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第一章 绪论1

1.1 表面科学的新领域——生物表面与界面1

1.1.1 生物表面与界面概述1

1.1.2 表面污染3

1.1.3 表面重构4

1.1.4 表面识别6

1.1.5 表面结晶7

111.6 表面外延附生8

1.1.7 电子隧道贯穿和电子输运9

1.1.8 研究生物体系时需要特殊考虑的问题9

1.2.1 生物表面科学中有关概念的说明12

1.2 生物表面科学的建立12

1.2.2 建立表面生物学的意义13

1.2.3 生物表面科学的学科地位13

1.2.4 研究内容14

参考文献14

第二章 分子生物学基础16

2.1 概述16

2.2 蛋白质的结构18

2.2.1 蛋白质的化学组成18

2.2.2 蛋白质的结构21

2.3 核酸的结构26

2.4 生物膜的结构27

2.4.1 生物膜的功能27

2.4.2 生物膜的组成和结构28

参考文献33

第三章 生物大分子表面的描述34

3.1 生物大分子表面概述34

3.1.1 表面物理、表面化学中对表面的定义34

3.1.2 生物大分子表面的定义35

3.2 溶剂可及表面的表面积和梯度的计算41

3.2.1 溶剂可及表面积的表达式41

3.2.2 梯度的计算45

3.3 蛋白质分子溶剂可及表面积的近似计算——统计方法49

3.3.1 溶剂可及表面积函数50

3.3.2 用统计方法处理问题的基本思想51

3.4.1 水合自由能与溶剂可及体积的关系52

3.4 水合壳模型和重叠体积的计算52

3.4.2 不同大小球面重叠体积的计算54

3.5 大分子表面的粗糙度57

3.5.1 计算豪斯道夫质量的基本理论58

3.5.2 数值计算方法59

3.6 大分子表面性质的一种表示方法60

3.6.1 方法简述60

3.6.2 应用举例：溶解酵素的表面地图62

参考文献64

第四章 生物大分子表面性质与功能的关系66

4.1 溶剂可及表面积与水合作用热力学参数的关系66

4.1.1 基本假设66

4.1.2 系数的拟合67

4.2 疏水自由能与溶剂可及洞穴表面积的线性关系68

4.3 蛋白质表面残基亲水性的估计69

4.3.1 每个残基周围的原子数69

4.3.2 可及表面积随伴侣原子数的变化72

4.3.3 残基平均相对可及性的估计74

4.4 分析蛋白质表面的生物学方法简述74

4.4.1 利用进化信息对表面进行描绘75

4.4.2 利用结构信息描绘蛋白表面77

参考文献77

5.1 混合生物界面概述79

5.1.1 涉及混合生物界面的一些研究领域简介79

第五章 混合生物界面理论79

5.1.2 生物表面的作用83

5.1.3 混合生物界面模型体系84

5.2 水在生物界面反应中所起的作用84

5.2.1 水在生物界面的重要作用84

5.2.2 水及其与生物材料的作用85

5.3 氨基酸和多肽的表面行为86

5.3.1 氨基酸表面行为的研究方法86

5.3.2 氨基酸吸附模型88

5.4　蛋白质吸附概述91

5.4.1　蛋白质吸附研究的意义91

5.4.2　蛋白质吸附的研究现状及所面临的问题92

5.5　不可逆蛋白质吸附的动力学——推广的RSA模型97

5.5.1　瞬时扩散98

5.5.2　有限扩散速率102

5.6　蛋白质吸附模型——分子理论模型106

5.6.1　理论方法107

5.6.2　模型系统113

5.6.3　结论117

5.7　蛋白质在气-液界面的行为——蛋白质溶液的混合和Vroman效应117

5.7.1　模型简介117

5.7.2　蛋白质混合物——二元溶液118

5.8　DNA与生物表面的相互作用119

5.8.1 研究DNA与表面相互作用的意义119

5.8.2　DNA的表面固定120

5.9.1　基本理论121

5.9　半柔性聚合体在界面上的吸附121

5.9.2　半柔性聚合体在对称界面上的吸附123

5.10　生物传感器的电子转移机制124

5.10.1　媒介辅助电子迁移125

5.10.2　直接电子迁移126

5.10.3　前景展望129

5.11　细胞与表面的相互作用129

5.11.1　细胞黏附130

5.11.2　细胞分离时所需的力的测量130

5.11.3　从分离力估计黏附功131

5.11.4　基于分离力的黏附机理135

5.12　微生物与表面的相互作用137

5.12.1　初始黏附139

5.12.2　在表面上沉积化学药品的作用141

5.12.3　与表面相关的生长142

5.12.4　生物组织的表面行为143

5.13　混合生物界面的研究手段和前景展望143

5.13.1　研究手段143

5.13.2　前景展望144

参考文献145

第六章 原始生物界面理论149

6.1 膜静电学149

6.1.1 一维静电学149

6.1.2 膜电势150

6.1.3 表面势151

6.1.4 偶极势154

6.2.1 Langmuir吸附等温线155

6.2 特异作用与非特异作用155

6.2.2 表面势的影响156

6.2.3 绑定常数157

6.2.4 特异性绑定与非特异性绑定157

6.3 生物大分子与生物膜的作用——Debye-Huckel理论158

6.3.1 平板的净电荷屏蔽159

6.3.2 被单层修饰的金属支持物160

6.3.3 浸在水中的低介电膜162

6.3.4 跨膜相互作用164

6.4 生物大分子与生物膜的作用——泊松-玻耳兹曼理论165

6.4.1 问题的提出165

6.4.2 理论推导167

6.4.3 结论171

6.5 外周蛋白与混合脂膜的相互作用——脂膜分层对蛋白绑定的影响172

6.5.1 配基于均一表面的相互作用173

6.5.2 配体的覆盖导致脂的再分布情况174

6.6 软表面对吸附粒子的影响176

6.6.1 表面力诱导下膜的形变177

6.6.2 吸附质分子之间的相互作用179

参考文献181

第七章 生物表面分析方法183

7.1 生物表面实验方法概述183

7.1.1 生物表面分析的重要意义183

7.1.2 生物表面分析的内容及手段184

7.1.3 生物材料表面分析的特殊性185

7.2.1 真空相容性186

7.2 生物表面分析中需要特殊考虑的问题186

7.2.2 样品的易碎性187

7.2.3 固／液界面188

7.2.4 复杂性190

7.2.5 埋藏表面191

7.2.6 表面信息与生物活性的关系192

7.3 X射线光电子谱193

7.3.1 X射线光电子谱的基本原理193

7.3.2 X射线光电子谱的实验装置195

7.3.3 XPS的工作模式196

7.3.4 应用X射线光电子谱研究生物表面时需要注意的问题197

7.4.1 基本原理199

7.3.5 XPS的性能指标199

7.4 二次离子质谱（SIMS）199

7.4.2 飞行时间二次离子谱（TOF-SIMS）201

7.4.3 实验装置202

7.4.4 SIMS的性能指标202

7.5 表面等离子体共振技术203

7.5.1 SPR技术的基本原理203

7.5.2 SPR传感器的应用举例206

7.5.3 SPR传感器的性能指标207

7.6 原子力显微镜207

7.6.1 AFM的工作原理和结构208

7.6.2 AFM的成像模式210

7.6.3 AFM在生物技术中的应用212

7.7.1 基本原理215

7.6.4 AFM的性能指标215

7.7 光导光模式光谱技术215

7.7.2 OWLS的性能指标217

7.8 扫面探针显微术在表面生物学中的应用217

7.8.1 SFM的应用217

7.8.2 扫描隧道显微镜（STM）218

7.8.3 扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）220

7.9 其他生物表面分析技术简介221

7.9.1 其他几种常用的生物表面分析技术简介223

7.9.2 生物表面分析技术一览表226

参考文献228

8.1.2 表面修饰技术的分类230

8.1.1 表面修饰的重要意义230

第八章 生物表面的修饰方法230

8.1 生物表面修饰概述230

8.2 非特异化学和射频（RF）等离子体修饰231

8.2.1 化学修饰——聚丙烯表面被铬酸腐蚀后的形貌231

8.2.2 等离子体修饰231

8.3 化学特异表面反应233

8.3.1 环氧化物活化233

8.3.2 硅烷化234

8.3.3 以探测为目的的表面派生236

8.3.4 寡聚肽链嫁接237

8.4.1 光诱导下表面自由基的形成240

8.4 生物材料表面的光化学反应240

8.4.2 光引发剂的使用241

8.4.3 苯甲酮活化化学242

8.5 自组装技术242

8.5.1 Langmuir-Blodgett技术243

8.5.2 自组装单层膜247

参考文献249

附录250

附录一 基于标度粒子理论（SPT）的蛋白质吸附模型250

附录二 Gouy-Chapman理论251

附录三 相关数据库及网站简介252

参考文献252