊断试剂检测细菌 497
16.5 噬菌体用于其他临床研究 498
16.5.1 噬菌体用于肿瘤显影剂 498
16.5.2 噬菌体用于肿瘤疫苗 499
16.6 噬菌体纳米材料在生物医学中的应用前景 500
参考文献 502
索引 507