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內容簡介

　　本書是一部系統(tǒng)闡述納米孔道電化學分析方法及應用的著作，在綜述納米孔道電化學發(fā)展歷史、原理和應用的基礎上，針對生物納米孔道、固態(tài)納米孔道、玻璃納米孔道，介紹了其原理、特點和實驗技術的要點與細節(jié)，詳細列出了目前納米孔道電化學測量儀器的組成及性能指標等，講解了納米孔道電化學信號分析處理方法，總結了這些方法與技術在單個體測量的新進展，并列舉了豐富的應用實例。同時展望了納米孔道電化學分析領域的前沿和發(fā)展趨勢。本書匯集了作者團隊多年的研究成果和教學經(jīng)驗，系統(tǒng)介紹了納米孔道電化學技術的原理、發(fā)展及應用，兼具前沿性、實用性和綜合性，可供分析化學、電化學、單分子科學、傳感等領域的研究人員及高等院校相關專業(yè)學生參考使用，也可用作高等院校分析化學、儀器分析等相關專業(yè)的教學參考書。

作者簡介

　　龍億濤，南京大學生命分析化學國家重點實驗室教授，國家杰出青年科學基金獲得者、長江學者。2007年回國在華東理工大學建立課題組。2019年起任南京大學化學化工學院教授，南京大學分子傳感與成像中心主任。2023年起任安徽工業(yè)大學學術副校長。研究方向為納米孔道單分子傳感、光譜電化學限域測量、電分析儀器裝置研制。共發(fā)表SCI論文300余篇，包括Nat. Nanotechnol.， Nat. Chem.， JACS.等期刊，總引超過2萬余次，H-index75；獲上海市自然科學一等獎，中國分析測試協(xié)會科學技術特等獎和中國化學會分析化學基礎研究梁樹權獎。主持基金委創(chuàng)新研究群體、重大科研儀器研制專項和863重大項目課題等；負責科技部重點領域創(chuàng)新團隊“單個體生命分析化學創(chuàng)新團隊”；曾任ACS Sensors創(chuàng)刊副主編，現(xiàn)任Chemical Science、Research、《高等學校化學學報》副主編。

圖書目錄

第1章納米孔道電化學基礎與應用 001
1.1　納米孔道電化學分析 002　納米孔道電化學分析 002
1.2　納米孔道的分類 002
1.3　納米孔道電化學技術原理 003
1.4　納米孔道電化學分析的應用 006
1.4.1　納米孔道單分子測序 007
1.4.2　納米孔道單分子分析 008
1.4.3　納米孔道限域可控單分子化學 010
1.4.4　納米孔道單個體電化學 011
參考文獻 012
第2章生物納米孔道檢測系統(tǒng) 017
2.1　磷脂雙分子層 018
2.1.1　磷脂雙分子層的構建 020
2.1.2　磷脂雙分子層膜的表征 023
2.2　蛋白質生物納米孔道及其組裝 024
2.2.1　蛋白質生物納米孔道 024
2.2.2　蛋白質生物納米孔道的組裝 026
2.3　納米孔道電化學實驗 030
2.3.1　電極的制備 030
2.3.2　檢測池的裝配 031
2.3.3　實驗操作步驟 032
2.3.4　孔道內的基礎電化學機制 039
2.3.5　生物納米孔道單分子實驗注意事項 042
2.4　生物納米孔道的可控構建 045
2.4.1　孔道內天然氨基酸的定點突變 045
2.4.2　孔道內非天然氨基酸的引入 047
2.4.3　孔道內的化學修飾 050
2.4.4　其他孔道 052
參考文獻 054
第3章固體納米孔道檢測系統(tǒng) 057
3.1　固體納米孔道 058
3.2　固體納米孔道體系的構建 058
3.2.1　電化學可控刻蝕的固體納米孔道制備平臺的搭建 061
3.2.2　固體納米孔道制備平臺軟件控制系統(tǒng)的開發(fā) 063
3.3　固體納米孔道體系的表征 067
3.3.1　I-V曲線對納米孔道孔徑的表征 067
3.3.2　TEM對納米孔道孔徑的表征 067
3.4　固體納米孔道體系的修飾 068
3.5　固體納米孔道實驗 069
3.5.1　檢測池的裝配 069
3.5.2　固體納米孔道檢測實例 070
參考文獻 079
第4章玻璃納米孔道單個體測量 081
4.1　玻璃納米孔道 082
4.2　玻璃納米孔道的構建方法 083
4.3　玻璃納米孔道的表征 087
4.4　功能化玻璃納米孔道及無線納米孔電極的構建 089
4.4.1　玻璃納米孔道的功能化 089
4.4.2　新型無線納米孔電極的制備及表征 091
4.5　玻璃納米孔道實驗 097
4.5.1　實驗材料 097
4.5.2　無線納米孔電極的制備 098
4.5.3　離子的高靈敏度檢測 099
4.5.4　淀粉樣蛋白分子聚集過程分析 101
4.5.5　活細胞的氧化還原代謝檢測 103
4.5.6　單個納米顆粒檢測 106
參考文獻 108
第5章納米孔道微電流電化學測量儀器 111
5.1　儀器組成 113
5.1.1　微電流放大器 113
5.1.2　模數(shù)/數(shù)模轉換 117
5.1.3　微控制器及軟件 119
5.2　儀器性能指標 120
5.2.1　系統(tǒng)帶寬 120
5.2.2　噪聲及降噪措施 121
5.2.3　儀器校準 133
5.3　納米孔道檢測儀器的發(fā)展 135
5.3.1　常見的商品化儀器 135
5.3.2　自主研發(fā)的單分子測量儀器 137
參考文獻 138
第6章納米孔道電化學信號分析與處理 140
6.1　信號預處理 141
6.2　數(shù)據(jù)處理獲取信號的原理和方法 143
6.2.1　閾值法 143
6.2.2　等效電路還原法 146
6.2.3　積分電流面積還原法 148
6.2.4　基于極值躍遷法的信號處理 154
6.3　納米孔道信號頻域分析方法 159
6.4　其他納米孔道信號分析方法 161
6.4.1　基于形狀的信號識別與數(shù)據(jù)分類 161
6.4.2　基于HMM的機器學習算法識別信號 162
6.4.3　DNA數(shù)據(jù)存儲 164
6.5　納米孔道數(shù)據(jù)處理基礎操作 165
6.5.1　MOSAIC 165
6.5.2　Nanopore Analysis 167
6.5.3　PyNanoLab 167
參考文獻 172
第7章納米孔道電化學限域可控單個體分析 175
7.1　生物納米孔道應用 176
7.1.1　生物納米孔道檢測原理 176
7.1.2　基于單分子界面的動態(tài)分析 176
7.1.3　單分子反應 183
7.1.4　基于相互作用的單分子界面?zhèn)鞲行阅艿木珳收{控 188
7.2　固態(tài)納米孔道應用 192
7.2.1　固態(tài)納米孔道的表面修飾 193
7.2.2　固態(tài)納米孔道單分子檢測 196
7.2.3　固態(tài)納米孔道DNA測序 197
7.2.4　固態(tài)納米孔道檢測單分子構象變化 198
7.2.5　基于二維材料的固態(tài)納米孔道傳感應用 201
7.2.6　光電同步檢測 202
7.3　玻璃納米孔道應用 205
7.3.1　玻璃納米孔道的電化學分析原理 205
7.3.2　基于整流現(xiàn)象的單分子分析方法 207
7.3.3　玻璃納米孔道單分子及單顆粒分析 209
7.3.4　基于玻璃納米孔道的單細胞分析 216
7.3.5　新型玻璃納米孔道電極的應用 219
參考文獻 222
第8章總結與展望 232
參考文獻 246