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第1章 生物光电子学 1

1.1生物光电子学的范畴 1

1.1.1生物光电子学的定义 1

1.1.2生物光电子学涉及的基本理论 1

1.1.3生物光电子学研究的内容 2

1.1.4生物光电子学的发展方向 3

1.1.5光电子技术在分子生物学中的应用 3

1.2生物材料与生物大分子的相互作用 4

1.2.1 DNA与生物材料的相互作用 5

1.2.2蛋白质与生物材料的相互作用 7

1.2.3细胞膜与生物材料的相互作用 8

1.3相关技术与应用（概论） 9

1.3.1流式细胞技术 9

1.3.2生物芯片技术 10

1.3.3诱捕的前体分子光激活技术 11

1.3.4生物传感器 11

1.4纳米尺度的生物光电子 12

1.4.1纳米粒子的“导线”作用 12

1.4.2量子点在分子生物学中的应用 12

1.4.3生物分子作为纳米材料的模板 13

1.5展望 13

参考文献 14

第2章 生物光电子学中的电化学过程 16

2.1生物光电子学中的电化学过程概述 16

2.2生物电化学应用技术 22

2.2.1生物膜与生物界面模拟研究 22

2.2.2电脉冲基因导入研究 24

2.2.3电场加速作物生长 24

2.2.4癌症的电化学疗法 24

2.2.5电化学控制药物释放技术 25

2.2.6在体研究 25

2.2.7生物分子的电化学行为研究 26

2.3生物电分析化学 26

2.3.1生物电分析化学概述 26

2.3.2伏安分析在生命科学中的应用 27

2.3.3电化学生物传感器 27

2.4电化学酶传感器 29

2.4.1电化学酶传感器的组成及工作原理 29

2.4.2电化学酶传感器的分类 30

2.4.3电化学酶传感器的发展历程 30

2.5电化学DNA生物传感器 33

2.5.1 DNA概述 34

2.5.2 DNA电化学生物传感器 36

2.6电化学免疫传感器 42

2.6.1免疫传感器的原理 42

2.6.2免疫传感器的分类 43

2.7电化学细胞传感器 48

2.7.1化学组成及胞间化学信号分子 49

2.7.2细胞生物生理行为 50

2.7.3细胞的固定技术 51

2.7.4细胞传感器的种类及应用 53

2.8生物能源系统 55

2.8.1生物燃料电池的应用 58

2.8.2目前发展中存在的问题 58

2.8.3生物燃料电池的发展前景 59

2.9目前研究状况及展望 59

参考文献 60

第3章 生物光电子学中的半导体材料及其应用 68

3.1概述 68

3.2半导体材料的基本性质 69

3.2.1半导体的晶体结构 70

3.2.2半导体的电子状态和能带结构 71

3.2.3半导体载流子 73

3.2.4半导体杂质与缺陷 74

3.2.5有机半导体 77

3.3半导体器件 79

3.3.1半导体pn结及二极管 79

3.3.2半导体三极管 82

3.3.3半导体场效应晶体管 83

3.4半导体生物传感器 86

3.4.1生物传感器的发展简史 86

3.4.2 生物传感器的分类 87

3.4.3生物传感器的结构和原理 88

3.5半导体生物传感器 90

3.5.1半导体生物传感器工作原理 90

3.5.2场效应晶体管生物传感器 91

3.5.3光电化学型半导体生物传感器 94

3.6半导体生物传感器的应用 95

3.6.1在生物分子检测领域的应用 95

3.6.2在食品分析中的应用 108

3.6.3在环境监测中的应用 109

3.7目前研究状况及展望 110

参考文献 110

第4章 荧光生物传感技术 114

4.1概述 114

4.2基于荧光共振能量转移的生物传感 115

4.2.1 FRET用于蛋白质结构与功能研究 117

4.2.2 FRET在细胞凋亡研究中的应用 119

4.2.3细胞内离子的FRET传感 120

4.3基于时间分辨的荧光生物传感 121

4.3.1时间分辨荧光分析技术 121

4.3.2荧光寿命生物传感 123

4.3.3时间分辨荧光传感 125

4.4基于荧光偏振的生物传感 130

4.4.1概述 130

4.4.2荧光偏振传感的应用 134

4.5基于量子点的纳米荧光传感 136

4.5.1量子点的概念 136

4.5.2量子点的光学性质 138

4.5.3量子点荧光生物探针的构建 140

4.5.4量子点的制备 141

4.5.5量子点的表面修饰 143

4.5.6量子点的生物功能化 145

4.5.7量子点的生物传感应用 148

4.6小结与展望 166

参考文献 167

第5章 拉曼光谱生物检测技术 174

5.1概述 174

5.2拉曼散射 175

5.2.1拉曼散射原理 175

5.2.2拉曼散射应用 177

5.3表面增强拉曼散射 179

5.3.1 SERS发展历史 179

5.3.2 SERS效应增强机理 179

5.3.3 SERS基底制备 182

5.3.4 SERS技术在生物学中的应用优势 186

5.4表面增强拉曼散射技术在生物医学领域中的应用 186

5.4.1生物小分子SERS传感 187

5.4.2 SERS在核酸检测中的应用 188

5.4.3 SERS在免疫检测中的应用 191

5.4.4 SERS在细胞检测中的应用 197

5.5针尖增强拉曼光谱技术 203

5.5.1 TERS技术及其原理 203

5.5.2 TERS仪器 204

5.5.3 TERS应用 205

5.6展望 210

参考文献 211

第6章 纳米等离子激元生物传感 219

6.1引言 219

6.2等离子共振散射 220

6.2.1 Mie散射 221

6.2.2椭球体散射 224

6.3等离子激元材料 228

6.3.1纳米盘 229

6.3.2纳米棒 232

6.3.3纳米三角形 235

6.3.4纳米壳 239

6.4纳米等离子激元单颗粒/分子光谱检测技术 243

6.4.1单颗粒SPR散射光谱技术 243

6.4.2金属颗粒的SPR光学性质 244

6.4.3等离子散射的影响因素 246

6.4.4单颗粒直接传感器 250

6.4.5等离子共振能量转移传感器 251

6.4.6等离子激元共振耦合传感器 253

6.5 SPR细胞成像与治疗 255

6.5.1生物成像 256

6.5.2癌症治疗 258

6.6展望 263

参考文献 263

第7章 微流控芯片技术 269

7.1微流控芯片技术概述 269

7.2微流控芯片的制作技术 269

7.2.1微流控芯片的材料 269

7.2.2微流控芯片的制作方法 271

7.2.3微流控设备分类 278

7.3微流控技术与生物光电子学在床旁快速诊断中的应用 282

7.3.1微流控芯片在生物光电子学方面的应用 282

7.3.2光流体技术在生物学检测中的应用 284

7.3.3床旁快速诊断 290

7.3.4微流控芯片在POCT中的应用 292

7.3.5微流控芯片技术展望 302

参考文献 302

第8章 生物信息存储与传递 309

8.1生物信息概述 309

8.1.1 DNA和RNA的组成与结构 310

8.1.2蛋白质的组成与结构 311

8.1.3遗传信息传递 312

8.1.4 DNA的损伤与修复 315

8.2生物存储 317

8.2.1信息存储 317

8.2.2生物存储器 318

8.2.3生物存储的未来 325

8.3 DNA计算机 325

8.3.1 DNA分子计算机的基本原理 326

8.3.2 DNA计算机的优势与不足 329

8.3.3 DNA计算机的发展简史 330

8.3.4 DNA计算机的应用 331

8.3.5 DNA计算机的未来 337

8.4 DNA纳米技术 337

8.4.1 DNA纳米技术 337

8.4.2 DNA纳米技术的应用 340

8.4.3 DNA纳米技术的挑战与展望 351

参考文献 351

第9章 生物成像与诊断 353

9.1生物成像与诊断概述 353

9.2 X射线成像方法及进展 357

X射线成像基本原理 357

9.3 X射线计算机断层成像方法及进展 365

9.3.1成像原理 365

9.3.2投影重建图像的原理 369

9.3.3投影重建图像的算法 371

9.3.4 X射线CT的研究热点方向 373

9.4核磁共振成像技术及进展 376

9.4.1磁共振成像概述 376

9.4.2磁共振成像物理基础 377

9.4.3磁共振成像原理 380

9.4.4磁共振成像的研究进展 383

9.5放射性核素成像方法及进展 385

9.5.1放射性核素成像方法概述 385

9.5.2放射性核素成像的物理基础 386

9.5.3放射性核素成像的设备 387

9.5.4主要方法基本原理 389

9.5.5 PET/CT成像方法的新进展 394

9.6超声成像方法和进展 398

9.6.1超声波概述 398

9.6.2超声成像的物理基础 399

9.6.3超声成像的原理 402

9.6.4医学超声成像设备 404

9.6.5超声成像的新进展 408

9.7光学生物成像方法及进展 414

9.7.1激光扫描共聚焦显微术 414

9.7.2非线性显微成像 422

9.7.3时间分辨荧光寿命成像 426

9.7.4荧光共振能量转移 429

9.7.5光学相干层析成像 432

9.7.6扩散光学层析成像 435

9.7.7光声层析成像 437

9.7.8全内反射荧光显微术 442

9.8展望 446

参考文献 447

索引 452

《半导体科学与技术丛书》已出版书目 453