生物医学检测技术是现代生命科学与医学发展的重要手段和实验工具，自从17世纪60年代显微镜被用于生物医学观察以来，光学显微技术一直是生物医学检测技术的基础与核心内容，即使在今天的生命科学与医学研究前沿领域，依然在重复利用或借鉴显微技术的原理和基本思想，生物医学检测技术将在生命科学与医学的发展中长期扮演非常重要的角色。

    本书以光学显微技术为基础，系统地概述了目前在生命科学与医学领域中应用的多种生物医学检测技术与科学仪器，对这些技术的基本原理进行了详细而通俗的描述，便于读者了解生物医学检测技术，并应用它们来构建科研实验系统，开发生物医学检测应用科学仪器。

    本书可供各类大、中专学生、研究生、工程技术人员和科学仪器爱好者阅读使用，也可以作为教材和教学参考书。

    21世纪是生命科学的世纪，以系统生物学为核心内容的生命科学与医学在基础研究领域和产业化发展领域必将取得举世瞩目的成绩，以生物材料工程、基因工程、蛋白质工程、生物芯片技术等为代表的应用技术将为生命科学与医学的产业化发展提供技术依据，但是，以上技术还不完全成熟，在较短的时间内很难全面实现产业化。相反，如果发挥多学科交叉优势，结合工程技术学科的成熟技术，将光、机、电、软件等技术与生命科学和医学的研究有机地结合起来，就能在生命科学和医学的检测技术研究与科学仪器开发中迅速形成巨大的产业化市场，如杂交仪、PCR扩增仪、微阵列点样仪、荧光显微镜、共焦扫描仪、毛细管电泳分析仪、紫外凝胶光谱仪、X射线影像设备、CT检测仪、核磁共振分析仪、超声检测仪，以及生命科学与医学研究中的各种半自动化工作站等，目前市场上流行使用的已经形成产业化的仪器设备可达上千种之多,这些仪器设备的产生对生命科学和医学的研究与发展起到了积极的推动作用,同时也创造出了良好的经济效益。就像科学技术的发展永无止境一样，这些检测技术与仪器的发展还在继续，随着生命科学和医学研究的迅猛发展,需要更多更新的检测仪器来满足其应用需求，这就给检测技术与科学仪器的研究提供了广阔的发展空间。加强生命科学、医学与工程学科方面的多学科交叉建设，培养出一大批交叉学科专业技术人才，开发出许多具有应用前景的现代生命科学和医学中的光机电软件一体化科学仪器，并形成产业，创造出良好的社会和经济效益，是国家“十一五”规划中科学仪器研究的重要内容。这些先进的测试技术与科学仪器又可以作为生命科学和医学的研究工具，促进生命科学和医学的研究向更高层次发展。与此同时，检测技术与科学仪器本身也在随之不断得到提升，在向更高的科学技术水平发展。

    本教材正是基于以上多学科交叉结合的综合技术课程教学与人才培养的发展思路编写的，在传统的显微检测技术基础之上，结合现代生命科学和医学领域的多种检测技术与科学仪器进行科学前沿检测技术的延伸，包括先进的数字化技术（20世纪80年代后期才发展起来的）、显微互动教学技术（21世纪初刚发展的）、电镜检测技术、液相与气相色谱检测技术、生物芯片技术（20世纪90年代才发展起来的）、X射线影像检测技术、超声检测技术、核磁检测技术、在体成像检测技术（20世纪90年代后期才发展起来的）等，让同学们在高等教育学习阶段就接触生命科学与医学方面的重要检测技术方法和先进仪器设备（而在以前常常要到研究生阶段或走上工作岗位后才有可能接触到部分检测技术与仪器），拓宽同学们的视野，让他们在大学学习的第一时间就了解先进的检测技术与科学仪器，培养研究兴趣，满足高等院校多学科交叉人才培养及教学改革发展的需要，为21世纪生命科学和医学的发展培养具有生物、医学与工程检测技术背景相结合的交叉学科综合型人才。同时，也希望在他们当中有部分同学能够早日加入到中国科学仪器的发展事业中来，为国家“十一五”规划中的科学仪器研究做贡献，早日改变目前国内大部分科学仪器依靠进口的局面。

    全书共分10章，在黄国亮博士的主持统筹下编写完成。第1章、第2章、第4章、第5章、第6章由黄国亮博士编写完成，第3章由新兴光学仪器有限公司周纪文高级工程师和黄国亮博士共同编写完成，第7章、第8章由清华大学生物医学工程系高上凯教授编写完成，第9章由清华大学生物系张日清教授编写完成，第10章由龙脉得生物技术有限公司赵春林博士、董洪莹编写完成。

    本书在编写过程中得到清华大学医学院程京教授、周玉祥教授、邢婉丽教授，研究生邓橙、刘鹏，博奥生物有限公司张亮、徐浩、安爽、吴瑞阁、乔立安，生物系屠萍官教授、李英姿老师等的帮助，清华大学生物系电镜室和色谱实验室提供了相关实验技术的支持，江南光电(集团)新兴光学仪器有限公司和宁波永新光学股份有限公司提供了显微互动教学系统，在此一并感谢！此外，还要感谢国内外相关生物医学检测技术研究开发单位、显微镜生产单位和其他相关科学仪器生产单位提供的丰富素材！

    在此向为本书的写作提供任何帮助的单位和个人表示深深的谢意！同时也感谢国家863高技术项目经费（2002AA2Z2001、2006AA020701和2006AA020803）、国家973项目经费（2006CB705700）、浙江省科技攻关重点项目经费（2006C21G3210005）、清华—裕元医学科学研究基金（40000510B）和清华大学基础研究基金（052205003）等对本书中包含的多项生物医学检测技术科研工作的资助。

    由于生物医学检测技术的发展日新月异，限于时间关系，书中定有不少未能包含的新内容和我们尚未认识的不妥之处，敬请读者们批评指正。

黄国亮

  2006年10月于清华园 

1基础知识

1.1光的特性

1.1.1光是什么

1.1.2光的传播方式

1.2光学元件

1.2.1透镜

1.2.2反射镜

1.2.3波片

1.2.4滤色片

1.2.5偏振片

1.3光的成像规律

1.3.1投影

1.3.2小孔成像

1.3.3透镜成像

1.3.4反射镜成像

1.3.5透镜的像差

1.4生物医学检测技术中的谱线域

2显微技术

2.1显微技术的基本概念与发展历史

2.2显微技术的基本原理

2.2.1普通放大镜的成像原理

2.2.2显微镜的成像原理

2.2.3显微镜的组成结构

2.3显微技术的基本分类与常用设备

2.3.1正置显微镜及其应用

2.3.2倒置显微镜及其应用

2.3.3体视显微镜及其应用

2.3.4荧光显微镜及其应用

2.3.5相衬显微镜及其应用

2.3.6偏光显微镜及其应用

2.3.7金相显微镜及其应用

2.3.8共焦显微镜及其应用

2.3.9工具显微镜、测量显微镜、比对显微镜及其应用

2.3.10近场光学显微镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜及其应用

2.4显微技术对生命科学、医学及社会发展的意义

2.4.1细胞学说的创立（1665—1875年）

2.4.2细胞学说的经典时期（1875—1900年）

2.4.3实验细胞学时期（1900—1953年）

2.5显微切片的制作方法

2.6显微镜的操作、保养与维护

2.7国内外主要显微镜生产厂家介绍

2.7.1国外著名显微镜生产厂家

2.7.2国内主要显微镜生产厂家

3数字化检测技术

3.1数字化检测技术的基本概念

3.2数字化生物显微镜的组成部分与基本结构

3.2.1光源

3.2.2物镜

3.2.3目镜

3.2.4其他部件

3.2.5软件

3.3数字化生物显微镜的外置接口

3.3.1手动、自动光圈镜头的选用

3.3.2定焦、变焦镜头的选用

3.3.3正确选用镜头焦距的理论计算

3.4CCD与图像采集卡

3.5PMT与A/D采集卡

3.6多媒体显微互动教学实验系统

3.6.1多媒体显微实验互动教学系统的研制情况

3.6.2多媒体显微实验互动教学系统的基本组成

3.6.3多媒体显微实验互动教学系统的操作使用方法

3.6.4多媒体显微实验互动教学系统的发展方向

4电子显微检测技术

4.1电子显微检测技术的发展历史

4.2电子显微检测技术的基本原理

4.3电子显微镜的种类与基本结构

4.3.1透射电子显微镜

4.3.2扫描电子显微镜

4.3.3透射电子显微镜、扫描电子显微镜与光学显微镜的比较

4.4电子显微镜的制片技术

4.4.1透射电子显微镜的制片方法

4.4.2扫描电子显微镜的制片方法

4.5电子显微镜检测的应用举例

4.5.1电子显微检测实验的基本步骤

4.5.2电子显微检测技术应用实验结果

5色谱检测技术

5.1色谱技术产生的背景

5.2液相色谱检测技术及其应用

5.2.1液相色谱检测技术

5.2.2液相色谱检测实验

5.3气相色谱检测技术及其应用

5.3.1气相色谱检测技术

5.3.2气相色谱检测实验

5.3.3液相色谱与气相色谱的比较

5.4毛细管电泳检测技术及其应用

5.4.1毛细管电泳检测技术

5.4.2毛细管电泳检测技术的基本原理

5.4.3毛细管电泳检测装置与实验

6生物芯片检测技术

6.1生物芯片技术发展概述

6.2计算机芯片与生物芯片的比较

6.3生物芯片的检测方法

6.3.1生物芯片的激光共焦扫描检测方法

6.3.2CCD成像扫描检测方法

6.3.3表面等离子共振吸收检测方法

6.4生物芯片检测技术的应用实例

6.4.1微生物芯片检测的基本内容与设计思想

6.4.2微生物的培养

6.4.3核酸提取

6.4.4探针合成

6.4.5芯片制备

6.4.6样品标记

6.4.7杂交反应

6.4.8结果检测

6.4.9附录

7X射线影像检测技术

7.1X线成像的物理基础

7.1.1X线的产生及其性质

7.1.2X线与人体组织的相互作用

7.2投影X线成像系统

7.2.1透视成像系统

7.2.2胶片摄影系统

7.2.3数字X线摄影

7.2.4图像质量的评价

7.3X线计算机断层摄影

7.3.1基本原理与发展概况

7.3.2从投影重建图像的原理中心切片定理

7.3.3从投影重建图像的算法

7.3.4XCT扫描仪设备

7.4医学X线检测设备的新技术发展与市场前景

7.4.1医学X线检测设备的新技术发展

7.4.2医学X线检测设备的市场前景

8超声检测技术

8.1超声成像的物理基础

8.1.1超声在人体组织中的衰减

8.1.2超声在人体组织中的传播速度

8.1.3超声在人体组织中的反射、折射、衍射与散射

8.2超声检测的基本原理

8.2.1A型

8.2.2B型

8.2.3M型

8.2.4C型

8.2.5多普勒血流测量

8.3B型结构成像

8.3.1探头与波束形成电路

8.3.2数字扫描变换器

8.4血流测量

8.4.1谱图多普勒血流测量

8.4.2超声彩色血流图

8.5超声成像中若干新技术进展

8.5.1探头技术

8.5.2组织多普勒成像

8.5.3谐波成像与声学造影剂

8.5.4宽视野成像

8.5.5复合成像

8.5.6B型血流成像技术

8.5.7三维超声成像

8.5.8超声图像管理与通讯系统

8.6超声诊断仪的产业发展与市场前景

9核磁检测技术

9.1基本原理

9.1.1原子核的磁矩

9.1.2磁矩的空间量子化及能级

9.1.3核磁共振的产生

9.2仪器结构与样品要求

9.2.1超导核磁共振谱仪

9.2.2超低温探头

9.2.3傅里叶变换谱仪

9.2.4实验前的一些准备

9.3获得的信息与主要参量

9.3.1化学位移

9.3.2自旋自旋耦合

9.4核磁共振谱的应用

9.4.1细胞内钠浓度的研究

9.4.2核磁共振表面线圈研究活体鼠脑、心脏能量代谢研究

9.4.3作用位点研究

9.5核磁共振图像原理简介

9.5.1共振频率与空间坐标的联系

9.5.2空间成像的基础

9.5.3空间成像

9.6二维核磁共振谱简介

9.6.1二维核磁共振谱的原理

9.6.2同核位移相关谱COSY

9.6.3NOESY谱

9.6.4蛋白质的溶液构象研究

10在体成像检测技术

10.1可见光在体成像检测技术

10.1.1可见光在体成像原理

10.1.2仪器结构及参数

10.1.3实验步骤

10.1.4在体成像检测技术的应用

10.2光声在体成像检测技术

10.2.1光声在体成像技术的发展

10.2.2光声成像的原理

10.2.3光声在体成像检测系统及其应用