纳米成像导论

本书内容由八章组成。第1章为概论。第2章论述了纳米成像基础，重点阐述纳米成像中的一些基本概念，讨论了纳米成像的共同物理基础、基本原理以及实现纳米成像需要解决的基本问题等。第3〜8章分别论述了三维结构、形貌、荧光、非标记光学、动态和光学功能等纳米成像的原理、方法、系统和性能等。在三维结构纳米成像中，重点介绍了电子显微镜和X射线显微镜，对三维结构纳米成像进行了较为系统的分析。在形貌纳米成像方面，论及扫描隧道显微镜、原子力显微镜、近场光学显微镜和扫描电子显微镜等。在荧光纳米成像中，重点讨论了突破衍射极限的方法和手段、实现特异性标记的材料和方法。在非标记光学纳米成像一章重点讨论了突破衍射极限和提高灵敏度的方法与手段，以及表面增强拉曼散射和相干反斯托克斯拉曼散射的有关问题。在动态纳米成像方面，重点论述了同时实现时间和空间分辨的方法与手段。在光学功能纳米成像一章，重点论述了在纳米分辨下功能信息获取的特点、方法和手段。本书可供从事纳米科技和生命科学研究的科技工作者(尤其是从事纳米成像研究的科技工作者)、相关专业的研究生，以及制造与使用纳米成像仪器的人参考。

序
第1章概论1
1.1背景简介1
1.2光学显微纳米成像技术及其局限性1
1.3电子显微纳米成像技术及其局限性2
1.4X射线显微纳米成像技术及其局限性3
1.5三维纳米成像在其他三类成像模式中的应用4
第2章纳米成像基础9
2.1引言9
2.2纳米成像中的基本概念9
2.2.1点扩展函数及其傅里叶变换10
2.2.2极限分辨率11
2.2.3图像对比度13
2.2.4噪声15
2.3样品中的纳米结构与图像信息载体之间的相互作用16
2.4纳米成像原理19
2.4.1点扫描模式下的纳米成像原理20
2.4.2宽场模式下的纳米成像原理20
2.4.3图像信息载体的相干性及其对图像构成的影响22
2.4.4探测量子效率25
2.5实现纳米成像需要解决的基本问题33
2.5.1图像信息载体及特定要求33
2.5.2主要纳米成像方式及相关成像系统34
2.5.3图像采集系统35
2.5.4图像处理方法38
参考文献45
第3章三维结构纳米成像48
3.1基于电子束的三维结构纳米成像48
3.1.1电子显微镜基础——物质波和电子透镜48
3.1.2透射电子显微镜50
3.1.3三维电子显微成像技术56
3.1.4扫描透射电子显微镜59
3.2基于X射线束的三维结构纳米成像61
3.2.1基于波带片的X射线三维纳米成像61
3.2.2基于纳米束斑或光栅的X射线三维纳米分辨相衬成像78
3.2.3X射线相干衍射显微成像83
3.3核磁共振三维纳米成像100
3.3.1核磁共振力三维纳米成像100
3.3.2光探测磁共振成像105
参考文献111
第4章形貌纳米成像118
4.1扫描隧道显微镜和原子力显微镜118
4.1.1扫描隧道显微镜119
4.1.2原子力显微镜123
4.2近场光学显微镜125
4.3扫描电子显微镜134
4.3.1扫描电子显微镜中电子与样品的相互作用135
4.3.2扫描电子显微镜的构成特点138
参考文献143
第5章荧光纳米成像148
5.1引言148
5.2结构光照明纳米成像151
5.2.1二维纳米成像151
5.2.2三维纳米成像158
5.3受激辐射耗尽和基态耗尽三维纳米成像166
5.3.1基本工作原理166
5.3.2三维纳米成像172
5.4单分子定位三维纳米成像177
5.4.1成像原理177
5.4.2轴向纳米分辨方法184
5.4.3三维纳米成像189
5.5超分辨光学涨落成像191
5.5.1SOFI工作原理191
5.5.2SOFI方法的近期新进展195
5.6全内反射荧光纳米成像197
5.6.1工作原理198
5.6.2TIRFM装置200
5.6.3TIRFM应用205
5.7荧光材料及其特异性标记方法206
5.7.1荧光材料206
5.7.2荧光探针对目标蛋白的特异性标记方法211
5.7.3小分子物质进入细胞膜的方式214
参考文献216
第6章非标记光学纳米成像223
6.1基于拉曼谱的超分辨成像223
6.1.1SERS纳米成像224
6.1.2SERS产生机制225
6.1.3SERS衬底及其制作226
6.1.4SERS纳米成像及其应用228
6.2红外超分辨成像235
6.2.1表面红外超分辨成像235
6.2.2超分辨三维红外显微成像240
6.3CARS纳米成像244
6.3.1CARS原理246
6.3.2超宽带CARS获取251
6.3.3CARS超分辨成像260
6.4基于超振荡的光超分辨成像277
6.4.1超振荡的数学表述278
6.4.2超振荡的量子力学描述280
6.4.3超振荡无衍射光束及其应用288
6.4.4基于超振荡透镜的光学显微镜293
6.4.5突破衍射极限的远场实时成像的光学超显微镜295
6.4.6超振荡的超衍射结构光显微成像299
参考文献302
第7章动态纳米成像309
7.1引言309
7.2动态纳米成像基础310
7.2.1动态纳米成像分类310
7.2.2描述动态纳米成像的主要参数313
7.2.3相关技术基础314
7.3基于电子束的动态显微术322
7.3.1引言322
7.3.2频闪显微术323
7.3.3单次电子显微术333
7.4基于X射线的动态显微术336
7.5荧光寿命纳米成像339
7.5.1基于STED方法的荧光寿命纳米成像341
7.5.2基于单分子定位方法的荧光寿命纳米成像342
7.6粒子/分子追踪技术343
7.6.1细胞内动态目标的运动特性343
7.6.2单粒子追踪344
7.6.3多分子/粒子追踪347
7.7活细胞动态纳米成像349
7.7.1成像条件对活细胞的影响349
7.7.2获取动态过程时序分幅图像的方法351
7.7.3活细胞纳米成像方法353
参考文献358
第8章光学功能纳米成像364
8.1功能纳米成像概述364
8.1.1功能成像364
8.1.2功能纳米成像及分类365
8.1.3功能纳米成像参数及成像方法概述366
8.2分子拉曼谱功能纳米成像367
8.2.1现代拉曼谱学概述368
8.2.2拉曼散射谱学理论372
8.2.3不同种类分子拉曼谱盲源分离有关方法及应用384
8.3分子质谱功能纳米成像413
8.3.1高性能分子质谱仪413
8.3.2纳米束斑脉冲离子枪416
8.3.3分子质谱功能纳米成像系统417
8.3.4分子质谱功能纳米成像的应用422
8.4FRET功能纳米成像424
8.4.1FRET原理424
8.4.2FRET测量427
8.4.3单分子荧光共振能量转移440
参考文献444
结语446
附录一牛憨笨院士生平447
附录二中英文术语对照451
致谢454
彩图