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生物科学

现代生命科学仪器设备与应用

作者：林国庆主编

出版社：科学出版社出版时间：2021-06-01

开本： 26cm 页数： 340页

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版权信息
内容简介
目录
节选

现代生命科学仪器设备与应用版权信息

ISBN：9787030691477
条形码：9787030691477 ; 978-7-03-069147-7
装帧：一般胶版纸
册数：暂无
重量：暂无
所属分类：
自然科学
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生物科学

现代生命科学仪器设备与应用内容简介

本教材共分四篇：**篇，生物显微技术与仪器设备，分四章介绍荧光显微镜、激光扫描共聚焦显微镜、电子显微镜和显微制样装备与技术；第二篇，基因组学和蛋白质组学研究技术与仪器设备，分九章介绍分离纯化设备、扫描成像设备、基因分析仪、生物芯片分析系统、等温滴定微量热仪、生物分子相互作用分析仪、圆二色光谱仪、X射线单晶衍射仪、生物质谱仪；第三篇，代谢组学研究分析技术与仪器设备，分十章介绍分子光谱设备、原子光谱设备、电感耦合等离子体质谱仪、气相色谱仪、液相色谱仪、气相色谱-质谱联用仪、液相色谱-质谱联用仪、核磁共振波谱仪、流式细胞仪、膜片钳与双电极电压钳系统；第四篇，发酵工程实验技术与仪器设备，分三章介绍一次性发酵系统、全自控发酵系统、发酵工程下游技术相关设备等内容。

现代生命科学仪器设备与应用目录

目录
序
前言
**篇　
生物显微技术与仪器设备
概述　2
**章　荧光显微镜　3
**节　荧光显微镜介绍　3
第二节　荧光显微镜的科研应用　5
第三节　荧光显微镜的使用指导　7
第四节　荧光观测样本制备　10
第五节　显微镜常用技术参数与专属名词　12
学习思考题　15
参考文献　15
第二章　激光扫描共聚焦显微镜　16
**节　激光扫描共聚焦显微镜及相关仪器介绍　16
第二节　激光扫描共聚焦显微镜的功能与应用　22
第三节　激光扫描共聚焦显微镜的科研应用实例　24
第四节　激光扫描共聚焦显微镜的使用指导　28
第五节　激光扫描共聚焦显微镜的维护保养　30
学习思考题　31
参考文献　31
第三章　电子显微镜　33
**节　透射电子显微镜　34
第二节　扫描电子显微镜　37
第三节　扫描隧道显微镜　40
第四节　原子力显微镜　42
学习思考题　44
参考文献　44
第四章　显微制样装备与技术　45
**节　冷冻切片机　45
第二节　超薄切片机　46
第三节　免疫荧光制片技术　47
第四节　电子显微镜制样技术　49
学习思考题　57
参考文献　57
第二篇　
基因组学和蛋白质组学研究技术与仪器设备
概述　60
第五章　分离纯化设备　62
**节　分离技术概述　62
第二节　超速冷冻离心机与高速冷冻离心机　62
第三节　快速层析系统　67
第四节　微滤超滤设备　69
第五节　冷冻干燥仪　71
第六节　离心浓缩仪　72
学习思考题　73
参考文献　73
第六章　扫描成像设备　75
**节　多功能激光扫描仪　75
第二节　凝胶成像仪　80
学习思考题　83
参考文献　83
第七章　基因分析仪　84
**节　基因分析仪概述　84
第二节　基因分析仪的应用实例　87
第三节　基因分析仪的使用指导　89
第四节　基因分析仪的维护保养　93
学习思考题　95
参考文献　95
第八章　生物芯片分析系统　96
**节　iScan介绍　96
第二节　iScan的功能与应用　98
第三节　iScan的应用实例　101
第四节　iScan的使用指导　102
第五节　iScan的维护保养　103
学习思考题　104
参考文献　105
第九章　等温滴定微量热仪　106
**节　等温滴定微量热仪及相关技术介绍　106
第二节　等温滴定微量热仪的应用实例　107
第三节　等温滴定微量热仪的使用指导　110
第四节　等温滴定微量热仪的维护保养　111
学习思考题　111
参考文献　112
第十章　生物分子相互作用分析仪　113
**节　生物分子相互作用分析技术概述　113
第二节　生物分子相互作用分析仪介绍　114
第三节　生物分子相互作用分析仪的应用实例　116
第四节　生物分子相互作用分析仪的使用指导　120
第五节　生物分子相互作用分析仪的维护保养　123
学习思考题　125
参考文献　125
第十一章　圆二色光谱仪　126
**节　圆二色光谱法概述　126
第二节　圆二色光谱仪介绍　129
第三节　圆二色光谱仪的应用实例　131
第四节　圆二色光谱仪的使用指导　133
第五节　圆二色光谱仪的维护保养　135
学习思考题　136
参考文献　136
第十二章　X射线单晶衍射仪　137
**节　X射线衍射法概述　137
第二节　X射线单晶衍射仪的功能与应用　138
第三节　X射线单晶衍射仪的使用指导　142
第四节　X射线单晶衍射仪在生命科学领域的应用　147
学习思考题　149
参考文献　149
第十三章　生物质谱仪　150
**节　生物质谱概述　150
第二节　生物质谱仪介绍　150
第三节　生物质谱仪的功能与应用　154
第四节　MALDI-TOF-TOF质谱仪的应用实例　156
第五节　MALDI-TOF-TOF质谱仪的使用指导　158
第六节　MALDI-TOF-TOF质谱仪的维护保养　162
学习思考题　162
参考文献　162
第三篇　
代谢组学研究分析技术与仪器设备
概述　166
第十四章　分子光谱设备　168
**节　紫外-可见光谱仪　168
第二节　多功能酶标仪　171
学习思考题　175
参考文献　175
第十五章　原子光谱设备　176
**节　电感耦合等离子体原子发射光谱仪　176
第二节　原子荧光光谱仪　184
第三节　原子吸收光谱仪　189
学习思考题　192
参考文献　193
第十六章　电感耦合等离子体质谱仪　194
**节　ICP-MS仪及相关技术介绍　194
第二节　ICP-MS仪的功能与应用　200
第三节　ICP-MS仪的应用实例　202
第四节　ICP-MS仪的使用指导　203
第五节　ICP-MS仪的维护保养　210
学习思考题　211
参考文献　211
第十七章　气相色谱仪　212
**节　气相色谱仪及相关技术介绍　212
第二节　气相色谱仪的功能与应用　216
第三节　气相色谱仪的应用实例　217
第四节　气相色谱仪的使用指导　218
第五节　气相色谱仪的维护保养　222
学习思考题　223
参考文献　223
第十八章　液相色谱仪　224
**节　液相色谱仪及相关技术介绍　224
第二节　液相色谱仪的应用实例　230
第三节　液相色谱仪的使用指导　232
第四节　液相色谱仪的维护保养与故障排除　238
学习思考题　240
参考文献　240
第十九章　气相色谱-质谱联用仪　241
**节　气相色谱-质谱联用仪及相关技术介绍　241
第二节　气相色谱-质谱联用仪的功能与应用　249
第三节　气相色谱-质谱联用仪的应用实例　251
第四节　气相色谱-质谱联用仪的使用指导　253
第五节　气相色谱-质谱联用仪的维护保养　256
学习思考题　258
参考文献　258
第二十章　液相色谱-质谱联用仪　259
**节　液相色谱-质谱联用仪及相关技术介绍　259
第二节　液相色谱-质谱联用仪的应用实例　260
第三节　液相色谱-质谱联用仪的使用指导　261
第四节　液相色谱-质谱联用仪的维护保养　262
学习思考题　263
参考文献　263
第二十一章　核磁共振波谱仪　264
**节　核磁共振的基本原理　264
第二节　核磁共振波谱仪介绍　264
第三节　常规核磁共振实验　267
第四节　核磁共振波谱仪的使用指导　271
第五节　核磁共振波谱仪的维护保养　276
学习思考题　277
参考文献　278
第二十二章　流式细胞仪　279
**节　流式细胞仪及相关技术介绍　279
第二节　流式细胞仪的功能与应用　281
第三节　流式细胞仪的使用指导与维护保养　289
学习思考题　291
参考文献　291
第二十三章　膜片钳与双电极电压钳系统　292
**节　膜片钳与双电极电压钳系统及相关技术介绍　292
第二节　膜片钳与双电极电压钳系统的功能与应用　297
第三节　膜片钳与双电极电压钳系统的使用指导　300
第四节　膜片钳与双电极电压钳系统的维护保养　304
学习思考题　305
参考文献　305
第四篇　
发酵工程实验技术与仪器设备
概述　308
第二十四章　一次性发酵系统　309
**节　发酵工程技术设备概述　309
第二节　WAVE一次性发酵系统介绍　311
第三节　Xcellerex一次性发酵系统介绍　313
第四节　WAVE和Xcellerex一次性发酵系统的应用实例　315
第五节　Xcellerex一次性发酵系统的使用指导　317
第六节　Xcellerex一次性发酵系统的维护保养　319
学习思考题　321
参考文献　321
第二十五章　全自控发酵系统　322
**节　FUS-50L（A）全自控发酵系统介绍　323
第二节　FUS-50L（A）全自控发酵系统的功能与应用　324
第三节　FUS-50L（A）全自控发酵系统的使用指导　326
第四节　青霉素生产工艺介绍　328
第五节　全自控发酵系统的维护保养　331
第六节　多联体自控发酵系统　332
学习思考题　333
参考文献　333
第二十六章　发酵工程下游技术相关设备　334
**节　过滤与分离设备　334
第二节　干燥设备　336
第三节　分析鉴定设备　336
第四节　电穿孔仪　336
第五节　细胞融合仪　337
学习思考题　340
参考文献　340

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现代生命科学仪器设备与应用节选

**篇生物显微技术与仪器设备概述生物显微技术是利用显微镜观测微小生物的表观形态、细微结构，完成显微操作的一系列方法和手段。包括显微镜应用，样本制备，成像观测，影像解析与数据分析等。显微镜总体分为两类：光学显微镜和电子显微镜。前者以光波为光源，经过一系列透镜放大成像。生物学常用光学显微镜有两类。（1）可见光源显微镜：普通生物显微镜、体视显微镜、倒置显微镜、微分干涉相差显微镜。（2）紫外光源显微镜：荧光显微镜、激光扫描共聚焦显微镜、超高分辨率显微镜。光学显微镜借助荧光标记技术拓展了生物学应用，成像更清晰，影像分辨率提高。电子显微镜是以电子束为光源，电磁场作透镜的高分辨显微设备。当电子束照射样本时产生：透射电子、透过散射电子、二次电子、背散射电子、吸收电子、特征X射线、俄歇电子、阴极荧光等信号。根据所用电子信号的不同，电子显微镜分为：透射电子显微镜、扫描电子显微镜、电子探针显微分析仪等。其放大倍数可至几百万倍，分辨率比光学显微镜高出一千多倍，达到0.2nm或更低。常用显微镜的特点与应用见常用显微镜的特点与应用表。常用显微镜的特点与应用表本篇**章至第四章分别介绍荧光显微镜、激光扫描共聚焦显微镜、电子显微镜（透射电子显微镜、扫描电子显微镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜）、显微制样装备与技术，以及这些设备的功能原理、科研应用、仪器操作、维护保养等。 **章荧光显微镜荧光是无色温冷光，当电子受激跃迁返回低能态时所发出的光，波长为400～800nm的可见光（蓝、绿、黄、红），灵敏度高，选择性强。它有两种类型：①自发荧光，紫外光照射即发出荧光，如叶绿素、血红素等，也称固有荧光；②继发荧光，荧光素染色后受紫外光激发而发射出的荧光，常称为光化荧光。 **节荧光显微镜介绍荧光显微镜（fluorescence microscope，FM）由光学显微镜和荧光装置组合而成，常用的有正置荧光、倒置荧光、体视荧光显微镜三种类型。荧光装置是紫外光激发荧光素发射荧光的系统，由紫外光源、滤光片组件、二向色镜等光学组件精密组装而成。正置荧光显微镜*为普及（图1-1），分落射式、透射式两种。一、正置荧光显微镜（一）落射式荧光显微镜 1.成像过程紫外光从显微镜后上方穿过激发滤光片，遇二向色镜转向90°向下穿过物镜聚光后落射在样本上，荧光物质受到激发而发射出荧光反向穿过物镜、二向色镜、发射（阻挡）滤光片，至目镜二次成像（图1-2）。二向色镜具有反射紫外光，通透荧光的特性。图1-1 正置荧光显微镜图1-2 落射式荧光显微镜光路图图1-3 透射式荧光显微镜光路图 2.设备特点落射式荧光显微镜可观测所有类型的切片样本。对样本厚度、颜色、背景要求宽松，成像质量高，图像效果好，适应面广，光毒害小。物镜具有聚光镜的作用，操作简便。从低倍到高倍整个视场照明均匀，影像清晰。但制造成本较高，价格较贵，为高档研究级显微镜。（二）透射式荧光显微镜 1.成像过程紫外光从样本下方经过激发滤光片、反光镜后转向通过暗视野聚光镜，穿透照射切片样本，样本荧光素受到激发发射荧光，荧光通过物镜、发射（阻挡）滤光片至目镜成像（图1-3）。 2.设备特点透明度不好的切片样本不适合使用。低倍镜下影像明亮，但照明范围不易确定；高倍镜下影像较为暗淡，光源调焦不易控制。优点是结构简单，造价便宜，对于固定用途或实验教学有成本优势。二、多功能荧光显微镜的应用荧光显微镜具有高灵敏、高分辨、低光毒，对活细胞刺激小，多重染色观测方便的优势，是观测荧光目标物结构、形态、吸收、运输、定性、定量、分布、定位、示踪、鉴定等影像结果的重要设备，多功能荧光显微镜的应用更加广泛。（一）荧光观测 1.单色荧光观测在相应波长的滤光片（蓝、绿、黄、红等）下观测、寻找、示踪荧光目标物（亚细胞器、DNA、RNA、活性蛋白质等）的结构形态、空间分布、荧光强度、光亮变化等。 2.多色荧光观测在同一视野下观测多张不同颜色的荧光影像，叠加合成为一张多色荧光图像，便于比较、发现更多的目标物，以及相互间的关联与作用。 3.免疫荧光观测荧光素标记的抗体（或抗原）与样本（细胞、组织、分离物等）中相应的抗原（或抗体）结合制样，观测成像。这种免疫荧光观测有两种类型。（1）直接免疫荧光（DIT）：将抗体（抗原）与荧光素连接，观测相应的抗原（抗体）。（2）间接免疫荧光（IIT）：用荧光素标记第二、第三抗体观测相应抗原抗体复合物。 4.荧光-明视场连用观测弱荧光信号的样品先观测荧光成像，再改用明视场观测，对比同一视野下的影像，筛选具有荧光特质的目标物。荧光-明视场连用技术在病理切片、荧光观测等相关研究中常用。优点：对比观测、视野明亮、影像均匀、操作简便。缺点：透明样本对比度低，立体感差。（二）微分干涉相差观测微分干涉相差（differential interference contrast，DIC）成像，是明场条件下辨析同平面细微差异的观测方法。利用偏振光的光程差调节使标本的细微结构呈现正或负的投影影像，形成立体浮雕般的成像效果。适用于透明样本，捕捉细节变化（图1-4）。图1-4 相差显微影像左：相差影像；右：DIC影像（三）明视场观测明视场观测是生物显微成像中的常用方法，在多功能荧光显微镜中其技术配置更为精良，成像效果也有所改善，它既是荧光观测过程的一个环节，又可单独观测非荧光物质。荧光显微镜中有紫外、可见两套光源，明视场成像使用可见光源，技术方法、使用步骤与普通生物显微镜一样。第二节荧光显微镜的科研应用一、细胞物质观测（一）细胞结构及目标物观测荧光有两个特点：①灵敏度高，是可见光的100倍；②选择性强，激发光、发射光双重选择。所以，目标物成像干扰少。适合的荧光素染色后，即可观测目标物（细胞器、结构性蛋白、DNA、RNA、酶、受体分子）的结构、形态、组成、分布、含量、轨迹等荧光影像，通过影像学分析判断其性质、位置、数量等信息。（二）细胞内钙离子信号观测钙离子维持着细胞膜两侧的生物电位、信号传导、激素调节，并深度参与生理活动。所以，钙离子信号有增减、波动、传递的动态变化，我们只要观测细胞内钙离子的浓度与分布，便可以解析其功能与作用。Fluo-3是标记钙离子的荧光探针，属极性化合物，较难渗入细胞。而Fluo-3AM（Fluo-3的乙酰氧基甲酯衍生物）改善了渗透性、稳定性，但自身荧光变弱。实验中先利用其优点与细胞孵育渗入，后被酯酶水解成Fluo-3，再与钙离子结合产生明亮荧光。 1.荧光标记用0.5～5μmol/L Fluo-3AM与细胞在20～37°C孵育15～60min进行荧光探针装载。洗涤之后可再孵育20～30min，确保Fluo-3AM在细胞内完全转变成Fluo-3，细胞悬浮液观测备用。［5mmol/L Fluo-3AM储备液由二甲基亚砜（DMSO）配制后备用。］ 2.荧光观测探针Fluo-3激发波长506nm，发射波长526nm。选用波长接近的滤光片观测，影像拍照，软件分析。若绘图记录，光强标注：“-”无荧光或微弱，“+”明确可见，“++”明亮，“+++”耀眼。 3.钙离子荧光探针的类型（1）可见光激发的：如Fluo-3（506nm/526nm）、Fluo-4（494nm/516nm）、Rhod-2（549nm/578nm）。（2）紫外光激发的：如Fura-2（340nm，380nm/510nm）、Indo-1（355nm/400nm，475nm）。（3）功能辅助增强剂：如Pluronic F-127（探针加载增强剂）、Ionomycin（钙离子载体）、BAPTA（钙螯合剂）等，根据需要配合使用。钙离子的浓度观测除了用荧光显微镜之外，还可用酶标仪、激光扫描共聚焦显微镜、流式细胞仪等。二、荧光示踪观测细胞活动示踪、表达蛋白标记、基因组学蛋白质组学研究都离不开荧光标记。绿色荧光蛋白（GFP）分子质量小，溶解性好，无毒副作用，常作为荧光探针，其表达产物经蓝光激发便可发射绿色荧光。（一）靶基因分子标记示踪将目标基因与标签蛋白（GFP）基因构成融合基因，转入细胞进行表达，表达产物细胞中的标签蛋白质具备荧光特性，便于活体观测，筛查跟踪。（二）信号分子迁移路径示踪利用GFP与信号分子的偶联，观测信号传导过程的路径与分布，探讨信号分子迁移的动力、规律和作用，在生物生理学、药理学的研究中，以及药物筛选与药效评价中经常使用。三、免疫荧光法观测免疫荧光法有两种：①荧光抗体法，用荧光抗体示踪或检测相应的抗原；②荧光抗原法，用已知的荧光抗原标记物示踪或检测相应的抗体。利用抗原抗体特异性结合与荧光标记技术联用，观测结合对象的方法称为免疫荧光技术。通过标记抗体，可观测激素、蛋白质、酶、药物、病毒等相应抗原的荧光影像，以及在细胞中的含量、分布与位置。（一）直接免疫荧光法观测荧光抗体法较为常用。标记过的荧光抗体直接加在抗原样本上，经过一定温度、时间的染色，洗去未参加反应的荧光抗体，晾干封片即可观测。（二）间接免疫荧光法观测对于未知抗原，先用已知未标记荧光的**抗体与抗原样本反应，洗去未反应的抗体，再用标记荧光的第二抗体与抗原样本反应，使之成为抗原-抗体1-抗体2的复合物，再洗去多余的标记抗体，晾干封片，荧光观测。对于未知抗体，抗原样本应为已知，待检样本为**抗体，方法步骤与上述操作相似。免疫荧光常用标记物有异硫氰酸荧光素（FITC，绿色荧光）、罗丹明（TRITC，黄色荧光）、四甲基异硫氰酸罗丹明（TRITC，黄色荧光）、Cy3（黄色荧光）、Cy5（红色荧光）、德克萨斯红（Texas Red，橙色荧光）等。

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