Electrochemistry For Biomedical Researchers(生醫研究者的電化學) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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原文作者： Richie L.C. Chen

圖書標籤:

• 電化學
• 生物醫學
• 傳感器
• 生物電化學
• 電極
• 生物材料
• 體外診斷
• 生物電子學
• 電生理學
• 納米電化學

　　從最簡單的pH電極到基因體計畫所用的毛細管電泳技術，幾乎所有生物相關技術都是基於電化學原理。而最近電池科技的發展更提高瞭這個知識領域的重要性。

　　但是，對於沒有堅實化學背景的學生而言，想要瞭解電化學背後的原理卻是一條漫漫長路。由於是物理化學的一條分枝，一般電化學教科書對於所牽涉的物理量都存 在物理化學特有的嚴謹度、甚至有點神經質的定義。例如，為瞭更精密地計算自由能，則使用「活性」來代替「濃度」，如此一來就必須先介紹與本文較不相關的 Debye-Huckel理論，這樣勢必影響教學的流暢性。

　　數學是科學傢共通的語言，與其刻意地閃避數學式，毋寜以較不神經質、更有效的方式作觀念的連結，以闡述特彆是生醫領域中常用電化學技術的原理。作者通常於 每一章後，至少設計一實驗以闡明一些可能被隱藏著的觀念，但基於篇幅，將之置於係上或研究室的網站中以供讀者下載(連同本書原始的日文版本)。此外，為瞭 使本書更加完整，作者尚於附錄提供一些背景知識與其他應用。

作者簡介

　　陳力騏

　　颱大生物産業機電工程係副教授

　　研究專長：
　　生物感測S
　　電生理
　　生化工程監控

　　授課領域：
　　電化學係統工程
　　生物元件固定化技術
　　生醫訊號與感測

現代有機閤成方法學：從基礎到前沿應用 本書聚焦於當代有機閤成化學領域的核心方法論、關鍵反應機製及其在藥物發現、材料科學和精細化學品製備中的創新應用。 本書旨在為化學、生物學、藥學及材料科學等相關領域的研究人員和高年級本科生提供一套全麵、深入且與時俱進的閤成工具箱。我們摒棄瞭對基礎概念的冗長介紹，而是直接切入當前有機閤成麵臨的挑戰與突破口，強調反應的原子經濟性、立體選擇性控製以及綠色化學原則的應用。 第一部分：高效偶聯反應的精進與拓展 本部分深入探討瞭過渡金屬催化偶聯反應在復雜分子構建中的核心地位，並著重於近年來方法學的重大進展。 第一章：鈀催化體係的再定義：低負載量與新型配體設計 傳統Suzuki-Miyaura、Heck和Buchwald-Hartwig胺化反應的效率提升已達瓶頸。本章詳述瞭如何通過設計新型的富電子、高位阻的磷配體（如XPhos、RuPhos的第三代衍生物）來降低鈀的催化劑負載量至ppm級彆，實現對傳統上難以活化的惰性C-X鍵（特彆是C-O和C-Cl鍵）的高效轉化。重點分析瞭亞胺/烯胺中間體在胺化反應中的作用機製，以及光氧化還原催化與鈀催化的串聯反應，以實現對復雜天然産物骨架的快速構建。此外，我們詳細闡述瞭電化學輔助的無外加氧化劑的鈀催化偶聯體係，強調其在降低反應副産物和提升環境友好性方麵的優勢。 第二章：鎳催化的崛起與C(sp3)-H鍵的直接官能團化 鎳催化劑因其成本效益和對特定鍵活化的獨特能力，正迅速成為有機閤成的主流工具。本章係統梳理瞭鎳催化的交叉偶聯反應，特彆是鎳介導的C(sp3)-C(sp3)鍵形成，剋服瞭傳統鈀催化在消除活性烷基自由基時的挑戰。重點介紹瞭鎳催化下的“藉氫”策略（Borrowing Hydrogen），用於醇或胺的高效轉化，以及在自由基化學中鎳如何精確調控單電子轉移（SET）過程，實現對傳統親核/親電反應模式的顛覆。針對藥物化學中常見的脂肪族片段，本章詳細分析瞭Ni/光催化體係在C-H鍵的區域選擇性和非對映選擇性官能團化中的前沿應用。 第二部分：立體控製的尖端技術 手性分子是生命活動的基石，精確控製其三維結構是現代藥物研發的重中之重。本部分側重於高選擇性立體控製策略。 第三章：不對稱催化：從均相到多相的轉化 不對稱催化仍然是核心。本章不僅迴顧瞭經典的Sharpless環氧化和Jacobsen水解，更聚焦於手性有機小分子催化（Organocatalysis）的最新進展，特彆是螺環季銨鹽催化劑在Michael加成和Diels-Alder反應中的高對映選擇性控製。重點分析瞭動態動力學拆分（DKR）的新型策略，如何利用金屬催化劑與手性配體形成“手性微環境”，以最高效率將消鏇底物轉化為單一對映體。此外，我們探討瞭固定化手性催化劑在流動化學反應器中的應用，如何兼顧高選擇性和易於迴收再生的工業需求。 第四章：不對稱C-H鍵活化：直接構建手性中心 C-H鍵活化是閤成化學的“聖杯”。本章集中於如何利用導嚮基團或非導嚮策略，實現C-H鍵的立體選擇性功能化。詳細介紹瞭銠（Rh）和銥（Ir）催化劑在C-H鍵烯丙基化、胺化和烷基化中的作用機理。特彆關注瞭如何利用手性配體在過渡金屬的配位球內誘導非對映選擇性，例如在α-位或β-位引入手性中心。本章還涵蓋瞭非金屬催化劑在溫和條件下的C-H鍵活化，例如利用碘鎓鹽或高價碘試劑介導的氧化環化反應。 第三部分：流動化學與閤成自動化 將閤成反應從間歇式（Batch）轉嚮連續流動（Flow）是提升安全性和效率的關鍵。 第五章：微反應器技術在復雜閤成中的集成應用 本章深入探討瞭微反應器（Microreactor）係統的設計原理及其在處理高危或高放熱反應（如疊氮化、硝化、重氮化反應）中的優勢。詳細介紹瞭如何利用流體動力學精確控製混閤速率和傳質效率，從而提高反應的選擇性和産率。重點分析瞭多相催化在流動體係中的錨定技術，包括聚閤物載體和金屬有機框架（MOFs）的應用。此外，本章介紹瞭反應監測技術（PAT），如原位IR和拉曼光譜，如何與自動化控製係統集成，實現對反應終點的精確判斷和過程優化。 第六章：自動化閤成平颱與人工智能輔助設計 閤成化學正邁嚮智能化。本章討論瞭如何利用機器人工作站實現多步閤成路綫的自動篩選和優化。重點介紹瞭閤成路綫預測軟件（如基於圖論的算法）如何結閤高通量篩選數據，為復雜目標分子提供最優的閤成路徑建議。書中提供瞭多個案例研究，展示瞭AI如何輔助優化催化劑選擇、溶劑體係以及反應溫度，顯著縮短瞭新藥先導化閤物的閤成周期。 第四部分：麵嚮特定領域的閤成挑戰 本部分將前沿方法論應用於實際的分子構建挑戰。 第七章：多肽與寡核苷酸的固相閤成新紀元 傳統的液相或固相閤成在復雜、長鏈生物分子製備中仍麵臨效率和純度挑戰。本章詳細闡述瞭基於新型樹脂技術（如高膨脹性或可裂解性樹脂）的固相多肽閤成（SPPS）的最新改進，特彆是如何有效剋服片段縮閤中的聚集問題。對於寡核苷酸閤成，重點介紹瞭磷酰胺法的自動化優化，以及如何利用非天然堿基的引入來拓展其在分子生物學和診斷學中的應用。 第八章：聚閤物與功能材料的精確閤成 功能性聚閤物的設計依賴於對分子量分布和鏈結構的高度控製。本章深入探討瞭可逆失活自由基聚閤（RDRP）的最新進展，特彆是基於RAFT（可逆加成-斷裂鏈轉移）和ATRP（原子轉移自由基聚閤）的精確控製，實現嵌段共聚物和星形聚閤物的窄分散性閤成。同時，本書探討瞭如何利用精確的有機閤成方法，構建具有特定拓撲結構（如超支化、樹枝狀）的分子，用於光電器件或靶嚮遞送係統的構築。 結論：閤成化學的未來方嚮 本書最後總結瞭當前閤成化學麵臨的迫切需求，包括對環境影響的最小化、對廉價非貴金屬催化的依賴性增強，以及對更復雜、具有生物活性的三維分子結構的快速獲取能力。本書強調，未來的閤成研究必須是多學科交叉的，需要深入理解反應機理，並積極擁抱自動化和數據驅動的科學發現範式。

Brief Content
1 Membrane Potential
2 Conductivity
3 Redox Potential
4 Amperometric Measurement
5 Steady-State Voltammetry
6 Transient Voltammetry
7 Interface Impedance
8 Oscillation and QCM
9 Electrophoresis
10 Appendices

评分☆☆☆☆☆

這本《生醫研究者的電化學》讓我對「電化學在疾病診斷中的應用」有瞭非常深入的認識，簡直像打開瞭一扇新大門。我之前在學術會議上聽過一些關於生物感測器的報告，但總覺得離自己的實際研究有點距離，也沒能理解其中的原理。但這本書把這些應用講得非常透徹，從最基本的血糖感測器，到後來一些更複雜的用於檢測心臟病標誌物、神經退化性疾病相關蛋白質的電化學方法，都有詳細的介紹。書裡不僅解釋瞭這些感測器的工作原理，還深入探討瞭它們的優缺點，以及在實際臨床應用中可能麵臨的挑戰，像是樣品前處理、穩定性、交叉反應等等。這對於我們生醫研究者來說非常重要，因為我們不僅要瞭解技術的原理，更要思考如何將其轉化為真正實用的診斷工具。書中對於「微流控晶片結閤電化學感測」的討論，更是讓我看到瞭未來個人化醫療和即時監測的巨大潛力。想像一下，未來我們可以隨時隨地透過一個小小的裝置，就能夠快速準確地檢測齣體內的各種疾病指標，這將會極大地改變疾病的診斷和治療模式。這本書的內容，讓我對電化學在醫療健康領域的應用充滿瞭期待。

评分☆☆☆☆☆

這本《生醫研究者的電化學》讓我對「量化」這件事有瞭全新的體會。我一直以來都習慣用比較定性的方式來觀察實驗現象，比如說細胞的形態變化、蛋白質的錶達程度，即使有數據，也比較傾嚮於做一些基本的統計分析。但這本書卻讓我意識到，很多生物現象背後其實都蘊含著精確的電化學資訊，隻是我們過去沒有工具或方法去捕捉它。書裡提到的電化學感測技術，像是循環伏安掃描、安培計法等等，提供瞭非常強大的工具，可以讓我們量化細胞內外的離子流動、氧化還原反應的速率，甚至是一些特定分子的濃度。我尤其對書中關於「生物電阻抗譜學」的介紹印象深刻，它能夠幫助我們無損地分析細胞的健康狀態、細胞膜的完整性，甚至是偵測腫瘤細胞的特性。這跟我們過去一些比較侵入性的檢測方法相比，簡直是革命性的進步。透過電化學的方法，我們可以得到更精細、更動態的數據，這對於理解疾病的發生發展機製、評估治療效果，甚至是篩選新的藥物標靶，都有著巨大的潛力。我開始思考，如何將這些電化學的分析技術融入到我的實驗流程中，或許能讓我們從一個全新的角度來解讀實驗結果， uncovering 更多隱藏的訊息。

评分☆☆☆☆☆

哇，這本《生醫研究者的電化學》真的有嚇到我！一開始看到書名，心裡還想說，電化學？這跟我們做生醫研究到底能扯上什麼關係？我平常實驗室裡都是細胞、動物模型、PCR、Western Blot，頂多就是一些光譜儀，哪裡有用到什麼電極、電解質的？結果翻開第一章，纔發現原來電化學根本無所不在！像是細胞膜的離子通道、神經訊號的傳遞，甚至是一些生物感測器的原理，都跟電化學有著韆絲萬縷的聯繫。我之前對這些東西都隻是一知半解，但這本書用非常淺顯易懂的方式，把這些看似複雜的原理都講清楚瞭。特別是書裡舉瞭很多生醫領域的實際應用例子，像是利用電化學方法來偵測血糖、偵測癌細胞的標誌物，或是開發新型的藥物釋放係統，這些都讓我驚為天人。我以前一直以為電化學就是那種在化學係學生課本裡纔會齣現的枯燥內容，沒想到竟然能跟我們的生醫研究結閤得這麼緊密，而且有這麼大的實用價值。這本書完全顛覆瞭我對電化學的想像，也讓我開始思考，也許我的實驗設計可以加入一些電化學的元素，來獲得更精準、更創新的結果。對於正在做生醫研究，但又對電化學感到陌生，甚至有點害怕的同行來說，這本書絕對是必備的入門磚，能夠打開新世界的大門。

评分☆☆☆☆☆

這本《生醫研究者的電化學》讓我對於「電化學在藥物研發與治療中的潛力」有瞭非常深刻的體悟。我之前對藥物開發的認知，大多集中在藥物分子的閤成、藥效學、藥代動力學以及毒理學等方麵，但卻很少考慮到電化學在這個過程中的作用。書中對於「電化學輔助藥物篩選」的探討，讓我意識到，我們可以利用電化學的方法來快速評估候選藥物的氧化還原穩定性、與生物分子的相互作用，甚至是一些離子通道的阻斷或活化作用。這可以大大縮短藥物篩選的週期，提高篩選的效率。更讓我驚喜的是，書裡對於「電化學藥物釋放係統」的詳細介紹。想像一下，我們設計一個能夠在外加電場作用下，精確控製藥物釋放速率和釋放位置的係統，這對於需要精準劑量控製的藥物，像是化療藥物，或是需要靶嚮釋放的藥物，都有著巨大的應用前景。書中還提到瞭「電化學療法」，利用電化學刺激來誘導癌細胞凋亡，這更是將電化學與治療直接結閤，展現瞭其獨特的優勢。總之，這本書的內容非常豐富，不僅拓寬瞭我的知識視野，也讓我開始思考，如何將這些創新的電化學理念應用到我的藥物研發工作中，以期能夠開發齣更有效、更安全的治療方法。

评分☆☆☆☆☆

說實話，我拿到《生醫研究者的電化學》這本書時，心裡是抱著一種「看看就好」的心態，畢竟電化學對我這個做基因工程的來說，感覺有點遙遠。但沒想到，這本書裡頭關於「生物電化學介麵」的討論，真的讓我眼睛一亮。它不隻是談純粹的化學反應，而是探討瞭電化學訊號如何與生物係統進行互動，以及我們如何利用這種互動來進行偵測和調控。書裡詳細介紹瞭不同種類的生物電極，像是酶電極、抗體電極、DNA電極等等，還有它們是如何被設計來識別特定的生物分子。我之前一直覺得，要偵測特定的生物標誌物，除瞭抗體這種傳統方法，好像沒有太多選擇，但這本書讓我看到瞭利用電化學原理開發新型生物感測器的可能性，而且這些感測器可能比傳統方法更靈敏、更快速、成本更低。更讓我驚喜的是，書裡還探討瞭電化學刺激在促進細胞生長、引導組織再生方麵的應用，甚至是一些電化學藥物傳輸係統的設計。這些內容完全跳脫瞭我過去的思維框架，讓我開始想像，或許我們可以透過精確控製電化學訊號，來「指揮」細胞的行為，這真的是太神奇瞭！