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第Ⅰ部分 导言3

1 癌细胞生物学&Marina Marjanovic and Krishnarao Tangella3

1.1 细胞——生命的基本单元3

1.2 细胞周期4

1.3 细胞周期的控制6

1.4 癌细胞生物学7

1.5 癌细胞分子生物学12

小结13

推荐读物13

2 电磁场综述&Gabriel Popescu15

2.1 麦克斯韦方程组15

2.1.1 时空表象中的麦克斯韦方程组15

2.1.2 边界条件16

2.1.3 在空间-频率表象（r,ω）中的麦克斯韦方程组17

2.1.4 亥姆霍兹方程18

2.1.5 在（k,ω）表象中的麦克斯韦方程组19

2.1.6 相速度，群速度和能量速度21

2.1.7 菲涅耳方程23

2.1.8 全内反射26

2.1.9 以布鲁斯特角传播27

2.2 光与物质相互作用的洛伦兹模型29

2.2.1 从微观到宏观响应29

2.2.2 低于共振频率（ω＜＜ω0）时的响应32

2.2.3 共振频率（ω？ω0）时的响应32

2.2.4 高于共振频率（ω＞＞ω0）时的响应33

2.3 光—金属相互作用的Drude模型33

推荐读物35

3 纳米光子学导论&Logan Liu37

3.1 概述37

3.2 纳米光子学基础38

3.3 纳米光子学中的量子受限39

3.4 等离子体光学41

3.4.1 光场增强与聚集42

3.5 纳米光子学具有近场光学的特性43

3.6 纳米光子学中的计算与模拟44

3.6.1 米氏散射理论45

3.6.2 麦克斯韦方程组46

3.6.3 有限元频域纳米光子学模拟49

3.6.4 有限差分时域（FDTD）52

参考文献53

第Ⅱ部分 方法综述57

4 组织病理学：临床展望&Krishnarao Tangella and Marina Marjanovic57

4.1 引言57

4.2 组织准备58

4.2.1 添加标本58

4.2.2 核实标本60

4.2.3 冷冻切片62

4.2.4 在组织处理器中的标本64

4.2.5 组织包埋64

4.2.6 石蜡包块的显微切片66

4.2.7 组织染色68

4.2.8 细胞学方法检测标本71

4.2.9 特殊染色72

4.3 病理报告74

4.4 病理学中的预后和预测标志物74

4.5 纳米尺度下生物光子学的机遇75

4.6 小结77

致谢78

参考文献78

5 非均匀介质中的光散射&Gabriel Popescu81

5.1 弹性（静态）光散射81

5.1.1 单个电介质粒子的散射特性81

5.1.2 瑞利粒子83

5.1.3 米氏理论85

5.1.4 体积分布电介质粒子的单粒子散射近似86

5.2 准弹性（动态）光散射88

5.3 多次散射90

5.3.1 辐射传输理论的要素91

5.3.2 传输理论的扩散近似93

5.3.3 扩散波谱学94

参考文献96

6 二次谐波产生理论&Raghu Ambekar Ramachandra Rao and Kimani C.Toussaint,Jr97

6.1 引言97

6.2 非线性显微术98

6.3 二次谐波产生理论（电磁描述）99

6.3.1 非线性波方程101

6.3.2 二阶非线性极化101

6.3.3 确定二次谐波产生强度102

6.3.4 不完备相位匹配105

6.3.5 偏心对称105

6.3.6 准相位匹配106

6.3.7 相位匹配带宽106

6.4 二次谐波产生理论（偶极描述）107

6.4.1 方向性108

6.4.2 向后传播的二次谐波产生109

6.4.3 聚焦效应110

6.4.4 生物组织中的相位匹配110

6.5 实验框架110

6.6 实际考虑112

6.6.1 辨别二次谐波（SHG）112

6.6.2 分辨率和穿透深度112

6.6.3 功率限制112

6.6.4 二次谐波的优缺点113

6.7 结论113

致谢114

参考文献114

7 纳米生物光子学时代的视觉恢复&S.Sayegh115

7.1 引言115

7.2 多层次下的光116

7.2.1 几何光学，波动光学和量子光学116

7.3 视觉118

7.3.1 视觉敏锐度118

7.3.2 失明的定义（法律意义的失明和法律上的推动）118

7.3.3 失明的原因：怎样才能看见…怎样不能119

7.3.4 眼球解剖学简介120

7.4 物体的形状120

7.4.1 眼球120

7.4.2 角膜121

7.4.3 举例：透镜122

7.4.4 举例：视网膜123

7.4.5 视神经124

7.5 视觉需求的障碍导致的失明124

7.5.1 透明障碍124

7.5.2 弯曲或聚焦障碍125

7.5.3 探测障碍125

7.5.4 传递障碍126

7.5.5 处理障碍126

7.6 诊断工具126

7.7 治疗工具129

7.7.1 治疗工具（光学的）129

7.7.2 治疗工具（内科的）130

7.7.3 治疗工具（外科的）131

7.8 小结137

推荐读物137

8 光学低相干干涉技术在纳米医学中的应用&Utkarsh Sharma and Stephen A.Boppart139

8.1 引言139

8.1.1 OCT技术的起源与演变140

8.1.2 在医学中的应用141

8.1.3 在纳米医学中的应用141

8.2 低相干干涉测量的基础理论部分143

8.2.1 OCT理论144

8.2.2 谱域OCT146

8.2.3 轴向与侧向分辨率147

8.2.4 OCT系统的信噪比、噪声和灵敏度148

8.3 OCT功能扩展以及用于纳米医学的其他基于LCI技术149

8.3.1 金纳米壳层及纳米结构作为对比剂和治疗剂150

8.3.2 光谱OCT151

8.3.3 磁动OCT152

8.3.4 用于亚细胞成像的超高分辨OCT154

8.3.5 用于监测细胞动力学的相位灵敏LCI技术156

8.3.6 偏振灵敏的OCT159

8.3.7 基于LCI的分子特异性技术：Pump-Probe OCT与非线性干涉振动成像160

8.4 结论162

致谢163

参考文献163

9 等离子体光学与超材料&Kin Hung Fung and Nicholas X.Fang173

9.1 引言173

9.2 表面等离子体178

9.3 超材料的设计182

9.3.1 有效介质的概念182

9.3.2 有效介电常数（εeff）185

9.3.3 有效磁导率（μeff）187

9.3.4 双负性189

9.4 成像与光刻：突破衍射极限191

9.4.1 薄膜超透镜191

9.4.2 超级透镜192

9.5 展望194

9.6 结论194

参考文献195

第Ⅲ部分 当前的研究领域201

10 红外光谱成像：一种病理学综合方法&Michael J.Walsh and Rohit Bhargava201

10.1 引言201

10.1.1 癌病理学202

10.1.2 在病理学方面的研究现状203

10.1.3 分子病理学205

10.2 FTIR光谱205

10.2.1 点光谱及成像205

10.2.2 FTIR与分子病理学206

10.2.3 与其他（谱）成像技术的比较208

10.2.4 仪器方面的进步209

10.3 FTIR在生物医学研究中的应用211

10.3.1 2D细胞培养211

10.3.2 3D组织培养212

10.3.3 FTIR的临床应用214

10.4 FTIR成像转移到临床病理学的日常运用220

10.4.1 临床考虑220

10.4.2 光谱学考虑220

10.4.3 FTIR成像转移到临床221

10.5 讨论221

参考文献222

11 用于干涉成像的散射、吸收与调制纳米探针&Renu John and Stephen A.Boppart235

11.1 引言235

11.1.1 分子成像技术236

11.1.2 分子对比剂237

11.2 相干成像探针242

11.2.1 散射探针242

11.2.2 动力学探针244

11.2.3 吸收探针249

11.2.4 表面等离子共振探针253

11.3 结论与展望260

致谢261

参考文献261

12 基于胶原质系统的二次谐波产生成像&Monal R.Mehta,Raghu Ambekar Ramachandra Rao,and Kimani C.Toussaint,Jr271

12.1 引言271

12.2 从二次谐波产生成像中获取定量信息的方法273

12.2.1 二次谐波发生向前与向后发射的强度比273

12.2.2 在结构中的长度分布273

12.2.3 x（2）张量成像273

12.2.4 傅里叶变化二次谐波产生显微术277

12.3 向前与向后发射二次谐波产生成像的定量比较281

12.3.1 首选的方向性282

12.3.2 幅度谱中的峰284

12.4 结论285

致谢285

参考文献285

13 等离子体光学：朝着纳米尺度下的光操纵发展的新范例&Maxim Sukharev287

13.1 引言287

13.2 计算纳米光学291

13.3 相位极化控制方案296

13.4 用1D纳米粒子阵列进行等离子驱动光囚禁和光导引299

13.5 无中心反演对称的金属纳米粒子光学302

13.6 针对纳米光学中先进等离子光学材料的遗传算法设计306

13.7 光与等离子体光学衍射光栅的完美耦合310

13.8 结论314

参考文献315

14 等离子体共振能量转移纳米光谱学&Logan Liu319

14.1 引言319

14.2 PRET-激活的生物分子吸收光谱320

14.2.1 活细胞中纳米等离子体粒子的PRET成像326

14.2.2 全场等离子体共振成像327

14.3 实验程序332

14.3.1 将Cyt c结合到玻璃片上金纳米颗粒上的制备332

14.3.2 单个金纳米粒子的散射成像和光谱332

14.3.3 PRET中电磁能量耦合的有限元模拟333

14.4 结论333

参考文献334

15 红血球纳米尺度的表面起伏：疾病的标记&Catherine A.Best337

15.1 血液学引论337

15.1.1 标准血液检查337

15.1.2 RBC形态学检测338

15.1.3 细胞形变能力检测343

15.2 RBC膜的物理特性343

15.2.1 RBC膜起伏346

15.2.2 测量RBC膜起伏的现有技术347

15.2.3 定量相位成像348

15.3 RBC动力学的纳米尺度特征351

15.3.1 膜位移的静态（空间）行为351

15.3.2 膜位移的动态行为：空间和时间相关353

15.3.3 三磷酸腺甙（ATP）的作用356

15.3.4 渗透压对血红细胞力学的影响360

15.4 RBC膜起伏的临床相关性：疟疾作为第一个例子360

致谢362

参考文献363

16 超分辨远场荧光显微术&Manuel F.Juette,Travis J.Gould,and Joerg Bewersdorf369

16.1 引言与历史沿革369

16.2 超分辨显微术的基础374

16.2.1 PSF工程374

16.2.2 基于局域化的显微术377

16.2.3 荧光探针380

16.2.4 光学传递函数（OTF）382

16.3 应用388

16.3.1 多色成像388

16.3.2 时间分辨与活细胞成像389

16.3.3 轴向超分辨390

16.4 讨论392

致谢397

参考文献397

索引403