9787030414274 生物纳米电子学 科学出版社 D.Dragoman pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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D.Dragoman 著

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• 生物物理学
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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030414274

商品编码：29534283135

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：335

页码：268

版次：31

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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跨越微观与宏观的界限：探索生物纳米电子学的革命性潜力 在当今科技飞速发展的时代，一个前沿交叉学科正以前所未有的力量改变着我们对生命和电子学的理解，那就是生物纳米电子学。它巧妙地融合了生物学、纳米技术和电子学的精髓，致力于开发能够与生物系统直接交互、实现信号转换和信息处理的新型器件和系统。这项学科的出现，预示着一个全新的时代，在这个时代，我们能够以前所未有的精度和方式理解、监测、控制乃至修复生物过程，从而在医疗健康、环境监测、能源开发等诸多领域带来颠覆性的变革。 生物纳米电子学并非仅仅是将微小的电子元器件植入生物体内，而是更加深入地触及生命活动的根本，以纳米尺度上的精确控制为手段，与生物分子、细胞乃至组织进行“对话”。想象一下，我们能够开发出能够精准识别并摧毁癌细胞的纳米机器人，它们在体内悄无声息地执行任务，将疾病扼杀在萌芽状态；抑或我们能构建出能够实时监测血糖水平并自动释放胰岛素的生物传感器，让糖尿病患者摆脱终日与针剂为伴的痛苦；再或者，我们可以设计出能够将植物的光合作用效率提高数倍的纳米材料，为解决全球能源危机提供新的思路。这些曾经只存在于科幻小说中的场景，正随着生物纳米电子学的不断发展而逐渐变为现实。 生物纳米电子学的核心在于“界面”的构建和“信号”的转换。 “界面”是指生物系统与电子器件之间相互作用的区域。这个界面的设计至关重要，它需要能够实现稳定、高效且非破坏性的连接。例如，生物传感器需要能够选择性地捕捉目标生物分子，并将其特有的化学信号转化为可测量的电信号。这通常涉及到纳米材料的表面修饰，例如通过化学键合技术，将抗体、酶、DNA片段等生物识别分子固定在纳米器件表面，使其能够精确地“锁住”目标分子。同时，界面的材料选择也需考虑生物相容性，避免引起免疫排斥或细胞毒性反应，确保器件在生物体内的长期稳定运行。 “信号”的转换则是生物纳米电子学的核心功能。生物过程本身伴随着一系列的电化学信号，例如神经元的放电、细胞膜的电位变化、DNA的碱基序列等。生物纳米电子器件的目标就是能够“读取”这些信号，并将其转化为电子设备能够理解和处理的电信号。反之，它们也能够将电子信号转化为能够影响生物过程的信号，实现对生物系统的调控。例如，通过电刺激，我们可以激活休眠的神经元，帮助瘫痪病人恢复运动能力；或者通过精确控制的电信号，诱导干细胞分化成特定类型的细胞，用于组织修复和再生。 生物纳米电子学的研究范畴极其广泛，涵盖了从基础科学到工程应用的各个层面。 在基础科学层面，生物纳米电子学极大地推动了我们对生命本质的理解。通过纳米尺度的观察和测量，科学家们能够以前所未有的精度研究蛋白质的折叠动力学、DNA的复制机制、细胞信号转导通路等生命活动的关键过程。例如，利用纳米探针记录单个离子通道的开关行为，能够揭示神经信号传递的微观机制；通过原子力显微镜观察DNA分子在电场作用下的构象变化，能够深入理解DNA的信息存储和传递方式。这些基础研究不仅丰富了我们对生命的认知，也为后续的工程应用提供了理论指导。 在工程技术层面，生物纳米电子学催生了一系列颠覆性的技术和产品。 生物传感器与生物芯片： 这是生物纳米电子学最成熟也是应用最广泛的领域之一。微型化的生物传感器能够集成在可穿戴设备中，实现对血糖、心率、血氧、汗液成分等生理指标的实时监测，为慢性病管理、运动科学、健康监测提供了强大的工具。生物芯片则能够在一个微小的基底上同时集成大量的生物传感器，实现对多种生物标志物的快速、高通量检测，在疾病诊断、药物筛选、基因测序等领域发挥着关键作用。例如，基因芯片能够一次性检测数万个基因的表达水平，加速我们对疾病发病机制的理解和个性化治疗方案的制定。 生物电子药物递送系统： 传统的药物递送方式往往存在靶向性差、副作用大等问题。生物纳米电子学的发展正在改变这一现状。通过将药物包裹在纳米载体中，并利用电子信号控制其在体内的释放，可以实现药物的精准靶向递送。例如，可以将药物纳米颗粒与能够响应特定pH值或温度的纳米材料结合，使其在肿瘤微环境中释放药物，从而最大限度地减少对健康组织的损伤。更有甚者，正在研发利用微电流刺激来诱导纳米粒子聚集，从而实现局部药物的高浓度释放，提高治疗效果。 神经接口与脑机接口： 生物纳米电子学在神经科学和康复医学领域展现出巨大的潜力。通过开发高精度、高稳定性的神经电极，我们可以实现对神经信号的精确记录和刺激，为治疗帕金森病、癫痫、抑郁症等神经系统疾病提供新的手段。脑机接口（BCI）技术更是允许大脑直接与外部设备进行通信，使瘫痪病人能够通过意念控制假肢、电脑鼠标，甚至与他人交流，极大地提升了他们的生活质量。纳米材料的引入，使得神经电极的尺寸更小、生物相容性更好，能够更深入地与神经组织集成，实现更精细的信号交互。 仿生器件与人工器官： 模仿生物体的结构和功能，开发具有类似性能的仿生器件也是生物纳米电子学的重要研究方向。例如，利用纳米材料模拟生物肌肉的收缩机制，可以开发出柔性、可驱动的人工肌肉，用于机器人、可穿戴设备等领域。在人工器官方面，生物纳米电子学正致力于构建能够模拟生物器官功能的微型化器件，如人工肾脏、人工肝脏等，为器官衰竭的患者提供替代方案。 生物纳米电子学的发展面临的挑战与未来展望。 尽管生物纳米电子学前景广阔，但仍面临诸多挑战。 生物相容性与稳定性： 如何确保纳米器件在复杂的生物环境中长期稳定工作，而不引起免疫反应或发生降解，是研发的关键。这需要对材料进行精心的设计和表面修饰，并对其在体内的长期行为进行深入研究。 信号的精确识别与解读： 生物信号往往具有高度的复杂性和多样性，如何从海量的噪声中精确识别出有用的信号，并对其进行准确的解读，是技术上的瓶颈。这需要开发更先进的信号处理算法和更灵敏的检测技术。 能源供给与无线传输： 许多生物纳米电子器件需要在体内工作，这就需要解决其能源供给问题。微型化的能量收集技术、体内无线充电技术以及低功耗器件的设计，是未来发展的重要方向。 伦理与安全考量： 随着生物纳米电子学技术的深入发展，涉及的伦理问题也日益凸显，例如数据隐私、基因编辑的边界、技术滥用的风险等。在推动技术进步的同时，必须建立完善的伦理规范和安全保障体系。 展望未来，生物纳米电子学将继续以前所未有的速度发展，其影响将渗透到我们生活的方方面面。我们正站在一个新时代的起点，一个生命与科技深度融合的时代。通过不断探索生物世界的奥秘，并将其与电子学强大的信息处理和控制能力相结合，生物纳米电子学必将为人类健康、社会进步和可持续发展带来更加辉煌的未来。它将不仅仅是科学研究的范畴，更将成为重塑人类生活方式、提升生命质量的强大引擎。 从微观的分子层面到宏观的生命系统，生物纳米电子学正在构建一座跨越学科的桥梁，连接着我们对生命本质的深刻理解和对未来科技的美好希冀。

评分☆☆☆☆☆

一本关于“生物纳米电子学”的书，光是这个名字就充满了吸引力，让我对它充满了好奇。我一直认为，将生命体的神奇之处与电子技术的精准与强大相结合，是未来科技发展的一个重要方向。《生物纳米电子学》这本书，由D.Dragoman撰写，并由权威的科学出版社出版，这让我对它的内容质量和深度有了很高的期待。我非常想了解，生物分子是如何被巧妙地利用来构建微小的电子元件的，例如利用DNA的自组装特性来制作纳米导线，或者利用酶的催化活性来驱动微型设备。同时，我也对电子信号如何能够影响和控制生物系统感到非常好奇。这本书是否会探讨如何通过电刺激来影响细胞的行为，或者如何利用电子接口来读取生物信号，从而实现对疾病的早期诊断和治疗？我希望书中能够包含一些具体的应用案例，比如在医疗领域的生物传感器、药物输送系统，或者在能源领域的生物燃料电池，以及在信息技术领域的生物计算机等。我期待这本书能够让我对生物纳米电子学这个前沿领域有一个系统而深入的认识，为我提供更广阔的视野和更深入的思考。

评分☆☆☆☆☆

读到《生物纳米电子学》这个书名，我的脑海里立即浮现出无数种可能性。将生命的精妙与电子的精确相结合，这本身就是一个极具吸引力的概念。《生物纳米电子学》由D.Dragoman撰写，并由科学出版社出版，这让我对其内容和深度充满了期待。我尤其感兴趣的是，生物分子如何被用作构建纳米电子器件的“原材料”或“构件”。例如，DNA是否可以被设计成用于构建复杂的纳米结构，进而实现信息存储或计算？蛋白质又是否能够作为纳米马达，驱动微型设备或者进行精确的物质运输？我同样好奇的是，电子信号如何能够以非侵入性的方式与生物系统进行交互。例如，是否有技术能够通过精确的电刺激来控制神经元的放电，从而实现对大脑功能的干预或修复？或者，是否能开发出能够实时监测体内生化指标的超灵敏生物电子传感器？这本书是否会深入探讨这些令人兴奋的应用，例如用于个性化医疗的生物芯片，或者能够自我修复的电子皮肤，亦或是能够与植物进行信息交流的智能农业设备？我希望这本书能够为我提供一个清晰的全局观，让我了解生物纳米电子学的核心原理、关键技术以及它在塑造未来社会和科技发展中所扮演的关键角色。

评分☆☆☆☆☆

我最近一直在寻找一本能够拓展我对生物材料与电子元件相互作用理解的书籍，而《生物纳米电子学》恰好引起了我的注意。科学出版社的名字让我对它的学术价值有信心，而D.Dragoman这位作者，虽然我对他并不熟悉，但从书名来看，他应该是在这个领域有着深刻见解的专家。我特别期待这本书能够深入探讨生物分子如何被用于构建或影响电子器件，以及电子信号如何能够精确地调控生物过程。比如，书中是否会涉及DNA纳米技术在电子电路中的应用？或者，如何利用蛋白质的功能性来设计新型的生物电子设备？我个人对于“生物电子界面”这个概念非常着迷，如何实现生物系统和电子系统之间无缝、高效的能量和信息交换，这其中必定有许多精巧的设计和原理。我希望这本书能够详细阐述这些界面的构建方法、性能评估以及它们所面临的挑战。同时，我也很想知道，生物纳米电子学在解决当前一些重大科学问题上，例如环境监测、能源采集或者仿生机器人的开发等方面，能够扮演怎样的角色。我期待这本书能够提供一些前沿的理论框架和实验案例，让我能够更全面地认识这个跨学科的领域，并对未来的研究方向产生更清晰的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题《生物纳米电子学》本身就勾勒出了一个充满想象力的科学图景。它暗示着一个将微观世界中的生命现象与电子技术紧密结合的领域，这无疑是当下最令人兴奋的研究前沿之一。D.Dragoman这个名字，配合科学出版社的信誉，让我对这本书的学术严谨性和内容深度充满信心。我特别希望能在这本书中找到关于如何利用生物体的自我修复、自我组织等特性来设计和制造新型电子器件的阐述。想象一下，能够自主生长的电子元件，或是能够根据环境变化调整自身功能的纳米机器人，这听起来就像科幻小说里的情节，但或许在不久的将来就能成为现实。我还对生物启发式计算和逻辑门的研究很感兴趣，生物体内部已经进化出了极为高效的计算和信息处理机制，如何将这些机制转化为电子系统，这无疑是巨大的挑战和机遇。此外，我也希望书中能涉及一些关于生物兼容性电子材料的讨论，毕竟，任何植入人体或与生命体密切接触的电子设备，其安全性和稳定性都是至关重要的考量因素。这本书能否为我揭示这些前沿问题的答案，并指明未来的发展方向，我对此充满期待。

评分☆☆☆☆☆

这本《生物纳米电子学》的书名就足够吸引人了，充满了未来科技感。我一直对生物与电子的交叉领域非常感兴趣，总觉得这里面蕴藏着无限的可能。纳米技术的发展更是让人惊叹，微观世界的精妙运作，结合生物体的强大功能，再加上电子学的精密控制，光是想想就觉得是一场革命。这本书的作者D.Dragoman，这个名字听起来就很有学术范儿，科学出版社的出版也意味着内容的严谨性和专业性。我希望这本书能够深入浅出地介绍生物纳米电子学的基本概念、核心技术以及它在各个领域的应用前景。比如，我非常好奇生物传感器是如何工作的，它能不能实现对疾病的早期预警？或者，生物电子学在神经科学领域有什么突破性的进展，比如直接通过电子信号与大脑互动？我还想了解，未来的生物纳米电子学将如何影响我们的日常生活，是否会有更智能的医疗设备，更高效的能源转化方式，甚至能够增强人类自身的能力？我对这本书的期待，不仅仅是知识的获取，更是对未来世界图景的想象和憧憬。我希望它能为我打开一扇了解这个前沿科学领域的大门，让我能够更清晰地看到生物与电子融合的无限潜能，也为我的个人研究或学习方向提供一些新的灵感和启示。