Intermediate Physics for Medicine And Biology pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Hobbie, Russell K./ Roth, Bradley J.

出品人:

页数:636

译者:

出版时间:2007-2

价格:$ 123.17

装帧:HRD

isbn号码:9780387309422

丛书系列:

图书标签:

• 物理学
• 医学物理
• 生物物理
• 应用物理
• 理工科
• 高等教育
• 教材
• 生命科学
• 医学
• 生物学

深入理解生命系统的物理学基础 一部面向生物医学和生命科学领域学生的权威教材 本书旨在为生物医学工程、生物物理学、医学物理学以及生命科学等相关领域的学生和研究人员提供一个全面而深入的物理学基础框架。它并非对特定教科书《Intermediate Physics for Medicine and Biology》的简单复述，而是构建了一个独立的、更侧重于现代生物学交叉领域的物理学视角。 第一部分：微观世界的结构与相互作用 本部分聚焦于理解生命系统在原子和分子尺度上的基本物理原理。我们从量子力学的基本概念出发，阐释原子结构、电子排布及其在化学键形成中的核心作用。 原子结构与光谱： 深入探讨氢原子模型、多电子原子光谱的精细结构，以及原子能级与光吸收、发射过程的定量关系。这为理解生物分子（如蛋白质、核酸）如何与电磁辐射（特别是紫外-可见光）相互作用提供了必要的物理基础。我们详细分析了斯塔克效应和塞曼效应在解析生物分子环境中的应用潜力。 分子间作用力： 详细阐述范德华力（偶极-偶极、偶极-诱导偶极、伦敦色散力）的起源和定量描述。重点讨论了氢键的电子结构基础、几何依赖性及其在水合作用、蛋白质折叠和DNA双螺旋稳定性中的关键地位。通过统计力学的方法，量化这些弱相互作用在决定生物大分子聚集态和功能状态中的贡献。 生物膜的物理化学： 从界面与胶体化学的角度，解析脂质双分子层的热力学稳定性、相变行为（如荧光标记的相变温度测量）以及渗透压平衡。引入德拜-休克尔理论来描述离子强度对膜电位和蛋白质-膜相互作用的影响。 第二部分：生物系统中的场与输运现象 生命过程本质上是高度有序的能量和物质输运过程。本部分将经典物理学的场论和输运理论应用于复杂的生物环境。 电磁场与生物介质： 系统回顾麦克斯韦方程组在各向异性、非线性介质（如活体组织）中的应用。重点分析生物组织（如骨骼、肌肉、神经）的介电常数、电导率随频率的变化（介电谱），为电生理学和医学成像（如生物电阻抗断层扫描，EIT）提供理论支撑。我们详细讨论了电场在细胞膜电位维持、离子通道激活中的作用机制。 扩散与渗透： 深入阐述Fick扩散定律的微分形式及其在不均匀介质中的推广。重点讨论通过细胞膜和组织间的物质交换过程，包括溶质梯度驱动的对流扩散和渗透压驱动的体相输运。运用爱因斯坦-史托克斯方程分析分子在细胞质高粘度环境中的布朗运动，以及分子标记的荧光漂白恢复（FRAP）实验的物理模型。 生物流体力学： 将Navier-Stokes方程应用于血液动力学。分析血液作为非牛顿流体（剪切稀化现象）的特性，讨论层流和湍流在血管系统中的转变。详细推导泊肃叶定律，并探讨动脉粥样硬化如何改变血管壁的力学应力分布和血流动力学参数。此外，讨论纤毛运动和鞭毛运动的流体力学机制。 第三部分：能量转换与热力学 生命系统是开放的、耗散的系统，其运作严格受制于热力学第二定律。本部分着重于将物理热力学应用于生物能量学。 生物热力学基础： 回顾吉布斯自由能、焓和熵在反应自发性判断中的应用。特别关注标准状态的定义在生物化学反应中的局限性，引入质量作用定律和化学势的概念来描述细胞内反应的驱动力。 酶促反应的动力学： 从反应速率理论的角度，分析米氏方程的物理意义，将其解释为活化能垒和分子碰撞频率的综合结果。讨论温度、pH值对酶活性影响的物理化学模型，以及酶催化如何通过降低反应的过渡态能垒来实现加速。 膜电位与离子泵： 运用Nernst方程和Goldman-Hodgkin-Katz (GHK) 方程，精确计算静息膜电位和动作电位的跨膜离子浓度梯度。从能量功的角度，分析Na+/K+ ATP酶如何利用水解自由能驱动离子反向跨膜运输，维持细胞的跨膜电化学势。 第四部分：生物成像与传感的物理基础 本部分聚焦于现代生命科学研究中依赖于先进物理技术的成像和测量方法。 光学成像原理： 深入探讨衍射极限、相干光与不相干光在生物组织中的传播特性。详细分析荧光共聚焦显微镜（Confocal Microscopy）的光学截面形成原理，以及全内反射荧光显微镜（TIRF）在膜表面事件观测中的优势。引入点扩展函数（PSF）和反卷积技术在提高成像分辨率中的物理基础。 X射线与核磁共振（NMR/MRI）： 分析X射线与高能光子与物质（原子、电子云）的相互作用截面（光电效应、康普顿散射），这是CT成像的物理基础。对于MRI，重点阐述拉莫尔进动、弛豫过程（T1和T2）的物理机制，以及梯度场如何编码空间信息，形成医学图像。 生物传感器的物理原理： 介绍基于表面等离子体共振（SPR）和光栅耦合原理的生物分子相互作用分析方法。讨论量子点、金纳米颗粒等纳米材料在生物标记和光热疗法中，其独特的等离激元共振吸收特性的物理起源。 本书力求以严谨的物理推导和直观的生物学应用相结合的方式，培养读者运用定量物理思维解决复杂生物问题的能力，是深入探索生命科学前沿领域不可或缺的理论工具。

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