Electrochemistry For Biomedical Researchers(生医研究者的电化学) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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原文作者： Richie L.C. Chen

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• 电化学
• 生物医学
• 传感器
• 生物电化学
• 电极
• 生物材料
• 体外诊断
• 生物电子学
• 电生理学
• 纳米电化学

　　从最简单的pH电极到基因体计画所用的毛细管电泳技术，几乎所有生物相关技术都是基于电化学原理。而最近电池科技的发展更提高了这个知识领域的重要性。

　　但是，对于没有坚实化学背景的学生而言，想要了解电化学背后的原理却是一条漫漫长路。由于是物理化学的一条分枝，一般电化学教科书对于所牵涉的物理量都存 在物理化学特有的严谨度、甚至有点神经质的定义。例如，为了更精密地计算自由能，则使用「活性」来代替「浓度」，如此一来就必须先介绍与本文较不相关的 Debye-Huckel理论，这样势必影响教学的流畅性。

　　数学是科学家共通的语言，与其刻意地闪避数学式，毋宁以较不神经质、更有效的方式作观念的连结，以阐述特别是生医领域中常用电化学技术的原理。作者通常于 每一章后，至少设计一实验以阐明一些可能被隐藏着的观念，但基于篇幅，将之置于系上或研究室的网站中以供读者下载(连同本书原始的日文版本)。此外，为了 使本书更加完整，作者尚于附录提供一些背景知识与其他应用。

作者简介

　　陈力骐

　　台大生物产业机电工程系副教授

　　研究专长：
　　生物感测S
　　电生理
　　生化工程监控

　　授课领域：
　　电化学系统工程
　　生物元件固定化技术
　　生医讯号与感测

现代有机合成方法学：从基础到前沿应用 本书聚焦于当代有机合成化学领域的核心方法论、关键反应机制及其在药物发现、材料科学和精细化学品制备中的创新应用。 本书旨在为化学、生物学、药学及材料科学等相关领域的研究人员和高年级本科生提供一套全面、深入且与时俱进的合成工具箱。我们摒弃了对基础概念的冗长介绍，而是直接切入当前有机合成面临的挑战与突破口，强调反应的原子经济性、立体选择性控制以及绿色化学原则的应用。 第一部分：高效偶联反应的精进与拓展 本部分深入探讨了过渡金属催化偶联反应在复杂分子构建中的核心地位，并着重于近年来方法学的重大进展。 第一章：钯催化体系的再定义：低负载量与新型配体设计 传统Suzuki-Miyaura、Heck和Buchwald-Hartwig胺化反应的效率提升已达瓶颈。本章详述了如何通过设计新型的富电子、高位阻的磷配体（如XPhos、RuPhos的第三代衍生物）来降低钯的催化剂负载量至ppm级别，实现对传统上难以活化的惰性C-X键（特别是C-O和C-Cl键）的高效转化。重点分析了亚胺/烯胺中间体在胺化反应中的作用机制，以及光氧化还原催化与钯催化的串联反应，以实现对复杂天然产物骨架的快速构建。此外，我们详细阐述了电化学辅助的无外加氧化剂的钯催化偶联体系，强调其在降低反应副产物和提升环境友好性方面的优势。 第二章：镍催化的崛起与C(sp3)-H键的直接官能团化 镍催化剂因其成本效益和对特定键活化的独特能力，正迅速成为有机合成的主流工具。本章系统梳理了镍催化的交叉偶联反应，特别是镍介导的C(sp3)-C(sp3)键形成，克服了传统钯催化在消除活性烷基自由基时的挑战。重点介绍了镍催化下的“借氢”策略（Borrowing Hydrogen），用于醇或胺的高效转化，以及在自由基化学中镍如何精确调控单电子转移（SET）过程，实现对传统亲核/亲电反应模式的颠覆。针对药物化学中常见的脂肪族片段，本章详细分析了Ni/光催化体系在C-H键的区域选择性和非对映选择性官能团化中的前沿应用。 第二部分：立体控制的尖端技术 手性分子是生命活动的基石，精确控制其三维结构是现代药物研发的重中之重。本部分侧重于高选择性立体控制策略。 第三章：不对称催化：从均相到多相的转化 不对称催化仍然是核心。本章不仅回顾了经典的Sharpless环氧化和Jacobsen水解，更聚焦于手性有机小分子催化（Organocatalysis）的最新进展，特别是螺环季铵盐催化剂在Michael加成和Diels-Alder反应中的高对映选择性控制。重点分析了动态动力学拆分（DKR）的新型策略，如何利用金属催化剂与手性配体形成“手性微环境”，以最高效率将消旋底物转化为单一对映体。此外，我们探讨了固定化手性催化剂在流动化学反应器中的应用，如何兼顾高选择性和易于回收再生的工业需求。 第四章：不对称C-H键活化：直接构建手性中心 C-H键活化是合成化学的“圣杯”。本章集中于如何利用导向基团或非导向策略，实现C-H键的立体选择性功能化。详细介绍了铑（Rh）和铱（Ir）催化剂在C-H键烯丙基化、胺化和烷基化中的作用机理。特别关注了如何利用手性配体在过渡金属的配位球内诱导非对映选择性，例如在α-位或β-位引入手性中心。本章还涵盖了非金属催化剂在温和条件下的C-H键活化，例如利用碘鎓盐或高价碘试剂介导的氧化环化反应。 第三部分：流动化学与合成自动化 将合成反应从间歇式（Batch）转向连续流动（Flow）是提升安全性和效率的关键。 第五章：微反应器技术在复杂合成中的集成应用 本章深入探讨了微反应器（Microreactor）系统的设计原理及其在处理高危或高放热反应（如叠氮化、硝化、重氮化反应）中的优势。详细介绍了如何利用流体动力学精确控制混合速率和传质效率，从而提高反应的选择性和产率。重点分析了多相催化在流动体系中的锚定技术，包括聚合物载体和金属有机框架（MOFs）的应用。此外，本章介绍了反应监测技术（PAT），如原位IR和拉曼光谱，如何与自动化控制系统集成，实现对反应终点的精确判断和过程优化。 第六章：自动化合成平台与人工智能辅助设计 合成化学正迈向智能化。本章讨论了如何利用机器人工作站实现多步合成路线的自动筛选和优化。重点介绍了合成路线预测软件（如基于图论的算法）如何结合高通量筛选数据，为复杂目标分子提供最优的合成路径建议。书中提供了多个案例研究，展示了AI如何辅助优化催化剂选择、溶剂体系以及反应温度，显著缩短了新药先导化合物的合成周期。 第四部分：面向特定领域的合成挑战 本部分将前沿方法论应用于实际的分子构建挑战。 第七章：多肽与寡核苷酸的固相合成新纪元 传统的液相或固相合成在复杂、长链生物分子制备中仍面临效率和纯度挑战。本章详细阐述了基于新型树脂技术（如高膨胀性或可裂解性树脂）的固相多肽合成（SPPS）的最新改进，特别是如何有效克服片段缩合中的聚集问题。对于寡核苷酸合成，重点介绍了磷酰胺法的自动化优化，以及如何利用非天然碱基的引入来拓展其在分子生物学和诊断学中的应用。 第八章：聚合物与功能材料的精确合成 功能性聚合物的设计依赖于对分子量分布和链结构的高度控制。本章深入探讨了可逆失活自由基聚合（RDRP）的最新进展，特别是基于RAFT（可逆加成-断裂链转移）和ATRP（原子转移自由基聚合）的精确控制，实现嵌段共聚物和星形聚合物的窄分散性合成。同时，本书探讨了如何利用精确的有机合成方法，构建具有特定拓扑结构（如超支化、树枝状）的分子，用于光电器件或靶向递送系统的构筑。 结论：合成化学的未来方向 本书最后总结了当前合成化学面临的迫切需求，包括对环境影响的最小化、对廉价非贵金属催化的依赖性增强，以及对更复杂、具有生物活性的三维分子结构的快速获取能力。本书强调，未来的合成研究必须是多学科交叉的，需要深入理解反应机理，并积极拥抱自动化和数据驱动的科学发现范式。

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☆☆☆☆☆

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「生物電化學介面」的討論，真的讓我眼睛一亮。它不只是談純粹的化學反應，而是探討了電化學訊號如何與生物系統進行互動，以及我們如何利用這種互動來進行偵測和調控。書裡詳細介紹了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，除了抗體這種傳統方法，好像沒有太多選擇，但這本書讓我看到了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，書裡還探討了電化學刺激在促進細胞生長、引導組織再生方面的應用，甚至是一些電化學藥物傳輸系統的設計。這些內容完全跳脫了我過去的思維框架，讓我開始想像，或許我們可以透過精確控制電化學訊號，來「指揮」細胞的行為，這真的是太神奇了！

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」有了非常深入的認識，簡直像打開了一扇新大門。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。書裡不僅解釋了這些感測器的工作原理，還深入探討了它們的優缺點，以及在實際臨床應用中可能面臨的挑戰，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，因為我們不僅要了解技術的原理，更要思考如何將其轉化為真正實用的診斷工具。書中對於「微流控晶片結合電化學感測」的討論，更是讓我看到了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出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了期待。

评分☆☆☆☆☆

這本《生醫研究者的電化學》讓我對「量化」這件事有了全新的體會。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、蛋白質的表達程度，即使有數據，也比較傾向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，只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，提供了非常強大的工具，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制、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☆☆☆☆☆

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」有了非常深刻的體悟。我之前對藥物開發的認知，大多集中在藥物分子的合成、藥效學、藥代動力學以及毒理學等方面，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「電化學藥物釋放系統」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，精確控制藥物釋放速率和釋放位置的系統，這對於需要精準劑量控制的藥物，像是化療藥物，或是需要靶向釋放的藥物，都有著巨大的應用前景。書中還提到了「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合，展現了其獨特的優勢。總之，這本書的內容非常豐富，不僅拓寬了我的知識視野，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，以期能夠開發出更有效、更安全的治療方法。

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，才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，都跟電化學有著千絲萬縷的聯繫。我之前對這些東西都只是一知半解，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了。特別是書裡舉了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系統，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系學生課本裡才會出現的枯燥內容，沒想到竟然能跟我們的生醫研究結合得這麼緊密，而且有這麼大的實用價值。這本書完全顛覆了我對電化學的想像，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。