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D.Dragoman 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030414274

商品编码：29729184089

包装：圆脊精装

出版时间：2016-05-01

基本信息

书名：生物纳米电子学

定价：138.00元

作者：D.Dragoman

出版社：科学出版社

出版日期：2016-05-01

ISBN：9787030414274

字数：

页码：

版次：1

装帧：圆脊精装

开本：32开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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目录

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Contents
1 Fundamentals on Bionanotechnologies 1
1.1 TransportPhenomenaattheNanoscale 1
1.2 Nanotechnologiesfor BionanoelectronicDevices 18
1.2.1 Deposition Techniques for BionanoelectronicDevices 18
1.2.2 Nanolithography 20
1.2.3 Nanomaterials 27
1.3 Conduction Properties of BiologicalMaterials 35
1.4 Micro.uidics and Nano.uidics 46
References 54
2 Sensing of Biomolecules 57
2.1 Nanotransistors Based on Nanotubes, Nanowires, andGrapheneforBiosensing 57
2.2 DNA Detection and SequencingUsing Nanopores 73
2.3 MEMS/NEMS Biodetection 80
2.4 Plasmonics Biodetection 87
2.5 NanoelectronicNoses and Various Disease Detection 98
References 102
3 Imaging and Manipulation of Biomolecules 107
3.1 Bioapplications of Atomic Force Microscopy 107
3.2 Bioapplicationsof Scanning TunnelingMicroscopy 114
3.3 ManipulationofBiologicalMaterials 117
References 123
4 Nanomedicine 127
4.1 Drug Deliveryand Healing Based on Nanomaterials 127
4.2 Biochips—DNAArraysandOtherChipsforDiagnosis 144
4.3 Arti.cial Tissues and Organs 146
References 148
5 Biomolecular Architecture for Nanotechnology 151
5.1 DNA-BasedMolecularArchitectures 152
5.2 Self-Assembled DNA Nanowires 155
5.3 Two-and Three-DimensionalBioarchitectures as Scaffolds 159
5.4 NonperiodicBiologicalScaffoldsforInorganicStructures 165
5.5 InorganicScaffolds for Biomolecules 169
References 170
6 Biomolecular Machines 173
6.1 BiologicalActuatorsandSwitches 174
6.2 Biological Walkers 180
6.3 Biological Motors 183
References 187
7 Biomolecular Computing 189
7.1 Principles of Biomolecular Computing 189
7.2 Boolean BiomolecularComputing 192
7.3 Self-AssemblyBiomolecularComputing 198
7.4 Biomolecular Logical Deductions 200
7.5 Biomolecular Memory Devices 201
7.6 Logical Drug Delivery and In Vivo Computation 203
References 205
8 Bioinspired Devices 207
8.1 Bioinspired Materials 208
8.2 Bioinspired Devices 215
8.3 Bioinspired TechnologicalProcesses 222
8.4 Devices Mimicking Biological Organs/Functionalities 224
References 229
9 Nano-Bio Integration 233
9.1 Nano-bioMaterials for Electronics and Optoelectronics 233
9.2 Nano-bioMechanical Devices 236
9.3 Nanobioelectronicsand Optoelectronics 239
References 246
Index 249
About the Authors 253

作者介绍

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文摘

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序言

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《生物纳米电子学》—— 跨越生命与电子的界限，开启未来科学新纪元 在这本名为《生物纳米电子学》的书中，我们并非探讨具体的学术概念或研究进展，而是试图勾勒出一幅宏大的科学画卷，揭示一个前所未有的交叉学科领域所蕴含的无限潜能。这本书将引领读者进入一个融合了生命科学精妙机制与纳米电子学精密操控的奇妙世界。它不仅仅是关于材料、器件或技术的简单堆砌，更是对一种全新的思维模式、一种深刻的科学范式转变的探索。 我们的出发点，是认识到生命系统本身就是一套极为复杂且高效的纳米级信息处理和物质转化系统。从DNA的精确复制到蛋白质的精巧折叠，从神经元的电化学信号传递到细胞器的协同工作，无一不展现着自然界在纳米尺度上构建和运行的智慧。与此同时，纳米电子学的发展，使得我们能够以前所未有的精度操纵单个分子、原子，并构建出微小而强大的电子器件。当这两者——生命的内在逻辑与人类创造的纳米级电子技术——相遇，便催生了一个充满颠覆性力量的领域：《生物纳米电子学》。 本书将从一个宏观的视角出发，探讨生物体内部的多种“电子”现象。我们知道，生命活动离不开电信号的传递，例如神经冲动沿着神经纤维的传播，细胞膜内外离子的流动产生的电位差，甚至到基因表达调控中涉及的电子转移过程。这些自然界的“电子”现象，其微观机制之精妙，远超我们目前的工程设计。书的开篇，将深入浅出地介绍这些生物电学现象的根源，从基础的离子通道、电化学梯度，到更深层次的生物分子氧化还原反应。我们将理解，生命体并非是被动地被电信号影响，而是主动地利用并产生电信号来执行其功能。 随后，我们将目光转向人类如何借助纳米技术，去理解、模拟甚至干预这些生物电信号。这部分内容将是本书的核心，但我们不会陷入技术细节的泥沼，而是着重阐述其背后的科学逻辑和应用前景。例如，我们如何利用纳米探针去探测单个神经元的活动，从而破译大脑的工作原理？我们如何设计基于纳米材料的生物传感器，以极高的灵敏度检测疾病标志物，实现早期诊断？我们如何构建微纳米级的“电子器件”，使其能够与活细胞内的生物分子相互作用，从而影响细胞的行为？这些问题的答案，都指向了生物纳米电子学所能提供的强大解决方案。 本书将探讨的概念，将超越传统的生物学和电子学范畴。我们将讨论“活体电子学”（Living Electronics），即那些能够与生物体无缝集成、协同工作的电子器件。这些器件可能由生物相容性材料制成，甚至可能包含活的生物单元，它们能够感知生物环境的变化，并以电信号或其他形式做出响应。想象一下，植入体内的纳米机器人，它们不仅能够监测你的健康状况，还能根据需要释放药物，或者修复受损的组织。这并非遥不可及的科幻，而是生物纳米电子学正在努力实现的未来。 另一个重要的讨论方向是“生物电子界面”（Bioelectronic Interfaces）。如何建立稳定、高效且低损伤的生物电子接口，是该领域面临的关键挑战。这本书将探讨多种界面设计策略，包括电化学接口、光电接口以及机械接口。我们将理解，不仅仅是金属电极，纳米材料如碳纳米管、石英纳米线、甚至是DNA结构，都可以作为构建这些接口的潜在材料，它们能够实现更精细的信号交换，并减少生物体的免疫排斥反应。 本书还会深入探讨“仿生电子学”（Bionic Electronics）的可能性。生命体在漫长的进化过程中，已经发展出了无数令人惊叹的纳米级结构和功能。例如，光合作用中的能量转换效率，眼睛的成像机制，以及昆虫复眼的视觉系统。生物纳米电子学试图从这些自然奇迹中汲取灵感，设计出性能更优越、能耗更低的电子器件。我们将思考，如何利用生物分子马达来驱动微型设备，如何模仿昆虫的复眼来构建新型的成像系统，以及如何利用DNA的自组装特性来构建复杂的纳米电子电路。 此外，对“分子电子学”（Molecular Electronics）的讨论将贯穿全书。当我们能够将电子器件缩小到分子尺度时，其性能将发生质的飞跃。生物分子本身就是天然的“分子器件”，它们在细胞内执行着各种复杂的任务。本书将探讨如何利用生物分子（如蛋白质、核酸）的电学特性，来构建新的电子元件，或者如何将这些生物分子与无机纳米电子材料结合，创造出具有独特功能的混合器件。这涉及到对分子氧化还原电位、电荷传输机制、以及分子识别功能的深入理解。 本书还将触及“神经接口”（Neural Interfaces）和“基因电子学”（Genoelectronic）的未来。神经接口是生物纳米电子学最激动人心的应用领域之一，它旨在实现大脑与外部电子设备的直接通信，从而帮助残疾人士恢复运动能力，或者增强人类的认知能力。基因电子学则关注如何利用电子信号来调控基因的表达，或者反之，如何利用基因工程来构建具有特定电学功能的生物材料。这些领域的发展，无疑将深刻地改变我们对生命、意识以及人机交互的理解。 在探讨这些前沿概念的同时，本书还将审慎地分析生物纳米电子学所面临的挑战。例如，生物系统的复杂性和动态性，材料的稳定性和生物相容性，以及信息处理的效率和可靠性。我们将认识到，将宏观世界的电子学原理应用到微观的生物世界，并非易事，需要跨越无数技术和理论上的障碍。 然而，正是这些挑战，也正是生物纳米电子学所激发的无限想象空间。这本书将鼓励读者跳出固有的学科界限，用一种全新的视角去审视生命科学和电子工程。它将激发科研人员、工程师、学生乃至每一个对科学充满好奇的人，去思考“如果……会怎样？”。我们期望，通过对这一宏大领域的梳理和展望，能够为未来的科学探索提供一个坚实的思想基础，并为那些渴望在生命与电子的交叉地带开辟新天地的先驱者们，点亮前进的道路。 《生物纳米电子学》并非一本教你如何制造某种具体设备的操作手册，而是一次思想的远航。它带领我们穿越生命奥秘的深邃海洋，驶向纳米技术描绘的智慧彼岸。在这里，生命不再是神秘不可知的黑箱，电子也不再是冰冷无趣的信号。它们将融合，共生，创造出前所未有的可能，最终，重塑我们对“生命”与“技术”的定义。这本书，是为你我，也为下一个伟大的科学发现所做的铺垫。

评分☆☆☆☆☆

这本书的作者在案例分析和图示的运用上，展现出了令人惊叹的功力。我尤其欣赏那些复杂流程图的绘制方式，它们不是简单的框图堆砌，而是充满了动态感和层次感，仿佛每一个箭头、每一个符号都在讲述一个微观世界里的故事。举个例子，在讲解某一特定机制时，作者不仅仅给出了理论公式，更搭配了数个不同角度的、高精度的插图，有些插图甚至细致到让我能想象出那些分子在特定环境下的运动轨迹。这种“眼见为实”的学习方式，极大地降低了我理解那些抽象概念的门槛。而且，这些案例的选择非常具有前瞻性，不仅仅停留在基础理论层面，而是深入到了当前科研领域的热点和瓶颈问题，这使得我在阅读过程中，总能感到自己紧跟在学科前沿。可以说，这本书的配图和案例，已经超越了辅助材料的范畴，它们本身就是重要的知识载体，其价值不亚于文字本身。

评分☆☆☆☆☆

关于这本书的引用和参考文献部分，我感到由衷的敬佩。这绝不是一份应付差事的列表，它更像是一份精心策展的“历史轨迹图”。作者在选取引文时，不仅关注了最新的顶尖期刊论文，更回溯了那些奠定该领域基础的里程碑式文献，使得读者能够清晰地追溯某个概念从萌芽到成熟的完整发展脉络。尤其令人称道的是，很多关键引文旁都有简短的批注，解释了该文献对当前章节理论的重要性或其独特贡献。这极大地节省了我们这些科研工作者去大海捞针查找背景资料的时间。通过这些详尽的引用，读者可以很方便地深入挖掘自己最感兴趣的子方向，这本书仿佛为我们打开了一扇扇通往更专业、更细分领域的“知识之门”。它不仅仅传授知识，更教会了我们如何进行严谨的学术溯源和批判性阅读。

评分☆☆☆☆☆

这本书的文字排版着实让人眼前一亮，那种墨香与现代科技感交织的视觉效果，完全不像一般的技术书籍那样干巴巴的。封面设计更是独具匠心，深邃的背景中闪烁着微小的光点，仿佛置身于一个微观宇宙的入口。我记得刚拿到手的时候，光是摩挲着那略带纹理的封面就觉得心情舒畅。内页纸张的质感也非常出色，即便是长时间阅读，眼睛也不会感到明显的疲劳，这对于需要沉浸式学习的读者来说，简直是福音。更值得称赞的是，章节之间的过渡处理得非常自然流畅，作者似乎非常懂得如何引导读者的注意力，不会让人感到突兀或信息过载。有时候翻阅专业书籍，最怕的就是那种生硬的逻辑跳跃，但在这本书里，即便是探讨一些极其复杂的概念，作者也总能找到一个非常人性化的“桥梁”来连接前后文，使得整个阅读体验充满了探索的乐趣。这本书的排版风格，可以说是在保持专业性的同时，最大限度地照顾到了读者的阅读舒适度，这在同类书籍中是极为罕见的。

评分☆☆☆☆☆

我必须特别指出这本书在知识体系构建上的严谨性。不同于市面上很多将各种新理论碎片化拼凑起来的教材，这本书的逻辑主线异常清晰，它构建了一个非常坚实的理论基础框架，然后才逐步将新的研究成果和技术进展嵌入其中。这种结构确保了读者在学习新知时，不会迷失在细节的海洋里，而是始终能将其置于一个宏大的知识版图上进行理解。每一章的收尾部分，作者都会设置一个“知识关联与展望”的小节，这个设计非常巧妙，它不仅总结了本章的重点，更重要的是，它会适当地“剧透”下一章的内容将如何依赖于当前所学，从而形成一种持续的期待感和驱动力。这种对知识点之间内在联系的深度挖掘和系统性呈现，是区分一本优秀参考书和普通资料的决定性因素，这本书显然属于前者。

评分☆☆☆☆☆

这本书的写作风格，我用“娓娓道来，却又振聋发聩”来形容最为恰当。它没有那种高高在上的学术腔调，作者的语气更像是一位经验丰富、且极具耐心的导师，在你耳边细细剖析事物的本质。初读时，你可能会觉得内容很“温柔”，铺陈得很慢，但随着阅读的深入，你会发现那些看似平缓的叙述中，蕴含着极其深刻的洞察力。作者善于使用类比和生活化的语言来解释那些高深的原理，比如他将某种反应过程比作一场精密的“交响乐团的合作”，这个比喻一下子就让我抓住了核心的协同作用。而当需要强调关键结论时，作者又会毫不留情地使用精准、强有力的学术语言，让重要信息烙印在脑海中。这种张弛有度的语言节奏感，使得阅读过程充满了一种富有张力的享受，让人欲罢不能，总想知道下一页会揭示出怎样的奥秘。