Nanobioelectronics - for Electronics, Biology, and Medicine (Nanostructure Science and Technology) pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer

作者:Offenhausser, Andreas (EDT)/ Rinaldi, Ross (EDT)

出品人:

页数:352

译者:

出版时间:2009-02-06

价格:USD 99.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780387094588

丛书系列:

图书标签:

Cool!!!!
Nanobioelectronics
Nanotechnology
Bioelectronics
Nanomedicine
Biosensors
Nanomaterials
Electronics
Biology
Medicine
Nanostructure Science

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具体描述

The range of themes addressed in this book emphasize key aspects and the future perspectives of nano-bioelectronics. The book discusses the electronic coupling of DNA and proteins with electronic devices to build new information systems and to apply the systems as biosensors. The exploitation of networks of neurons connected with electronic devices in future information processing systems and the use of nano-objects to assess cellular function is also discussed in detail. The topics of these hybrid nano-bioelectronic systems are both interesting for fundamental research and to enhance industrial competitiveness through research, education, and transfer of technology.

《微纳材料在电子学、生物学与医学中的交叉应用：前沿探索与未来展望》本书并非《Nanobioelectronics - for Electronics, Biology, and Medicine (Nanostructure Science and Technology)》一书，而是基于纳米材料在电子学、生物学和医学领域日益广泛的交叉应用这一宏大主题，深入探讨其前沿研究、技术突破以及对未来社会发展的深远影响。本书旨在为相关领域的科研人员、工程师、临床医生以及对纳米技术充满兴趣的读者提供一个全面、深入且富有启发性的知识框架。引言：纳米世界的崛起与交叉学科的必然自20世纪末纳米科学的兴起以来，人类对物质世界在纳米尺度（1-100纳米）的操控能力得到了前所未有的提升。在这个尺度上，材料展现出许多宏观尺度下不曾出现的独特物理、化学和生物学特性，如量子效应、高表面积体积比、增强的催化活性以及与生物分子的特异性相互作用等。这些特性为传统电子学、生物学和医学的研究与应用带来了革命性的机遇。电子学，作为信息时代的核心驱动力，正不断追求更小、更快、更节能的器件。纳米材料凭借其优异的导电性、半导体特性、光电转换效率以及可集成性，为突破摩尔定律的瓶颈提供了新的途径。从超大规模集成电路中的纳米级晶体管，到柔性电子产品中的纳米线传感器，再到新型存储器件的开发，纳米材料的身影无处不在。生物学，作为研究生命奥秘的学科，其目标是理解生命活动的分子机制，并将其应用于疾病的诊断、治疗和健康管理。纳米材料能够以前所未有的精度与生物分子（如DNA、蛋白质、细胞器）相互作用，这使得它们在药物递送、基因疗法、生物成像、疾病早期诊断以及组织工程等领域展现出巨大的潜力。它们能够模拟天然生物结构，与细胞环境无缝融合，从而实现更精准、更高效的生物干预。医学，作为保障人类健康的实践学科，一直以来都在寻求更有效、更安全的诊断与治疗手段。纳米材料的引入，为解决传统医学面临的诸多挑战提供了可能。例如，纳米药物载体能够靶向肿瘤细胞，减少对健康组织的毒副作用；纳米探针能够实现超高灵敏度的疾病早期检测；纳米材料驱动的再生医学能够促进组织修复与器官重建。然而，将纳米材料的潜力转化为实际应用，离不开电子学、生物学和医学之间的深度交叉与融合。电子学提供了控制、传感和信息处理的平台，生物学揭示了生命活动的规律与机制，而医学则定义了创新的目标与临床需求。本书正是聚焦于这一交叉前沿，系统梳理纳米材料如何赋能这三大领域，并展望其融合发展的未来图景。第一部分：纳米材料在现代电子学中的角色演变本部分将深入探讨纳米材料如何重塑现代电子学的格局。我们将从基础的纳米材料特性入手，分析其在不同电子器件中的应用，并展望未来的发展趋势。 1.1 纳米材料的基础特性与电子学应用的关联：导电性纳米材料：金属纳米颗粒（如金、银、铜）、碳纳米管、石墨烯等，它们的高导电性和特殊的表面等离子体共振特性，使其成为构建纳米级导线、电极、透明导电膜和传感器阵列的关键。我们将详细阐述这些材料如何克服传统金属材料在微缩化过程中的电阻率增加问题，实现更高集成度和更低功耗。半导体性纳米材料：纳米线（如硅、氧化锌）、量子点（如CdSe、InP）、二维半导体材料（如MoS2、WSe2）等，其量子尺寸效应和独特的能带结构，为开发新型晶体管、光电器件、LED和太阳能电池提供了可能。我们将讨论如何通过纳米结构的精确控制来调控其电子和光学性质，以满足不同电子器件的需求。介电性与磁性纳米材料：纳米氧化物、纳米铁氧体等，在栅介质、存储器件和磁传感器中的应用，以及它们如何在高密度存储和低功耗逻辑电路中发挥作用。 1.2 纳米材料驱动的下一代电子器件：超高密度集成电路：探讨纳米线、纳米带作为未来晶体管通道材料的潜力，以及如何通过自组装等技术实现大规模、低成本的纳米器件制造。柔性与可穿戴电子学：重点介绍柔性基底上的纳米材料印刷技术，以及其在智能服装、健康监测设备、可折叠显示屏等领域的应用。高性能传感器：分析纳米材料在气体传感器、生物传感器、压力传感器等方面的优势，及其在环境监测、食品安全、工业过程控制等领域的价值。新型存储技术：介绍基于纳米材料的阻变存储器（RRAM）、相变存储器（PCM）等，以及它们在超越DRAM和NAND Flash的未来存储解决方案中的地位。 1.3 纳米电子学的制造挑战与解决方案：精密制造技术：聚焦电子束光刻、纳米压印、自组装等纳米器件的制造技术，以及如何实现高精度、高效率和低成本的生产。可靠性与稳定性：讨论纳米器件在长期工作中的可靠性问题，以及材料选择、结构设计和封装技术在提高器件稳定性方面的作用。功耗与散热：分析纳米器件在低功耗方面的优势，以及如何通过材料创新和器件设计来解决可能出现的散热问题。第二部分：纳米材料在生物学研究与应用中的革新本部分将聚焦纳米材料如何深化我们对生命过程的理解，并催生出革命性的生物学工具和技术。 2.1 纳米材料与生命分子的精准互动：纳米探针与示踪：量子点、金纳米颗粒等作为荧光探针，用于标记细胞器、追踪分子运动，实现超高分辨率的细胞成像和生物过程可视化。纳米传感器用于生物信号检测：基于纳米材料的生物传感器，能够高灵敏度地检测DNA、RNA、蛋白质、代谢物等生物标志物，为疾病诊断和生命过程研究提供新的手段。纳米材料在基因调控中的应用：纳米载体用于递送siRNA、miRNA、CRISPR-Cas9等基因编辑工具，实现精准的基因沉默或编辑，为基因功能研究和基因疗法奠定基础。 2.2 纳米材料驱动的生物技术创新：新型药物递送系统：纳米颗粒、脂质体、聚合物胶束等作为载体，实现药物的靶向递送，提高疗效，降低副作用。我们将重点讨论其在癌症治疗、抗感染等领域的应用。生物成像技术的飞跃：纳米造影剂（如氧化铁纳米颗粒、金纳米颗粒）在MRI、CT、光声成像等技术中的应用，实现对病灶的早期、精准成像。体外诊断（IVD）的纳米升级：纳米颗粒在免疫层析、PCR扩增等诊断技术中的应用，显著提高检测灵敏度和速度，推动即时诊断（POCT）的发展。细胞工程与再生医学：纳米材料在构建生物支架、引导细胞生长、促进组织再生中的作用，以及其在器官修复和工程化组织制造方面的潜力。 2.3 纳米生物学面临的挑战与伦理考量：生物相容性与安全性：深入探讨纳米材料在体内的稳定性和生物降解性，以及其潜在的毒副作用和免疫原性。体内输运与靶向效率：分析纳米材料在复杂的生物体内的分布、代谢和清除机制，以及如何优化设计以提高靶向效率。规模化生产与质量控制：讨论如何实现高纯度、均一性的纳米生物材料的规模化生产，以满足临床应用的需求。伦理与社会影响：探讨纳米技术在生物学和医学应用中可能引发的伦理问题，如隐私、公平性以及对人类基因的干预等。第三部分：纳米材料在现代医学中的变革性影响本部分将集中阐述纳米材料如何从根本上改变疾病的诊断、治疗和预防方式，为实现个性化、精准化的医疗提供强有力的支持。 3.1 纳米技术赋能的疾病诊断：超灵敏的生物标志物检测：纳米颗粒作为信号放大器，结合PCR、ELISA等技术，实现对早期癌症标志物、病毒RNA、细菌DNA等极低浓度物质的检测。即时诊断（POCT）的纳米化：纳米材料在手持式检测设备中的应用，使得床旁诊断、家庭健康监测成为可能。纳米成像技术在疾病早期发现中的优势：讨论纳米造影剂在区分良恶性病变、精确评估肿瘤大小和转移方面的作用。 3.2 纳米材料驱动的精准治疗：纳米药物递送的靶向性：详细阐述基于表面修饰的纳米载体如何主动或被动地靶向肿瘤细胞、炎症部位，减少药物在全身的分布。多模式联合治疗的纳米平台：结合药物递送、光动力疗法、光热疗法、基因疗法等多种治疗手段的纳米载体，实现协同增效。纳米机器人与微创治疗：展望未来能够进入人体，执行精确手术、清除病灶的纳米机器人，以及其在微创治疗领域的应用前景。个性化医疗的纳米解决方案：如何根据患者的基因组信息、疾病特征，设计和制备个性化的纳米药物或纳米治疗方案。 3.3 纳米材料在疾病预防与康复中的作用：纳米疫苗与免疫增强：纳米颗粒作为新型疫苗佐剂，能够有效激发免疫反应，提高疫苗效能，并可能用于预防传染病和癌症。纳米材料促进伤口愈合与组织修复：纳米纤维、水凝胶等生物材料在促进细胞迁移、血管生成和组织再生的作用。纳米技术在健康监测与衰老研究中的应用：纳米传感器用于长期、无创的健康监测，以及纳米材料在延缓衰老、提高生命质量方面的探索。 3.4 纳米医学的临床转化与监管挑战：临床试验的设计与评估：探讨纳米医学疗法在临床试验中需要考虑的特殊因素，以及如何评估其疗效和安全性。监管审批流程：分析纳米医学产品进入市场所面临的监管障碍，以及不同国家和地区的相关政策。成本效益分析：评估纳米医学技术在规模化应用后的成本效益，以及如何使其更易于获得。结论：融合创新，共塑未来本书的最后一章将总结纳米材料在电子学、生物学和医学领域带来的深刻变革，并进一步展望这一交叉学科的未来发展方向。我们将强调跨学科合作的重要性，鼓励科研人员、工程师、临床医生以及政策制定者携手合作，共同推动纳米科技的进步，将其转化为改善人类健康和生活质量的强大动力。未来的纳米科技将更加注重智能化、多功能化和生物集成化。例如，我们期待能够实现“活体”电子器件，能够与生物组织无缝集成，并根据生理信号进行自我调节。纳米材料的个性化定制将成为主流，从而为每位患者提供量身定制的治疗方案。同时，对纳米材料安全性和长期影响的深入研究将是其可持续发展的基石。《微纳材料在电子学、生物学与医学中的交叉应用：前沿探索与未来展望》不仅是一部知识的汇集，更是一次思想的启迪。它旨在激发读者对纳米世界的无限遐想，并鼓励他们成为推动这一激动人心的科学前沿发展的积极参与者。