生物医学传感技术

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：ATP6.3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11.2.1EyeCam11.3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 SSPM13.4.1实时光谱剂量计13.4.2像素级的SSPM13.4.3位置敏感的SSPM13.5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PET15.5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APD15.5.4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

传感技术是目前国际上在科学研究和产品应用开发方面发展快速的领域，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应用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。本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，第二部分论述了传感技术在医学领域的最新发展和应用。本书适用于从事生物医学传感与检测领域及工程与生物医学交叉领域的研究人员和高等院校相关专业的师生阅读和使用。