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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 l72

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 TCSPC96

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-Den312

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