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第1章 绪论 1

1.1 组织工程与生物材料 1

1.1.1 生物材料 1

1.1.2 组织工程 2

1.2 组织工程对生物材料的挑战 3

1.2.1 第三代生物材料 3

1.2.2 细胞和基因激活材料 4

1.2.3 生物材料仿生化 5

1.2.4 生长因子及相关基因材料的控制释放 6

1.2.5 力学适应性 8

1.2.6 支架构造 9

1.3 组织工程产业 10

1.3.1 生长因子 11

1.3.2 植入组织或器官 12

1.3.3 原组织复原 13

1.4 组织工程相关的法规和标准 16

参考文献 17

第2章 组织-细胞复合材料 19

2.1 生命体系结构 19

2.1.1 细胞 19

2.1.2 生命结构自组装原理 22

2.2 种子细胞 24

2.2.1 胚胎干细胞 25

2.2.2 骨髓间充质干细胞 27

2.2.3 分化细胞 29

2.3 细胞外基质 30

2.3.1 细胞外基质的主要成分 30

2.3.2 细胞外基质的作用 34

2.4 细胞 细胞外基质多重相互作用 36

2.4.1 整联蛋白 36

2.4.2 细胞和其细胞外基质的多重相互作用 39

2.5 人工细胞外基质 41

2.5.1 创伤愈合的细胞级联 41

2.5.2 工程化组织用生物相容性人工细胞外基质 45

参考文献 47

第3章 结构类组织工程相关生物材料 49

3.1 生物降解高分子材料 49

3.1.1 组织工程用水凝胶 49

3.1.2 合成生物降解材料 69

3.2 生物活性玻璃和生物陶瓷 83

3.2.1 生物活性玻璃 83

3.2.2 生物陶瓷 85

3.3 生物复合材料 91

3.3.1 磷灰石-胶原复合材料 92

3.3.2 羟基磷灰石-胶原-透明质酸复合材料 93

3.3.3 磷灰石-壳聚糖复合材料 95

3.3.4 多孔羟基磷灰石／壳聚糖-明胶复合材料 95

3.3.5 羟基磷灰石-聚α-羟基酸复合材料 96

3.3.6 羟基磷灰石多孔体复合材料 98

3.3.7 β-磷酸三钙-壳聚糖-明胶复合材料 99

3.3.8 β-磷酸三钙-聚反丁烯二酸丙二醇酯复合材料 99

3.3.9 β-磷酸三钙-聚乳酸共聚物复合材料 100

3.4 细胞／支架结构物的生物反应器培养 100

3.4.1 体外细胞培养 101

3.4.2 生物反应器 102

3.4.3 微载体 109

3.4.4 力学环境与组织培育 113

3.5 软组织工程 116

3.5.1 人工皮肤 117

3.5.2 软骨再生 120

3.5.3 组织工程化韧带 125

3.5.4 人工血管 128

3.5.5 人工角膜 129

3.5.6 周围神经再生用导管 131

3.6 硬组织工程 133

3.6.1 骨组织 133

3.6.2 骨修复材料 134

3.6.3 骨组织工程支架 135

参考文献 139

第4章 代谢类组织工程相关生物材料 148

4.1 免疫隔离与微包囊 148

4.1.1 免疫隔离 148

4.1.2 微包囊和包囊 149

4.1.3 免疫隔离膜材 151

4.2 生物反应器 152

4.2.1 微制造阵列生物反应器 153

4.2.2 多重同心空心纤维生物反应器 155

4.3 人工肝及其辅助装置 157

4.3.1 生物人工肝 157

4.3.2 BAL生物反应器 159

4.3.3 生物材料 160

4.3.4 肝细胞生存率和功能性 161

4.4 人工肾 161

4.4.1 血液透析 162

4.4.2 血液滤过 163

4.4.3 血浆置换 163

4.5 人工胰脏 165

4.5.1 生物人工胰脏 165

4.5.2 空心纤维生物人工胰的传质模型 166

4.6 人工心脏 167

参考文献 168

第5章 细胞类组织工程相关生物材料 170

5.1 细胞治疗 170

5.1.1 药物释放体系 170

5.1.2 免疫治疗 172

5.1.3 工程化组织 174

5.2 干细胞生物工程 174

5.2.1 胚胎和成人干细胞群 176

5.2.2 干细胞的可塑性或胚胎潜伏状态 182

5.2.3 干细胞自我更新和谱系定型 183

5.2.4 干细胞培养系统 187

5.3 组织工程中的干细胞 194

5.3.1 工程化皮肤和其他表面组织 195

5.3.2 工程化骨 197

5.3.3 工程化软骨 199

参考文献 203

第6章 组织工程相关生物活性物质控制释放技术 205

6.1 生长因子 205

6.1.1 成纤细胞生长因子 206

6.1.2 肝细胞生长因子 206

6.1.3 转化生长因子β超家族 208

6.1.4 表皮生长因子 209

6.1.5 神经生长因子 210

6.1.6 血管形成控制因子 211

6.2 生长因子控制释放与组织重建 213

6.2.1 生长因子控释载体 213

6.2.2 软骨修复 218

6.2.3 骨再生因子释放 220

6.2.4 血管生成 226

6.3 基因传染细胞与生长因子表达 231

6.3.1 基因治疗 231

6.3.2 受体介导胞吞运输 233

6.3.3 基因释放载体 234

6.3.4 基因治疗与组织工程 248

参考文献 252

第7章 生物材料的表面工程 254

7.1 细胞黏附与仿生表面工程 254

7.1.1 细胞的黏附 255

7.1.2 仿生表面工程 267

7.2 生物大分子的表面固定化 270

7.2.1 生物大分子固定化方法 271

7.2.2 引发特异性生物反应的表面 275

7.2.3 抗非特异性吸附的表面 278

7.2.4 分子自组装表面 279

7.3 生物材料表面拓扑结构化 285

7.3.1 早期研究 285

7.3.2 光刻蚀表面拓扑结构 286

7.3.3 生物材料表面图案化 288

参考文献 295

第8章 支架设计与制备技术 301

8.1 天然高分子材料支架 301

8.1.1 蛋白质支架 301

8.1.2 多糖支架 308

8.1.3 蛋白质-多糖支架 311

8.2 合成降解聚合物支架制备技术 316

8.2.1 溶剂流延／盐沥滤 318

8.2.2 致孔剂致孔 318

8.2.3 热诱发相分离 323

8.2.4 乳液冷冻干燥 324

8.2.5 微球基质 325

8.2.6 超临界流体技术 327

8.2.7 静电纺丝纳米纤维支架 327

8.2.8 管状支架 328

8.3 生物陶瓷及生物复合材料支架 330

8.3.1 多孔磷酸钙陶瓷支架 332

8.3.2 多孔聚磷酸钙支架 332

8.3.3 双相陶瓷 334

8.3.4 羟基磷灰石／聚（α-羟基酸）支架 335

8.4 快速成型 336

8.4.1 激光烧结 336

8.4.2 三维打印 337

8.4.3 熔融沉积模塑 338

8.4.4 间接固态自由成型 339

8.4.5 水凝胶支架快速成型 342

参考文献 345

第9章 组织工程相关生物材料展望——面临的挑战与机遇 348

9.1 人工细胞外基质 348

9.2 工程化组织表型调控 350

9.2.1 三维黏附 350

9.2.2 细胞能动性（motility） 353

9.2.3 生长因子相关信号 354

9.2.4 力学刺激 360

9.3 新一代组织工程材料 364

9.3.1 生物材料表面三维化 364

9.3.2 细胞黏附介导生物材料 367

9.4 人工细胞外基质智能化 370

9.4.1 温度敏感性二维细胞片层转载系统 370

9.4.2 温度敏感性可注射水凝胶 376

9.4.3 释放载体智能化 377

参考文献 382