太赫兹技术及其生物学应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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府伟灵，罗阳 编

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• 太赫兹技术
• 太赫兹生物医学
• 生物医学工程
• 光谱学
• 生物成像
• 无损检测
• 电磁波
• 生物物理学
• 医学物理学
• 传感器

出版社： 人民卫生出版社

ISBN：9787117242219

版次：1

商品编码：12202910

包装：精装

开本：16开

出版时间：2017-05-01

用纸：胶版纸

页数：356

字数：560000

正文语种：中文

内容简介

　　《太赫兹技术及其生物学应用》从理论基础到实际运用研究，覆盖了分子、细胞和组织多个生命科学层次的太赫兹光谱和太赫兹成像技术的生物医学运用现状。
　　《太赫兹技术及其生物学应用》由四篇组成：第1篇详细介绍了太赫兹硬件技术的发展，包括太赫兹源、检测器的发展历史和常用太赫兹系统介绍；第二篇总结了太赫兹光谱技术在生物医学中的应用，本部分的六章分别介绍了在核酸、氨基酸／多肽、蛋白质、碳水化合物、细胞和组织的不同生物样本中的具体运用；第三篇介绍了太赫兹成像的生物医学应用，包括其在乳腺肿瘤、皮肤肿瘤、胃肠道肿瘤和其他类型样本的运用，并对近年来新型太赫兹生物医学成像技术例如分子成像、断层扫描、近场成像等进行了简要的介绍；第四篇讨论了太赫兹辐射的生物学效应，从个体、组织、细胞和分子的多个生命科学层次进行了详细的介绍。

内页插图

目录

第一篇 太赫兹硬件技术的发展
第一章 太赫兹源和探测器
第一节 太赫兹源
一、飞秒激光器
二、生物医学研究的常用太赫兹源
三、其他太赫兹源
第二节 太赫兹探测器
一、太赫兹光谱探测
二、太赫兹直接探测
第二章 太赫兹系统
第一节 透／反射式时域光谱成像系统
第二节 单频太赫兹源成像系统
第三节 超分辨成像系统
第三章 太赫兹光谱检测原理与前沿技术
第一节 太赫兹光谱检测原理
一、太赫兹时域光谱技术
二、傅里叶变换红外光谱测量技术原理
第二节 太赫兹光谱检测前沿技术之光谱灵敏探测
一、基于长程气体池的超灵敏探测
二、基于表面等离子体共振的超灵敏探测
第四章 太赫兹成像分析原理与前沿技术
第一节 太赫兹成像原理
一、光学成像原理简介
二、太赫兹2D成像
三、太赫兹3D成像
第二节 太赫兹成像前沿技术之超衍射分辨太赫兹光谱成像技术
一、基于孔径光阑的太赫兹近场扫描显微成像技术
二、波导、动态孔径光阑和准孔径光阑
三、无孔径太赫兹近场扫描显微成像技术

第二篇 太赫兹光潜技术在生物医学中的应用
第一章 太赫兹光谱技术在核酸检测中的应用
第一节 生物分子太赫兹吸收谱模拟方法
第二节 核酸分子基本单元的太赫兹光谱定性研究
一、碱基及其核苷的太赫兹时域光谱
二、碱基衍生物、核苷衍生物的太赫兹时域光谱
三、核糖、脱氧核糖的太赫兹时域光谱
四、腺嘌呤富马酸共晶体的太赫兹时域光谱
第三节 核酸分子基本单元的太赫兹光谱定量研究
一、次黄嘌呤及其核苷的定量分析
二、胞嘧啶和异胞嘧啶的定量分析
三、核苷和脱氧核苷的定量分析
第四节 DNA水溶液的太赫兹介电性质研究
一、水的太赫兹介电性质
二、DNA水溶液的太赫兹介电性质
第五节 核酸分子的太赫兹光谱研究
一、核酸的结合态检测
二、核酸的序列分析
三、核酸的定量分析
四、基因点突变检测
五、与药物相互作用的监测
第二章 太赫兹光谱技术在氨基酸和多肽检测中的应用
第一节 氨基酸与多肽的简介
一、氨基酸的分类及其临床意义
二、多肽的分类及其临床意义
第二节 现有光谱技术与太赫兹光谱技术
一、紫外-可见分光光度法
二、红外光谱法
三、分子荧光光度法
四、原子吸收法
五、原子发射光谱分析法
六、原子荧光光谱分析
七、拉曼光谱
八、太赫兹光谱的优势
……

第三篇 太赫兹成像的生物医学应用
第四篇 太赫兹辐射的生物学效应

前言/序言

　　太赫兹波是指频率为0.1～10THz，位于红外和微波之间的电磁波，是宏观电子学向微观光子学过渡的波段。近年来，随着THz波的产生、检测技术逐渐成熟和应用领域的极大拓展，THz技术的研发和应用方向已经发生了广泛而深刻的变化。由于其独特的电磁波特性，太赫兹研究工作的关注焦点除天文学、通讯、化学和国防安全等之外，近年来已转移到生物学应用中。由于生物大分子之间／内的弱相互作用力（氢键、范德华力）、骨架振动和偶极子旋转等正好处于THz频谱范围内，并且太赫兹脉冲具有良好的时间分辨率（皮秒量级），使得太赫兹光谱技术和太赫兹成像技术近年来在生物医学中的研究工作广泛开展，是当前受到极大重视的交叉前沿学科。
　　本书从理论基础到实际运用研究，覆盖了分子、细胞和组织多个生命科学层次的太赫兹光谱和太赫兹成像技术的生物医学运用现状。本书由四篇组成：第一篇详细介绍了太赫兹硬件技术的发展，包括太赫兹源、检测器的发展历史和常用太赫兹系统介绍；第二篇总结了太赫兹光谱技术在生物医学中的应用，本部分的六章分别介绍了在核酸、氨基酸／多肽、蛋白质、碳水化合物、细胞和组织的不同生物样本中的具体运用；第三篇介绍了太赫兹成像的生物医学应用，包括其在乳腺肿瘤、皮肤肿瘤、胃肠道肿瘤和其他类型样本的运用，并对近年来新型太赫兹生物医学成像技术例如分子成像、断层扫描、近场成像等进行了简要的介绍；第四篇讨论了太赫兹辐射的生物学效应，从个体、组织、细胞和分子的多个生命科学层次进行了详细的介绍。
　　感谢在本书的写作过程中给予无私帮助和指导的专家学者。本书大量引用了他们的研究工作，感谢所有允许我们使用插图的同行们。

《太赫兹技术及其生物学应用》 内容简介 《太赫兹技术及其生物学应用》一书，深入探讨了太赫兹波这一介于微波与红外线之间的电磁波谱，在生命科学及医学领域的革命性应用。本书由多位在该领域拥有深厚造诣的科学家和研究人员联合撰写，旨在为读者提供一个全面、深入且前沿的知识体系，覆盖从太赫兹波的基本原理、产生与探测技术，到其在疾病诊断、药物研发、生物成像、组织工程等关键生物医学环节的创新应用。 第一部分：太赫兹技术的基石 本书的开篇，将系统性地介绍太赫兹技术的核心概念与发展历程。 太赫兹波的物理特性与成像原理： 详细阐述太赫兹波在频谱上的位置，其独特性质，如高穿透性（对于非金属、非极性物质）、低能量（对生物组织无害）、高光谱分辨率以及对水等极性分子的敏感性。深入剖析太赫兹成像的基本原理，包括透射成像、反射成像、相干成像等多种技术，并解释其如何利用物质对太赫兹波的吸收、反射和折射差异来实现无损、高分辨率的成像。 太赫兹波的产生与探测技术： 本部分将聚焦于构建太赫兹成像系统的关键技术。读者将了解到当前主流的太赫兹波源，例如半导体激光器（如量子级联激光器）、光电导天线、非线性光学晶体等，以及它们在产生不同频率和功率的太赫兹波方面的优势与局限。同时，详细介绍太赫兹波探测器的发展，包括电光采样探测器、热释电探测器、雪崩光电二极管等，并探讨它们在响应速度、灵敏度和探测带宽上的最新进展。 太赫兹光谱分析在生物分子识别中的应用： 本章节将重点介绍太赫兹光谱技术如何用于识别和分析生物分子。由于太赫兹波能够有效激发分子的低频振动模式，因此其光谱特征对于区分不同分子、特别是同分异构体具有独特的优势。本书将详细阐述太赫兹时域光谱（THz-TDS）和太赫兹频率域光谱（THz-FDS）在DNA、蛋白质、脂质、糖类等生物大分子的识别、构象分析以及它们与小分子药物相互作用的研究中的应用实例。 第二部分：太赫兹技术在生物医学诊断中的突破 太赫兹波独特的穿透性和对水含量的敏感性，使其在非侵入式生物医学诊断领域展现出巨大的潜力。 癌症早期诊断与成像： 本部分将详述太赫兹成像技术在检测癌症病变方面的最新研究成果。癌症组织的含水量、细胞密度和分子组成通常与正常组织存在显著差异，这些差异在太赫兹波的相互作用下会产生可探测的信号变化。本书将详细介绍太赫兹成像如何应用于皮肤癌、乳腺癌、消化道癌等多种癌症的早期筛查和边界界定，例如通过分析肿瘤组织与正常组织的太赫兹吸收系数和折射率来区分。 糖尿病、心血管疾病的检测与监测： 探讨太赫兹技术在检测与监测慢性疾病方面的应用。例如，太赫兹波对葡萄糖的敏感性使其成为无创血糖检测的潜在候选技术。书中将阐述基于太赫兹吸收光谱或反射光谱的无创血糖监测方法，以及其在评估血管硬化、检测动脉粥样硬化斑块等方面的研究进展。 神经科学与脑成像： 介绍了太赫兹波在研究神经组织结构和功能方面的应用。由于神经组织具有较低的太赫兹波吸收率，太赫兹成像有望在不引起辐射损伤的情况下，实现对脑组织精细结构的观察，以及检测脑部病变，如脑肿瘤、脑水肿等。本书将介绍太赫兹技术在神经退行性疾病研究和脑功能成像方面的初步探索。 炎症、感染与伤口愈合监测： 阐述太赫兹技术如何用于监测身体的炎症反应和感染过程。炎症区域通常伴随着组织含水量和微循环的变化，这些变化可以通过太赫兹成像进行检测。同时，太赫兹技术在伤口愈合过程的监测，评估伤口愈合程度，以及检测潜在感染方面的应用前景也将被深入探讨。 第三部分：太赫兹技术在药物研发与治疗中的创新 太赫兹技术不仅是诊断工具，还在药物研发、精准治疗以及生物材料开发方面发挥着越来越重要的作用。 药物分子的晶型分析与质量控制： 药物的晶型对药物的溶解度、生物利用度和稳定性至关重要。太赫兹光谱技术能够精确区分不同晶型的药物分子，并对其进行无损、快速的在线检测，为药物的研发和生产提供了有力的质量控制手段。本书将详细介绍太赫兹技术在药物晶型筛选、质量检测和杂质分析中的实际应用案例。 药物靶点识别与药物-靶点相互作用研究： 探讨利用太赫兹光谱学研究药物分子与生物靶点（如蛋白质、核酸）之间的相互作用。通过分析太赫兹光谱的变化，可以获得关于药物分子结合位点、结合强度以及作用机制的宝贵信息，从而加速新药的发现和优化过程。 太赫兹波在癌症治疗中的应用探索： 介绍太赫兹波作为一种新型治疗模态的潜力。虽然太赫兹波的能量较低，但通过聚焦和调制，可以实现对癌细胞的选择性损伤，而对周围正常组织的损伤最小。本书将讨论太赫兹诱导细胞凋亡、热疗以及联合疗法等方面的最新研究进展。 生物材料与组织工程的表征： 阐述太赫兹技术如何用于表征生物材料的结构、密度和湿度，以及评估组织工程支架的质量和细胞生长情况。太赫兹成像的非侵入性特点使其成为研究活体组织和生物材料的理想选择。 第四部分：未来展望与挑战 本书的最后部分，将聚焦于太赫兹技术在生物学应用领域的未来发展方向以及所面临的挑战。 太赫兹生物成像的精度与分辨率提升： 讨论如何通过改进探测器、光源以及图像处理算法，进一步提升太赫兹生物成像的空间分辨率、时间分辨率和信噪比，以实现更精细的生物结构和动态过程的观测。 多模态成像与大数据分析： 探索将太赫兹成像与其他成像技术（如光学显微镜、X射线成像、核磁共振成像）相结合，构建多模态成像系统，以获得更全面的生物信息。同时，讨论如何利用先进的大数据分析技术和人工智能算法，从海量的太赫兹数据中提取有价值的生物学洞见。 技术商业化与临床转化： 分析太赫兹生物医学技术在走向市场和临床应用过程中所面临的挑战，包括成本、标准化、监管审批等问题，并提出相应的解决方案和发展策略。 前沿交叉领域的研究机遇： 展望太赫兹技术在合成生物学、个性化医疗、生物传感器等新兴交叉领域的潜在应用，激发读者对该领域未来发展的思考。 《太赫兹技术及其生物学应用》一书，不仅为相关领域的研究人员、工程师和学生提供了宝贵的参考资料，也为那些对前沿生物医学技术感兴趣的读者提供了一个深入了解太赫兹波如何改变我们认识和治疗疾病的窗口。本书力求以清晰的逻辑、详实的案例和前瞻性的视角，展现太赫兹技术在重塑未来生物医学版图中的关键作用。

评分☆☆☆☆☆

我最近刚入手一本关于太赫兹技术及其生物学应用的图书，虽然这本书的封面设计简洁大气，但坦白说，里面关于生物学应用的章节，我读起来还是有些吃力的。作者在介绍太赫兹波在医学成像、药物研发、生物分子传感等方面的应用时，涉及了大量的物理原理和工程技术细节。比如，在谈到太赫兹光谱学如何识别和量化生物分子时，我发现自己需要反复查阅一些基础的物理光学知识，才能完全理解其中的机制。而书中关于太赫兹成像分辨率的提升、信号穿透性的优化等技术难题的探讨，更是对工程技术知识有相当的要求。我个人更偏向于对生物机理的直观理解，对于这种偏重于物理基础和工程实现的阐述，需要我付出更多的时间和精力去消化。不过，从另一个角度看，这本书也提供了一个非常扎实的技术背景，对于那些希望深入了解太赫兹技术在生物领域具体实现细节的读者来说，这无疑是一本宝藏。只是对于我这样的读者，可能需要更侧重于对概念和结论的理解，而非深入技术细节的推导。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，这本书的结构和内容组织方式，对我这样一位非专业背景的读者来说，构成了一定的阅读障碍。开篇就深入到太赫兹波的产生机制、传播特性以及与物质的相互作用，这些基础理论的阐述，虽然严谨，但对于缺乏物理学背景的我来说，阅读起来颇有挑战。接着，书中又详细介绍了各种太赫兹光谱和成像技术，如透射光谱、反射光谱、时域光谱、全息成像等，每一种技术都伴随着复杂的数学模型和实验设置的描述。我试图从中提取出生物学应用的核心思想，但往往会被大量的技术细节所淹没。尤其是在介绍如何利用太赫兹波的独特性质来分辨不同生物组织的细微差异，或是检测特定生物分子时，书中对信号强度、相位变化、吸收峰等参数的精确测量和分析的强调，让我感到力不从心。我更希望能有更直观的比喻或者案例来帮助理解这些技术原理如何转化为实际的生物学应用。

评分☆☆☆☆☆

对于我来说，这本书最吸引我的部分，也是我最享受的阅读体验，在于它对太赫兹技术在生命科学前沿领域所带来的颠覆性变革的描绘。它不仅仅是一本介绍技术的工具书，更像是一扇窗户，让我得以窥见生物医学研究的未来图景。作者对太赫兹技术在非破坏性生物组织成像、药物输送系统监测、疾病早期诊断等方面的潜力进行了淋漓尽致的阐述，这些内容激起了我极大的兴趣。书中关于如何利用太赫兹波的独特穿透性和对水分子的高灵敏度来无损地观察细胞结构、监测药物在体内的分布，以及区分健康与病变组织的描述，都极具启发性。然而，在详细描述这些应用时，书中也穿插了对各种太赫兹源、探测器以及成像方法的介绍，这些技术细节对于我这种更关注“应用结果”而非“实现过程”的读者来说，稍显冗余。我更希望能够将更多的篇幅留给对生物学意义的解读，以及这些技术如何真正推动我们对生命奥秘的认知。

评分☆☆☆☆☆

这本书的章节安排，从最基本的太赫兹波物理特性讲起，一步步深入到其在生物学领域的具体应用，逻辑链条是清晰的。作者在介绍生物学应用时，选择了一些颇具代表性的案例，比如太赫兹光谱在蛋白质结构分析中的应用，以及太赫兹成像在组织水含量测量中的作用。这些案例的介绍，让我对太赫兹技术如何被用来“看”和“测量”生物体内的微观世界有了初步的了解。然而，在很多时候，我感觉作者的笔触更偏向于技术实现层面，对于生物学机理的深入探讨相对较少。例如，在谈到太赫兹波与生物分子的相互作用时，书中主要关注的是如何通过吸收光谱来识别分子的指纹，但对于这种相互作用背后的生物化学过程，或者太赫兹辐射对细胞功能可能产生的潜在影响，就没有进行过多的展开。因此，虽然了解了“太赫兹技术可以做什么”，但我更希望知道“为什么可以这样做”，以及“这样做对生物体意味着什么”。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我留下最深刻印象的是其前瞻性的视野和对未来生物技术发展趋势的深刻洞察。作者不仅仅停留在对现有技术的罗列和介绍，而是花费了相当大的篇幅探讨了太赫兹技术在未来生物医学领域可能扮演的角色，以及这些技术将如何颠覆我们对疾病的诊断、治疗和预防方式。例如，书中对于太赫兹生物传感在早期癌症筛查、病毒检测等方面的设想，描绘了一个令人激动人心但又充满挑战的未来图景。它让我看到了超越传统检测手段的可能，一种更快速、更精准、更无创的生物信息获取方式。然而，在详细探讨这些未来应用时，书中也不可避免地提到了目前面临的诸多技术瓶颈，比如太赫兹源的功率和稳定性、探测器的灵敏度和带宽，以及数据处理和分析的复杂性。这些现实的挑战，虽然让未来的构想更加真实可信，但也让我作为一名读者，在畅想美好未来之余，对实现这些目标所需要克服的巨大困难有了更清晰的认识。