Nanotechnology in Biology and Medicine pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Tuan, Vo-Dinh 编

出品人:

页数:792

译者:

出版时间:2007-1

价格:$ 189.78

装帧:HRD

isbn号码:9780849329494

丛书系列:

图书标签:

• 纳米技术
• 生物技术
• 医学
• 纳米医学
• 生物医学工程
• 纳米材料
• 药物递送
• 生物传感器
• 诊断
• 治疗

《超越微观：生命系统与物质的边界重塑》 内容简介 本书深入探讨了在生命科学、材料科学与工程学交叉领域中，一系列前沿且具有颠覆性潜力的新兴技术与理论框架。我们聚焦于那些超越传统生物学范畴，旨在理解、操控乃至重新设计生命系统基本构成要素的宏大叙事。全书结构精心设计，从基础物理化学原理的视角切入，逐步深入到复杂系统的动态行为与功能实现，最终落脚于对未来医疗、环境修复乃至生命起源的深刻洞察。 第一部分：跨尺度相互作用的物理化学基础 本部分首先建立了一个跨尺度的分析框架，强调理解生命现象必须回归到其最基础的物理与化学相互作用层面。 第一章：界面张力与生物相容性 本章详尽分析了在生物环境中，不同相界面（如固-液、液-液）的能量学特性。我们考察了蛋白质-表面吸附动力学如何受到界面曲率、局部电荷密度和溶剂分子排列的影响。特别关注了在合成材料与活细胞接触时，初期吸附层（Vroman效应的变体）对后续细胞黏附、增殖与分化的决定性作用。深入讨论了如何通过表面化学修饰（如PEG化、 zwitterionic涂层）来精细调控生物活性分子的稳定性和细胞的非特异性识别。 第二章：分子间力的调控与动态组装 本章超越了静态的分子对接模型，着重于生命体系中驱动动态组装与解聚的非共价相互作用。我们详细剖析了范德华力、静电作用、氢键网络以及疏水效应在构建超分子结构中的协同作用。重点案例包括DNA折纸术在构建纳米级功能支架中的应用，以及如何利用外部刺激（如pH、温度、光照）实现可逆的、程序化的分子机器的开关与运动。讨论了如何通过计算模拟方法（如分子动力学模拟）预测和优化这些动态组装体的稳定性与响应速度。 第二章：量子效应与生物催化 本章进入微观物理层面，探讨量子力学效应在生物催化过程中的核心地位。我们分析了酶活性中心中电子转移、隧穿效应和零点能振动对反应能垒的降低机制。通过对比无机催化剂与生物酶的工作原理，阐述了生物体系如何实现近乎完美的催化效率和立体选择性。此外，本章还引入了基于密度泛函理论（DFT）的计算方法，用于解析复杂酶促反应的过渡态结构及其动力学路径。 第二部分：智能响应性材料与环境感知 本部分聚焦于那些能够感知外部环境变化并作出预设响应的先进材料系统的设计与构建。 第三章：刺激响应性高分子网络 本章深入研究了智能凝胶（Hydrogels）的构建原理。我们详细分类了驱动这些凝胶响应的外部刺激类型：物理刺激（温度、光、机械力）、化学刺激（离子浓度、pH值、还原性物质）和生物刺激（特定酶、受体配体）。重点探讨了交联密度、聚合物链段的拓扑结构如何影响材料的溶胀比、形变幅度和响应时间。应用案例包括自修复材料、可穿戴传感器的弹性基底，以及在特定组织微环境中实现药物缓释的“智能骨架”。 第四章：光敏与电活性材料在信号转导中的应用 本章探讨了如何将光能和电能高效地转化为生物信号。在光敏材料方面，重点介绍了光敏开关分子（如偶氮苯、螺吡喃）的引入如何实现对生物通路（如离子通道、蛋白质活性）的远程、无创调控。在电活性材料方面，我们分析了导电聚合物和碳基材料（如石墨烯、碳纳米管）的电荷传输特性及其在生物电子学界面中的构建。讨论了这些材料如何用于实时监测细胞膜电位变化，或驱动微流控芯片中的流体控制。 第五章：自修复与自适应系统的构建原则 本章着眼于模仿生物体自身的修复与适应能力。我们研究了基于动态共价键、超分子相互作用或拓扑异构的自修复机制。详细分析了损伤检测（通过荧光探针或电学信号变化）与修复响应（通过物质重组或组分迁移）之间的时空耦合。此外，还讨论了如何设计具有“学习”能力的材料系统，使其能够根据重复的刺激模式优化其响应行为，以应对环境的长期变化。 第三部分：复杂生物系统的表征与操控工具 本部分从宏观到微观，介绍一系列用于解析生命体内部运作机制和进行精准干预的前沿工具集。 第六章：高分辨率成像与活细胞追踪技术 本章聚焦于突破传统光学显微镜的衍射极限，实现对亚细胞结构与分子动态的高精度观测。详细介绍了超分辨显微技术（如STED、PALM/STORM）的成像原理、数据重建算法及其在解析蛋白质聚集体、核孔复合体组装等复杂结构中的应用。同时，探讨了活细胞成像中对标记物毒性、光漂白效应的控制策略，以及如何结合时间分辨技术来捕捉快速的生化事件。 第七章：单分子力谱学与生物力学 本章深入研究了驱动生命活动的基本力学驱动力。通过光镊（Optical Tweezers）和原子力显微镜（AFM）技术，我们实现了对单个分子马达（如肌球蛋白、解旋酶）的力学特性、步长和效率的精确测量。本章着重分析了机械力在基因转录调控、细胞骨架重塑和细胞间粘附中的信号传导作用。我们讨论了如何构建体外重构系统，以模拟真实细胞内的复杂机械环境。 第八章：新型核酸与蛋白质递送载体 本章关注如何在不损害宿主细胞的前提下，实现对特定靶点的高效、安全物质输送。我们对比分析了脂质体、聚合物胶束和无机纳米颗粒在体内动力学、免疫逃逸和肿瘤靶向性方面的优劣。特别强调了表面功能化修饰（如肽段、抗体片段配体）对提高靶向特异性的作用。讨论了跨越血脑屏障、穿越细胞膜等生理屏障的策略性设计。 第九章：原位组装与活体组织工程支架 本部分总结了前述工具与材料的集成应用，展望在体内环境中构建复杂功能结构的潜力。我们探讨了“原位（In Situ）”聚合技术，即在受损组织内部通过注射前驱体溶液，在生理条件下完成结构化支架的形成。重点分析了如何通过控制支架的孔隙结构、降解速率和生物活性因子释放曲线，来指导干细胞的定向分化和血管化过程，为再生医学提供结构与信号的双重支持。 结语：迈向复杂系统的集成设计 本书的最后部分总结了当前研究面临的挑战，即如何将单个器件层面的精确控制，放大到复杂多细胞系统乃至器官级别的功能重构。未来的研究方向将在于开发具有更高信息处理能力和更强鲁棒性的集成系统，使我们能够真正实现对生命过程的精细调控与定制化干预。

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