纳米等离子激元材料及其生物医学应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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汪联辉，宋春元，张磊，朱丹 著

图书标签:

• 纳米材料
• 等离子激元
• 生物医学
• 纳米生物技术
• 材料科学
• 光物理
• 生物传感器
• 药物递送
• 癌症治疗
• 生物成像

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030506757

版次：1

商品编码：12186072

包装：平装

丛书名： 光电子科学与技术前沿丛书

开本：16开

出版时间：2017-03-01

用纸：胶版纸

页数：227

字数：287000

正文语种：中文

内容简介

　　《纳米等离子激元材料及其生物医学应用》是关于纳米等离子激元材料及其生物医学应用的专著。全书较为详细地介绍了纳米等离子激元概念及原理、常见的纳米等离子激元材料以及等离子激元材料界面功能化与组装技术等，着重介绍了近年来基于纳米等离子激元材料发展而来的一些新型生物检测与成像技术，特别是等离子激元SPR技术、SERS技术、等离子激元增强／猝灭荧光技术等，阐述了纳米等离子激元材料在疾病诊疗中的新研究进展及今后的发展趋势。
　　《纳米等离子激元材料及其生物医学应用》可作为高等院校物理、材料科学与工程、化学、电子科学与技术、生物医学工程等专业的高年级本科生和研究生的选修课教材，也可供从事这一领域研究的科研和工程技术人员参考。

目录

丛书序
序言
前言

第1章 概述
1．1 表面等离子体共振的产生
1．1．1 SPR简史
1．1．2 金属内部的等离子体振动
1．1．3 金属表面的等离子体振动
1．1．4 产生表面等离子体共振的方法
1．2 表面等离子体共振原理
1．2．1 Mie散射
1．2．2 椭球体散射
1．2．3 等离子激元结构
1．2．4 等离子激元界面功能化
参考文献

第2章 纳米等离子激元材料
2．1 零维材料
2．1．1 金纳米颗粒
2．1．2 银纳米颗粒
2．2 1维材料
2．3 2维材料
2．3．1 光诱导化学还原法
2．3．2 快速还原沉淀法
2．4 3维材料
2．4．1 金纳米笼
2．4．2 金纳米星
2．5 复合材料
参考文献

第3章 纳米等离子激元材料界面功能化与组装技术
3．1 纳米等离子激元材料界面功能化的作用及意义
3．2 纳米等离子激元材料界面功能化的常用功能性分子
3．2．1 脱氧核糖核酸（DNA）
3．2．2 肽核酸（PNA）
3．2．3 蛋白、抗体、酶
3．2．4 聚合物分子
3．3 常用纳米等离子激元材料界面的功能化方法
3．3．1 常用纳米等离子激元材料的性质
3．3．2 非共价方式
3．3．3 共价方式
参考文献

第4章 等离子激元SPR技术用于生物诊疗
4．1 SPR生物检测
4．1．1 SPR散射光谱仪原理
4．1．2 SPR生物传感
4．2 单颗粒LSPR生物传感技术
4．2．1 微区LSPR光谱仪原理
4．2．2 化学传感
4．2．3 生物传感
4．3 SPR材料辅助生物成像与治疗
4．3．1 SPR生物成像技术
4．3．2 SPR光热治疗
4．3．3 SPR纳米载药体系
参考文献

第5章 纳米等离子激元SERS技术与生物检测
5．1 表面增强拉曼光谱概述
5．2 SERS增强原理
5．3 SERS技术在蛋白检测中的应用
5．3．1 非标记SERS检测
5．3．2 基于SERS探针技术的标记检测
5．3．3 基于适配体的SERS蛋白检测
5．4 SERS技术在核酸检测中的应用
5．4．1 非标记检测（label-free detection）
5．4．2 标记检测（labeled detection）
5．4．3 多元核酸分子检测
5．4．4 基于SERS的其他检测方法
5．5 SERS技术在细胞研究中的应用
5．5．1 基于SERS探针的肿瘤细胞靶向识别
5．5．2 活细胞SERS成像
5．5．3 基于SERS探针技术的细胞内pH传感
参考文献

第6章 纳米等离子激元荧光猝灭／增强效应与应用
6．1 等离子激元表面荧光增强及猝灭的机理
6．1．1 分子荧光光谱理论
6．1．2 等离子激元荧光猝灭作用机理
6．1．3 等离子激元荧光增强的作用机理
6．2 等离子激元表面荧光增强的影响因素
6．2．1 等离子激元材料属性及形貌的影响
6．2．2 荧光分子性质的影响
6．2．3 荧光分子与金属表面距离的影响
6．3 基于等离子激元荧光猝灭／增强效应的生物医学应用
6．3．1 生物传感及医学应用
6．3．2 单分子及细胞成像
参考文献

第7章 纳米等离子激元材料在肿瘤治疗中的应用
7．1 等离子激元化疗功能纳米药物
7．2 等离子激元光热疗功能纳米药物
7．3 等离子激元光动力治疗功能纳米药物
7．4 等离子激元多功能纳米药物
7．4．1 多模式协同治疗
7．4．2 集合影像的肿瘤治疗
参考文献
索引

精彩书摘

　　《纳米等离子激元材料及其生物医学应用》：
　　一般情况下，由于待检测样品中的物质成分混杂，目标蛋白含量低且大多数蛋白自身的拉曼散射截面很小，为了避免其他物质的光谱信号对于待检测物质信号测试的影响，在进行实际实验之前需要对目标蛋白质进行提纯处理。如Han等人提出了一种需要经过蛋白质电泳、蛋白质印迹、银染和SERS检测四个操作步骤的蛋白质SERS检测方法。他们首先用蛋白质电泳将混合样品中的目标蛋白质提取出来，之后通过蛋白质印记法将目标蛋白质固定到硝化纤维膜表面，随后将硝化纤维膜浸泡到银纳米胶体颗粒中。这个过程中银纳米颗粒与蛋白质结合，从而固定到硝化纤维膜上。最后，用纯水清洗硝化纤维膜并进行拉曼测试。以肌球蛋白和牛血清蛋白为例，随着蛋白质浓度升高，检测到的蛋白质自身的拉曼信号强度越强。整个实验方法操作简单且灵敏。
　　蛋白质的纯化需要利用到蛋白质内在的相似性和差异。从复杂样品中提纯刚通常需要经历前处理、粗分级、细分级等多步操作步骤，增加了整个检测实验的时间长度、操作复杂程度和人力成本。免疫榆测是蛋白检测最常用的方法之一，最大的特点就是高度的特异性，主要是利用抗体（抗原）作为选择性试剂，来分析和测定各种抗原（抗体）及半抗原，以及能发生免疫反应的多种生物活性物质（如激素、蛋白质、药物、毒物等）。
　　……

纳米等离子激元材料及其生物医学应用 一部深入探索纳米等离子激元现象，解锁其在生物医学领域革命性潜力的权威著作。 本书旨在为读者提供对纳米等离子激元材料及其在生物医学领域广泛应用的一个全面而深入的理解。我们从基础理论出发，逐步深入到先进的应用研究，力求勾勒出这一前沿交叉学科的完整图景。 第一部分：纳米等离子激元现象的理论基石 在本部分，我们将首先详细阐述纳米等离子激元现象的物理学原理。这包括对金属纳米结构中自由电子集体振荡的深入探讨，以及其如何与入射光发生强烈的相互作用。我们将详细解析等离子体共振的形成机制，包括局域表面等离子体共振（LSPR）和表面等离子体激元（SPPs）等关键概念。 金属纳米结构的电子行为： 我们将回顾金属材料的电子结构，特别是其导带中的自由电子如何形成集体振荡。从量子力学和经典电动力学的角度，解释这些自由电子在外部电场作用下的响应特性。 光与金属纳米结构的相互作用： 详细讲解电磁波（光）如何与金属纳米结构发生耦合。我们将深入分析麦克斯韦方程组在纳米尺度下的应用，以及介电常数、光波长、纳米粒子尺寸和形状等因素如何影响相互作用的强度和光谱特性。 局域表面等离子体共振（LSPR）： 重点介绍LSPR现象。我们将解释LSPR是如何在尺寸远小于光波长的金属纳米粒子表面产生的，以及其与粒子尺寸、形状、介质折射率以及粒子间距离密切相关的特性。我们会通过理论模型和仿真数据，直观地展示LSPR的能量吸收和散射光谱。 表面等离子体激元（SPPs）： 深入讨论SPPs，包括其在金属-介质界面上传播的特性，以及传播距离、能量损耗等关键参数。我们将阐述SPPs如何将光能量局域在界面附近，为纳米尺度的光学操控提供可能。 纳米等离子激元增强效应： 详细分析纳米等离子激元如何显著增强光与物质的相互作用。这包括增强荧光、拉曼散射、非线性光学效应等。我们将探讨“热点”效应在增强信号中的关键作用，并解释其背后的物理机制。 纳米等离子激元材料的设计与制备： 介绍设计和制备具有特定等离子激元响应的金属纳米结构的方法。我们将讨论不同金属材料（如金、银、铜、铝）的优缺点，以及纳米粒子的尺寸、形状（球形、棒状、星形、尖锐结构等）以及组装方式（单分散粒子、聚集体、周期性阵列等）如何影响其等离子激元特性。 第二部分：纳米等离子激元材料在生物医学成像中的突破 在对基础理论有了扎实的理解后，我们将目光转向纳米等离子激元材料在生物医学成像领域的革命性应用。本部分将重点探讨如何利用纳米等离子激元材料独特的散射和吸收特性，克服传统成像技术的局限，实现更高灵敏度、更高分辨率和更深层组织成像。 表面增强拉曼散射（SERS）成像： 详细介绍SERS作为一种超灵敏的分子指纹技术。我们将解释SERS信号是如何在纳米等离子激元“热点”区域被显著放大的，以及如何利用SERS实现对单个分子的检测。本书将重点介绍SERS在细胞成像、生物标志物检测、病理诊断等方面的最新进展，并讨论如何设计SERS探针以实现靶向性和特异性。 光声成像（PAI）： 阐述利用纳米等离子激元材料作为光声造影剂，实现高对比度、高分辨率的深层组织成像。我们将解释光声效应的原理，以及纳米等离子激元纳米粒子如何通过光热转换产生声波信号。本书将探讨其在肿瘤成像、血管成像、细胞成像等方面的潜力，并讨论如何优化纳米材料以提高光声信号强度和成像深度。 增强荧光成像： 探讨纳米等离子激元材料如何通过近场增强效应，显著提高生物分子的荧光信号强度。我们将讨论如何设计等离子激元纳米结构与荧光探针协同工作，实现更灵敏、更稳定的荧光成像。这包括在单分子成像、细胞内结构成像等方面的应用。 散射成像： 利用纳米等离子激元材料的强散射特性，实现无荧光标记的成像。我们将讨论其在细胞学、组织学以及体内成像中的优势，特别是对于缺乏内源性荧光信号的生物实体。 多模态成像： 探讨如何将纳米等离子激元材料与其他成像技术（如磁共振成像、X射线成像）相结合，实现多模态成像，提供更全面的生物学信息。 第三部分：纳米等离子激元材料在生物医学治疗中的创新应用 除了在成像领域的贡献，纳米等离子激元材料在生物医学治疗方面也展现出巨大的潜力，特别是在光热治疗和光动力治疗领域。本部分将深入探讨其治疗机制、设计策略以及在疾病治疗中的应用前景。 光热治疗（PTT）： 详细阐述纳米等离子激元材料在光热治疗中的核心作用。我们将解释其如何通过吸收特定波长的近红外光，将光能转化为热能，从而选择性地杀死癌细胞或其他病变组织。本书将重点讨论纳米材料的选择、设计（尺寸、形状、表面修饰）以及其在肿瘤治疗、抗菌治疗、眼科治疗等方面的研究进展。我们将深入分析治疗剂量、热扩散以及潜在的副作用。 光动力治疗（PDT）： 介绍纳米等离子激元材料如何作为光敏剂的载体或增强剂，提升光动力治疗的效果。我们将解释PDT的原理，即利用光能激发光敏剂产生单线态氧等活性氧物质，杀伤病变细胞。本书将探讨如何设计等离子激元纳米结构以优化光敏剂的吸收、传递和激发，从而提高PDT的治疗效率和靶向性。 药物递送与联合治疗： 探讨如何将纳米等离子激元材料与药物递送系统相结合，实现靶向性药物释放和多模式治疗。例如，利用光热效应触发药物的释放，或者结合光热治疗和化疗，以达到协同治疗的效果。 抗菌治疗： 重点讨论纳米等离子激元材料在对抗耐药菌方面的应用。我们将解释其通过光热效应或产生活性氧来杀灭细菌的机制，以及其作为新型抗菌策略的优势。 基因治疗与免疫治疗的增强： 探索纳米等离子激元材料在增强基因递送和免疫治疗中的潜在作用。例如，利用其光热效应辅助基因转染，或激活免疫细胞进行抗肿瘤治疗。 第四部分：纳米等离子激元材料在生物传感与诊断中的前沿进展 生物传感与诊断是纳米等离子激元材料应用的另一个重要领域。本部分将聚焦于如何利用其对周围环境高度敏感的特性，开发高灵敏度、高特异性的生物传感器。 表面等离子体共振（SPR）传感器： 详细介绍基于SPR原理的生物传感器，以及纳米等离子激元材料如何通过增强SPR信号，实现对生物分子（如蛋白质、核酸、抗原抗体）的低浓度检测。我们将讨论不同SPR传感平台的构建和优化。 LSPR传感器： 重点介绍LSPR传感器的设计和应用。我们将解释LSPR峰位对周围介质折射率变化的敏感性，以及如何利用这一特性实现对生物分子结合事件的实时、无标记检测。本书将讨论LSPR传感器在疾病诊断、食品安全检测、环境监测等领域的应用。 纳米等离子激元增强的荧光/比色传感器： 探讨如何利用纳米等离子激元材料增强荧光或比色信号，以开发更灵敏的生物传感器。我们将讨论如何设计探针系统，实现对特定生物标志物的可视化检测。 微流控与纳米等离子激元集成： 介绍将纳米等离子激元传感器与微流控技术相结合，构建高通量、自动化、低成本的生物检测平台。 体内生物传感： 探讨利用可植入式或可注射的纳米等离子激元传感器进行体内生理参数监测或疾病早期预警的潜力。 第五部分：挑战、机遇与未来展望 在全面探讨了纳米等离子激元材料在生物医学领域的各项应用后，本部分将回归到更宏观的视角，审视当前面临的挑战、蕴含的机遇以及对未来发展的展望。 生物相容性与安全性： 深入讨论纳米等离子激元材料在生物体内的生物相容性、生物降解性以及潜在的毒性问题。我们将审视相关的研究进展，并提出提高其安全性的策略。 体内稳定性与靶向性： 分析纳米等离子激元材料在体内循环中的稳定性，以及如何实现对特定细胞、组织或器官的有效靶向。 规模化制备与成本效益： 探讨如何实现高品质、低成本的纳米等离子激元材料的规模化生产，以促进其临床转化。 标准化与质量控制： 讨论建立完善的纳米材料表征、质量控制和标准化体系的重要性。 多学科交叉与合作： 强调纳米等离子激元材料研究需要物理学、化学、材料科学、生物学、医学等多个学科的紧密合作。 临床转化： 探讨将实验室研究成果转化为临床应用的路径，包括临床试验、法规审批等环节。 新兴应用领域： 展望纳米等离子激元材料在再生医学、精准医疗、个性化治疗等新兴领域的潜在应用。 本书集结了该领域最新的研究成果和深刻的见解，旨在成为纳米等离子激元材料及其生物医学应用领域的研究者、学生以及对该领域感兴趣的科学工作者的必备参考。我们希望通过本书的出版，能够进一步推动纳米等离子激元科学的发展，并最终为人类健康带来深远的福祉。

评分☆☆☆☆☆

这本书真是让我大开眼界！纳米等离子激元材料，光听名字就觉得很高深，但作者却用一种非常易于理解的方式，层层深入地剖析了它的原理和各种可能性。最让我着迷的是，作者不仅仅停留在理论层面，而是花了大量的篇幅去介绍这些神奇的材料如何在生物医学领域大显身手。比如，书中详细阐述了它们如何被用来精准靶向癌细胞，通过局部加热实现无创治疗，这简直是科幻小说里的情节，竟然真的能够实现！还有在医学影像方面，纳米等离子激元材料能够显著提高成像的清晰度和对比度，让医生能够更早、更准确地发现病灶。书里还提到了它们在药物递送系统中的应用，能够按需释放药物，最大程度地减少副作用，提高治疗效果。我尤其对其中关于“光动力疗法”的介绍印象深刻，利用光激发材料产生活性氧，从而杀死病原体或癌细胞，这种“借力打力”的治疗思路，真是太巧妙了。整本书的逻辑非常清晰，从基础概念到具体应用，再到未来的发展趋势，都有详实的论述。即使我不是这个领域的专业人士，也能跟着作者的思路，一步步理解这些前沿科技的魅力。

评分☆☆☆☆☆

这部作品带给我的感受，如同品味一杯陈年佳酿，初入口时或许有些许复杂的滋味，但细细品味，便能体会到其醇厚与深邃。作者对于纳米等离子激元材料的研究，不仅仅是技术的罗列，更是一种对生命奥秘的探索。书中关于纳米粒子与生物大分子之间相互作用的讨论，非常细腻，让我看到了材料科学与生命科学之间那条看不见的桥梁。我尤其被书中介绍的“光热治疗”和“光动力疗法”的细节所吸引。作者用生动的语言，描绘了纳米材料如何在微观世界中被激活，如何精准地“攻击”病灶，而对健康组织的损伤却微乎其微。这种“以柔克刚”的治疗理念，让我感受到了科学的智慧。此外，书中对纳米等离子激元材料在生物医学影像中的应用，如SERS（表面增强拉曼光谱）和SPR成像，也进行了深入的阐述，这些技术能够为诊断提供前所未有的分辨率和灵敏度，无疑将是未来医学发展的重要推动力。整本书结构严谨，逻辑清晰，即便有些章节涉及较深的理论，作者也能够通过恰当的解释，引导读者理解。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书，仿佛是一次与未来医疗科技的亲密对话。作者以其深厚的专业功底，为我揭示了纳米等离子激元材料在生物医学领域的广阔前景。最令我印象深刻的是，书中对纳米材料在疾病治疗中的精准性和靶向性的强调。例如，利用纳米金颗粒作为载体，将化疗药物精准递送到肿瘤部位，从而最大限度地减少药物对全身的毒副作用，这种“特种兵式”的治疗方式，简直令人惊叹。同时，书中对纳米等离子激元材料在生物成像技术上的突破也进行了详细介绍，如利用其增强荧光信号，实现更清晰、更具对比度的生物成像，这对于早期发现疾病、精准评估疗效至关重要。我还对书中关于纳米材料在体内诊断、甚至是在基因治疗等方面的探索性应用感到非常新奇。作者并没有止步于已有的成就，而是积极展望了这些材料在未来可能扮演的角色，这让我对科技的发展充满了期待。整本书的叙述方式非常流畅，即使是相对复杂的概念，也能被作者娓娓道来，让我读起来既增长了知识，也充满了乐趣。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来了极其深刻的启示，让我对纳米材料的认知得到了颠覆。作者对于纳米等离子激元材料的讲解，与其说是介绍，不如说是引领读者进行一场思维的探险。我尤其欣赏书中对于材料光学性质与生物功能的精妙结合的阐释。那些关于表面等离激元共振（SPR）的描述，虽然涉及复杂的物理概念，但通过丰富的图示和类比，变得异常生动。更让我感到震撼的是，这些理论上的奇妙现象，在生物医学中的应用是如此具体且具有革命性。书中对纳米金颗粒在生物传感器的应用进行了详尽的描述，其能够实现对微量生物标志物的超灵敏检测，这对于疾病的早期诊断和监测无疑是巨大的福音。另外，关于纳米等离子激元材料在生物成像方面的潜力，例如荧光增强和多模态成像，也给我留下了深刻印象。作者并没有回避技术上的挑战，反而积极探讨了如何克服材料的生物相容性、稳定性和靶向性等问题，这使得整本书更加接地气，也更具启发性。我读完之后，感觉自己仿佛站在了科技的前沿，窥见了未来医疗的无限可能。

评分☆☆☆☆☆

这本书带给我的，远不止于知识的增长，更是一种对生命科学和材料科学交叉领域的全新认识。作者对纳米等离子激元材料的阐述，既有理论的深度，又不乏应用的广度。我特别欣赏书中对于纳米材料在生物医学传感器方面的细致讲解，例如如何利用其独特的光学性质，构建高灵敏度的生物化学传感器，能够实时监测体内的各种生理指标，这对于个性化医疗和健康管理具有划时代的意义。书中还对纳米等离子激元材料在生物组织工程和再生医学中的应用进行了探讨，比如如何利用其促进细胞生长和组织再生，这为修复受损的器官和组织提供了新的思路。最令我感到振奋的是，作者对于纳米等离子激元材料在肿瘤治疗中的多重协同效应进行了深入分析，包括其在光热治疗、光动力治疗以及与免疫疗法的结合等方面的优势，这预示着未来肿瘤治疗将更加高效和个性化。整本书的论述逻辑严谨，语言生动，将前沿的科学技术呈现得淋漓尽致，让我受益匪浅。