Advanced Concepts in Fluorescence Sensing pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Geddes, Chris D. (EDT)/ Lakowicz, Joseph R. (EDT)

出品人:

页数:342

译者:

出版时间:2005-06-28

价格:USD 175.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780387233345

丛书系列:

图书标签:

• 荧光传感
• 生物传感
• 化学传感
• 分析化学
• 光学传感器
• 荧光光谱
• 分子探针
• 生物医学工程
• 环境监测
• 纳米材料

光学传感与分子识别的前沿探索 图书名称： 暂定为《光谱成像技术在生物医学诊断中的应用进展》 内容简介： 本书汇集了当代光学传感和分子识别领域最前沿的研究成果与技术进展，聚焦于如何利用先进的光学手段，特别是光谱成像技术，实现对复杂生物体系中特定分子、离子或结构的高灵敏度、高特异性实时监测与定量分析。全书系统性地阐述了从基础理论到实际应用的跨学科知识体系，旨在为生物医学工程、分析化学、材料科学以及临床诊断研究人员提供一本深入而实用的参考书。 本书内容结构严谨，分为六个主要部分，共计二十章，详细涵盖了以下核心领域： --- 第一部分：新型荧光探针的设计与合成策略 本部分深入探讨了用于生物成像和传感的荧光分子探针的最新发展。重点关注了如何通过精细的分子工程设计，赋予探针特定的响应机制和优异的光物理性质。 第一章：基于构象变化的智能荧光探针 本章详细分析了“关闭-开启”（Off-On）和“反向开启-关闭”（On-Off）型探针的设计原理，特别是针对环境敏感性（如粘度、极性变化）的探针。讨论了如何利用分子内电荷转移（ICT）、激发态分子内质子转移（ESIPT）等机制，实现对目标分析物的高度选择性响应。重点介绍了靶向细胞器或特定生物大分子（如蛋白质、核酸）的构象敏感探针的合成路径和应用案例。 第二章：化学激活型（Chemosensor）探针的构建 重点介绍了利用特异性化学反应来实现分子识别的探针系统。这包括对特定酶活性、活性氧物种（ROS）、活性氮物种（RNS）以及金属离子（如Zn$^{2+}$, Cu$^{2+}$, Hg$^{2+}$）的高选择性识别。深入剖析了光诱导电子转移（PET）、分子内淬灭（PET-quenching）以及异构化反应在探针设计中的应用，并对比了不同反应模式的响应速度和量子产率。 第三章：靶向成像与生物相容性考量 本章探讨了如何将光学探针有效地递送到活细胞或活体组织中。内容涵盖了靶向配体的选择、纳米载体的构建（如脂质体、高分子胶束），以及探针在生理条件下的光稳定性、毒理学评估和生物降解性。强调了开发具有“双功能”（成像与治疗）特性的新型探针的挑战与机遇。 --- 第二部分：先进光谱成像技术原理 本部分详细介绍了实现高分辨率、高灵敏度成像所需的关键光学技术，为探针的有效应用奠定理论基础。 第四章：时间分辨荧光技术（TRF） 系统阐述了时间分辨荧光光谱的基本原理，包括荧光寿命成像显微术（FLIM）的理论基础、数据采集与处理方法。重点对比了直-FLIM和反-FLIM技术的优缺点，并展示了如何利用荧光寿命作为“内在标签”，克服传统强度成像中背景信号和光漂白带来的干扰，实现更精确的定量分析。 第五章：超分辨光学显微技术在分子分析中的应用 深入讨论了如何突破衍射极限，实现对细胞内分子组分和动态过程的纳米尺度观察。详细介绍了STED（受激发射损耗）、PALM/STORM（光激活定位显微）等技术的物理基础，以及它们如何结合新型荧光探针，用于解析蛋白质聚集体、突触结构等复杂生物界面的分子组织。 第六章：多光谱与高光谱成像系统 本章聚焦于如何从空间和光谱维度同时获取信息。详细介绍了多光谱相机（CCD/CMOS）和图像配准技术。更进一步，深入探讨了高光谱成像（HSI）在组织病理学和功能性血液动力学监测中的应用潜力，包括如何通过解卷积算法从混合光谱信号中提取单一组分信息。 --- 第三部分：生物医学诊断中的定量传感 本部分侧重于将前沿的光学传感技术转化为具有临床潜力的定量诊断工具，尤其关注早期疾病标志物的检测。 第七章：细胞内离子稳态的实时监测 详细介绍了利用光纤和分子探针技术，实时监测细胞内pH值、钙离子（Ca$^{2+}$）和镁离子（Mg$^{2+}$）浓度的先进方法。讨论了如何设计对不同亚细胞区室（如线粒体、内质网）具有特异性的离子探针，以及这些监测数据如何揭示细胞凋亡、能量代谢紊乱等病理过程。 第八章：酶活性与生物标志物的活体检测 本章探讨了基于“底物-探针”策略对特定酶（如蛋白酶、酯酶、氧化酶）活性的高灵敏度检测。案例分析集中在癌症、炎症和神经退行性疾病的诊断标志物上，如基质金属蛋白酶（MMPs）和活性氧物种（ROS）的即时成像分析。 第九章：液态活检中的外泌体与核酸传感 关注了在血液、尿液等体液中对极低浓度生物标志物的检测。详细介绍了免疫荧光分析（IFA）与微流控芯片相结合的技术，用于捕获和分析循环肿瘤细胞（CTCs）和外泌体。同时，讨论了基于核酸适配体（Aptamer）的荧光传感器在快速、便携式核酸检测中的前景。 --- 第四部分：新型光学材料与传感界面 本部分关注于传感器的物理载体和材料科学基础，以提高传感器的稳定性、可穿戴性和体内长期性能。 第十章：基于无机纳米材料的增强型传感器 探讨了量子点（QDs）、上转换纳米粒子（UCNPs）和贵金属纳米结构（如金纳米棒、等离激元结构）在荧光增强和生物成像中的应用。重点分析了如何利用表面等离激元共振（SPR）效应来显著提高检测灵敏度，以及如何钝化无机纳米粒子的表面以减少非特异性吸附和光淬灭。 第十一章：可穿戴与植入式生物光子器件 聚焦于将传感元件集成到柔性或可穿戴设备中的工程挑战。内容涵盖了透明电子学、光纤传感器的小型化设计，以及如何实现对汗液、泪液等体表分泌物的连续、无创监测。 第十二章：光敏化剂与光动力/光声成像的耦合 讨论了如何利用具有荧光特性的光敏化剂，实现光动力治疗（PDT）疗效的实时监测。同时，将荧光信号与光声（Photoacoustic, PA）成像技术结合，利用光吸收的优势，实现深层组织中探针的定量追踪。 --- 第五部分：数据处理与计算成像 本部分旨在弥合实验数据获取与临床转化之间的鸿沟，介绍先进的信号处理和可视化方法。 第十三章：背景抑制与信号增强算法 详细阐述了用于去除自发荧光、光漂白效应和散射背景的数字图像处理技术。包括主成分分析（PCA）在光谱解混中的应用，以及傅里叶域滤波在高维数据分析中的优化。 第十四章：深度学习在分子成像中的应用 探讨了卷积神经网络（CNNs）在图像去噪、目标识别和三维重建中的前沿应用。重点介绍了如何利用深度学习模型，自动识别和量化细胞内微小结构中的探针聚集体，以提高诊断的一致性和效率。 第十五章：定量相干断层扫描（OCT）与生物学信息提取 系统介绍了OCT技术的基本原理、多通道OCT（MM-OCT）的发展，以及如何利用相位信息和散射信息来评估组织微结构和血流动力学变化，作为对分子探针成像的有效补充。 --- 第六部分：临床转化与未来展望 本书的最后部分将视角投向实验室成果的临床落地，探讨标准化、法规遵从性以及未来技术融合的方向。 第十六章：体内荧光成像的技术限制与优化 分析了活体动物模型中光信号衰减、组织深度限制等关键挑战。探讨了近红外II区（NIR-II）窗口成像技术的优势，以及如何开发在该波段具有高量子产率的探针，以实现更深层次的组织可视化。 第十七章：体外诊断（IVD）的快速检测平台 关注了微流控芯片与集成光学器件相结合的“芯片实验室”（Lab-on-a-Chip）技术，用于快速、大规模地筛选生物标志物，特别是针对传染病和自身免疫性疾病的即时检测（POCT）系统。 第十八章：标准化与可重复性：从研究到临床的桥梁 讨论了光学传感实验中参数（如光照强度、采集时间、探针浓度）的标准比对方法，以及如何构建可溯源的质量控制流程，以确保跨实验室结果的可比性和临床验证的可靠性。 第十九章：多模态成像的集成与协同诊断 探讨了将高分辨率光学传感与更具深度穿透能力的模态（如PET、MRI）进行空间和时间上的配准与融合，以提供互补信息的集成诊断策略。重点分析了数据融合的算法挑战与生物学意义。 第二十章：新兴光遗传学与化学遗传学在传感中的启示 展望了光遗传学工具对新型光控传感器的设计带来的启发，以及化学遗传学如何为靶向特定细胞群提供新的标记策略，预示着未来个性化医疗中传感技术的发展方向。 --- 本书内容深入浅出，论述详实，图表丰富，是光学传感与生物医学交叉领域研究人员不可或缺的工具书。它不仅梳理了当前的技术前沿，更指明了未来十年内解决生物传感难题的关键路径。

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