Optical Biosensors, Second Edition pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Elsevier Science

作者:Ligler, Frances S. (EDT)/ Taitt, Chris Rowe (EDT)

出品人:

页数:712

译者:

出版时间:2008-05-13

价格:USD 207.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780444531254

丛书系列:

图书标签:

• Optical biosensors
• Biosensors
• Optical detection
• Biotechnology
• Biomedical engineering
• Sensors
• Photonics
• Bioanalytical chemistry
• Medical diagnostics
• Nanotechnology

生物光子学与先进传感技术：跨学科前沿探索 图书简介 本书系统性地梳理了当代生物光子学领域的最新进展，并深入探讨了其在设计和实现高灵敏度、高特异性生物传感器的关键应用。全书结构严谨，内容涵盖了从基础光学原理到复杂生物分子相互作用检测的多个层面，旨在为生物工程、物理学、化学和材料科学等领域的科研人员、研究生以及专业技术人员提供一份全面的参考指南。 第一部分：生物光子学基础与光学传感机理 本书的开篇部分详细阐述了生物光子学领域的核心概念和必要的物理光学基础。我们首先回顾了光与物质相互作用的基本理论，重点聚焦于生物分子对光的吸收、散射、荧光发射以及表面等离子体共振（SPR）现象的物理机制。 第1章：光在生物介质中的传播与相互作用 本章深入探讨了不同波长光线（从紫外到近红外）穿过复杂生物组织和溶液时的传播特性，包括瑞利散射、米氏散射以及光吸收谱的生物学意义。特别地，我们详细分析了光敏色素（如血红蛋白、黑色素）的吸收特性如何影响生物成像和传感的信噪比。此外，本章还介绍了光学衰减系数、各向异性因子等关键参数的测量方法。 第2章：经典光学传感的物理基础 本章是理解各类生物传感器的核心。我们详尽地介绍了基于折射率变化的传感原理，特别是表面等离子体共振（SPR）和基于光纤的波导理论。对于SPR，我们不仅阐述了弗列尼尔方程在解释共振角或波长漂移中的应用，还讨论了纳米结构化金属薄膜（如金和银）如何调控局域电磁场，以实现对表面分子结合事件的超灵敏检测。对于基于光纤的传感器，如光子晶体光纤（PCF）和微结构光纤（MOF），本章解析了它们在光传输模式调控和外部环境敏感性方面的设计策略。 第3章：荧光与发光现象在生物检测中的应用 荧光作为生物光子学中最强大的工具之一，在本章占据重要地位。我们从量子效率、斯托克斯位移等基本概念入手，全面覆盖了小分子荧光探针、半导体量子点（QDs）以及有机发光染料的特性。章节的重点在于时间分辨荧光技术（如时间分辨荧光共振能量转移，TR-FRET）和单分子荧光技术在解析生物大分子动态行为和低丰度目标物检测中的优势。同时，我们讨论了光漂白效应的克服策略以及如何利用环境敏感型荧光探针（如分子内电荷转移，ICT探针）来测量微环境参数（如pH值、粘度）。 第二部分：先进光学传感平台的设计与集成 本书的第二部分将理论知识转化为实际的传感器平台设计，聚焦于微纳加工技术与新型材料的引入。 第4章：微流控与芯片级光学集成 为了实现高通量、自动化和便携式的生物检测，微流控技术与光学传感的集成至关重要。本章详细介绍了微流控芯片的制造技术（如软光刻PDMS技术），以及如何将传感元件（如SPR表面、光纤探头）精确集成到微通道网络中。我们重点讨论了层流聚焦、快速样品混合以及多通道并行检测的流体动力学控制，这些都是优化传感性能的关键。 第5章：基于纳米结构的功能化表面 传感器性能的提升往往依赖于功能化表面对生物分子的有效捕获和信号的增强。本章深入探讨了纳米材料在光学传感中的应用： 等离激元增强： 讨论了金纳米棒、银纳米球等局域表面等离子体共振（LSPR）增强效应，如何显著降低检测限。我们分析了表面粗糙度、颗粒间距对增强拉曼散射（SERS）和增强荧光信号（SEF）的影响。 生物分子固定化： 详细介绍了化学键合、物理吸附、链霉亲和素-生物素系统等在传感器表面稳定、高密度固定目标捕获分子（抗体、核酸适配体）的策略。 第6章：光声（Photoacoustic）与光热（Photothermal）生物传感 本书引入了超越传统吸收和散射的能量转换型传感模式。光声效应在本章中被视为一种高对比度的成像和传感手段，它利用短脉冲激光加热样品后产生的超声波信号进行检测。我们讨论了光热效应在快速检测中的应用，例如利用特定纳米颗粒对激光的吸收产生局部温升，从而触发温度敏感的生物反应或信号报告分子的释放。 第三部分：生物应用与新兴检测技术 最后一部分将重点放在这些先进传感平台在实际生物医学领域中的前沿应用，特别是对复杂生物标志物的实时、无标记检测。 第7章：核酸与蛋白质的无标记检测 本章聚焦于对疾病诊断至关重要的生物标志物的检测。我们详细描述了如何利用SPR和介电常数变化技术，实现对DNA杂交、蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）的实时、无标记监测。对于蛋白质检测，我们评估了不同捕获分子（抗体、适配体）的灵敏度和特异性，并探讨了多重分析（Multiplexing）在单个芯片上同时检测多种标志物的技术实现。 第8章：细胞功能与活细胞成像传感 将光学传感器应用于活细胞环境是当前研究的热点。本章探讨了如何利用设计精巧的荧光探针和光响应材料来监测细胞内的离子浓度（如钙离子）、氧化还原状态以及酶活性。我们讨论了光遗传学工具（Optogenetics）如何结合光激活的传感机制，实现对细胞通路的高度时空控制和监测。 第9章：便携式与即时检验（POCT）系统集成 本书的收尾部分展望了生物光子学传感器从实验室走向临床和现场的未来。我们分析了实现便携式系统的关键挑战，包括光源的小型化、光路设计的一体化以及信号处理的简化。本章将介绍基于智能手机平台的光学检测系统、基于纸基微流控芯片的光学读出方法，以及如何将先进的传感技术转化为成本效益高、易于操作的即时检验设备。 本书力求在理论深度与工程实践之间建立坚实的桥梁，为推动下一代生物传感技术的发展提供必要的知识储备和技术指导。

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这本书的结构安排简直是教科书级别的典范，它展现出一种近乎苛刻的系统性规划。从宏观来看，全书的章节递进遵循着从“光与物质相互作用的基本规律”到“特定生物分子传感器的设计与优化”的逻辑链条，流畅自然，几乎没有冗余或突兀之处。比如，在介绍光纤布拉格光栅（FBG）传感器时，作者首先花了大量篇幅来解析光栅的耦合理论，而不是直接跳到生物修饰层。这种“搭台子”式的写作方式，确保了读者在接触到复杂的生物界面问题之前，已经对支撑整个传感机制的光学基础有了牢固的把握。更难能可贵的是，它在不同传感技术之间的横向比较上也做得非常出色。书中对荧光增强/淬灭、光声效应以及拉曼散射等多种机制的优缺点进行了公正的评价，这对于一个正在进行项目选型或者方法比较的研究人员来说，是极其宝贵的参考信息。它没有偏袒任何一种技术，而是客观地指出每种方法的局限性，这种学术的诚实态度，使得整本书的权威性和可信度大大提升。我感觉这不像是一本单纯的教材，更像是一份详尽的“技术可行性评估报告”，指导我们如何在实际的生物医学难题中做出最优化的工程决策。

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啊，这本《光学生物传感器，第二版》真是让人眼前一亮，它完全超出了我对一本技术专著的预期。首先，让我印象深刻的是它在基础原理阐述上的深度和清晰度。作者并没有简单地罗列公式和概念，而是非常巧妙地将光物理学与生物分子识别过程紧密地结合起来。阅读其中关于表面等离子体共振（SPR）的部分时，我感觉自己仿佛置身于实验室，亲手操作着仪器。书中对不同波长光源的特性、传感器的表面修饰化学，以及信号采集与处理的每一个细节都进行了详尽的剖析，这对于初学者来说无疑是一座宝库，因为它不仅告诉你“是什么”，更深入地解释了“为什么会这样”。特别是关于克尔效应和法拉第效应在生物传感中的应用部分，作者的论述逻辑严密，层次分明，即便是涉及一些高深的光学非线性理论，也能通过精妙的图示和贴切的类比被理解。这种将理论深度与实践指导完美融合的写作手法，使得这本书不仅是一本参考手册，更像是一位经验丰富导师的谆谆教诲，让人在学习新知的同时，对现有知识体系进行了一次全面的梳理和加固。我尤其欣赏它在案例分析中展现出的严谨性，每一个实验结果的讨论都基于扎实的物理基础，而非仅仅是性能的堆砌。

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这本书的语言风格，如果用一个词来形容，那就是“严谨的学术诗意”。尽管主题是高度技术性的，但作者的遣词造句却充满了对科学之美的尊重。在描述光与生物分子复合物形成时的能量转移过程时，那种精妙的措辞，将枯燥的物理变化描绘得如同自然界的和谐乐章。不过，这种风格的代价是，对于背景知识不足的读者来说，初读时可能会感到一定的门槛。例如，对偏振光场的描述，假设读者已经非常熟悉琼斯矩阵和斯托克斯矢量，如果这些概念在阅读前没有温习，可能会在理解某些复杂传感模式的理论推导时稍显吃力。然而，对于有一定基础的工程师或研究生来说，这种深入的、不回避数学严谨性的表达方式，恰恰是其最大的魅力所在——它提供了足够的“咀嚼空间”，每一次重读都能发现新的层次和细节。它要求读者积极参与思考，而不是被动接受信息，这无疑是对科研人员最好的训练。

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总而言之，这本书在“应用潜力”和“理论深度”之间找到了一个近乎完美的平衡点，这使它成为了一个极具价值的工具箱。我特别赞赏其中关于生物相容性材料和长期稳定性测试的部分。在实际的生物传感器开发中，器件的稳定性常常是决定其商业化前景的关键瓶颈，而这本书将这部分内容提升到了与光学原理同等重要的地位，详细讨论了渗透、溶胀、非特异性吸附等带来的信号漂移问题，并提供了多种缓解策略。这种“从设计到挫折”的全面覆盖，显示出作者不仅是理论家，更是深谙工程实践的“老兵”。它不仅告诉你如何设计一个灵敏度最高的传感器，更重要的是，它教会你如何设计一个在真实、恶劣的生物环境中能够“存活”并稳定工作的传感器。对于任何致力于开发下一代诊断工具或生物过程监控系统的研究人员而言，这本书都是一份必不可少的案头参考，它提供的不仅仅是知识，更是一种解决复杂工程难题的思维框架。

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我必须得说，这本书的更新速度和对新兴领域的覆盖面令人印象深刻。第二版显然吸纳了近些年来生物传感领域爆炸性的进展，特别是纳米技术与光学的交叉融合。过去几年里，量子点（Quantum Dots）和金属纳米结构在增强传感灵敏度方面的应用突飞猛进，而这版书中对这些前沿技术给予了足够的篇幅和深入的探讨。对于表面增强拉曼散射（SERS）的机理分析，书中不仅解释了局域电磁场增强的物理机制，还深入探讨了不同贵金属纳米粒子的形貌对方位依赖性的影响，这在很多同类书籍中是付诸阙如的。此外，对于那些追求更高集成度和更小体积的读者来说，微纳加工技术在光学生物传感器制造中的应用章节简直是量身定制。它详细阐述了光子晶体、集成波导等平台如何被用来构建高密度的芯片级检测系统。阅读这些章节，我深刻感受到作者的目光不仅停留在“如何检测”，更着眼于“如何实现大规模、低成本、高通量的生物检测”，这种前瞻性和工程化的视野，是区分一本优秀专著和一本平庸教材的关键所在。

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