电分析化学与生物传感技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学出版社

作者:鞠熀先

出品人:

页数:590

译者:

出版时间:2006-4

价格:60.00元

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isbn号码:9787030169129

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• 化学
• 分析化学
• 电化学
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• 生命科学

《电分析化学与生物传感技术》是一本深入探讨电化学分析方法在生命科学领域应用的书籍。本书旨在为读者提供一个全面而系统的知识框架，理解电分析化学的基本原理，掌握其在生物分子检测、疾病诊断、环境保护以及药物研发等关键领域的创新应用。 第一章：电分析化学基础 本章将从电化学的基石出发，系统梳理电分析化学的核心概念。我们将首先回顾电化学的基本定律，包括法拉第电解定律，并深入探讨电极反应的机理，如氧化还原反应的电子转移过程。随后，章节将聚焦于电化学的测量技术，详细介绍不同类型的电化学电池，如原电池和电解电池，以及它们在分析中的作用。 在电极界面现象方面，我们将深入剖析双电层结构，理解其对电极反应速率和分析信号的影响。电荷传递、质量传递等过程也将被详细阐述，为理解后续的分析技术打下坚实基础。 本章还将详细介绍各种电化学测量方法，包括： 电位法 (Potentiometry): 介绍能斯特方程及其应用，离子选择性电极（ISEs）的设计原理、性能评价和常见应用，如pH测量、离子浓度测定等。 伏安法 (Voltammetry): 详细阐述循环伏安法（CV）、线性扫描伏安法（LSV）、方波伏安法（SWV）、差分脉冲伏安法（DPV）等不同伏安技术的基本原理、实验操作以及它们在定性、定量分析中的优势。 安培法 (Amperometry): 讲解恒电位安培法，包括电解池的构建、电流-电压曲线的解读，以及其在酶传感器和电化学发光传感器中的应用。 电导法 (Conductometry): 介绍电导率与离子浓度的关系，以及其在溶液成分分析和水质监测中的应用。 阻抗谱法 (Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS): 深入探讨EIS的原理，包括阻抗的频率依赖性、等效电路模型，以及其在界面研究、腐蚀监测和电池性能评估中的价值。 此外，本章还将探讨电极材料的选择和制备，包括金属电极、碳基电极（如玻碳电极、碳纳米管）、修饰电极等，以及它们对分析性能的影响。电极表面的修饰技术，如聚合物膜、纳米材料沉积、自组装单分子层（SAMs）等，也将被重点介绍，强调它们在提高选择性、灵敏度和稳定性方面的作用。 第二章：生物传感技术原理与构建 本章将聚焦于生物传感技术的构建要素和工作原理。生物传感器是将生物识别元件与信号转换器相结合的装置，能够对特定分析物进行高选择性和高灵敏度的检测。 2.1 生物识别元件 (Biorecognition Elements) 我们将详细介绍各种常用的生物识别元件，并探讨它们的特性与选择依据： 酶 (Enzymes): 阐述酶催化反应的特点，如高度特异性、高效性。介绍固定化酶的技术，如包埋法、共价键合法、吸附法，以及固定化对酶活性的影响。我们将重点讨论一些关键酶在生物传感器中的应用，例如葡萄糖氧化酶（GOx）用于葡萄糖检测、乙醇脱氢酶（ADH）用于乙醇检测等。 抗体 (Antibodies): 介绍抗体-抗原相互作用的高度特异性。讨论单克隆抗体和多克隆抗体的区别，以及在生物传感器设计中的应用。我们将介绍免疫传感器的基本构建，以及标记技术（如酶标记、荧光标记）在信号放大中的作用。 核酸 (Nucleic Acids): 讲解DNA和RNA的特异性杂交原理。介绍DNA适配体（Aptamers）作为新型核酸识别元件的优势，如制备容易、稳定性高、可重复合成等，以及它们在小分子、蛋白质和细胞检测中的应用。 细胞和微生物 (Cells and Microorganisms): 介绍使用活细胞或微生物作为识别元件的原理，如利用细胞代谢产物的变化或细胞对特定物质的响应。 受体 (Receptors): 介绍生物体内的特异性受体，如激素受体、神经递质受体，以及如何将其用于特异性检测。 2.2 信号转换器 (Transducers) 本章将重点关注如何将生物识别事件转化为可测量的物理或化学信号，特别是电化学信号转换器： 电化学转换器: 这是本书的核心内容之一。我们将详细介绍不同类型的电化学转换器，包括： 安培型传感器 (Amperometric Sensors): 重点分析酶传感器中，酶促反应产生的电活性物质（如H₂O₂、O₂、NADH）的氧化还原电流信号。讨论如何优化电极材料、工作电位以及固定化技术以提高灵敏度和选择性。 伏安型传感器 (Voltammetric Sensors): 讲解如何利用伏安技术检测生物分子在电极表面的氧化还原信号，以及其在检测DNA、蛋白质等大分子中的应用。 电位型传感器 (Potentiometric Sensors): 介绍基于电位变化的生物传感器，如pH传感器、离子传感器，以及集成生物识别元件后的应用。 电导型传感器 (Conductometric Sensors): 讨论基于溶液电导率变化的生物传感器，例如检测酶促反应消耗或产生的离子。 电化学阻抗传感器 (Electrochemical Impedance Sensors): 介绍如何利用EIS检测生物分子与电极表面相互作用引起的界面阻抗变化，例如检测DNA杂交、抗体-抗原结合。 其他转换器 (简述): 为了提供更全面的视角，本章也会简要介绍其他类型的生物传感器转换器，包括光学传感器（如荧光、比色）、压电传感器、热传感器等，并对比它们与电化学传感器的优势和劣势。 2.3 生物传感器构建策略 本章还将深入探讨构建高性能生物传感器的关键策略： 固定化技术: 详细讨论各种生物识别元件的固定化方法，包括物理吸附、共价键合、交联、包埋等，以及它们对生物活性、稳定性和响应时间的影响。 信号放大策略: 介绍提高传感器灵敏度的各种信号放大技术，例如使用纳米材料（如纳米粒子、纳米线）作为催化剂或信号载体，利用酶联免疫吸附试验（ELISA）的原理，或者采用多步反应放大信号。 电极材料与表面修饰: 再次强调电极材料的选择和表面功能化的重要性，包括导电性、比表面积、生物相容性等。详细介绍纳米材料（如金纳米粒子、碳纳米管、石墨烯）和导电聚合物在修饰电极中的应用，以及它们如何影响电极的电子转移效率和信号响应。 微流控与集成化: 介绍微流控技术在生物传感器中的应用，如何实现样品的小体积处理、多点检测和快速响应。探讨生物传感器与微电子技术、微机械技术的集成化趋势，以实现便携式、多功能的检测平台。 第三章：电分析化学在生物传感中的应用 本章将通过具体的应用案例，展示电分析化学在生物传感领域强大的实力和无限的潜力。 3.1 医疗诊断与健康监测 血糖监测: 详细阐述基于葡萄糖氧化酶的电化学葡萄糖传感器，包括其工作原理、电极设计、性能优化以及在连续血糖监测（CGM）系统中的应用。 疾病标志物检测: 介绍如何利用电化学免疫传感器检测肿瘤标志物（如CEA、AFP）、心血管标志物（如肌钙蛋白）、炎症标志物（如C反应蛋白）等，以及电化学方法在提高检测灵敏度和速度方面的优势。 病原体检测: 探讨利用核酸探针（DNA/RNA）或抗体固定化的电化学传感器检测细菌、病毒等病原体的策略，以及其在食品安全和传染病预警中的作用。 基因诊断: 介绍基于DNA杂交的电化学基因传感器，用于检测特定的基因突变、基因分型，以及在遗传性疾病诊断和个性化医疗中的应用。 药物检测与药物代谢研究: 探讨电化学方法在药物浓度监测、药物代谢产物分析以及药物体内动力学研究中的应用。 3.2 环境监测与食品安全 污染物检测: 介绍电化学传感器在水体、土壤中重金属离子（如Pb²⁺, Cd²⁺, Hg²⁺）、农药残留、有机污染物等检测中的应用。 食品安全检测: 探讨电化学传感器在检测食品中的非法添加剂、微生物毒素、过敏原等方面的应用。 水质监测: 介绍基于电化学原理的水质参数（如pH、溶解氧、氨氮）的实时监测系统。 3.3 生物技术与药物研发 酶活性分析: 介绍如何利用电化学方法实时监测酶的催化活性，为酶工程和生物催化研究提供工具。 受体-配体相互作用研究: 探讨电化学传感器在研究蛋白质-蛋白质相互作用、抗原-抗体结合动力学等方面的应用。 细胞信号转导研究: 介绍利用电化学方法监测细胞内关键物质（如NO, H₂O₂）的动态变化，研究细胞信号通路。 高通量筛选: 探讨电化学微阵列技术在药物筛选、化合物库评价等方面的应用，实现高效、快速的分析。 3.4 其他新兴应用 可穿戴式与植入式生物传感器: 介绍未来发展趋势，将生物传感器集成到可穿戴设备和植入式系统中，实现连续、无创或微创的健康监测。 体外诊断 (IVD) 平台: 探讨电化学生物传感器在开发低成本、便携式体外诊断设备中的潜力，推动基层医疗和远程医疗的发展。 生物电子学: 简要介绍生物传感器与电子器件的接口技术，以及在生物电子学领域的潜在应用。 第四章：电分析化学与生物传感技术的未来展望 本章将对电分析化学与生物传感技术未来的发展方向进行展望，重点关注技术创新、应用拓展和面临的挑战。 高性能化: 讨论如何通过新型纳米材料、智能材料的设计，以及先进的电极制备技术，进一步提高传感器的灵敏度、选择性、稳定性和响应速度。 多功能化与集成化: 展望开发能够同时检测多种分析物的多通道传感器，以及将生物传感器与微流控、信息技术、人工智能等进行深度集成，构建智能化的分析平台。 微型化与便携化: 探讨开发微型化、低功耗的便携式生物传感器，使其能够广泛应用于现场检测、个人健康管理等领域。 智能化与自动化: 预测未来生物传感器将具备更强的智能化处理能力，能够自动完成样品预处理、信号分析、数据解读，甚至自主决策。 绿色与可持续发展: 关注开发环境友好型的传感器材料和制备方法，以及降低能源消耗和废弃物产生。 生物相容性与体内应用: 讨论如何进一步提高传感器的生物相容性，使其能够安全地应用于体内检测和长期监测。 标准化与商业化: 探讨如何推动电分析化学生物传感技术的标准化进程，加速其从实验室研究走向市场应用。 伦理与社会影响: 简要提及在应用过程中可能出现的伦理问题和数据隐私等社会影响。 本书的编写力求理论与实践相结合，既有严谨的科学原理阐述，也有丰富的前沿研究进展和应用实例分析。通过阅读本书，读者将能够深刻理解电分析化学作为一种强大而灵活的分析工具，在构建高效、灵敏、特异的生物传感器方面发挥的核心作用，并能够把握该领域未来的发展脉络。

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这本书的案例分析部分，简直是为实战派读者量身打造的宝库。它没有停留在空泛的理论陈述，而是精选了多个具有代表性的实际应用场景进行深入剖析。每一个案例都包含了详细的实验设计思路、关键参数的选择依据，乃至于常见问题的排查指南。我特别留意了其中关于新型电化学传感器构建的章节，作者详尽地展示了从材料选择到器件优化的全过程，每一步的决策逻辑都交代得清清楚楚，逻辑链条完整到令人信服。这对于我目前正在进行的一个项目来说，提供了极其宝贵的参考价值，它不仅仅是一本“教你做什么”的书，更是“教你如何像科学家一样思考和决策”的指南手册。

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这本书的语言风格非常独特，它成功地在保持高度学术严谨性的同时，避免了传统教材那种令人望而生畏的晦涩难懂。作者似乎拥有将复杂概念“翻译”成易于理解的白话文的魔力，大量的比喻和生活化的实例被巧妙地穿插在专业的术语解释之中。比如，在讲解某种复杂的电化学反应动力学时，作者并没有陷入无休止的公式推导，而是用一个类比，一下子点亮了困扰我已久的思维盲点。这种“润物细无声”的教学艺术，让学习过程充满了探索的乐趣而非枯燥的记忆。它真正体现了“授人以渔”的教育精髓，教会我们如何思考问题，而不是简单地提供标准答案。

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我必须强调一下这本书的参考文献和拓展阅读部分的详尽程度。在一个快速迭代的科技领域，一本优秀的学术著作必须能将读者导向最新的前沿信息。这本书的注释系统做得非常专业，引用的文献不仅数量庞大，而且时效性极强，很多都是近几年发表在高影响力期刊上的成果。更难能可贵的是，它为每一章末尾都附上了“进阶探索建议”，清晰地指明了当前研究的热点和未来可能的研究方向。这使得这本书的价值远远超出了其作为一本教材的范畴，它俨然成了一张通往该领域最尖端研究的“导航地图”，激励着读者不断挑战知识的边界，保持学习的热情和对未知的敬畏之心。

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这本书的装帧设计实在让人眼前一亮，封面那简洁的黑白灰配色，透露出一种沉稳而专业的学术气息，让人忍不住想翻开它，探索其中深邃的知识海洋。内页的排版也十分考究，字体大小适中，行间距把握得恰到好处，即便是长时间阅读，眼睛也不会感到明显的疲劳。纸张的质感上乘，触摸起来有一种温润的触感，显示出出版方在细节上的精益求精。尤其值得称赞的是，书中的图表和插图部分，线条清晰，色彩运用得当，很多复杂的仪器结构和实验流程图，通过这些精美的视觉呈现，变得异常直观易懂。我个人对这种注重用户体验的学术书籍设计非常欣赏，因为它极大地提升了阅读的愉悦感和学习的效率，让人感觉捧着的不仅仅是一本教科书，更像是一件精心打磨的艺术品。

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初读这本书的目录时，我就被其内容的广度和深度所震撼。它仿佛构建了一个宏大而精密的知识体系，从基础的理论基石，到前沿的研究方向，层层递进，逻辑严密。章节之间的过渡处理得非常自然流畅，不会有那种生硬的跳跃感，就好像一位经验丰富的导师，耐心地引导着学习者一步步深入晦涩的领域。特别是其中对于某些经典实验方法的原理阐述，不仅详尽地回顾了其发展历程，更深入剖析了其背后的物理化学基础，这种溯源性的讲解方式，极大地帮助我建立起扎实的理论框架。这种编排方式，对于初学者来说是绝佳的入门向导，而对于资深研究者而言，则是一次绝佳的系统梳理与查漏补缺的机会，可见作者在受众定位上的深思熟虑。

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