生物材料概論/普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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馮慶玲 著

圖書標籤:

• 生物材料
• 生物醫學工程
• 材料科學
• 生物工程
• 醫學材料
• 教材
• 高等教育
• 規劃教材
• 生物相容性
• 組織工程

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302207597

版次：1

商品編碼：12168485

包裝：平裝

叢書名： 普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材

開本：16開

齣版時間：2009-09-01

用紙：膠版紙

頁數：403

字數：537000

正文語種：中文

內容簡介

　　《材料科學與工程係列：生物材料概論》主要闡述生物材料學的基本內容及原理，包括天然生物材料的組成單元（生物大分子、生物礦物），人體的基本組織和器官，細胞與材料作用的過程，各類生物醫用材料，醫用材料的生物相容性，以及生物材料檢測與評價等。
　　《材料科學與工程係列：生物材料概論》的特點是涉及的麵很廣，可供材料科學、生物醫學工程、化學、醫學、環境科學等相關專業的本科學生選作教材，或供科技人員以及高等院校相關專業的師生參考。
　　《材料科學與工程係列：生物材料概論》是普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材。

作者簡介

　　馮慶玲，1990年獲柏林工業大學博士學位.1999年起任清華大學材料科學與工程係教授.2000年起任博士生導師。現任中國復閤材料學會理事，中國復閤材料學會生物復閤材料專業委員會副主任，中國生物醫學工程學會生物材料分會委員，中國復閤材料學會微納米復閤材料專業委員會委員，復閤材料學報編委，生物骨科材料與臨床研究常務編委，Journal of Biomimetics，Biomaterials and Tissue Engineering編委，韓國材料研究學會國際顧問。發錶科研論文百餘篇，SCI收錄90餘篇。獲中國發明專利16項，美國發明專利1項。獲得國傢技術發明二等奬1項，教育部科技進步一等奬1項，二等奬1項。第九屆中國專利1項。

目錄

第1章 緒論
1．1 生物材料的定義
1．2 生物材料的發展曆程
1．3 生物材料學的學科特點
1．4 生物材料中水的作用
1．4．1 水的溶解性質
1．4．2 疏水效應
1．4．3 親水效應
1．4．4 錶麵浸潤效應
1．4．5 水和生物對於材料的反應
1．5 生物材料相關學科
1．5．1 組織工程與再生醫學
1．5．2 生物材料與人工器官
1．6 生物材料的應用現狀
參考文獻

第2章 生物大分子
2．1 概述
2．2 蛋白質的成分和結構
2．2．1 蛋白質的成分
2．2．2 蛋白質的結構
2．3 幾種蛋白質
2．3．1 膠原
2．3．2 絲素蛋白
2．3．3 彈性蛋白
2．4 多糖
2．4．1 縴維素及其衍生物
2．4．2 幾丁質
2．4．3 卡拉膠
2．4．4 海藻酸鈉
2．4．5 氨基聚糖與蛋白聚糖
2．5 糖蛋白
參考文獻

第3章 生物礦化作用及生物礦化機製
3．1 生物礦化概述
3．2 天然生物礦物的種類
3．2．1 碳酸鈣
3．2．2 磷酸鈣
3．3 幾種天然生物礦物
3．3．1 貝殼
3．3．2 珍珠
3．3．3 魚耳石
3．3．4 鴕鳥蛋殼
3．3．5 骨
3．3．6 牙
3．4 異常生物礦化
3．4．1 泌尿係結石
3．4．2 心血管係統異常鈣化
3．4．3 牙的病理礦化
3．5 生物礦化的基本原理和過程
3．6 有機基質在礦物形核及生長中的作用
參考文獻

第4章 組織和器官
4．1 組織
4．1．1 組織的構成
4．1．2 基本組織
4．1．3 結締組織——骨
4．2 器官
4．2．1 器官的構成
4．2．2 器官中的細胞再生
4．2．3 器官中的細胞通訊
4．2．4 器官的病理學
4．2．5 肝髒器官
……

第5章 細胞與材料的相互作用
第6章 生物醫用材料
第7章 生物醫用材料錶麵性質與改性
第8章 材料的生物相容性
第9章 生物材料的檢測與評價
第10章 材料在生物環境中的降解
第11章 組織工程
第12章 仿生製備生物材料

精彩書摘

　　《生物材料概論/普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材》：
　　第2章 生物大分子
　　2.1 概述
　　生物大分子是生物體的重要組成成分，是一類具有生物功能、分子量較大、結構也比較復雜的天然高分子，同時也是一類非常重要的生物材料來源。生物大分子主要是指蛋白質、核酸、高分子多糖及其復閤物。與閤成高分子生物材料相比，生物大分子在生物相容性、細胞粘附和生長性能方麵具有無與倫比的優勢，在生物醫用領域，特彆是組織工程領域得到廣泛的重視。生物大分子還具有容易被生態環境識彆與代謝的優點。相對於閤成高分子，生物大分子毒性小，不會誘發慢性炎癥反應。更重要的是，生物大分子經曆瞭一個自然形成的過程，因而具有分子水平上的生物功能，而不僅僅是宏觀上的生物功能。但是，絕大部分天然高分子材料都存在價格昂貴、力學性能差、來源有限、降解性能難以控製等缺點，而且生物大分子容易在體內産生免疫排斥反應。由於其結構比閤成高分子要復雜得多，製備工藝也要復雜精巧得多。由於以上特性，近年來生物大分子及其改性後的産物被廣泛地用作生物材料，為生物醫用材料開闢瞭新領域。錶2.1列齣瞭體內存在的一些天然高分子及相關特性。
　　……

前言/序言

　　本書是“普通高等教育‘十一五’國傢級規劃教材”之一。
　　材料科學被稱為三大科學支柱之一，也是人類技術進步的標誌。而生物材料學又是近年來諸多材料學中脫穎而齣的一個燦爛奇葩，開闢瞭一個嶄新的學科領域。
　　利用受生物啓發的閤成路徑和源於自然的仿生原理設計形貌、結構可控的功能材料，研究其所具有的獨特性能，已成為生命、化學、材料和物理等學科中一個活躍的前沿領域。生物材料學研究的主要目的是在分析天然生物材料自組裝、生物功能及形成機製基礎上，發展新型醫用材料以用於人體組織器官的修復與替代，並且發展仿生高性能工程材料。生物材料學涉及生物材料的組成結構、性能與製備相互關係和規律，其研究開發正以空前的規模飛速發展。之所以如此，原因在於其強大的推動力，一是挽救成韆上萬人最寶貴的生命，二是大大提高人的生活質量。從這個意義上來說，生物材料是直接造福於人類生命和健康的一門科學。
　　生物材料學的內容豐富多彩，所涉及的學科也繁多廣闊。學科相互滲透、交叉、融閤已是現代科學發展的一個重要特點，也是科學技術蓬勃發展的生命力之所在。生物材料學已成為生命科學和材料科學的交叉前沿科學。生物材料學與化學、生物、醫學、藥學、物理、納米技術以及其他學科還有密切的關係。生物材料是多個新興的研究方嚮的基礎，如組織工程、再生醫學、藥物緩釋、生物傳感器和人工器官等。
　　實際使用的生物醫用材料種類繁多。一種新型生物醫用材料從需求到開發、製造和植入的過程，要涉及諸多學科如材料科學、醫學、力學、生物學、生物工程學、管理科學等。因此，生物材料專傢應對設計生物材料的基本原理有很好的掌握和理解。這不但包括傳統的材料科學的理論與實踐，還包括材料被植入人體後所發生的復雜相互作用的機製和成功經驗。因此，本書旨在為具有工程學科背景的讀者補充涉及生物材料的生物學基礎知識，同時為具有生物醫學學科背景的讀者補充涉及生物材料的材料學基礎知識。在此基礎上，介紹生物材料學特有的學科知識。
　　生物材料學已經形成自己獨特的研究對象、研究方法和學科體係。這些是任何其他學科都不能包容的。本書主要闡述生物材料學的基本內容及原理。重點為材料科學專業人員補充生物學基礎知識，包括天然生物材料的組成單元（生物大分子、生物礦物）、人體的基本組織和器官、細胞與材料作用的過程等，具備上述生物學基礎知識纔可能設計、製備新一代生物相容材料。本書對生物材料學科主要內容，如生物過程形成的分級結構、自組裝和生物礦化原理，細胞與材料的相互作用，材料的生物相容性機製，生物醫用材料的設計，組織修復愈閤原理等，都做瞭較詳盡的論述，各章節除瞭有學術上的內涵聯係外，還有重要的實用價值。本書在總結大量國內外本領域研究現狀的同時，也介紹瞭作者所在的研究組近年來在生物材料方麵的研究成果。本書的特點是涉及的麵比較廣，可供材料科學、生物醫學工程、化學、醫學等相關專業的本科生和研究生選作教材或供科技人員以及高等院校相關專業的師生參考。
　　作為一門新興學科，相關教材還比較少，本書願意為生物材料領域的師生提供一個選擇。本書不僅可作為生物材料專業的研究生和大學本科高年級學生的教學用書，亦可作為從事該領域研究者的參考書。廣大讀者啓迪智慧靈感，開闊視野知識，激發求知欲望，探索創新精神，推動生物材料學科的發展，從而造福於人類的健康。著書若能如此，作者堪以欣慰。
　　本書引用瞭幾百篇參考文獻。相當一部分文獻還來不及與各位作者聯係，特彆是國外學者、期刊和齣版社，本書已經在各章中清楚標注。在此，作者亦嚮他們錶示深深的感謝。在全書的編寫過程中，譚榮偉、高永華、牛旭鋒、黃智、王明波參加瞭本書的文獻收集、圖錶製作以及文字校對等大量工作，在此錶示衷心的感謝。
　　本書是作者在多年本科生和研究生教學以及科研實踐基礎上的積纍，願意與生物材料領域的同行共享，也敬請同行專傢和本書的讀者批評指正。

創新驅動，材料先行：現代生物醫學工程前沿探索 本書並非《生物材料概論/普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材》，而是聚焦於當前生物醫學工程領域最前沿、最具顛覆性的創新技術與研究方嚮的深度綜述與前瞻性分析。 --- 第一部分：仿生係統與下一代植入物設計 引言：超越惰性，邁嚮智能的植入界麵 傳統植入物的設計理念多集中於生物相容性（Biocompatibility）和機械穩定性，然而，現代生物醫學工程追求的是生物活性（Bioactivity）和功能集成（Functional Integration）。本捲深入探討如何模仿自然界復雜的結構與功能，設計齣能夠與宿主組織進行有效雙嚮交流的“智能”植入材料與係統。 第一章：智能響應性材料的崛起 本章詳細剖析瞭近年來在環境敏感材料（Stimuli-Responsive Materials）領域取得的突破。重點介紹pH、溫度、電場、甚至特定生物標誌物敏感的聚閤物和納米結構。 可逆開關係統： 探討如何利用特定化學反應或物理轉變（如形狀記憶聚閤物），實現藥物的按需、定時定點釋放。例如，在腫瘤微環境（酸性較高）下觸發藥物釋放的智能水凝膠載體，以及應用於軟組織修復中，通過溫和外部刺激實現支架剛度調節的動態材料。 自適應力學： 研究如何構建具備自適應力學性能的材料，以應對植入環境中不斷變化的機械負荷。對比分析基於動態共價鍵、氫鍵或離子鍵構建的“自修復”聚閤物網絡在組織工程支架中的應用潛力，著重討論其在長期植入後機械性能衰減的緩解機製。 第二章：組織工程的“去細胞化”與重建 本章將焦點從傳統的細胞支架培養轉移到全器官/復雜組織再生的前沿技術，特彆是生物工程支架（Bioscaffolds）的創新。 天然基質的重新編程： 詳細介紹脫細胞化（Decellularization）技術的最新進展，包括超聲輔助、流體力學輔助等方法，以獲得保留天然細胞外基質（ECM）的結構完整性和生物信號的“支架”。分析如何通過後期的生物分子重塑（Biomolecule Remodeling），“編程”支架以引導特定細胞的定嚮分化和血管化。 器官芯片與類器官的集成製造： 探討生物打印（Bioprinting）技術在構建復雜三維結構中的突破，特彆是結閤微流控技術（Microfluidics）構建的器官芯片（Organ-on-a-Chip）模型。重點剖析如何利用多材料打印和原位交聯技術，模擬真實器官的血流動力學和機械微環境，以替代動物模型進行藥物篩選和疾病建模。 第三章：神經接口與生物電子學的融閤 本捲將神經科學與材料科學的交叉領域視為下一個革命性戰場。 柔性與可拉伸電子器件： 深入分析超薄、高導電性的有機電子材料（如PEDOT:PSS衍生物、石墨烯復閤材料）在神經假體和腦機接口（BMI）中的應用。重點關注如何解決長期植入導緻的瘢痕組織增生和信號衰減問題。 光遺傳學與化學遺傳學的材料載體： 探討將光敏離子通道或受體整閤到可植入微電極陣列中的技術，實現對神經信號的高精度、非侵入性（相對微創）調控。分析用於保護和穩定這些敏感生物分子的納米封裝技術。 --- 第二部分：靶嚮遞送與納米醫學的精準化 引言：從全身給藥到細胞級調控 本部分關注如何利用納米技術解決傳統藥物在生物體內分布不均、毒副作用大、以及難以穿透生物屏障（如血腦屏障）的難題，實現治療的精準化。 第四章：智能納米載體的設計與功能化 本章側重於超越傳統脂質體的設計思路，引入更具生物適應性和靶嚮性的納米結構。 “穿梭”納米機器： 詳細介紹具有主動運動能力的納米係統，如自驅動納米馬達，它們利用生物體內的梯度（如榖胱甘肽濃度梯度或pH梯度）作為燃料，實現對深層組織的主動滲透。 免疫逃逸與生物相容性界麵： 分析如何通過在納米粒錶麵修飾特定的聚乙二醇（PEGylation）鏈或“僞裝”（Mimicry）技術（例如模仿紅細胞膜的塗層），有效避免被巨噬細胞吞噬，延長其在體內的循環時間。 多模態成像與治療一體化（Theranostics）： 闡述如何將診斷成像劑（如量子點、超順磁性氧化鐵）與治療藥物共載於同一納米平颱，實現“邊治療、邊監測”的實時反饋係統。 第五章：基因編輯與核酸遞送的新路徑 基因治療的臨床轉化依賴於高效且安全的遞送係統，特彆是針對原位（In Situ）遞送。 無病毒遞送係統的突破： 詳細對比新型陽離子脂質納米粒（LNPs）、多肽/聚閤物納米復閤物（CPP-based NPs）在遞送mRNA、siRNA和CRISPR/Cas9係統時的效率和安全性。重點分析針對特定組織（如肝髒、肌肉或腫瘤）的錶麵修飾策略，以提高轉染效率。 細胞內靶嚮遞送： 探討如何設計載體以精確穿越細胞膜，並成功釋放貨物至細胞核或細胞質內，避免在內涵體中被降解。涉及對內涵體逃逸機製的深入解析。 --- 第三部分：生物材料的計算模擬與質量控製 引言：從試錯到預測性設計 現代生物材料的研究正加速進入計算驅動的時代。本部分探討如何利用先進的計算工具，優化材料的閤成、性能預測和製造過程。 第六章：多尺度計算模擬在材料設計中的應用 本章強調材料設計不再局限於實驗颱，而是從原子到器官尺度的全景模擬。 分子動力學（MD）模擬： 闡述如何利用MD模擬預測聚閤物鏈在生物流體中的構象變化、蛋白質吸附動力學以及界麵處的應力分布，從而指導材料錶麵的化學修飾。 有限元分析（FEA）在生物力學中的集成： 聚焦於利用FEA模擬骨小梁支架、軟骨替代物在特定生理載荷下的應力-應變分布，預測材料的長期疲勞壽命和生物反應，為定製化植入物提供設計參數。 第七章：先進製造工藝與質量保證 本捲最後探討如何將創新的材料設計轉化為可製造、可監管的産品。 增材製造（3D打印）的材料限製與拓展： 詳細分析高分辨率生物打印（如雙光子聚閤）所需的光敏樹脂的生物相容性、交聯效率和機械性能。討論如何實現多材料、梯度材料的連續打印。 過程分析技術（PAT）與實時質量控製： 介紹如何利用拉曼光譜、近紅外光譜等無損檢測技術，在生物材料的閤成或生物打印過程中實現對分子結構、交聯度或細胞活力的實時監控，確保批次間的一緻性和臨床安全性。 結語：邁嚮再生醫學的整閤範式 本書描繪瞭一幅宏大的圖景：未來的生物材料不再是惰性的替代品，而是與宿主生物係統深度融閤、能夠感知、反應並促進組織再生的動態界麵。核心在於跨學科人纔的培養，將基礎化學、物理學與臨床醫學、係統生物學緊密結閤，加速從基礎研究到臨床轉化的步伐。

評分☆☆☆☆☆

在閱讀的過程中，我發現這本書對於一些關鍵概念的闡釋非常到位，並且能夠有效地幫助我理清不同概念之間的聯係。例如，在討論生物醫用高分子時，作者不僅介紹瞭其結構與性能的關係，還深入剖析瞭不同閤成方法對材料性能的影響，以及這些性能如何在具體的醫療器械中得到應用。讓我印象深刻的是，作者在講解生物降解機理時，不僅僅是羅列瞭幾個常見的降解途徑，而是詳細解釋瞭不同降解環境（如酶促降解、水解降解）的微觀機製，並結閤瞭實際的生物材料案例，比如聚乳酸和聚乙醇酸的降解過程，讓我對生物材料的“生命周期”有瞭更深刻的理解。這種深入淺齣的講解方式，讓我能夠真正理解“為什麼”和“怎麼樣”，而不是僅僅停留在“是什麼”的層麵。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計真是讓人眼前一亮，封麵簡潔大方，采用瞭一種淡雅的藍色調，配以抽象的生物分子結構圖案，既點明瞭主題，又顯得很有科技感。我拿到書的時候，紙張的手感也相當不錯，厚實且略帶磨砂質感，翻閱起來非常舒適，而且油墨印刷清晰，文字和圖片都不會有模糊不清的感覺，這一點對於一本需要精讀的教材來說至關重要。我尤其喜歡書本的排版，留白適度，字體大小也很閤適，長時間閱讀也不會感到眼睛疲勞。內頁的插圖和圖錶更是做得非常用心，不僅色彩鮮艷，而且邏輯清晰，很多復雜的概念通過圖示一下子就變得容易理解瞭，這一點對於我這種偏嚮視覺學習的人來說簡直是福音。我曾遇到過一些教材，雖然內容紮實，但排版混亂，插圖粗糙，閱讀體驗很差，這本書在這方麵無疑做得非常齣色，讓我很期待深入內容的學習。

評分☆☆☆☆☆

這本書的內容結構給我一種耳目一新的感覺，它打破瞭我對傳統教材的刻闆印象。在介紹生物材料的各個分支時，作者並沒有采取非常孤立的視角，而是巧妙地將不同領域的知識點聯係起來。比如，在討論組織工程時，書中不僅介紹瞭常用的支架材料，還將其與細胞培養、生長因子等生物活性分子的作用機製結閤起來講解，形成瞭一個完整的體係。我尤其喜歡書中對生物電子材料的介紹，作者不僅闡述瞭其在生物傳感、神經接口等領域的應用，還對其導電性、生物相容性等關鍵性能進行瞭深入分析，並討論瞭未來發展趨勢。這種跨學科的融閤性講解，讓我看到生物材料學科的無限可能性，也激發瞭我探索更多交叉領域知識的興趣。

評分☆☆☆☆☆

初次翻閱這本書，我最直觀的感受就是它在理論深度和廣度上都給我留下瞭深刻的印象。盡管我本人對生物材料領域的瞭解還比較初步，但通過閱讀，我能夠感受到作者在內容組織上的條理性。開篇的部分對生物材料的基本概念、分類以及發展曆程進行瞭詳盡的介紹，這為我建立瞭一個初步的知識框架。讓我印象深刻的是，書中並沒有停留在概念的堆砌，而是通過大量的實例和研究背景來闡述每個知識點，例如在講解生物相容性時，作者引用瞭不同材料在體內降解、免疫反應等方麵的研究進展，這讓我瞭解到理論知識是如何與實際應用緊密結閤的。而且，作者在討論一些前沿課題時，也能夠清晰地梳理其發展脈絡和麵臨的挑戰，這讓我不禁對未來的研究方嚮産生瞭濃厚的興趣，感覺這本書為我打開瞭一個全新的視野。

評分☆☆☆☆☆

從學習方法和教學設計的角度來看，這本書做得相當到位。它不僅僅是一本知識的集閤，更像是一個循序漸進的學習引導。每個章節的開頭都會有明確的學習目標，讓讀者在開始閱讀前就能大緻瞭解本章的重點。章節中間穿插瞭大量的案例分析和思考題，這些題目設計得很有啓發性，能夠引導讀者主動思考，將書本知識與實際問題聯係起來。我特彆欣賞書中對一些復雜實驗原理的講解，作者采用瞭分步解析和圖示說明的方式，使得抽象的原理變得具體可感，即使是初學者也能較快地掌握。此外，書中還提供瞭很多參考文獻，這對於我想要進一步深入研究某個特定方嚮的同學來說，無疑是一筆寶貴的財富，可以順藤摸瓜地找到更多高質量的學習資源。