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《生物传感器》
59RMB,张先恩,化工出版社
生物传感器是一类特殊形式的传感器,由生物分子识别元件与各类物理、化学换能器组成,用于各种生命物质和化学物质的分析和检测。
生物传感器融生物学、化学、物理学、信息科学及相关技术于一体,已经发展成为一个十分活跃的研究领域。
本书系统地介绍了生物传感器的基本原理、类型、特点、应用、研究进展和发展前沿,包括生物传感器的生物分子敏感元件基础及其固定化方法,电化学、微热学、半导体、声波、光学、表面等离子体共振等各种原理的生物传感器;同时详述了DNA、蛋白质、生物计算机的生物芯片、丝网印刷、分子印迹、纳米技术等在生物传感器中的应用等。
本书内容丰富,系统性强,反映了生物传感器领域的发展历程、经典成果和最新进展,并融入了作者多年的研究结果和心得。
适合于高等学校生命科学与生物技术、分析化学和传感器技术及相关专业的高年级学生、研究生、教师和科研单位相关专业研究人员参考。
目录
第1章绪论1
1.1生物传感器的发展历程1
1.2生物传感器的原理和特点6
1.3生物传感器的基本概念与类型7
1.4生物芯片9
1.5生物传感器的商品开发11
1.5.1市场值11
1.5.2酶电极生化分析仪11
1.5.3手持式血糖测定仪11
1.5.4SPR分析仪12
1.6发展趋势12
参考文献14
第2章分子识别元件及其生物反应基础16
2.1概述16
2.2酶及酶反应16
2.2.1酶反应基本概念16
2.2.2酶的作用机理18
2.2.3酶促反应的米氏动力学21
2.3微生物反应22
2.3.1微生物反应的特点22
2.3.2微生物反应类型23
2.3.3分析微生物学25
2.4免疫学反应25
2.4.1抗原25
2.4.2抗体26
2.4.3抗原?
部固宸从?
27
2.4.4免疫学分析27
2.5核酸与核酸反应28
2.5.1核酸组成与结构28
2.5.2DNA变性30
2.5.3核酸分子杂交30
2.5.4核酸功能31
2.6催化抗体(抗体酶)32
2.7催化性核酸33
2.7.1催化性RNA34
2.7.2催化性DNA35
2.8生物学反应中的物理量变化37
2.8.1生物反应的热力学37
2.8.2生物发光38
2.8.3颜色反应和光吸收39
2.8.4抗阻变化39
2.9结束语40
参考文献40
第3章生物敏感元件的固定化42
3.1概述42
3.2基本方法42
3.2.1夹心法43
3.2.2吸附法43
3.2.3凝胶包埋法44
3.2.4共价键合法45
3.2.5交联法48
3.2.6微胶囊法49
3.2.7溶胶?
材?
胶玻璃50
3.3LB膜技术51
3.4光平版印刷技术53
3.5固定化生物活性材料的性质54
3.5.1固定化酶的稳定性54
3.5.2固定化酶的动力学常数55
3.6结束语56
参考文献56
第4章电化学生物传感器之一:
经典酶电极58
4.1概述58
4.2基础电极58
4.2.1离子选择性电极58
4.2.2电流型电极60
4.3生物电极测定方法61
4.4酶电极62
4.4.1临床诊断用酶电极63
4.4.2发酵与食品成分分析66
4.4.3环境毒物测定69
4.4.4其他酶电极70
4.4.5有机相酶电极70
4.5多功能酶电极72
4.5.1鲜度传感器72
4.5.2滋味传感器74
4.5.3葡萄糖与双糖和多糖同步测定74
4.6微型酶电极76
4.7结束语77
参考文献78
第5章电化学生物传感器之二:
非酶生物电极80
5.1概述80
5.2微生物电极80
5.2.1微生物电极的特点80
5.2.2微生物电极的应用81
5.2.3其他各种微生物电极87
5.2.4利用微生物传感器研究微生物外源呼吸代谢87
5.3免疫电极91
5.3.1直接免疫电极91
5.3.2间接免疫电极93
5.3.3直接法和间接法的比较95
5.3.4免疫电极再生95
5.4生物亲和电极95
5.5生物组织电极96
5.5.1植物组织电极96
5.5.2动物组织电极98
5.6杂合生物电极99
5.6.1复合酶电极99
5.6.2复合微生物电极102
5.6.3酶?
参⑸?
物杂合电极103
5.7结束语104
参考文献104
第6章电化学生物传感器之三:
介体生物传感器和生物燃料电池106
6.1介体生物传感器106
6.1.1概述106
6.1.2介体生物传感器工作原理107
6.1.3介体酶电极110
6.2生物燃料电池113
6.2.1生物燃料电池基本概念113
6.2.2基本结构113
6.2.3微生物燃料电池114
6.2.4酶生物燃料电池115
6.2.5“抛锚”介体119
6.3结束语119
参考文献120
第7章电化学传感器之四:
DNA电化学传感器122
7.1概述122
7.2DNA在电极上的固定化方法123
7.3DNA电化学传感器类型123
7.3.1直接DNA电化学123
7.3.2间接DNA电化学125
7.3.3特异性氧化还原指示剂125
7.3.4DNA介导的带电传输126
7.3.5纳米颗粒电化学放大129
7.3.6CARD?
?
EDEMNA鉴别单核苷酸多态性129
7.3.7各类DNA电化学传感器的特点比较130
7.4结束语131
参考文献131
第8章电化学传感器之五:
直接电化学酶电极135
8.1概述135
8.2原理与特点135
8.3进行直接电化学反应的酶和蛋白质类136
8.3.1氧化还原酶类136
8.3.2氧化还原酶的电子传递136
8.3.3亚铁血红素138
8.3.4细胞色素C138
8.3.5细胞色素P450139
8.3.6过氧化物酶140
8.3.7血红蛋白142
8.3.8肌球蛋白143
8.3.9双功能亚铁血红素?
裁咐?
144
8.3.10PQQ?
裁?
145
8.4直接电化学酶电极研究进展147
8.4.1纳米颗粒在直接电化学电极中的应用147
8.4.2过氧化物酶在电极上的重构147
8.4.3聚吡咯的电子传递作用147
8.4.4自组装双层脂膜直接电化学电极148
8.4.5一次性受体直接电化学传感器149
8.4.6高铁血红素的直接电化学传感器149
8.4.7蛋白膜伏安法149
8.5结束语149
参考文献150
第9章热生物传感器153
9.1概述153
9.2酶热敏电阻系统153
9.2.1热敏电阻153
9.2.2酶柱154
9.2.3酶热敏电阻154
9.2.4酶热敏电阻工作系统155
9.2.5测定方式155
9.3酶热敏电阻的应用研究156
9.3.1临床生化分析156
9.3.2免疫学分析157
9.3.3生物工业过程分析与控制158
9.3.4环境污染物分析158
9.3.5各种酶热敏电阻实例159
9.4微型热敏生物传感器系统160
9.5杂合热生物传感器162
9.6结束语162
参考文献162
第10章压电晶体生物传感器165
10.1概述165
10.2原理与器件165
10.2.1压电基质材料165
10.2.2体声波165
10.2.3表面声波166
10.2.4Sauerbrey频率?
仓柿抗叵凳?
166
10.3液体样品测定167
10.4气体样品测定169
10.5声波生物传感器的应用170
10.5.1免疫测定170
10.5.2气味物质测定171
10.5.3病原微生物测定171
10.5.4环境污染物测定171
10.5.5DNA测定172
10.6结束语173
参考文献174
第11章半导体生物传感器177
11.1概述177
11.2原理与特点177
11.3生物场效应晶体管结构类型179
11.3.1分离型生物场效应晶体管179
11.3.2结合型生物场效应晶体管180
11.3.3酶场效应晶体管差动输出180
11.4应用研究实例181
11.4.1尿素测定181
11.4.2NAD+?
?
NADH测定181
11.4.3肌酸酐测定182
11.4.4青霉素测定182
11.4.5甲醛测定183
11.4.6有机磷农药测定183
11.4.7活细胞场效应晶体管184
11.4.8昆虫触角天线场效应晶体管185
11.4.9其他用途185
11.5生物场效应晶体管的性能改进185
11.5.1pH?
参榷ㄉ?
物场效应晶体管185
11.5.2恒电流电位测定法186
11.6关于免疫场效应晶体管186
11.7结束语187
参考文献188
第12章光纤生物传感器190
12.1概述190
12.2光纤生物传感器190
12.2.1结构与特点190
12.2.2响应动力学分析191
12.2.3生物光纤类型193
12.3荧光染料及性质197
12.3.1荧光过程与荧光光谱197
12.3.2荧光染料197
12.4光纤生物传感器的应用研究201
12.4.1葡萄糖测定201
12.4.2血液成分测定202
12.4.3核酸测定204
12.4.4免疫学分析206
12.4.5环境污染监测207
12.4.6毒素测定208
12.4.7爆炸物质监测209
12.4.8表面活性剂测定210
12.4.9分子影像分析210
12.5结束语210
参考文献210
第13章表面等离子体共振生物传感器214
13.1概述214
13.2基本原理214
13.2.1表面等离子体共振214
13.2.2表面等离子体共振生物传感技术215
13.3表面等离子体共振方法学进展217
13.3.1杯碟形表面等离子体共振仪217
13.3.2分析物梯度表面等离子体共振217
13.3.3低分子量物质测定技术218
13.3.4生物分子相互作用分析质量光谱218
13.3.5纳米金颗粒信号放大218
13.3.6表面等离子体共振成像219
13.3.7固相表面的样品传送效率219
13.3.8电化学表面等离子体共振219
13.3.9高密度固定方法219
13.3.10多通路表面等离子体共振220
13.3.11光导纤维表面等离子体共振221
13.3.12结合与解离常数分析222
13.3.13共振角度变化影响222
13.4表面等离子体共振生物传感器的应用研究222
13.4.1免疫学分析222
13.4.2半抗原和配体测定224
13.4.3核酸相互作用研究225
13.4.4DNA结合药物测定225
13.4.5核酸与酶的相互作用研究226
13.4.6酶抑制剂分析226
13.4.7酶催化过程监测227
13.4.8分子与细胞结合分析227
13.4.9微生物检测228
13.4.10细胞因子测定228
13.4.11生物分子可逆反应分析229
13.4.12新糖结合物分析229
13.4.13药物筛选229
13.4.14其他应用229
13.5结束语230
参考文献231
第14章丝网印刷生物传感器236
14.1概述236
14.2丝网印刷技术原理237
14.2.1材料和方法237
14.2.2印刷过程240
14.3应用241
14.3.1临床诊断241
14.3.2食品成分分析与生物工艺过程控制242
14.3.3环境监测242
14.3.4其他研究243
14.4结束语244
参考文献244
第15章分子印迹生物传感器248
15.1概述248
15.2原理与特点248
15.2.1分子印迹传感器制备的一般原理248
15.2.2分子印迹传感器主要特点249
15.3分子印迹的聚合反应249
15.3.1分子印迹的聚合制备模式249
15.3.2分子印迹对分析物的亲和性250
15.3.3分子印迹的优化设计251
15.3.4模拟酶253
15.4分子印迹与换能器的整合253
15.4.1信号产生方式253
15.4.2分子印迹与换能器的结合254
15.5分子印迹传感器的应用255
15.5.1生物毒素检测255
15.5.2农药测定256
15.5.3药物检测256
15.5.4体液生化测定257
15.5.5小分子肽和蛋白质测定257
15.5.6模拟酶传感器257
15.5.7结合?
部?
关模式测定258
15.6结束语261
参考文献261
第16章生物芯片与生物计算机266
16.1概述266
16.1.1莫尔定律266
16.1.2硅基计算机的发展极限266
16.1.3非硅基计算机267
16.2蛋白质计算机268
16.2.1蛋白质计算机的一般特点268
16.2.2细菌视紫红质268
16.2.3细菌视紫红质分子存储器269
16.2.4蛋白质计算机存在的问题271
16.3DNA计算机271
16.3.1Hamilton路径问题与Adleman实验272
16.3.2最大Clique问题与Ouyang实验273
16.3.33?
?
SAT问题与固相表面DNA算法276
16.3.4DNA计算的运算能力、效率和误差277
16.4生物计算机与硅基计算机的比较280
16.5结束语280
参考文献280
第17章基因芯片283
17.1概述283
17.2基因芯片的制作方法284
17.2.1固相载体及载体修饰284
17.2.2光引导原位合成法285
17.2.3喷墨打印原位合成285
17.2.4分子印章原位合成287
17.2.5针式点样法287
17.3信号检测288
17.3.1Cy3和Cy5荧光标记法288
17.3.2共聚焦荧光显微镜扫描法289
17.3.3CCD成像法290
17.3.4光散射光波导方法290
17.3.5酶标法291
17.3.6纳米/量子点法292
17.4基因芯片荧光信号数据分析293
17.4.1芯片数据的标准化处理293
17.4.2伪彩图295
17.4.3散点图295
17.4.4聚类分析297
17.5基因芯片的应用297
17.5.1DNA测序298
17.5.2基因表达分析299
17.5.3基因突变检测302
17.6生物芯片市场分析307
17.7结束语308
参考文献308
第18章蛋白质芯片314
18.1概述314
18.2蛋白质芯片实验方法314
18.2.1蛋白质芯片制备314
18.2.2MALDI方法鉴定蛋白质315
18.2.3蛋白质/多肽质量指纹图谱316
18.3蛋白质芯片类型316
18.3.1蛋白质芯片316
18.3.2多肽芯片318
18.3.3抗体芯片319
18.3.4细胞芯片319
18.4蛋白质芯片应用举例320
18.5结束语321
参考文献322
第19章生物传感器与生物反应系统的控制325
19.1概述325
19.2原位测定系统326
19.2.1原位测定补偿式氧稳定酶电极326
19.2.2原位测定的介体酶电极326
19.3引流分析与控制327
19.3.1取样装置327
19.3.2发酵性糖的在线分析与控制328
19.3.3谷氨酸发酵在线分析与控制330
19.3.4利用双电极系统研究淀粉水解过程中还原糖消长规律331
19.3.5乳酸在线分析332
19.4动物细胞培养限制性物质浓度在线监控332
19.5免疫物质在线测定333
19.6结束语334
参考文献334
第20章生物传感器与活体分析336
20.1概述336
20.2体内测定需要解决的问题336
20.2.1消毒问题336
20.2.2氧干扰问题337
20.2.3生物相容性338
20.2.4生物污垢与微透析338
20.2.5组织反应问题339
20.3体内葡萄糖测定341
20.3.1人工胰腺341
20.3.2皮下葡萄糖测定342
20.3.3人工胰腺的微型化343
20.4脑内生物化学物质监测343
20.5活体组织原位分析346
20.6无创分析346
20.6.1近红外光谱分析347
20.6.2经皮分析和GlucoWatch葡萄糖测定仪347
20.7活细胞内分析347
20.8结束语348
参考文献348
第21章生物敏感元件的基因操纵351
21.1概述351
21.2蛋白质工程实验原理及技术352
21.2.1蛋白质三维结构的测定方法352
21.2.2定点突变353
21.2.3体外分子进化354
21.3酶及功能蛋白质的定向改造357
21.3.1改变稳定性357
21.3.2提高酶的催化活性358
21.3.3光学活性改造358
21.3.4电学活性改造359
21.3.5固定酶空间取向控制360
21.3.6生物分析器件表面的均质性362
21.3.7融合酶方法制备顺序酶电极363
21.4结束语364
参考文献364
第22章纳米生物传感器367
22.1概述367
22.1.1缘起367
22.1.2纳米效应367
22.1.3纳米生物传感器类型及特性368
22.2纳米胶体金标记369
22.3量子点371
22.4纳米机械悬臂374
22.5分子信标/分子传感器375
22.6单分子测定376
22.7生物分子马达377
22.8结束语380
参考文献380
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