納米生物醫學光電子學前沿（簡體書）

納米生物醫學光電子學是納米科學、生物醫學和光電子學三個學科交叉的前沿領域。通過納米材料獨特的光電子學特性與生物體的相互作用來探究生命奧秘，將為新一代醫學技術，如精細手術、靶向性治療、分子層面治療等奠定堅實的基礎。開展納米生物醫學光電子學的研究，並應用於生物醫學研究，為人類健康提供診斷及治療技術手段和保障，是科技發展要惠及民生重要思想的有力貫徹。近年來，在國家“973”計劃、“863”計劃、納米重大專項的支持下，在生物醫學、納米技術及光電子學等學科領域，以及相互交叉的研究領域取得了重大突破性進展。如生物醫學光子學與成像技術會議已經舉辦了11屆，中國光學學會年會也專門開闢了生物醫學光子學專題，重要的相關學術刊物也有大量的研究論文發表，如科學出版社2011年出版，由徐可欣等編著的《生物醫學光子學》等，但是，闡述納米技術在生物醫學中應用的論著較為少見，系統論述納米科學、生物醫學和光電子學三個研究領域的交叉研究還不多，這就使我們產生了組織相關專家進行學術研討的想法。

《納米生物醫學光電子學前沿》編著者祝寧華等。納米生物醫學光電子學是納米科學、生物醫學和光電子學三個學科交叉的前沿領域。通過納米材料獨特的光電子學特性與生物體的相互作用來探究生命奧秘，將為新一代醫學技術，如精細手術、靶向性治療、分子層面治療等奠定堅實的基礎。開展納米生物醫學光電子學的研究，并應用于生物醫學研究，為人類健康提供診斷及治療技術手段和保障，是科技發展要惠及民生重要思想的有力貫徹。近年來，在國家“973”計劃、“863”計劃、納米重大專項的支持下，在生物醫學、納米技術及光電子學等學科領域，以及相互交叉的研究領域取得了重大突破性進展。

第一篇 納米生物醫學中的光學成像技術第1章 細胞內生物分子探測及納米顯微成像技術研究1．1 引言1．2 熒光顯微成像技術研究進展1．2．1 基於DMD的SIM(DMD-SIM)技術1．2．2 SMLMM技術1．3 非標記顯微成像技術研究進展1．3．1 SC激光光源的優化1．3．2 超寬帶T—CARS光譜分析技術1．3．3 超分辨CARS顯微成像技術1．3．4 探測靈敏度1．4 小結與展望參考文獻第2章 納米生物醫學成像表徵與功能生物界面2．1 引言2．2 微尺度功能生物界面2．3 納米尺度生物界面成像與表徵2．3．1 生物型原子力顯微聯合成像設備功能群2．3．2 環境掃描電子顯微鏡聯合表徵、操縱與微加工設備功能群2．4 基於功能生物界面的生物力藥理學理論體系2．4．1 功能生物界面與生物力學因素2．4．2 生物力藥理學的孕育2．4．3 生物力藥理學的研究方法2．5 關鍵科學問題研究實例一一血管內壁微納抗凝界面的研究與仿生製備2．5．1 活體血管內壁表面微納複合結構以及微觀力學性質研究2．5．2 活體血管內壁表面“微納複合結構一功能一力學耦合”的模式化研究2．5．3 人丁構築微、納米固相抗黏附界面的研究2．6 小結參考文獻第3章 脂蛋白納米載體在生物醫學研究與成像中的應用3．1 脂蛋白納米顆粒作為藥物載體的理論基礎3．1．1 LDL納米顆粒以及LDL受體3．1．2 HDL納米顆粒以及SR-B13．1．3 脂蛋門載藥方法3．1．4 脂蛋白的靶向性變更3．2 脂蛋白納米載體在生物醫學成像與治療中的應用3．2．1 LDL納米載體的應用3．2．2 HDL納米載體的應用3．3 新型人工脂蛋白納米載體開發與應用3．3．1 仿LDL載體的研製3．3．2 仿HDL納米載體的研製3．4 小結與展望參考文獻第4章 掃頻源光學相干層析技術4．1 0CT技術與應用4．2 頻域OCT技術4．3 掃頻源0CT技術4．4 掃頻源0CT技術的發展與展望參考文獻第5章 門控熒光壽命成像系統的時域參數優化和壽命反演算法5．1 熒光壽命成像技術概述5．1．1 熒光與熒光壽命5．1．2 頻域調製方法5．1．3 TCSPC5．1．4 小結5．2 門控FLIM系統硬件實現5．3 時域參數優化5．3．1 主要時域參數受限因素分析5．3．2 單門多次採樣5．3．3 多門多次採樣5．3．4 小結5．4 門控FuM系統算法研究5．4．1 RLD方法5．4．2 最小二乘法5．4．3 小結5．5 總結參考文獻第二篇 基於納米光電子技術的生物醫學檢測方法第6章 基於納米技術的單細胞檢測與分析6．1 光學方法6．1．1 熒光標記技術6．1．2 熒光顯微術6．1．3 熒光光譜技術6．1．4 基於X射線和振動譜技術6．1．5 其他光學方法6．2 掃描探針方法6．2．1 原子力顯微鏡6．2．2 掃描近場光學顯微鏡6．2．3 掃描電化學顯微鏡6．3 電學方法6．3．1 電化學法6．3．2 細胞電生理6．3．3 電化學阻抗顯微鏡6．3．4 微納熱電偶6．4 質譜方法6．4．1 基底輔助激光解吸/離子化質譜6．4．2 次級質譜顯微術6．5 微流控芯片6．5．1 微流控芯片的發展6．5．2 微流控芯片的結構6．5．3 微流控芯片用於單個細胞組分分析6．5．4 微流控芯片在單細胞檢測中的優勢6．6 小結與展望參考文獻第7章 澱粉樣蛋白的結構分析方法研究進展……第三篇 診斷和治療中的納米光電子技術第四篇 生物醫學傳感的納米光電子器件索引《半導體科學技術叢書》已出版書目彩圖

基于合成法測序的第二代測序儀在2005年左右興起，相對于第一代桑格法測序，其顯著的特征是引入了聚合酶鏈式反應（PCR）技術對待測模板進行擴增，以及引入微納加工技術、微流控技術和光電子技術等多項半導體技術。其對基因測序的推動作用也顯而易見，應用第二代基因測序儀完成一個人類基因組的成本降低到少于10萬美元，只需不到一周的時間就可以完成。就高通量技術而言，目前的實際測序價格僅在5000到幾萬美元左右（如Complete Genomics的服務價和HiSeq2000的實際試劑價格）。
第三個階段是單分子測序（single-molecule-sequencing）階段。單分子測序技術在2009年前后興起，目前尚處于技術攻關階段。所謂單分子測序技術，指的是在單個生物分子層面上觀測單個核苷酸的物理、化學或者生物學特性，區別并標定不同的核苷酸在DNA鏈上的排列順序，從而測定待測DNA鏈的序列。與第二代高通量測序技術相比，單分子測序技術省略了聚合酶鏈式反應（PCR）擴增步驟，而依靠微納加工技術和半導體光電子技術來構建單分子觀測體系對待測DNA鏈進行測定，從而消除了由于測序過程中族群效應所產生的誤差，使得測序的讀長得以增長，相應的測序價格也得以降低。目前的第三代基因測序設備市場上還沒有成型的產品，美圍Helicose和Pacific Biosciences公司均推出了自己的實驗產品，想達到的目標是可以在1天內完成一個人類基因組的測定，成本小于1000美元。
DNA測序的終極階段，也就是第四個階段，很可能是納米技術的全面應用，那時DNA序列的測定也許不需要任何化學和生物試劑，可以直接通過利用物理和光電學原理設計的裝置直接讀出DNA序列。
從DNA測序技術發展的角度可以看出，從早期Frederick Sanger的手工測序，以及基于Sanger法開發的第一代自動化測序儀，到目前的以合成法測序為代表第二代測序平臺，以及未來第三代單分子測序技術和第四代直接測定技術的前沿研究，基因測序技術從單純依賴于化學和生物學轉向依靠于其他工程性學科，尤其是半導體微納加工技術、微電子學、光電子學、納米技術等相結合來實現基因的檢測（如表8.1所示），而且這種趨勢在最近兩年關于單分子測序技術的研究中尤其明顯。也可以說，正是由于半導體技術“摩爾定律”式的發展推動了基因測序技術以“超摩爾定律”的速度發展，促進了近些年基因信息的爆炸性增長。更為重要的是，納米生物光子學作為新興交叉學科，在DNA測序的技術發展中占據了越來越重要的地位，甚至是統治性的地位。在可預見的未來，納米生物光子學技術的發展將推動DNA測序技術向個體化、普惠化發展，使其不僅是實驗室技術，而是真正走向醫學、檢疫學等各種實際領域，在其中大展身手，這既是納米生物光子學的機遇，也是其極為關鍵的挑戰。