生物納米電子學 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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D.Dragoman 著

圖書標籤:

• 生物納米技術
• 納米電子學
• 生物傳感器
• 生物芯片
• 納米材料
• 生物物理
• 電子學
• 納米醫學
• 交叉學科
• 前沿科技

店鋪： 博學精華圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030414274

商品編碼：29729250052

包裝：圓脊精裝

齣版時間：2016-05-01

基本信息

書名:生物納米電子學

定價：138.00元

售價：93.8元,便宜44.2元,摺扣67

作者:D.Dragoman

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2016-05-01

ISBN：9787030414274

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：圓脊精裝

開本：32開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

內容提要

目錄

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

作者介紹

文摘

序言

生物納米電子學：探索微觀世界的無限可能 在浩瀚的科學殿堂中，有一片新興而充滿活力的疆域，它以極高的精度和前所未有的維度，重塑著我們對生命與電子學的理解。這片疆域，便是“生物納米電子學”。它並非僅僅是將生物學與納米技術、電子學簡單地相加，而是一種深度融閤、相互啓發的革命性學科，緻力於在納米尺度上構建、操控和理解具有生物學功能的電子器件。 想象一下，微小的電子元件如同細胞般在體內穿梭，它們能夠感知生理信號，精確傳遞藥物，甚至修復受損的組織。又或者，將生物分子的獨特識彆能力與電子信號的快速響應相結閤，開發齣能夠實時監測疾病標誌物的超靈敏傳感器。這些曾經隻存在於科幻小說中的場景，正隨著生物納米電子學的蓬勃發展，一步步變為現實。 學科的基石：跨越尺度的融閤 生物納米電子學的核心在於其跨越不同尺度的融閤能力。它汲取瞭生物學的精髓，如分子識彆、自我組裝、生物相容性等特性，同時又藉鑒瞭納米技術在材料製備、微納加工和尺寸效應上的優勢，並巧妙地運用瞭電子學在信號處理、信息傳輸和器件製造上的成熟理論與技術。 生物學的靈感與驅動： 生命本身就是一部精妙絕倫的納米機器。DNA的復製、蛋白質的摺疊、酶的催化反應，無一不展現齣納米尺度下的復雜而有序的工作機製。生物納米電子學從中汲取靈感，試圖模仿、學習甚至超越這些自然的精巧設計。例如，利用DNA的特異性配對來精確組裝納米材料，或者模仿細胞膜的離子通道功能來構建仿生傳感器。生物分子本身也常被用作生物納米電子器件的關鍵組成部分，如利用酶的催化活性來産生電信號，或者利用抗體的特異性來捕獲目標分子。 納米技術的賦能： 納米技術為生物納米電子學提供瞭實現其宏偉藍圖的物質基礎和工具。通過對材料進行原子或分子級彆的操縱，可以製備齣具有獨特電學、光學和磁學性質的納米材料，如量子點、納米綫、碳納米管和二維材料（如石墨烯）。這些納米材料的尺寸優勢使其能夠與生物分子直接相互作用，並且其錶麵積與體積之比的增大，能夠極大地增強與生物體係的界麵效應，從而提高器件的靈敏度和響應速度。此外，納米加工技術，如電子束光刻、聚焦離子束刻蝕和自組裝技術，使得在微納尺度上構建復雜的電子電路和器件成為可能。 電子學的核心驅動： 電子學為生物納米電子學提供瞭信息處理和信號轉導的語言。生物分子或生物過程産生的信號，往往是生物化學的、非電的，需要通過電子學的方法將其轉化為可讀、可分析的電信號。反之，電子學産生的電信號也可以被用來刺激或調控生物過程。從微弱的生物電信號檢測，到高效的信息編碼與解碼，再到能量供給與管理，電子學在整個生物納米電子器件的設計、製造和應用中扮演著至關重要的角色。 核心研究領域與技術進展 生物納米電子學是一個多學科交叉的領域，其研究內容廣泛而深入，不斷湧現齣令人興奮的技術突破。 1. 生物傳感器與診斷平颱： 這是生物納米電子學最活躍的應用領域之一。 納米材料增強型生物傳感器： 利用納米材料（如金納米顆粒、量子點、納米綫、石墨烯）的優異導電性、催化活性或光學特性，能夠極大地提高生物傳感器的靈敏度和選擇性。例如，將抗體固定在納米綫錶麵，可以顯著提高檢測微量生物標誌物的能力。 集成化微流控與生物芯片： 將微流控技術與生物納米電子器件集成，能夠在極小的體積內完成樣本處理、反應、檢測等全過程，實現高通量、低成本的疾病診斷和藥物篩選。 即時診斷（Point-of-Care Testing, POCT）： 生物納米電子學的發展正推動著POCT技術的進步，使得在床邊、傢庭甚至野外環境下就能快速、準確地進行生物分子檢測，極大地縮短瞭診斷時間，為疾病的早期發現和治療爭取寶貴時間。 基因測序與分析： 納米孔測序技術利用納米孔道來檢測DNA或RNA分子，結閤電子學原理將通過的分子信號轉化為數字信息，實現瞭低成本、高通量的基因組學研究。 2. 生物相容性電子器件與植入物： 這一方嚮著眼於將電子器件安全、有效地集成到生物體內。 仿生電子皮膚與可穿戴設備： 開發能夠模仿人類皮膚感知功能（觸覺、溫度、壓力）的柔性、可拉伸的電子器件，能夠用於監測生理信號、提供觸覺反饋，甚至作為假肢的感知部件。 神經接口與腦機接口（BCI）： 通過微納電極陣列，實現對神經信號的精確記錄和刺激，為治療神經係統疾病（如帕金森氏癥、癲癇）、康復訓練以及人機交互提供瞭新的可能。生物相容性材料的選擇和器件的微創化是該領域的重要挑戰。 智能藥物輸送係統： 將藥物封裝在納米載體中，並利用外部電信號或體內環境的變化來精確控製藥物的釋放，實現靶嚮治療，減少副作用。 可植入式傳感器與監測設備： 開發能夠長期植入體內，持續監測血糖、pH值、氧氣水平等生理參數的微型電子設備，為慢性疾病的管理提供更全麵的數據支持。 3. 能量收集與轉換： 生物體本身蘊含著豐富的能量，生物納米電子學也在探索如何有效地將其轉化為可用的電能。 生物燃料電池： 利用酶或微生物的氧化還原反應來收集生物質的化學能，轉化為電能。 壓電效應與熱電效應： 利用生物體運動産生的機械能或體溫産生的熱能，通過納米材料的壓電效應或熱電效應來發電。 4. 分子電子學與自組裝： 這是一個更基礎但也極具潛力的研究方嚮，旨在利用單個分子或分子集閤作為電子元件。 分子開關與邏輯門： 利用分子的構象變化或電子態的轉變來實現開關功能，構建分子級彆的邏輯電路。 自組裝納米結構： 利用生物分子（如DNA、蛋白質）的特定相互作用，指導納米材料按照預設的模式進行自發組裝，形成具有特定功能的納米器件。 挑戰與未來展望 盡管生物納米電子學取得瞭令人矚目的成就，但仍麵臨諸多挑戰： 生物相容性與長期穩定性： 如何設計齣在復雜多變的體內環境中能夠長期穩定工作，且不引起免疫排斥或毒副作用的器件，是關鍵問題。 能量供給與管理： 許多生物納米電子器件需要微小的能量來源，如何實現高效、可持續的能量供給是一個難題。 信號采集與處理的精確性： 生物信號往往微弱且復雜，如何實現高信噪比的信號采集和高效的信息處理，需要更先進的傳感和算法技術。 器件的集成與小型化： 將眾多的納米器件集成到更復雜的係統中，同時保持其性能，需要突破微納加工和封裝技術的瓶頸。 倫理與安全問題： 隨著生物納米電子器件的廣泛應用，尤其是植入式設備，需要審慎考慮其潛在的倫理、隱私和安全問題。 盡管挑戰重重，生物納米電子學的未來充滿光明。隨著材料科學、納米技術、微電子學、分子生物學以及人工智能等領域的協同發展，我們可以預見，生物納米電子學將繼續引領一場深刻的科技革命。它有望在疾病的預防、診斷和治療方麵帶來顛覆性的變革，推動個性化醫療和精準醫療的發展。在人機交互、生物製造、環境保護等領域，也將展現齣巨大的應用潛力。 生物納米電子學不僅僅是科學研究的前沿，它更是連接生命與技術的橋梁，是解鎖微觀世界無限可能性的鑰匙。它將引領我們進入一個更加智能、更加健康、更加人性的未來，在這個未來裏，科技將以前所未有的方式服務於生命本身，揭示更多生命奧秘，並為人類創造更美好的生活。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計著實讓人眼前一亮，封麵那淡雅的藍色調，配上一些錯綜復雜的微觀結構圖案，總能吸引我的目光。我拿到這本書後，立刻被它那種厚重而嚴謹的氣息所感染，感覺這不是一本普通的科普讀物，而是一部需要靜下心來細細品味的專業著作。內頁紙張的質感也非常好，印刷清晰，字裏行間透著一種對知識的尊重。不過，如果說有什麼期待的話，我希望在圖文排版上能有更多的創新。比如，對於一些極其復雜的概念，能否增加一些互動式的插圖或者動畫鏈接，讓讀者在閱讀實體書的同時，也能享受到多媒體帶來的直觀理解。整體而言，從物理載體的角度來看，它無疑是一本值得收藏的佳作，體現瞭齣版方在製作工藝上的匠心獨運。它擺在我的書架上，本身就是一種無聲的宣言，宣告著我對該領域探索的嚴肅態度。

評分☆☆☆☆☆

初翻這本書的目錄，我立刻被其中宏大而細緻的章節劃分所吸引。它似乎構建瞭一個從基礎理論到前沿應用的完整知識體係，邏輯脈絡清晰得像一張精密繪製的電路圖。每一個章節的標題都充滿瞭學術的張力，預示著其中蘊含著大量的硬核信息。我特彆留意瞭關於“新材料在生物界麵構建中的應用”那一節，它似乎在試圖搭建起傳統電子學與生命科學之間那座至關重要的橋梁。然而，在深入閱讀前，我內心隱隱存著一絲擔憂：如此宏大的敘事結構，是否意味著對細節的取捨？我期待的，是那種既能把握全局，又能在關鍵技術節點上深入挖掘的深度。如果能看到更多具體實驗案例的剖析，哪怕隻是片段式的描述，相信會大大增強內容的實操價值和說服力。現在的目錄，更像是一份承諾，而我正迫不及待地想檢驗這份承諾的分量。

評分☆☆☆☆☆

閱讀這本書的過程中，我一直在思考它在整個學科圖景中的定位。它似乎更側重於理論模型的構建和基礎原理的探討，這使得它在學術研究的基石層麵具有不可替代的價值。書中的論證過程層層遞進，邏輯鏈條幾乎無懈可擊，體現瞭深厚的理論功底。然而，在時下這個強調快速轉化和産業落地的時代，我個人更希望能看到更多關於“工程化挑戰”的探討。例如，在實際的器件製造過程中，麵對生物體係的苛刻環境（如濕度、溫度、離子強度變化），現有的材料和設計方案在穩定性上存在哪些根本性的瓶頸？解決這些工程難題所需的跨學科思維碰撞，如果能在書中得到充分的論述，這本書的實用價值和前瞻性無疑會提升一個檔次。目前的內容，更像是站在實驗室的理想狀態下進行推演。

評分☆☆☆☆☆

這本書帶給我一種強烈的“時代感”，它讓人清晰地感受到科學前沿正在以驚人的速度推進。作者對現有文獻的引用和梳理非常全麵，幾乎涵蓋瞭過去十年內所有重要的裏程碑事件。這種全麵的迴顧為我們提供瞭一個堅實的參照係，讓我們能夠準確地定位當前研究的熱點與盲區。然而，一個稍微讓人感到遺憾的地方是，對於未來十年的展望部分，似乎略顯保守。科學的魅力往往在於對“未知”的大膽預測和假設。我期待看到更多基於現有技術趨勢的、甚至是略顯“瘋狂”的設想，比如對量子效應在生物係統中應用的探討，或者對全新計算範式的構想。一本頂尖的著作，理應不僅總結過去，更要勇敢地為未來開闢新的疆域，激發後來者的無限想象。

評分☆☆☆☆☆

這本書的行文風格，可以說是教科書級彆的嚴謹，幾乎沒有任何冗餘的修飾，每一個句子都像經過瞭精確的數學推導，直奔主題。作者的專業素養毋庸置疑，他似乎習慣於用最凝練的語言去概括最復雜的現象。這對於有一定基礎的讀者來說，無疑是效率的保證，能夠快速捕獲核心知識點。但是，對於初學者或者跨領域探索者而言，這種高密度的信息流可能會帶來一定的閱讀疲勞。我發現自己常常需要停下來，結閤查閱其他資料來消化某一小段落。理想中的閱讀體驗，或許是在保持科學精確性的同時，能適當穿插一些曆史背景的敘述，或者那位科學傢的“靈光乍現”時刻。那樣的話，冰冷的公式和理論纔能被賦予鮮活的溫度，讓知識的獲取過程變得更加人性化和易於接受。