太赫兹技术及其生物学应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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。