生命分析化学是以生命体为分析研究的主要对象研究建立与生命体组成及功能相关的物质结构、含量与其动态变化的分析新原理与新方法，为阐释生命体的化学物质变化规律提供特异、灵敏、动态、快速、高效的准确测量技术，已成为生命科学及其相关领域重要发现和原始性创新的重要科学基础和技术支撑，是连接生命科学研究成果与社会经济发展的纽带。本报告围绕生命分析化学新原理、生命复杂体系分析新方法、生物标志物发现及甄定新技术、人类健康与疾病相关分析化学基础、食品安全与公共安全检验检疫、生命分析仪器装置研制等重大基础研究方面展开深入研讨，为相关领域科学工作者提供已有研究成果及发展前景，也为国家科技中长期发展规划提供生命分析化学学科发展规划和战略。
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总序 i
前言 vii
摘要 ix
Abstract xxv
绪论 1
第一章 单分子检测 8
第一节 引言 8
第二节 单分子荧光成像 9
一、单分子荧光强度变化分析 10
三、单分子定位的超分辨成像 13
四、挑战与发展方向 14
第三节 单分子波动相关光谱 17
一、荧光相关光谱术分析模式 19
二、荧光相关光谱术联用技术 19
三、荧光相关光谱术用于细胞中生物分子动力学研究 20
四、挑战与发展方向 21
第四节 单分子计数 23
一、概述 23
二、单分子荧光共振能量转移 24
三、挑战与发展方向 29
第五节 单分子DNA测序 30
一、成像测序 33
二、DNA合成测序 33
三、单链DNA穿过纳米孔测序 34
四、分子电子器件测序 35
五、挑战与发展方向 36
第六节 前景与展望 37
本章参考文献 38
第二章 生命科学中的单细胞分析 46
第一节 单细胞光谱分析与成像 46
第二节 细胞荧光成像与小分子探针 48
一、还原性活性小分子的荧光检测 49
二、氧化性活性小分子的荧光检测 52
三、金属离子的检测 54
四、挑战与发展方向 55
第三节 单细胞电化学分析与成像 56
一、超微电极和纳米电极 57
二、电化学成像技术 57
三、联用技术 58
四、挑战与发展方向 58
第四节 单细胞质谱分析与成像 60
一、质谱流式细胞分析方法 61
二、基于TOF-SIMS的单细胞高分辨成像方法 61
三、基于MALDI-TOF-MS的单细胞分析与成像方法 62
四、结合膜片钳等取样方式的单细胞ESI-MS分析方法 62
五、挑战与发展方向 62
本章参考文献 66
本章附录探针分子结构图 74
第三章 病毒及生命科学中的相关颗粒分析 79
第一节 单病毒动态示踪方法和技术 79
一、荧光标记 80
二、成像方式 82
三、数据分析 84
四、病毒侵染机制研究 84
五、挑战与发展方向 88
第二节 病毒及细菌的快速检测 88
一、现有快速检测方法 89
二、快速检测新方法 91
三、挑战与发展方向 91
第三节 生命科学中的单个纳米颗粒分析 92
一、概述 92
二、电子显微镜成像技术 94
三、光学显微镜成像技术 94
四、高灵敏流式检测技术 94
五、挑战与发展方向 97
第四节 颗粒物的光谱与成像分析 98
一、概述 98
二、微分干涉相差成像与暗场成像 99
三、单个MNP与细胞相互作用研究 101
四、挑战与发展方向 104
第五节 颗粒物的质谱分析 106
一、概述 106
二、基于现有质谱仪的颗粒分析 107
三、离子阱颗粒质谱分析 108
四、挑战与发展方向 110
本章参考文献 111
第四章 生命科学中的活体分析 123
第一节 引言 123
第二节 活体电化学分析 125
一、概述 125
二、微透析技术 125
三、酶型生物电化学传感器 128
四、活体伏安法 129
五、挑战与发展方向 130
第三节 活体中目标组分原位快速固相微萃取 131
一、活体血液萃取分析 132
二、动物组织萃取分析 134
三、植物组织萃取分析 135
四、体味分析 136
五、展望 136
第四节 活体荧光成像分析 136
第五节 多模态成像 140
一、概述 140
二、研究现状 141
三、挑战与发展方向 142
第六节 纳米CT造影剂 144
第七节 磁共振成像 147
本章参考文献 150
第五章 蛋白质组定量分析方法 159
第一节 引言 159
第二节 蛋白质组相对定量方法 160
一、基于稳定同位素标记的蛋白质组相对定量方法 161
二、无标记的蛋白质组相对定量方法 168
第三节 蛋白质组绝对定量方法 170
第四节 前景与展望 173
本章参考文献 173
第六章 修饰蛋白质组学分析方法的进展与展望 182
第一节 研究背景 182
第二节 蛋白质磷酸化分析 185
一、磷酸化蛋白质组学分析中的富集方法 185
二、磷酸化蛋白质组学分析中的分离方法 187
三、磷酸化蛋白质组学分析中的质谱鉴定技术 187
四、磷酸化蛋白质组学分析中的数据处理方法 188
五、磷酸化蛋白质组学分析中的定量分析方法 189
第三节 蛋白质糖基化分析 190
一、糖基化肽段和位点的鉴定 190
二、糖基化蛋白质的定量分析 192
三、糖链结构的解析 195
第四节 蛋白质甲基化、羟基化等其他翻译后修饰的分析 197
第五节 面临的挑战与展望 201
第七章 代谢组学研究方法的新进展 215
第一节 引言 215
第二节 代谢组学样本的采集和预处理 216
第三节 代谢组学分析平台及策略 218
第四节 代谢组学数据分析及差异代谢物定性 226
第五节 代谢组学生物学解释及代谢物功能研究 231
第六节 结语 234
本章参考文献 234
第八章 脂质组学分析方法及其应用 244
第一节 概述 244
第二节 脂质组学主要分析对象 247
一、脂肪酰类 249
二、甘油脂类 249
三、甘油磷脂类 249
四、鞘脂类 250
第三节 脂质组学分析方法 251
一、脂质组学分析方法分类 251
二、脂类化合物的提取方法 253
三、脂类化合物分析方法 254
第四节 脂质组学分析方法的应用 262
一、脂质组学与癌症 262
二、脂质组学与动脉粥样硬化 264
三、脂质组学与糖尿病 266
四、脂质组学与腹膜透析 267
第五节 脂质组学分析方法展望 268
一、样品处理 268
二、轮廓分析 265
三、目标分析 269
四、成像分析 269
五、数据分析 270
第六节 结语 270
本章参考文献 271
第九章 生物大分子分离分析 282
第一节 整体蛋白质的高效色谱分离分析方法 282
一、整体蛋白质分离方法 282
二、整体蛋白质与有机小分子的色谱分离差异 285
三、整体蛋白质的色谱分离进展 286
四、展望 294
第二节 蛋白质糖链结构与功能分析 294
一、聚糖概述 294
二、聚糖的分离分析与结构鉴定 298
三、展望 307
本章参考文献 308
第十章 生物分子结构与功能分析 314
第一节 引言 314
第二节 生物大分子结构和功能的液体NMR分析 315
一、生物大分子液体NMR分析新技术 316
二、生物大分子单体结构与功能的NMR分析 318
三、生物大分子复合物结构与功能的NMR分析 320
四、挑战与发展方向 322
第三节 生物分子结构和功能的固体NMR分析 324
一、生物固体NMR实验技术的发展 324
二、膜蛋白结构和功能的研究 326
三、淀粉样蛋白纤维三维结构和聚集机制的研究 329
四、挑战与发展方向 331
第四节 生物分子结构和功能的细胞内NMR分析 333
一、样品制备技术与NMR技术的发展 335
二、蛋白质结构研究 335
三、蛋白质相互作用研究 336
四、蛋白质的翻译后修饰研究 337
五、蛋白质稳定性研究 337
六、其他生物大分子的研究进展 338
七、挑战与发展方向 339
第五节 前景和展望 340
本章参考文献 341
第十一章 疾病分子标志物大规模分析和鉴定技术 350
第一节 疾病标志物的主要特征 350
第二节 疾病标志物发展概况 350
一、癌基因、抑癌基因及其产物 351
二、细胞因子及其受体类疾病标志物 351
三、表观遗传修饰生物标志物 351
第三节 疾病标志物的分析技术 353
一、蛋白质组学技术在疾病标志物筛选中的应用 353
二、代谢组学分析在疾病标志物筛选中的应用 357
三、微流控芯片分析技术在疾病标志物筛选中的应用 358
四、毛细管电泳分析在疾病标志物筛选中的应用 359
五、新一代高通量分析技术在疾病标志物筛选中的应用 360
六、表型组学分析在疾病标志物筛选中的应用 361
七、高通量异质数据的整合分析技术 362
八、跨组学分析技术在疾病标志物筛选中的应用 363
九、结语 364
本章参考文献 364
第十二章 临床分子诊断中的生命分析化学 366
第一节 引言 366
第二节 临床分子诊断中生物标志物及常用分析方法 367
第三节 核酸检测新方法及临床分子诊断应用 368
一、核酸扩增新技术 368
二、核酸测序新技术 372
三、核酸生物传感器 380
四、分子诊断新靶标 386
第四节 免疫分析新方法及临床分子诊断应用 391
一、免疫分析和免疫传感器 391
二、化学发光免疫分析 392
三、电化学免疫分析 395
四、多组分免疫分析与多种肿瘤标志物的联合检测 399
五、邻位诱导DNA动态组装免疫分析 403
第五节 发展趋势 406
本章参考文献 407
第十三章 基于生命分析化学的药物靶标鉴定新技术 418
第一节 引言 418
第二节 药物靶标的分类和相关数据库 420
第三节 药物的多重药理学 421
第四节 鉴定药物靶标的方法 422
一、基于亲和色谱法富集的靶标鉴定方法 422
二、蛋白质活性分析技术 425
三、非标记的靶标鉴定方法 428
第五节 展望 430
本章参考文献 431
第十四章 多功能纳米药物载体与肿瘤诊疗一体化研究 436
第一节 引言 436
第二节 基于化学和基因疗法的肿瘤诊疗研究 437
一、概述 437
二、纳米颗粒在化学治疗中的应用 437
三、纳米颗粒在基因治疗中的应用 437
四、前景与展望 440
第三节 基于光疗法的肿瘤诊疗研究 441
一、概述 441
二、纳米材料用于光动力学治疗 441
三、纳米材料用于光热治疗 443
四、纳米材料用于光活化药物释放 444
五、前景与展望 445
第四节 基于磁疗法的肿瘤诊疗研究 446
一、概述 446
二、MNPs用于癌症的治疗 447
三、MNPs用于MRI造影 448
四、MNPs用于早期肿瘤的诊疗一体化研究 449
五、前景与展望 450
第五节 基于光声效应的肿瘤诊疗研究 451
一、概述 451
二、新型光学造影剂开发 452
三、光声导向的肿瘤诊治一体化研究 454
四、前景与展望 455
本章参考文献 457
第十五章 纳米生物效应分析 462
第一节 引言 462
第二节 基于纳米探针的活细胞检测方法 463
一、背景 463
二、国内外研究进展 463
三、挑战与发展方向 465
第三节 纳米尺度物质的细胞代谢分析方法 467
一、背景 467
二、国内外研究进展 468
三、挑战与发展方向 469
第四节 纳米尺度物质的体内代谢分析方法 471
一、背景 471
二、国内外研究进展 472
三、挑战与发展方向 473
第五节 基于核放射化学定量技术与同步辐射的纳米毒理学效应分析方法 475
一、背景 475
二、国内外研究进展 476
三、挑战与发展方向 478
本章参考文献 481
第十六章 公共安全分析 484
第一节 食品安全分析 484
一、生物传感技术 487
二、生物芯片技术 487
三、蛋白质组学 489
四、纳米技术 491
第二节 毒物毒品分析 492
一、无机毒性物质分析技术现状 493
二、有机毒性物质分析技术现状 494
三、机遇、挑战和应对与策略 495
四、展望 496
第三节 结语 497
本章参考文献 497
第十七章 核酸适配体在生命科学研究领域中的应用 505
第一节 引言 505
第二节 核酸适配体在体外分析中的应用 509
一、生物检测 511
二、微阵列检测 513
三、酶活性的监测 513
四、新型核酸适配体的筛选 514
第三节 核酸适配体在活细胞及活体分析中的应用 515
一、核酸适配体在活细胞中的分析 516
二、核酸适配体在活体中的分析 522
第四节 结论与展望 527
本章参考文献 528
第十八章 关键生命分子和细胞的绝对定量和计数 537
第一节 引言 537
第二节 元素标记策略和目标生命分子的绝对定量分析 538
一、化学选择性元素/同位素标记策略和目标生命分子的绝对定量分析 539
二、生物特异性元素/同位素标记策略和目标生命分子的绝对定量分析 542
三、化学集成器-软电离源质谱和ICPMS的正交化学集成器 547
第三节 目标生命分子介导的细胞、细菌和病毒的计数分析 548
第四节 展望 551
本章参考文献 551
第十九章 高维校正法用于生物体荧光时空分辨和动态定量分析研究 557
第一节 高维校正 558
第二节 生物体荧光时空分辨和动态定量分析 561
一、芳香族氨基酸的定量分析 563
二、酶NADH和FAD在人血浆中的实时动力学定量分析 563
三、药物与DNA相互作用 564
四、蛋白质的动态研究 565
第三节 展望 565
本章参考文献 566
第二十章 微流控芯片技术 574
第一节 微纳流控研究现状与发展趋势 575
一、物质传输 575
二、生物传感 576
三、能源领域 577
四、小结 577
第二节 多相微流控研究 577
第三节 仿生微流控芯片 579
第四节 微流控芯片在蛋白质组学中的应用 580
本章参考文献 583
第二十一章 生物纳米孔道分析技术 587
第一节 生物纳米孔道分析技术的原理 588
第二节 生物纳米孔道的种类 588
一、α-HL纳米孔道 588
二、MspA纳米孔道 588
三、Aerolysin纳米孔道 588
四、其他生物纳米孔道 589
第三节 生物纳米孔道分析技术的应用与发展 589
一、DNA测序技术 589
二、蛋白质分析 592
三、生物分子内/间弱相互作用分析 593
第四节 总结与展望 596
一、提高生物纳米孔道分析技术的选择性与灵敏度 596
二、优化数据处理程序 597
三、开发高时间分辨、高电流分辨的纳米孔道检测装置 598
四、提高系统稳定性 599
本章参考文献 599
关键词索引 605
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