生物医学传感技术

生物医学传感技术
出版时间：2014年版
丛编项： 国际信息工程先进技术译丛
内容简介
　　传感技术是目前国际上在科学研究和产品应用开发方面快速发展的领域，它与电子技术、光学技术、机械、化学以及生物学的发展密切相关。传感技术在生物和医学的检测和诊断方面有着越来越广泛的需求，特别是便携、轻便的传感器在许多领域的应用快速增长，生物医学领域的传感技术已由理想变成了现实。该书汇集了众多在该领域从事研究和开发应用的国际学者和专家，由来自美国、德国、意大利、加拿大以及日本等多所大学的专家教授共同编写，论述了生物医学领域中传感技术的工作原理、基本结构及其应用实例。全书分为两部分，第一部分论述了传感技术在生物学领域的最新发展和应用，第二部分论述了在医学领域应用的传感技术的最新发展及其应用。本译著由浙江大学生物医学工程与仪器科学学院生物传感器国家专业实验室从事生物医学传感与检测技术的多名教师和研究生共同翻译完成。该书可广泛应用于从事该领域及工程与生物医学交叉领域的研究人员和学生阅读和使用。
目录
译者序
原书前言
第一部分传感器的生物学应用
第1章生物发达的传感与通信
1.1引言
1.2蝙蝠：回声定位
1.2.1简介
1.2.2回声定位
1.2.3回声定位的神经生物学和生理学
1.2.4回声定位的应用
1.2.5工程应用
1.3昆虫：声觉防护
1.3.1简介
1.3.2警示作用
1.3.3信号干扰
1.3.4昆虫的听觉机制
1.3.5工程应用
1.4蛇：红外热成像
1.4.1简介
1.4.2解剖结构
1.4.3红外线检测原理
1.4.4神经生物学解释
1.4.5工程应用
1.5蜜蜂：摇摆舞通信
1.5.1简介
1.5.2摇摆舞模式
1.5.3摇摆舞中的编码信息
1.5.4摇摆舞的争议
1.5.5摇摆舞中的其他信息
1.5.6工程应用
1.6海豚、鲸：声呐
1.6.1简介
1.6.2声音产生的生物学与神经生物学
1.6.3应用：回声定位
1.6.4应用：社会生活
1.6.5应用：文化与情感
1.6.6应用：鲸歌
1.6.7应用：语言
1.6.8应用：其他
1.6.9噪声影响
1.6.10工程应用
1.7其他
1.7.1金丝燕：回声定位
1.7.2鱼：电定位
1.7.3虾：光偏振
1.7.4海洋生物：生物发光
1.7.5昆虫螽斯：声音模仿
1.7.6蚊子：性别识别
1.7.7黄蜂：寻找隐藏的昆虫
1.7.8甲壳虫：气体感受
1.7.9蟑螂：爬越障碍
1.7.10蝾螈：肢体再生
1.7.11蚂蚁：信息素通信
1.7.12白鲟：随机共振
1.7.13蜻蜓：空气动力学
参考文献
第2章用于长波生物传感的DNA衍生结构的物理特性与建模
2.1引言
2.2半导体性质的生物兼容界面
2.3基于光诱发转变的新型生物体系结构
2.4二苯乙烯衍生物/DNA复合物的混合建模
2.4.1背景
2.4.2分子机械研究
2.4.3QM/MM复合研究
2.5聚乙烯矩阵中活性分子的特性研究
2.6多维分子坐标空间的光致转变
2.7结论
致谢
参考文献
第3章无标记生物传感器的生物医学应用——集成光学生物传感器与硅
光子学的潜在应用
3.1引言
3.1.1生物传感器所需特性
3.1.2常见的无标记生物传感器构建与操作
3.2面向完全集成的生物传感器
3.2.1器件集成中的硅光子学
3.3无标记生物传感器
3.3.1电化学生物传感器
3.3.2力学生物传感器
3.3.3光学生物传感器
3.4展望与总结
致谢
参考文献
第4章石英晶体微天平生物传感器
4.1引言
4.2压电谐振器
4.2.1压电和石英晶体的原理
4.2.2厚度切变模式谐振器（石英晶体微天平）
4.3质量载荷方程
4.4石英晶体表面修饰的方法
4.4.1自组装单分子层
4.4.2电化学沉积
4.4.3静电纺丝和旋转涂布
4.5QCM的生物学应用
4.5.1酶生物传感器
4.5.2基于核酸的生物传感器
4.5.3QCM免疫传感器
4.5.4QCM哺乳动物细胞生物传感器
致谢
参考文献
第5章用于细胞分析的芯片实验室技术
5.1背景和引言
5.2微型器件中的细胞培养和监测
5.2.1细胞系统
5.2.2细胞输出信号检测
5.2.3芯片制备与封装
5.2.4系统工程
5.2.5典型研究：人癌细胞分析
5.3芯片实验室中的细胞操纵技术
5.3.1微量液滴的驱动
5.4有机电子学的挑战
5.5展望
参考文献
第6章基于商品化葡萄糖传感器平台的酶传感器构建
6.1葡萄糖生物传感器简介
6.2代谢产物生物传感器：ATP
6.3酶活性生物传感器：葡萄糖磷酸变位酶
6.4毒素生物传感器：叠氮化物
6.5聚合物生物传感器：聚3羟基丁酸酯
6.6总结与展望
参考文献
第7章呼吸传感器的未来发展方向
7.1引言
7.1.1历史回顾
7.1.2疾病呼吸诊断的临床应用
7.1.3法医学应用：外源化学物质暴露的呼吸诊断
7.2呼吸气体采样仪和传感器
7.2.1最新的呼吸采样和传感技术
7.2.2呼吸样本的生化分析方法
7.2.3呼吸传感系统的功能性需求
7.2.4成本问题
7.3现代呼吸气体传感系统性能的影响因素
7.3.1流动力学
7.3.2热转移以及冷凝
7.3.3材料选取
7.3.4现有传感系统的限制
7.4呼吸传感系统设计的未来趋势
7.4.1微型化呼吸传感系统的挑战
7.4.2CMOS技术
7.4.3MEMS构架
参考文献
第8章临床应用中的固态气体传感器
8.1引言
8.2固态传感器的工作原理
8.2.1电阻式气体传感器
8.2.2电化学式气体传感器
8.2.3电容式气体传感器
8.3基于呼吸分析的临床诊断
8.3.1呼吸采样
8.3.2呼吸气体成分
8.3.3标志物
8.4用于临床诊断的气体传感器
8.4.1氧气、二氧化碳、湿度传感器
8.4.2丙酮传感器
8.4.3一氧化碳传感器
8.4.4乙醇传感器
8.4.5氨气传感器
8.4.6一氧化氮传感器
8.4.7COS传感器
8.4.8氢传感器
8.5新的发展趋势和应用
8.6结论
参考文献
第二部分传感器的医学应用
第9章人体检测生物传感器的最新进展
9.1引言：传感器和生物传感器
9.2设计中要考虑的因素
9.2.1侵入式传感器和生物相容性
9.2.2无创传感器
9.2.3穿戴式传感器的特殊要求
9.2.4信号的噪声
9.2.5伪差的产生
9.3生物传感器应用
9.3.1人体运动的识别
9.3.2生物力学分析和金标准
9.3.3认知状态分析
9.3.4人机交互生物传感器
9.4MEMS在生物传感器中的应用
9.5总结
致谢
参考文献
第10章穿戴式出汗率检测传感器
10.1引言
10.2汗液检测
10.2.1应用
10.3穿戴式出汗率传感器：原理及应用
10.3.1皮肤电导传感器
10.3.2电阻手表
10.3.3聚合纤维
10.3.4导电纱线
10.3.5湿度梯度传感器
10.4总结和展望
参考文献
第11章未来的医学成像
11.1引言
11.2发展方向
11.2.1EyeCam
11.3个性化的医疗
11.3.1数字医学成像的进展
11.3.2通信技术对医学成像的帮助
11.3.3自动监控
11.4未来科技
11.4.1目标
11.4.2对科技的期望
11.4.3发展的成本
11.4.4性能
11.4.5多处理器的复杂度
11.4.6能耗
11.4.7SoC和SiP的结合
11.5放眼未来
参考文献
第12章半导体探测器在医学成像中的空间和频谱分辨率
12.1引言
12.2探测器的物理性质
12.2.1直接及间接转换探测器
12.2.2信号传输过程
12.3空间分辨率
12.3.1调制传递函数的定义
12.3.2MTF函数的仿真及测量
12.3.3MTF函数的性质
12.4频谱分辨率
12.4.1探测器响应函数（DRF）的定义
12.4.2DRF函数之间的比较
12.4.3整合间接转换探测器
12.4.4计数直接转换探测器
12.5结论
参考文献
第13章固态光电倍增管（SSPM）检测器的发展
13.1背景
13.1.1光电探测器回顾：PMTS和晶体硅器件（PIN，APD，SSPM）
13.2SSPM的特性
13.2.1基本电气特性和模型
13.2.2SSPM的实验特性
13.3核探测应用中的新兴闪烁体材料的回顾
13.3.1伽马射线光谱学
13.3.2其他应用：中子检测、带电粒子检测和医学成像
13.4应用于特殊闪烁检测场合的CMOS SSPM
13.4.1实时光谱剂量计
13.4.2像素级的SSPM
13.4.3位置敏感的SSPM
13.5总结
致谢
参考文献
第14章高分辨率碲化镉探测器及其在伽马射线成像中的应用
14.1引言
14.2高分辨率碲化镉探测器
14.3极化现象
14.4CdTe像素探测器模块
14.5层状结构CdTe探测器
14.6CdTe双面条形探测器
14.7半导体康普顿相机
14.8医疗成像中的可能应用
14.9总结
致谢
参考文献
第15章正电子发射断层扫描技术的最新进展
15.1引言
15.2PET物理学简述
15.3影响PET空间和对比分辨率的因素
15.4基于飞行时间技术的PET
15.5基于闪烁晶体的放射性探测器
15.5.1闪烁晶体
15.5.2光电倍增管
15.5.3雪崩光敏二极管以及位置敏感APD
15.5.4硅光电倍增管
15.6半导体放射性探测器
15.7带有DOI的PET探测器
15.8MRI兼容的PET探测器
15.9专用PET系统
15.10总结
致谢
参考文献