DNA-Based Molecular Electronics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:American Institute of Physics

作者:Fritzsche, Wolfgang 编

出品人:

页数:126

译者:

出版时间:2004-09-28

价格:USD 98.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780735402065

丛书系列:

图书标签:

• DNA纳米技术
• 分子电子学
• 生物电子学
• 纳米材料
• DNA计算
• 自组装
• 信息存储
• 传感器
• 生物传感器
• 纳米器件

《DNA-基分子电子学》 前言 在纳米技术的浪潮中，我们正以前所未有的方式探索物质的本质，并将其推向全新的应用领域。分子电子学，作为这一前沿科学的核心组成部分，致力于利用单个分子或分子集合的独特电子特性来实现计算、信息存储和信号传输等功能。而DNA，作为生命蓝图的载体，凭借其卓越的结构稳定性、高度的可设计性以及独特的电子传导性能，正日益成为构建下一代分子电子器件的理想材料。 本书《DNA-基分子电子学》旨在为读者呈现一个全面而深入的视角，探索DNA在分子电子学领域所展现出的巨大潜力与发展前景。我们将深入剖析DNA的分子结构与电子特性，揭示其如何作为一种基石，为构建高性能、低功耗的分子电子器件提供可能。 第一部分：DNA的分子基础与电子特性 本部分将从DNA的微观层面出发，为读者构建一个坚实的理论基础。 DNA的结构解析： 我们将详细介绍DNA的双螺旋结构，包括其构成单元（核苷酸）的化学组成、碱基配对（A-T, G-C）原则以及磷酸二酯键连接方式。深入探讨DNA的序列特异性，以及如何通过改变核苷酸序列来调控其三维结构和宏观性质。此外，还会介绍DNA在不同环境（如溶液、固态）下的构象变化及其对电子学性质的影响。 DNA的电子传导机制： 本部分将重点阐述DNA的电子传导能力，这是一个在生物学和材料科学领域都备受关注的议题。我们将回顾目前主流的DNA电子传导模型，包括通过π电子离域的“陆地”传导、通过电荷跳跃的“跳跃”传导，以及混合传导模式。同时，会详细讨论影响DNA电子传导效率的关键因素，例如DNA链的长度、序列（富含G-C还是A-T）、与金属电极的接触方式、周围环境（离子强度、湿度、溶剂）等。我们将通过实验观测到的不同现象，来佐证和辨析这些传导机制。 DNA的自组装特性： DNA不仅是信息的载体，更是一种高效的自组装材料。本部分将介绍DNA的“DNA折纸”（DNA origami）和“DNA框架”（DNA framework）等纳米技术，利用DNA序列的特异性实现精确的三维纳米结构的构建。这些高度有序的DNA纳米结构，为在精确位置固定其他功能分子（如量子点、纳米粒子、蛋白质）提供了平台，从而实现复杂的分子集成和功能化。 第二部分：DNA在分子电子器件中的应用 在理解了DNA的分子基础和电子特性之后，本部分将聚焦于如何将这些特性转化为实际的分子电子器件。 DNA作为导线： 利用DNA固有的电子传导能力，将其作为连接纳米电子元件的导线，实现微观尺度上的信号传输。我们将讨论如何通过优化DNA序列和长度，以及设计有效的电极接口，来提高DNA导线的传导效率和稳定性。还会探讨DNA导线在不同应用场景下的潜力，例如连接量子点、分子开关等。 DNA作为分子开关： DNA的构象或电子性质可以根据外部刺激（如pH值、温度、特定分子结合、光照）而发生可逆的变化，这使其成为理想的分子开关材料。本部分将介绍基于DNA变构、DNA酶促反应或DNA-分子相互作用设计的分子开关，以及它们在信息存储、逻辑门电路等方面的应用前景。 DNA作为信息存储介质： DNA本身作为信息载体，其巨大的存储密度和长期稳定性使其在信息存储领域具有独特的优势。本部分将探讨如何利用DNA的序列信息来编码数字信息，并介绍相关的DNA存储技术，包括编码、写入、读取的策略，以及其在大数据时代的应用潜力。 DNA与纳米材料的集成： DNA作为一种“纳米粘合剂”或“纳米支架”，可以有效地将无机纳米材料（如金属纳米粒子、碳纳米管、石墨烯）与有机分子进行精确的集成。本部分将详细介绍DNA如何引导和组装这些纳米材料，构建具有协同效应的杂化纳米结构，从而实现更强大的电子学功能，例如高灵敏度的传感器、高效的催化剂或新型的光电器件。 DNA传感器： 利用DNA对特定分子的识别能力，可以设计高灵敏度和高选择性的DNA传感器。本部分将介绍基于DNA杂交、DNAzyme催化或DNA-蛋白相互作用的传感器设计原理，以及它们在生物检测、环境监测等领域的应用。 第三部分：挑战与未来展望 任何新兴技术的发展都伴随着挑战，DNA-基分子电子学也不例外。本部分将审视当前的研究现状，并展望未来的发展方向。 面临的挑战： 我们将客观地分析DNA-基分子电子学在实现大规模、可靠应用过程中所面临的技术瓶颈，例如DNA传导效率的稳定性、与宏观器件的接口问题、器件的稳定性与耐久性、以及制备成本等。 前沿研究动态： 本部分将介绍近期在DNA-基分子电子学领域涌现出的前沿研究成果，包括新型DNA材料的设计、更高效的电子传导机制探索、基于DNA的生物电子器件的创新应用等。 未来发展方向： 结合当前挑战和前沿动态，我们将探讨DNA-基分子电子学的未来发展趋势，例如如何进一步提升DNA的电子性能、实现更复杂的分子逻辑和计算、以及将DNA-基分子电子学与人工智能、生物医学等领域深度融合，开创全新的应用格局。 结论 《DNA-基分子电子学》不仅是一本关于材料科学的专著，更是一扇通往未来的窗口。本书旨在激发读者的兴趣，加深对DNA作为一种功能性分子材料的理解，并鼓励更多有志之士投身于这一充满活力和无限可能的研究领域。通过对DNA分子基础、电子特性以及在分子电子学中多样化应用的深入探讨，我们期望为构建下一代高效、智能、可持续的电子器件奠定坚实的基础。

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