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第一部分 界面体系1

1 生物相容性无机器件1

1.1 引言1

1.2 移植物涂层1

1.2.1 支架2

1.2.2 放射性粒子6

1.3 展望9

参考文献9

2 微流控与纳米技术：芯片实验室器件及其在纳米生物技术领域的潜在应用11

2.1 引言11

2.2 概述11

2.2.1 定义和历史11

2.2.2 微流控器件的优点12

2.2.3 微流控器件的概念12

2.2.4 流体输送14

2.2.5 组装和密封15

2.3 方法16

2.3.1 制作微流控器件中各部件的材料16

2.3.2 流控结构18

2.3.3 加工方法19

2.3.4 表面修饰19

2.3.5 点样21

2.3.6 检测方法21

2.4 展望22

参考文献23

3 蛋白质的微接触印刷26

3.1 引言26

3.2 在表面上印刷蛋白质的方法27

3.2.1 水凝胶印章接触操作法27

3.2.2 微接触印刷术28

3.2.3 亲和接触印刷术28

3.3 多肽和蛋白质的微接触印刷29

3.3.1 单一类型生物分子的印刷29

3.3.2 底板30

3.3.3 图案的分辨率和对比度32

3.4 生物分子印刷后的活性33

3.5 蛋白质印刷的类型35

3.5.1 加色与减色印刷35

3.5.2 多种蛋白质并行上墨和印刷36

3.5.3 亲和接触印刷37

3.6 方法38

3.6.1 模具和印章38

3.6.2 印章表面的化学性质39

3.6.3 上墨方法39

3.6.4 底板的处理39

3.6.5 印刷40

3.6.6 印刷图案的表征40

3.7 展望40

致谢41

参考文献41

4 细胞-纳米结构的相互作用44

4.1 概述44

4.2 方法46

4.3 展望53

参考文献54

5 体外高清晰的神经细胞网络56

5.1 介绍56

5.2 总论：背景和历史56

5.2.1 神经网络信息传递的生理学56

5.2.2 拓扑模型图案化57

5.2.3 化学图案化58

5.3 方法59

5.3.1 拓扑模型图案化59

5.3.2 光刻图案化59

5.3.3 光化学图案化59

5.3.4 微接触印刷图案化60

5.4 展望61

参考文献62

第二部分 基于蛋白的纳米结构62

6 S-层65

6.1 概述65

6.1.1 化学组成及结构66

6.1.2 遗传学和次级细胞壁聚合物68

6.1.3 组装69

6.2 方法71

6.2.1 诊断技术71

6.2.2 脂芯片72

6.2.3 S-层作为排列纳米颗粒的模板74

6.3 展望75

参考文献76

7 工程化的纳米孔79

7.1 综述79

7.1.1 什么是纳米孔79

7.1.2 设计制造纳米孔81

7.1.3 一个纳米孔能做什么83

7.1.4 纳米孔的潜在应用是什么85

7.1.5 保持纳米孔的构造精妙88

7.2 方法88

7.2.1 蛋白产品88

7.2.2 蛋白质工程89

7.2.3 电子记录90

7.2.4 其他系统90

7.3 展望90

7.3.1 粗糙的纳米孔90

7.3.2 被支撑的双分子层90

7.3.3 膜阵列91

7.3.4 新颖的蛋白孔92

7.3.5 具有新属性和应用的孔92

7.3.6 理论92

致谢93

参考文献93

8 基因方法实现程序组装97

8.1 引言97

8.2 混沌中的有序97

8.3 富集过程的监测99

8.4 结合的量化和特异性的标准101

8.5 非选择性和结晶／反应的控制102

8.6 功能性突变体的解释和显性特性102

8.7 相同序列的必要性和分析103

8.8 肽和蛋白的大小104

8.9 混合和匹配、融合蛋白和前后承接104

8.10 混合匹配和连接结构104

8.11 展望105

参考文献105

9 纳米粒子的微生物生产107

9.1 概述107

9.2 展望113

参考文献113

10 磁小体：细菌中的纳米磁性铁矿材料116

10.1 简介116

10.1.1 趋磁性细菌116

10.1.2 磁小体116

10.1.3 细胞磁偶极和趋磁性117

10.1.4 趋磁-趋氧性118

10.1.5 磁小体中的磁铁矿结晶119

10.1.6 磁小体中的硫铁矿结晶119

10.1.7 磁小体形成的生物化学和基因表达120

10.1.8 磁小体的应用121

10.2 研究方法121

10.3 结论和进一步的研究方向121

参考文献122

11 细菌视紫红质及其在技术应用领域中的前景124

11.1 引言124

11.2 概述：细菌视紫红质的分子性质124

11.2.1 嗜盐古菌及其视黄醛蛋白124

11.2.2 细菌视紫红质的结构和功能127

11.2.3 细菌视紫红质的基因学修饰130

11.2.4 细菌视紫红质的生物技术生产131

11.3 概述：细菌视紫红质的技术应用132

11.3.1 光电应用132

11.3.2 光色应用134

11.3.3 能量转化的应用138

11.4 方法138

11.5 展望139

参考文献139

12 聚合物纳米容器142

12.1 引言142

12.2 概述142

12.2.1 从生物技术中的脂质体到医疗领域中的纳米容器142

12.2.2 树状高分子143

12.2.3 逐层（LBL）沉积144

12.2.4 嵌段共聚物自组装146

12.3 渗透性可控的聚合物纳米容器148

12.3.1 嵌段高聚物-蛋白质复合体系148

12.3.2 刺激响应型纳米容器150

12.4 纳米颗粒膜152

12.5 生物材料与基因治疗152

12.6 展望154

参考文献154

13 工程环境中生物分子马达的操作157

13.1 概述157

13.2 方法161

13.2.1 运动分析的常用条件162

13.2.2 时间控制162

13.2.3 空间控制162

13.2.4 运输物和表面的连接164

13.3 展望165

致谢166

参考文献166

14 纳米粒子-生物材料杂化系统169

14.1 引言169

14.2 用作生物电子和生物传感用途的生物材料-纳米粒子系统170

14.2.1 以纳米粒子-酶杂合物为基础的生物电子系统171

14.2.2 基于纳米粒子的用于生物事件识别和传感的生物电子系统174

14.3 基于生物材料的纳米电路182

14.3.1 基于蛋白质的纳米电路183

14.3.2 以DNA为功能模板的纳米电路184

14.4 结论与展望187

致谢189

参考文献189

第三部分 基于DNA的纳米结构189

15 DNA-蛋白质纳米结构194

15.1 概述194

15.1.1 前言194

15.1.2 寡核苷酸-酶复合物195

15.1.3 结合蛋白的DNA复合物195

15.1.4 DNA-链霉亲和素非共价复合物197

15.1.5 多功能蛋白质组装200

15.1.6 DNA-蛋白质复合物在微芯片技术方面的应用202

15.2 方法204

15.2.1 核酸和蛋白质的偶联204

15.2.2 免疫PCR205

15.2.3 超分子组装205

15.2.4 DNA-定向固定化206

15.3 展望206

致谢207

参考文献207

16 DNA模板电子器件210

16.1 前言和背景210

16.2 DNA模板电子器件211

16.3 序列特异性分子印刷术214

16.4 总结和展望218

参考文献219

17 DNA-金属纳米导线和网络的仿生制造221

17.1 前言221

17.2 模板设计222

17.2.1 DNA用作生物分子模板222

17.2.2 DNA集成于微电子接触点阵223

17.2.3 DNA分岔结构用于形成网络225

17.3 金属化226

17.3.1 DNA模板上的受控成簇生长227

17.3.2 DNA金属化的第一原理分子动力学计算231

17.4 金属化DNA导线的电导率测定233

17.5 总结与展望235

17.6 方法236

17.6.1 DNA定点固定化236

17.6.2 DNA分岔结构237

17.6.3 DNA金属化237

致谢238

参考文献238

18 纳米生物空腔内的矿化：仿生铁蛋白用于高密度数据存储241

18.1 概述241

18.2 仿生铁蛋白242

18.3 高密度磁性数据存储243

18.4 方法244

18.5 结果245

18.6 展望247

参考文献247

19 DNA-金纳米粒子复合物250

19.1 概述250

19.1.1 前言250

19.1.2 纳米粒子251

19.1.3 DNA功能化的金纳米粒子251

19.1.4 基于纳米粒子的DNA和RNA检测分析253

19.1.5 蛋白质的DNA-纳米粒子检测：生物条码259

19.1.6 结论262

19.2 要点：方法和手段262

19.2.1 纳米粒子合成262

19.2.2 DNA功能基化的Au-NP探针的合成262

19.2.3 DNA目标“俘获”探针对芯片的功能基化264

19.2.4 典型的分析设计264

19.3 展望264

19.3.1 面临的挑战264

19.3.2 学术和商业应用265

参考文献266

20 DNA纳米结构用于力学和计算：生命中心分子的非线性思考268

20.1 概述268

20.2 前言268

20.3 DNA阵列271

20.4 DNA纳米机器273

20.5 基于DNA的计算275

20.6 总结及展望276

致谢277

参考文献277

21 纳米颗粒用作非病毒转染剂279

21.1 基因传递简介279

21.2 药物和基因靶向用纳米粒子280

21.3 开发和测试中的非病毒型纳米材料281

21.3.1 壳聚糖281

21.3.2 脂质体和固体脂质286

21.3.3 聚L-赖氨酸和聚乙烯亚胺290

21.3.4 聚（乳酸-co-乙醇酸）291

21.3.5 硅胶292

21.3.6 嵌段共聚物293

21.4 非病毒系统在提高特异性细胞吸收方面的挫折和策略294

21.5 非病毒纳米材料的展望295

致谢296

参考文献296

第四部分 纳米分析学296

22 用于生物标记的荧光量子点300

22.1 概述300

22.2 方法303

22.3 展望305

参考文献306

23 纳米粒子的分子标记309

23.1 前言309

23.2 免疫金银染色法：历史310

23.3 被结合的荧光剂和金探针311

23.4 方法312

23.4.1 金和AMG类型的选择312

23.4.2 碘化313

23.4.3 灵敏度314

23.5 在显微镜检测抗原中的应用314

23.6 核酸序列的检测315

23.7 在显微镜检测核酸中的应用316

23.8 技术指导方针和实验室操作规程317

23.9 其他生物分子的金衍生物317

23.9.1 蛋白质标记317

23.9.2 金簇标记的多肽318

23.9.3 其他小分子的金簇偶联体319

23.9.4 金-脂质：金属脂质体319

23.10 更大的共价连接的粒子标记物320

23.11 标记到组氨酸标签上的金321

23.12 酶金相学322

23.13 金簇纳米晶体323

23.14 金簇-寡核苷酸偶联体：在纳米技术中的应用323

23.14.1 DNA纳米线324

23.14.2 具有三维纳米结构的矿物化生物材料324

23.14.3 金猝灭的分子灯泡325

23.15 其他金属簇标记物326

23.15.1 铂和钯326

23.15.2 钨326

23.15.3 铱328

致谢330

参考文献330

24 表面生物学：应用原子力显微镜与分子拉伸（Molecular Pulling）技术研究生物分子结构340

24.1 引言340

24.2 近期研究成果341

24.2.1 DNA341

24.2.2 蛋白质343

24.2.3 化石344

24.2.4 Science和Nature344

24.3 方法学347

24.3.1 探针348

24.3.2 样品349

24.4 前景349

24.4.1 一致性还是多样性349

24.4.2 全球化的研究350

参考文献350

25 力谱355

25.1 引言355

25.1.1 特异生物分子键的动态力谱356

25.1.2 细胞膜的力谱和力显微镜研究358

25.1.3 蛋白质（解）折叠359

25.1.4 单分子聚合物的弹性力学361

25.1.5 DNA力学364

25.1.6 DNA-蛋白质相互作用365

25.1.7 分子马达366

25.1.8 合成的功能聚合物367

25.2 方法367

25.2.1 AFM微悬臂368

25.2.2 微针369

25.2.3 光镊369

25.2.4 磁镊370

25.2.5 细胞膜力探针371

25.3 展望372

致谢372

参考文献372

26 用于表面增强拉曼散射和表面等离子共振的生物功能化纳米粒子377

26.1 概述377

26.1.1 前言377

26.1.2 在SPR中的应用378

26.1.3 在SERS中的应用380

26.2 方法385

26.2.1 平板SPR基材制备385

26.2.2 金属纳米粒子385

26.2.3 生物偶联体386

26.2.4 总体评价386

26.3 展望386

参考文献387

27 生物偶联的氧化硅纳米粒子在生物分析中的应用390

27.1 概述390

27.2 方法391

27.2.1 构建391

27.2.2 粒子探针392

27.2.3 氧化硅材料的生物功能化394

27.2.4 氧化硅纳米粒子的生物分析应用396

27.3 展望399

致谢399

参考文献399

主题词索引402