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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