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内容介绍

　　纳米生物医学光电子学是纳米科学、生物医学和光电子学三个学科交叉的前沿领域。通过纳米材料独特的光电子学特性与生物体的相互作用来探究生命奥秘，将为新一代医学技术，如精细手术、靶向性治疗、分子层面治疗等奠定坚实的基础。开展纳米生物医学光电子学的研究，并应用于生物医学研究，为人类健康提供诊断及治疗技术手段和保障，是科技发展要惠及民生重要思想的有力贯彻。近年来，在国家“973”计划、“863”计划、纳米重大专项的支持下，在生物医学、纳米技术及光电子学等学科领域，以及相互交叉的研究领域取得了重大突破性进展。如生物医学光子学与成像技术会议已经举办了11届，中国光学学会年会也专门开辟了生物医学光子学专题，重要的相关学术刊物也有大量的研究论文发表，如科学出版社2011年出版，由徐可欣等编著的《生物医学光子学》等，但是，阐述纳米技术在生物医学中应用的论著较为少见，系统论述纳米科学、生物医学和光电子学三个研究领域的交叉研究还不多，这就使我们产生了组织相关专家进行学术研讨的想法。

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精彩书摘

　　21世纪是生命科学的世纪。对生命和生命体的认识由对其结构的探索开始，从牛命体的个体到生命体的器官、组织、细胞、细胞器．乃至组成生命体的基本物质一一分子或原子．近年来，随着研究工作的深入，在以往研究的基础卜，针对生物系统中各个不同部分之间的相互关系和相互作用，并整合不同层次信息以理解牛物系统，最终建立可理解的整个生物系统的模型这就要求在分子水平上研究生命的基本化学组成和基本反应，同时还必须确定它们对生命活动的有序运转起着决定性作用的化学反应的时序特征与空间关系，最终达到认识生命过程的目的。因此，要求在不同层次形态学观察结果的基础上，从分子水平上对生物体内化学组成和基本反应进行测量。
　　作为生命体构成和生命活动的基本单位，细胞决定丁个休特殊性，对细胞的深入研究是揭开生命奥秘、改造生命和征服疾病的关键。2008年诺贝尔化学奖获得者之。美国生物化学家钱永健说：“对特定分子及其相互作用在时间和空间上成像足认识如何从基因产生细胞、细胞形成器官，以及出差错的细胞又如何导致疾病的关键所在”因此，为了更好地了解细胞的结构、成分和功能，就要求获得细胞内亚细胞的信息乃至更精细的结构信息．如细胞膜、内质网膜、核膜、核糖休、微体、微管和微丝等空间结构信息以及其功能信息。此外，细胞内主要的生物大分子DNA、RNA和各利，蛋白质之间的相互作用贯穿于细胞生命活动的整个过程：研究这些分子在细胞内的空间分布及其相互作用过程，叮以使我们在分子水平卜加深对细胞的生命过程以及生命现象的理解。然而目前细胞内生物大分子的种类及其功能信息的知识基本卜都是利用提纯过的分子在试管里进行实验获得的，而不是在活体细胞内直接获得的．活体细胞是这些生物大分子展开生命活动的大环境，随着对生物大分子功能研究的深入，在活体细胞内研究它们的性质变得越发重要。这是因为：①生物大分子在细胞内形成复杂的多分子复合物，生化方法往往是在一个相对简单的系统中对其中的部分成分进行研究，其揭示的仅是生物大分子的部分功能，缺少厂天然状态下完整复合物的功能研究和观察；②生物大分子往往通过调节亚细胞器的功能或在细胞内转移定位对细胞功能产生影响，如细胞凋亡过程是从线粒体膜通透性增强．再到染色体聚集和断裂；③细胞内微环境的变化对分子之间相互作用的影响只有在细胞内才能得以研究；④药物分子与靶标分子的相互作用过程和产生的效应在细胞环境下研究史为有效。
　　研究上述问题要求以活体细胞作为“试管”，现场研究生物大分子和药物分子在细胞中所发生的各种生化反应和动态过程．也就是说，需要在活体细胞内区分不I司种类的分子，实时跟踪它们在细胞内的运动状态，并检测它们之间的相互作用这就对检测方法和手段提出了特殊的要求。第一，应能在细胞环境下识别不同的分子。第二，细胞的总体尺寸为微米量级，各种细胞器为纳米到亚微米量级，生物分子为纳米到亚纳米量级，因此要求检测手段必须具有纳米级的空间分辨能力。第三，细胞内众多生物事件往往只有少量分子参与．这就要求检测手段具有单分子的探测灵敏度；第四，分子的运动速度约为每秒数微米．分子相互作用过程约在纳秒乃至皮秒量级，这就对探测手段提出了时间分辨的要求：简而言之，要在细胞内检测分子的有关特性，就要求检测手段具有分子识别能力、纳米尺度的空间分辨率、单分子探测灵敏度和毫秒乃至皮秒量级的时间分辨本领。在细胞内检测各种不同分子的行为和功能，还要求获得所研究分子在细胞内二维空间的位置以及动态情况下其位置的演化过程。
　　为了获得上述信息，纳米显微成像是其中最重要的研究手段。光学显微镜是人类最早发明的显微镜，由于显微镜的出现人们才发现了细胞：但这种显微镜受衍射极限的限制．其空间分辨率不可能优于二分之一波长。
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第一篇纳米生物医学中的光学成像技术
第1章细胞内生物分子探测及纳米显微成像技术研究
1.1 引言
1.2 荧光显微成像技术研究进展
1.2.1 基于DMD的SIM(DMD-SIM)技术
1.2.2 SMLMM技术
1.3 非标记显微成像技术研究进展
1.3.1 SC激光光源的优化
1.3.2 超宽带T—CARS光谱分析技术
1.3.3 超分辨CARS显微成像技术
1.3.4 探测灵敏度
1.4 小结与展望
参考文献
第2章纳米生物医学成像表征与功能生物界面
2.1 引言
2.2 微尺度功能生物界面
2.3 纳米尺度生物界面成像与表征
2.3.1 生物型原子力显微联合成像设备功能群
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
2.4 基于功能生物界面的生物力药理学理论体系
2.4.1 功能生物界面与生物力学因素
2.4.2 生物力药理学的孕育
2.4.3 生物力药理学的研究方法
2.5 关键科学问题研究实例一一血管内壁微纳抗凝界面的研究与
仿生制备
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
2.5.2 活体血管内壁表面“微纳复合结构一功能一力学耦合”的模式化研究
2.5.3 人丁构筑微、纳米固相抗黏附界面的研究
2.6 小结
参考文献
第3章脂蛋白纳米载体在生物医学研究与成像中的应用
3.1 脂蛋白纳米颗粒作为药物载体的理论基础
3.1.1 LDL纳米颗粒以及LDL受体
3.1.2 HDL纳米颗粒以及SR-B1
3.1.3 脂蛋门载药方法
3.1.4 脂蛋白的靶向性变更
3.2 脂蛋白纳米载体在生物医学成像与治疗中的应用
3.2.1 LDL纳米载体的应用
3.2.2 HDL纳米载体的应用
3.3 新型人工脂蛋白纳米载体开发与应用
3.3.1 仿LDL载体的研制
3.3.2 仿HDL纳米载体的研制
3.4 小结与展望
参考文献
第4章扫频源光学相干层析技术
4.1 0CT技术与应用
4.2 频域OCT技术
4.3 扫频源0CT技术
4.4 扫频源0CT技术的发展与展望
参考文献
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
5.1 荧光寿命成像技术概述
5.1.1 荧光与荧光寿命
5.1.2 频域调制方法
5.1.3 TCSPC
5.1.4 小结
5.2 门控FLIM系统硬件实现
5.3 时域参数优化
5.3.1 主要时域参数受限因素分析
5.3.2 单门多次采样
5.3.3 多门多次采样
5.3.4 小结
5.4 门控FuM系统算法研究
5.4.1 RLD方法
5.4.2 最小二乘法
5.4.3 小结
5.5 总结
参考文献
第二篇基于纳米光电子技术的生物医学检测方法
第6章基于纳米技术的单细胞检测与分析
6.1 光学方法
6.1.1 荧光标记技术
6.1.2 荧光显微术
6.1.3 荧光光谱技术
6.1.4 基于X射线和振动谱技术
6.1.5 其他光学方法
6.2 扫描探针方法
6.2.1 原子力显微镜
6.2.2 扫描近场光学显微镜
6.2.3 扫描电化学显微镜
6.3 电学方法
6.3.1 电化学法
6.3.2 细胞电生理
6.3.3 电化学阻抗显微镜
6.3.4 微纳热电偶
6.4 质谱方法
6.4.1 基底辅助激光解吸/离子化质谱
6.4.2 次级质谱显微术
6.5 微流控芯片
6.5.1 微流控芯片的发展
6.5.2 微流控芯片的结构
6.5.3 微流控芯片用于单个细胞组分分析
6.5.4 微流控芯片在单细胞检测中的优势
6.6 小结与展望
参考文献
第7章淀粉样蛋白的结构分析方法研究进展
……
第三篇诊断和治疗中的纳米光电子技术
第四篇生物医学传感的纳米光电子器件
索引
《半导体科学技术丛书》已出版书目
彩图

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