生物材料概论/普通高等教育“十一五”国家级规划教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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冯庆玲 著

图书标签:

• 生物材料
• 生物医学工程
• 材料科学
• 生物工程
• 医学材料
• 教材
• 高等教育
• 规划教材
• 生物相容性
• 组织工程

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302207597

版次：1

商品编码：12168485

包装：平装

丛书名： 普通高等教育“十一五”国家级规划教材

开本：16开

出版时间：2009-09-01

用纸：胶版纸

页数：403

字数：537000

正文语种：中文

内容简介

　　《材料科学与工程系列：生物材料概论》主要阐述生物材料学的基本内容及原理，包括天然生物材料的组成单元（生物大分子、生物矿物），人体的基本组织和器官，细胞与材料作用的过程，各类生物医用材料，医用材料的生物相容性，以及生物材料检测与评价等。
　　《材料科学与工程系列：生物材料概论》的特点是涉及的面很广，可供材料科学、生物医学工程、化学、医学、环境科学等相关专业的本科学生选作教材，或供科技人员以及高等院校相关专业的师生参考。
　　《材料科学与工程系列：生物材料概论》是普通高等教育“十一五”国家级规划教材。

作者简介

　　冯庆玲，1990年获柏林工业大学博士学位.1999年起任清华大学材料科学与工程系教授.2000年起任博士生导师。现任中国复合材料学会理事，中国复合材料学会生物复合材料专业委员会副主任，中国生物医学工程学会生物材料分会委员，中国复合材料学会微纳米复合材料专业委员会委员，复合材料学报编委，生物骨科材料与临床研究常务编委，Journal of Biomimetics，Biomaterials and Tissue Engineering编委，韩国材料研究学会国际顾问。发表科研论文百余篇，SCI收录90余篇。获中国发明专利16项，美国发明专利1项。获得国家技术发明二等奖1项，教育部科技进步一等奖1项，二等奖1项。第九届中国专利1项。

目录

第1章 绪论
1．1 生物材料的定义
1．2 生物材料的发展历程
1．3 生物材料学的学科特点
1．4 生物材料中水的作用
1．4．1 水的溶解性质
1．4．2 疏水效应
1．4．3 亲水效应
1．4．4 表面浸润效应
1．4．5 水和生物对于材料的反应
1．5 生物材料相关学科
1．5．1 组织工程与再生医学
1．5．2 生物材料与人工器官
1．6 生物材料的应用现状
参考文献

第2章 生物大分子
2．1 概述
2．2 蛋白质的成分和结构
2．2．1 蛋白质的成分
2．2．2 蛋白质的结构
2．3 几种蛋白质
2．3．1 胶原
2．3．2 丝素蛋白
2．3．3 弹性蛋白
2．4 多糖
2．4．1 纤维素及其衍生物
2．4．2 几丁质
2．4．3 卡拉胶
2．4．4 海藻酸钠
2．4．5 氨基聚糖与蛋白聚糖
2．5 糖蛋白
参考文献

第3章 生物矿化作用及生物矿化机制
3．1 生物矿化概述
3．2 天然生物矿物的种类
3．2．1 碳酸钙
3．2．2 磷酸钙
3．3 几种天然生物矿物
3．3．1 贝壳
3．3．2 珍珠
3．3．3 鱼耳石
3．3．4 鸵鸟蛋壳
3．3．5 骨
3．3．6 牙
3．4 异常生物矿化
3．4．1 泌尿系结石
3．4．2 心血管系统异常钙化
3．4．3 牙的病理矿化
3．5 生物矿化的基本原理和过程
3．6 有机基质在矿物形核及生长中的作用
参考文献

第4章 组织和器官
4．1 组织
4．1．1 组织的构成
4．1．2 基本组织
4．1．3 结缔组织——骨
4．2 器官
4．2．1 器官的构成
4．2．2 器官中的细胞再生
4．2．3 器官中的细胞通讯
4．2．4 器官的病理学
4．2．5 肝脏器官
……

第5章 细胞与材料的相互作用
第6章 生物医用材料
第7章 生物医用材料表面性质与改性
第8章 材料的生物相容性
第9章 生物材料的检测与评价
第10章 材料在生物环境中的降解
第11章 组织工程
第12章 仿生制备生物材料

精彩书摘

　　《生物材料概论/普通高等教育“十一五”国家级规划教材》：
　　第2章 生物大分子
　　2.1 概述
　　生物大分子是生物体的重要组成成分，是一类具有生物功能、分子量较大、结构也比较复杂的天然高分子，同时也是一类非常重要的生物材料来源。生物大分子主要是指蛋白质、核酸、高分子多糖及其复合物。与合成高分子生物材料相比，生物大分子在生物相容性、细胞粘附和生长性能方面具有无与伦比的优势，在生物医用领域，特别是组织工程领域得到广泛的重视。生物大分子还具有容易被生态环境识别与代谢的优点。相对于合成高分子，生物大分子毒性小，不会诱发慢性炎症反应。更重要的是，生物大分子经历了一个自然形成的过程，因而具有分子水平上的生物功能，而不仅仅是宏观上的生物功能。但是，绝大部分天然高分子材料都存在价格昂贵、力学性能差、来源有限、降解性能难以控制等缺点，而且生物大分子容易在体内产生免疫排斥反应。由于其结构比合成高分子要复杂得多，制备工艺也要复杂精巧得多。由于以上特性，近年来生物大分子及其改性后的产物被广泛地用作生物材料，为生物医用材料开辟了新领域。表2.1列出了体内存在的一些天然高分子及相关特性。
　　……

前言/序言

　　本书是“普通高等教育‘十一五’国家级规划教材”之一。
　　材料科学被称为三大科学支柱之一，也是人类技术进步的标志。而生物材料学又是近年来诸多材料学中脱颖而出的一个灿烂奇葩，开辟了一个崭新的学科领域。
　　利用受生物启发的合成路径和源于自然的仿生原理设计形貌、结构可控的功能材料，研究其所具有的独特性能，已成为生命、化学、材料和物理等学科中一个活跃的前沿领域。生物材料学研究的主要目的是在分析天然生物材料自组装、生物功能及形成机制基础上，发展新型医用材料以用于人体组织器官的修复与替代，并且发展仿生高性能工程材料。生物材料学涉及生物材料的组成结构、性能与制备相互关系和规律，其研究开发正以空前的规模飞速发展。之所以如此，原因在于其强大的推动力，一是挽救成千上万人最宝贵的生命，二是大大提高人的生活质量。从这个意义上来说，生物材料是直接造福于人类生命和健康的一门科学。
　　生物材料学的内容丰富多彩，所涉及的学科也繁多广阔。学科相互渗透、交叉、融合已是现代科学发展的一个重要特点，也是科学技术蓬勃发展的生命力之所在。生物材料学已成为生命科学和材料科学的交叉前沿科学。生物材料学与化学、生物、医学、药学、物理、纳米技术以及其他学科还有密切的关系。生物材料是多个新兴的研究方向的基础，如组织工程、再生医学、药物缓释、生物传感器和人工器官等。
　　实际使用的生物医用材料种类繁多。一种新型生物医用材料从需求到开发、制造和植入的过程，要涉及诸多学科如材料科学、医学、力学、生物学、生物工程学、管理科学等。因此，生物材料专家应对设计生物材料的基本原理有很好的掌握和理解。这不但包括传统的材料科学的理论与实践，还包括材料被植入人体后所发生的复杂相互作用的机制和成功经验。因此，本书旨在为具有工程学科背景的读者补充涉及生物材料的生物学基础知识，同时为具有生物医学学科背景的读者补充涉及生物材料的材料学基础知识。在此基础上，介绍生物材料学特有的学科知识。
　　生物材料学已经形成自己独特的研究对象、研究方法和学科体系。这些是任何其他学科都不能包容的。本书主要阐述生物材料学的基本内容及原理。重点为材料科学专业人员补充生物学基础知识，包括天然生物材料的组成单元（生物大分子、生物矿物）、人体的基本组织和器官、细胞与材料作用的过程等，具备上述生物学基础知识才可能设计、制备新一代生物相容材料。本书对生物材料学科主要内容，如生物过程形成的分级结构、自组装和生物矿化原理，细胞与材料的相互作用，材料的生物相容性机制，生物医用材料的设计，组织修复愈合原理等，都做了较详尽的论述，各章节除了有学术上的内涵联系外，还有重要的实用价值。本书在总结大量国内外本领域研究现状的同时，也介绍了作者所在的研究组近年来在生物材料方面的研究成果。本书的特点是涉及的面比较广，可供材料科学、生物医学工程、化学、医学等相关专业的本科生和研究生选作教材或供科技人员以及高等院校相关专业的师生参考。
　　作为一门新兴学科，相关教材还比较少，本书愿意为生物材料领域的师生提供一个选择。本书不仅可作为生物材料专业的研究生和大学本科高年级学生的教学用书，亦可作为从事该领域研究者的参考书。广大读者启迪智慧灵感，开阔视野知识，激发求知欲望，探索创新精神，推动生物材料学科的发展，从而造福于人类的健康。著书若能如此，作者堪以欣慰。
　　本书引用了几百篇参考文献。相当一部分文献还来不及与各位作者联系，特别是国外学者、期刊和出版社，本书已经在各章中清楚标注。在此，作者亦向他们表示深深的感谢。在全书的编写过程中，谭荣伟、高永华、牛旭锋、黄智、王明波参加了本书的文献收集、图表制作以及文字校对等大量工作，在此表示衷心的感谢。
　　本书是作者在多年本科生和研究生教学以及科研实践基础上的积累，愿意与生物材料领域的同行共享，也敬请同行专家和本书的读者批评指正。

创新驱动，材料先行：现代生物医学工程前沿探索 本书并非《生物材料概论/普通高等教育“十一五”国家级规划教材》，而是聚焦于当前生物医学工程领域最前沿、最具颠覆性的创新技术与研究方向的深度综述与前瞻性分析。 --- 第一部分：仿生系统与下一代植入物设计 引言：超越惰性，迈向智能的植入界面 传统植入物的设计理念多集中于生物相容性（Biocompatibility）和机械稳定性，然而，现代生物医学工程追求的是生物活性（Bioactivity）和功能集成（Functional Integration）。本卷深入探讨如何模仿自然界复杂的结构与功能，设计出能够与宿主组织进行有效双向交流的“智能”植入材料与系统。 第一章：智能响应性材料的崛起 本章详细剖析了近年来在环境敏感材料（Stimuli-Responsive Materials）领域取得的突破。重点介绍pH、温度、电场、甚至特定生物标志物敏感的聚合物和纳米结构。 可逆开关系统： 探讨如何利用特定化学反应或物理转变（如形状记忆聚合物），实现药物的按需、定时定点释放。例如，在肿瘤微环境（酸性较高）下触发药物释放的智能水凝胶载体，以及应用于软组织修复中，通过温和外部刺激实现支架刚度调节的动态材料。 自适应力学： 研究如何构建具备自适应力学性能的材料，以应对植入环境中不断变化的机械负荷。对比分析基于动态共价键、氢键或离子键构建的“自修复”聚合物网络在组织工程支架中的应用潜力，着重讨论其在长期植入后机械性能衰减的缓解机制。 第二章：组织工程的“去细胞化”与重建 本章将焦点从传统的细胞支架培养转移到全器官/复杂组织再生的前沿技术，特别是生物工程支架（Bioscaffolds）的创新。 天然基质的重新编程： 详细介绍脱细胞化（Decellularization）技术的最新进展，包括超声辅助、流体力学辅助等方法，以获得保留天然细胞外基质（ECM）的结构完整性和生物信号的“支架”。分析如何通过后期的生物分子重塑（Biomolecule Remodeling），“编程”支架以引导特定细胞的定向分化和血管化。 器官芯片与类器官的集成制造： 探讨生物打印（Bioprinting）技术在构建复杂三维结构中的突破，特别是结合微流控技术（Microfluidics）构建的器官芯片（Organ-on-a-Chip）模型。重点剖析如何利用多材料打印和原位交联技术，模拟真实器官的血流动力学和机械微环境，以替代动物模型进行药物筛选和疾病建模。 第三章：神经接口与生物电子学的融合 本卷将神经科学与材料科学的交叉领域视为下一个革命性战场。 柔性与可拉伸电子器件： 深入分析超薄、高导电性的有机电子材料（如PEDOT:PSS衍生物、石墨烯复合材料）在神经假体和脑机接口（BMI）中的应用。重点关注如何解决长期植入导致的瘢痕组织增生和信号衰减问题。 光遗传学与化学遗传学的材料载体： 探讨将光敏离子通道或受体整合到可植入微电极阵列中的技术，实现对神经信号的高精度、非侵入性（相对微创）调控。分析用于保护和稳定这些敏感生物分子的纳米封装技术。 --- 第二部分：靶向递送与纳米医学的精准化 引言：从全身给药到细胞级调控 本部分关注如何利用纳米技术解决传统药物在生物体内分布不均、毒副作用大、以及难以穿透生物屏障（如血脑屏障）的难题，实现治疗的精准化。 第四章：智能纳米载体的设计与功能化 本章侧重于超越传统脂质体的设计思路，引入更具生物适应性和靶向性的纳米结构。 “穿梭”纳米机器： 详细介绍具有主动运动能力的纳米系统，如自驱动纳米马达，它们利用生物体内的梯度（如谷胱甘肽浓度梯度或pH梯度）作为燃料，实现对深层组织的主动渗透。 免疫逃逸与生物相容性界面： 分析如何通过在纳米粒表面修饰特定的聚乙二醇（PEGylation）链或“伪装”（Mimicry）技术（例如模仿红细胞膜的涂层），有效避免被巨噬细胞吞噬，延长其在体内的循环时间。 多模态成像与治疗一体化（Theranostics）： 阐述如何将诊断成像剂（如量子点、超顺磁性氧化铁）与治疗药物共载于同一纳米平台，实现“边治疗、边监测”的实时反馈系统。 第五章：基因编辑与核酸递送的新路径 基因治疗的临床转化依赖于高效且安全的递送系统，特别是针对原位（In Situ）递送。 无病毒递送系统的突破： 详细对比新型阳离子脂质纳米粒（LNPs）、多肽/聚合物纳米复合物（CPP-based NPs）在递送mRNA、siRNA和CRISPR/Cas9系统时的效率和安全性。重点分析针对特定组织（如肝脏、肌肉或肿瘤）的表面修饰策略，以提高转染效率。 细胞内靶向递送： 探讨如何设计载体以精确穿越细胞膜，并成功释放货物至细胞核或细胞质内，避免在内涵体中被降解。涉及对内涵体逃逸机制的深入解析。 --- 第三部分：生物材料的计算模拟与质量控制 引言：从试错到预测性设计 现代生物材料的研究正加速进入计算驱动的时代。本部分探讨如何利用先进的计算工具，优化材料的合成、性能预测和制造过程。 第六章：多尺度计算模拟在材料设计中的应用 本章强调材料设计不再局限于实验台，而是从原子到器官尺度的全景模拟。 分子动力学（MD）模拟： 阐述如何利用MD模拟预测聚合物链在生物流体中的构象变化、蛋白质吸附动力学以及界面处的应力分布，从而指导材料表面的化学修饰。 有限元分析（FEA）在生物力学中的集成： 聚焦于利用FEA模拟骨小梁支架、软骨替代物在特定生理载荷下的应力-应变分布，预测材料的长期疲劳寿命和生物反应，为定制化植入物提供设计参数。 第七章：先进制造工艺与质量保证 本卷最后探讨如何将创新的材料设计转化为可制造、可监管的产品。 增材制造（3D打印）的材料限制与拓展： 详细分析高分辨率生物打印（如双光子聚合）所需的光敏树脂的生物相容性、交联效率和机械性能。讨论如何实现多材料、梯度材料的连续打印。 过程分析技术（PAT）与实时质量控制： 介绍如何利用拉曼光谱、近红外光谱等无损检测技术，在生物材料的合成或生物打印过程中实现对分子结构、交联度或细胞活力的实时监控，确保批次间的一致性和临床安全性。 结语：迈向再生医学的整合范式 本书描绘了一幅宏大的图景：未来的生物材料不再是惰性的替代品，而是与宿主生物系统深度融合、能够感知、反应并促进组织再生的动态界面。核心在于跨学科人才的培养，将基础化学、物理学与临床医学、系统生物学紧密结合，加速从基础研究到临床转化的步伐。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计真是让人眼前一亮，封面简洁大方，采用了一种淡雅的蓝色调，配以抽象的生物分子结构图案，既点明了主题，又显得很有科技感。我拿到书的时候，纸张的手感也相当不错，厚实且略带磨砂质感，翻阅起来非常舒适，而且油墨印刷清晰，文字和图片都不会有模糊不清的感觉，这一点对于一本需要精读的教材来说至关重要。我尤其喜欢书本的排版，留白适度，字体大小也很合适，长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。内页的插图和图表更是做得非常用心，不仅色彩鲜艳，而且逻辑清晰，很多复杂的概念通过图示一下子就变得容易理解了，这一点对于我这种偏向视觉学习的人来说简直是福音。我曾遇到过一些教材，虽然内容扎实，但排版混乱，插图粗糙，阅读体验很差，这本书在这方面无疑做得非常出色，让我很期待深入内容的学习。

评分☆☆☆☆☆

初次翻阅这本书，我最直观的感受就是它在理论深度和广度上都给我留下了深刻的印象。尽管我本人对生物材料领域的了解还比较初步，但通过阅读，我能够感受到作者在内容组织上的条理性。开篇的部分对生物材料的基本概念、分类以及发展历程进行了详尽的介绍，这为我建立了一个初步的知识框架。让我印象深刻的是，书中并没有停留在概念的堆砌，而是通过大量的实例和研究背景来阐述每个知识点，例如在讲解生物相容性时，作者引用了不同材料在体内降解、免疫反应等方面的研究进展，这让我了解到理论知识是如何与实际应用紧密结合的。而且，作者在讨论一些前沿课题时，也能够清晰地梳理其发展脉络和面临的挑战，这让我不禁对未来的研究方向产生了浓厚的兴趣，感觉这本书为我打开了一个全新的视野。

评分☆☆☆☆☆

从学习方法和教学设计的角度来看，这本书做得相当到位。它不仅仅是一本知识的集合，更像是一个循序渐进的学习引导。每个章节的开头都会有明确的学习目标，让读者在开始阅读前就能大致了解本章的重点。章节中间穿插了大量的案例分析和思考题，这些题目设计得很有启发性，能够引导读者主动思考，将书本知识与实际问题联系起来。我特别欣赏书中对一些复杂实验原理的讲解，作者采用了分步解析和图示说明的方式，使得抽象的原理变得具体可感，即使是初学者也能较快地掌握。此外，书中还提供了很多参考文献，这对于我想要进一步深入研究某个特定方向的同学来说，无疑是一笔宝贵的财富，可以顺藤摸瓜地找到更多高质量的学习资源。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容结构给我一种耳目一新的感觉，它打破了我对传统教材的刻板印象。在介绍生物材料的各个分支时，作者并没有采取非常孤立的视角，而是巧妙地将不同领域的知识点联系起来。比如，在讨论组织工程时，书中不仅介绍了常用的支架材料，还将其与细胞培养、生长因子等生物活性分子的作用机制结合起来讲解，形成了一个完整的体系。我尤其喜欢书中对生物电子材料的介绍，作者不仅阐述了其在生物传感、神经接口等领域的应用，还对其导电性、生物相容性等关键性能进行了深入分析，并讨论了未来发展趋势。这种跨学科的融合性讲解，让我看到生物材料学科的无限可能性，也激发了我探索更多交叉领域知识的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

在阅读的过程中，我发现这本书对于一些关键概念的阐释非常到位，并且能够有效地帮助我理清不同概念之间的联系。例如，在讨论生物医用高分子时，作者不仅介绍了其结构与性能的关系，还深入剖析了不同合成方法对材料性能的影响，以及这些性能如何在具体的医疗器械中得到应用。让我印象深刻的是，作者在讲解生物降解机理时，不仅仅是罗列了几个常见的降解途径，而是详细解释了不同降解环境（如酶促降解、水解降解）的微观机制，并结合了实际的生物材料案例，比如聚乳酸和聚乙醇酸的降解过程，让我对生物材料的“生命周期”有了更深刻的理解。这种深入浅出的讲解方式，让我能够真正理解“为什么”和“怎么样”，而不是仅仅停留在“是什么”的层面。