第1章 基于纳米孔的高灵敏度生物传感分析技术 1
1.1 纳米孔技术简介 1
1.2 蛋白纳米孔和固态纳米孔 2
1.3 α-溶血毒素用于DNA测序 4
1.4 纳米孔用于小分子的检测 6
1.5 纳米孔用于生物大分子的检测 8
1.6 纳米孔用于DNA中单核苷酸多态性的检测 11
1.7 纳米孔用于实际样品中小分子RNA的检测 12
参考文献 15
第2章 稀土荧光纳米探针在生物检测中的应用 19
2.1 稀土离子的性质和发光特性 20
2.1.1 线状的荧光光谱 21
2.1.2 能级丰富，荧光可调 21
2.1.3 大的Stokes位移 23
2.1.4 长的荧光寿命 23
2.1.5 上转换荧光 24
2.2 稀土荧光纳米探针的设计与修饰 26
2.2.1 镧系离子-有机配体复合物纳米探针 26
2.2.2 稀土掺杂的无机晶体荧光纳米探针 26
2.2.3 稀土荧光纳米探针的表面修饰 27
2.3 稀土纳米探针在生命分析中的应用 30
2.3.1 DNA检测 30
2.3.2 蛋白质检测 31
2.3.3 细胞计数 34
2.3.4 过氧化氢检测 35
2.3.5 谷胱甘肽检测 35
2.3.6 pH检测 36
2.3.7 葡萄糖检测 37
2.3.8 氰根离子检测 37
2.3.9 汞离子检测 38
2.3.10 铜离子检测 39
2.4 展望 39
参考文献 40
第3章 用于生物检测的静电纺丝技术 45
3.1 静电纺丝的制备概述 45
3.2 静电纺丝的功能调控 47
3.2.1 直径 48
3.2.2 形貌 49
3.2.3 孔径 51
3.2.4 材料 52
3.3 静电纺丝在生化分析中的应用 53
3.3.1 气体的分析检测 54
3.3.2 金属离子的分析检测 56
3.3.3 生物功能分子的检测 57
3.4 结论与展望 61
参考文献 62
第4章 基于上转换荧光共振能量转移的均相生物传感 68
4.1 引言 68
4.2 荧光共振能量转移 69
4.2.1 FRET的基本原理 69
4.2.2 能量转移效率E的测定 70
4.2.3 现有FRET方法存在的主要问题 70
4.3 上转换发光纳米粒子 71
4.3.1 UCNPs的概况 71
4.3.2 UCNPs的发光机理 71
4.3.3 UCNPs材料结构 73
4.3.4 UCNPs的发光调控 75
4.3.5 UCNPs的制备方法 77
4.3.6 UCNPs的表面功能化 78
4.4 UC-FRET生物传感 80
4.4.1 有机染料作能量受体 81
4.4.2 纳米金作能量受体 89
4.4.3 碳纳米材料作能量受体 92
4.4.4 其他纳米材料作能量受体 97
4.5 结论与展望 99
参考文献 100
第5章 基于量子点的多色荧光检测技术及其应用 108
5.1 多色荧光检测技术的提出 108
5.2 多色荧光检测技术在DNA分析中的应用 109
5.3 多色荧光检测技术在蛋白质分析中的应用 113
5.4 双色荧光检测技术在病毒检测中的应用 114
5.5 多色荧光检测技术在细胞成像中的应用 116
5.6 微流控芯片多色量子点编码及应用 120
5.7 微流控芯片多色荧光可视化检测技术及应用 123
5.8 多色荧光检测技术发展前景 128
参考文献 128
第6章 DNA结构介导的纳米生物传感器 131
6.1 线性单链DNA探针（一维DNA探针） 131
6.1.1 DNA分子在表面上的构象 132
6.1.2 界面上相邻DNA探针分子之间的距离效应 134
6.2 二维DNA探针（具有二级结构DNA的探针） 137
6.3 三维DNA探针 141
6.4 DNA折纸芯片 143
6.5 DNA生物传感器的应用 147
6.5.1 DNA生物传感器用于单核苷酸多态性的检测 147
6.5.2 DNA传感器用于microRNA生物标记物的检测 150
6.5.3 病原体的检测 155
6.6 结论与展望 156
参考文献 157
第7章 用于动物重大疫病检测的量子点生物探针 164
7.1 量子点生物探针用于动物重大疫病病毒检测 165
7.1.1 引言 165
7.1.2 量子点探针的制备 166
7.1.3 应用量子点探针检测动物重大疫病病毒 166
7.2 量子点生物探针用于动物重大疫病病原菌检测 170
7.2.1 引言 170
7.2.2 应用量子点探针检测动物重大疫病病原菌 171
7.3 量子点生物探针用于动物重大疫病致病机理研究 175
7.3.1 引言 175
7.3.2 量子点标记病毒的方法 176
7.3.3 荧光显微镜 177
7.3.4 应用量子点生物探针研究动物重大疫病致病机理 177
参考文献 179
第8章 利用原子力显微镜和识别成像技术研究细胞膜结构 183
8.1 概述 183
8.1.1 原子力显微镜的结构和成像原理 183
8.1.2 原子力显微镜的成像模式 183
8.1.3 原子力显微镜探针的结构 185
8.1.4 原子力显微镜探针的功能化 186
8.1.5 分子识别成像显微镜的原理 187
8.2 AFM在液相条件下的高分辨成像 188
8.2.1 AFM成像基底的制备 188
8.2.2 AFM现场流动样品池技术 189
8.2.3 AFM对核酸、染色质结构的研究 190
8.2.4 AFM对蛋白质成像的研究 191
8.2.5 分子识别成像对蛋白质糖基化的研究 193
8.3 AFM对细胞膜结构的研究 195
8.3.1 细胞膜样品的制备 197
8.3.2 AFM研究红细胞膜结构 197
8.3.3 红细胞膜脂筏结构的研究 204
8.3.4 AFM对脂筏功能性的研究 208
8.3.5 AFM对线粒体膜结构的研究 210
8.4 小结 213
参考文献 213
第9章 基于核酸适配体的肿瘤细胞和活体检测 216
9.1 引言 216
9.2 核酸适配体在细胞生命活动监测中的应用 219
9.3 核酸适配体用于肿瘤细胞分子分型 221
9.4 核酸适配体功能化的分子探针在活体分析检测中的应用 223
9.5 核酸适配体功能化的纳米材料用于肿瘤细胞和活体的分析检测 226
9.5.1 核酸适配体功能化金纳米探针在肿瘤细胞检测中的应用 226
9.5.2 核酸适配体功能化磁性纳米探针在肿瘤细胞和活体分析检测中的应用 228
9.5.3 核酸适配体功能化纳米荧光探针在肿瘤细胞和活体分析检测中的应用 230
9.5.4 基于核酸适配体功能化纳米探针的其他检测方法 234
9.6 微流控芯片技术 234
9.7 总结 236
参考文献 236
第10章 纳米颗粒的组装及在生物检测中的应用 242
10.1 纳米材料的自组装 242
10.1.1 自组装的概念 242
10.1.2 分子自组装合成新颖的纳米结构 245
10.1.3 以纳米颗粒为基本单元的自组装 246
10.1.4 电磁场诱导的纳米颗粒自组装 249
10.2 纳米材料组装体的集体性质 253
10.2.1 纳米材料组装体中存在的相互作用 253
10.2.2 纳米材料组装体集体光学性质 254
10.2.3 组装对于纳米材料的集体磁学性质的影响 259
10.3 基于纳米颗粒组装后集体性质变化的生物检测方法 261
10.3.1 利用贵重金属纳米颗粒组装的生物检测 261
10.3.2 利用磁性纳米颗粒组装的生物检测 265
10.4 组装在构建生物检测器件中的作用 266
10.5 总结与展望 268
参考文献 269
第11章 纳米探针的细胞电化学传感 273
11.1 电化学传感器 273
11.2 纳米探针 274
11.2.1 纳米材料简介 275
11.2.2 零维纳米探针 275
11.2.3 一维纳米探针 281
11.2.4 二维纳米探针 285
11.3 细胞固定及仿生界面的构建 288
11.4 肿瘤细胞检测 289
11.4.1 纳米电化学阻抗传感 289
11.4.2 靶向细胞检测 290
11.4.3 基于适配体的纳米细胞电化学传感 291
11.4.4 基于细胞表面糖基的纳米细胞电化学传感 293
11.5 基于纳米探针的细胞凋亡电化学传感器 294
11.5.1 细胞凋亡简介 294
11.5.2 细胞凋亡的检测技术 295
11.5.3 细胞凋亡的电化学检测 297
参考文献 302
第12章 细胞光散射成像分析 311
12.1 引言 311
12.2 细胞光散射成像的特点 311
12.2.1 光散射成像及显微光谱技术 311
12.2.2 光散射纳米探针 313
12.2.3 细胞光散射成像的影响因素 314
12.3 细胞实时光散射成像及传感分析 314
12.3.1 活细胞标记、成像和示踪 315
12.3.2 活细胞内生物分子传感及实时监测 321
12.4 纳米标记对细胞光散射成像分析的影响 325
12.4.1 光散射纳米探针的细胞生物相容性 325
12.4.2 光散射纳米探针对细胞、组织和胚胎的影响 326
12.4.3 光散射纳米探针应用于细胞成像分析面临的主要挑战 327
12.5 存在的问题及未来发展方向 327
12.5.1 存在的问题及其可能的解决方案 327
12.5.2 未来潜在的发展方向 328
参考文献 328
第13章 拉曼光谱与增强拉曼光谱在细胞检测中的应用 333
13.1 拉曼光谱和增强拉曼光谱的基本原理 334
13.1.1 光的散射 334
13.1.2 拉曼光谱 335
13.1.3 共振拉曼光谱 336
13.1.4 表面增强拉曼光谱 336
13.2 SERS在细胞体系应用中的基本方法学 340
13.2.1 直接检测 340
13.2.2 间接检测 343
13.2.3 数据分析 346
13.3 拉曼光谱和增强拉曼光谱的仪器技术发展 347
13.3.1 拉曼光谱及其联用技术 347
13.3.2 成像技术 350
13.4 SERS和拉曼光谱在细胞体系的应用 352
13.4.1 细胞分类与检测 352
13.4.2 细胞内微环境的检测 355
13.4.3 细胞生命过程监测 357
13.4.4 纳米材料在细胞内的监测 362
13.5 现存问题及展望 367
参考文献 370
第14章 用于细胞实时探测的纳米电化学探针技术 376
14.1 概述 376
14.2 纳米电极优良的电化学特性 376
14.3 纳米电极的制备 377
14.3.1 纳米带电极 377
14.3.2 纳米盘电极 378
14.3.3 纳米锥电极 380
14.3.4 碳纳米管电极 382
14.3.5 纳米孔电极 382
14.3.6 纳米电极阵列 384
14.4 纳米电化学传感器实时探测细胞信号分子 387
14.4.1 纳米电化学探针高时空分辨监测信号分子释放 387
14.4.2 突触间隙内部探测 388
14.4.3 细胞内部实时探测 389
14.4.4 基于扫描电化学显微镜探针的细胞实时监测 389
14.5 纳米电极阵列用于细胞实时探测 393
14.5.1 纳米电极阵列实时监测细胞胞吐与电生理研究 394
14.5.2 纳米线场效应晶体管阵列用于细胞电生理研究 395
14.6 总结与展望 397
参考文献 397
第15章 面向肿瘤研究的量子点标记生物探针 402
15.1 引言 402
15.2 量子点的性质及其水溶性化修饰 403
15.2.1 量子点的荧光性质 403
15.2.2 量子点的合成与表面化学性质 406
15.2.3 量子点水溶性化修饰 407
15.3 生物探针构建中常用的靶向单元及标记策略 412
15.3.1 氨基酸、多肽和蛋白质的性质及其标记策略 412
15.3.2 核酸的性质及其标记策略 414
15.4 基于量子点标记的生物探针构建策略 415
15.5 基于量子点标记的生物探针在肿瘤研究中的应用 418
15.5.1 基于量子点标记的生物探针在肿瘤检测中的应用 418
15.5.2 基于量子点标记的生物探针在肿瘤转移相关研究中的应用 423
15.5.3 基于量子点标记的生物探针在肿瘤异质性研究中的应用 425
15.5.4 基于量子点标记的生物探针在肿瘤研究中的机遇和挑战 427
参考文献 428
第16章 肿瘤磁共振诊断用磁性纳米材料的研究进展 434
16.1 磁性纳米造影剂的原理 434
16.1.1 磁性纳米材料的磁学性质 434
16.1.2 MRI的基本原理 436
16.1.3 磁性纳米材料造影剂的信号增强原理 437
16.2 肿瘤磁共振纳米造影剂的发展及应用分类 438
16.2.1 肿瘤磁共振临床诊断的现状与发展趋势 438
16.2.2 肿瘤磁共振纳米造影剂的应用分类 439
16.3 肿瘤磁共振纳米造影剂的制备及应用 440
16.3.1 超顺磁性纳米造影剂 440
16.3.2 顺磁性纳米材料造影剂 455
16.4 总结与展望 459
参考文献 460
第17章 纳米技术基础上的胃癌预警与早期诊断系统 467
17.1 目前胃癌的临床现状 468
17.2 临床胃癌的主要诊断方法 469
17.2.1 内镜检查 469
17.2.2 影像学检查 470
17.2.3 病理组织学检查 470
17.2.4 血清学标志物检查 470
17.3 早期胃癌相关标志物的筛选与鉴定 471
17.3.1 磷脂酶Cε1是一个区分萎缩性胃炎与早期胃癌的标志物 471
17.3.2 胃癌呼出气体标志物的筛选与鉴定 473
17.3.3 与胃癌相关的标志物 475
17.4 纳米粒子的可控制备 476
17.4.1 磁性纳米粒子的可控规模化制备 476
17.4.2 RNase酶辅助合成量子点的制备 478
17.4.3 荧光磁性纳米粒子的制备 480
17.4.4 双相法可控制备上转换荧光磁性纳米粒子 481
17.5 增强标志物检测的灵敏度与特异性新的技术原理方法 482
17.5.1 碳纳米管与量子点自组装基础上的超敏感检测的原理方法 482
17.5.2 磁性微球与双功能蛋白基础上的唾液标志物超敏感检测方法 482
17.5.3 量子点荧光猝灭基础上的定量PCR技术原理方法 484
17.5.4 空心银微球增强拉曼分子检测信号的原理方法 484
17.5.5 基于纳米粒子标记的层析芯片与配套的检测设备 485
17.6 循环血中胃癌细胞快速捕获与病毒基因分型的传感器 488
17.7 呼出气体标志物快速检测的诊断仪器研发 490
17.8 胃癌靶向成像与治疗的多功能纳米探针 492
17.8.1 BRCAA1单克隆抗体偶联的荧光磁性纳米粒子探针 492
17.8.2 Ce6偶联磁性纳米粒子探针 492
17.8.3 RNase酶辅助合成的多功能量子点探针 493
17.8.4 胃癌靶向成像与光热治疗的系列金纳米棒探针 495
17.8.5 胃癌靶向成像稀土氟化物上转换纳米探针 500
17.8.6 胃癌靶向成像与核酸治疗的纳米探针 500
17.8.7 纳米粒子标记的系列干细胞用于胃癌的靶向成像与治疗 501
17.8.8 碳点基础上的胃癌靶向成像与治疗的纳米探针 505
17.9 胃癌早期诊断与预警系统的前景与挑战 506
参考文献 507
第18章 上转换发光纳米材料用于生物成像与检测 512
18.1 上转换发光材料简介 512
18.2 上转换发光纳米材料的合成与表面功能化 513
18.2.1 典型的上转换发光纳米材料体系设计 513
18.2.2 上转换发光纳米材料的控制合成 515
18.2.3 上转换发光纳米材料的发光效率优化 516
18.2.4 上转换发光纳米材料的表面功能化 520
18.3 上转换发光纳米材料的生物成像应用 523
18.3.1 上转换发光成像仪器改造 523
18.3.2 上转换发光成像的优势 524
18.3.3 细胞成像应用 527
18.3.4 小动物活体成像 528
18.4 上转换发光纳米材料的生物检测应用 531
18.4.1 基于内滤效应的上转换发光检测体系 531
18.4.2 基于发光共振能量转移过程的上转换发光检测体系 532
18.4.3 上转换发光温度探针 537
18.5 上转换发光纳米材料在生物成像和检测应用中的前景分析 538
参考文献 539
第19章 基于功能硅纳米结构的肿瘤检测和治疗技术 544
19.1 功能硅纳米结构在肿瘤检测中的应用 545
19.1.1 基于硅纳米线的致癌基因分析检测 545
19.1.2 基于硅基纳米结构的肿瘤细胞分析检测 550
19.2 一维硅纳米线在肿瘤治疗中的应用 561
19.2.1 基于硅纳米线的细胞水平肿瘤治疗 561
19.2.2 基于硅纳米线的活体水平肿瘤治疗 562
19.3 研究展望 563
参考文献 564
索引 569