生物材料 生物学与材料科学的交叉 典藏版PDF电子书下载

1.生物医用材料 1

1.1生物材料概述 1

1.1.1重要的基本概念 1

1.1.2生物材料学的发展历史和现状 2

1.1.3发展方向 5

1.2对生物材料的生物响应 6

1.3生物材料制品测试与FDA许可 7

1.4生物材料类型 7

1.4.1金属材料 7

1.4.2陶瓷材料 8

1.4.3高分子材料 8

1.4.4天然衍生和人工合成高分子材料 9

1.5生物材料的加工 10

1.6生物材料的重要性质 11

1.6.1生物材料的降解特性 11

1.6.2生物材料的表面性质 11

1.6.3生物材料的本体性质 12

1.6.4表征技术 13

1.7化学原理 13

1.7.1原子结构 13

1.7.2原子模型 14

1.7.3原子轨道 15

1.7.4价电子与元素周期表 18

1.7.5离子键 19

1.7.6共价键 20

1.7.7金属键 24

1.7.8次级键 25

小结 25

习题 26

参考文献 27

推荐阅读 27

2.生物材料的化学结构 28

2.1概述：键型与生物材料结构 28

2.2金属的结构 28

2.2.1晶体结构 28

2.2.2晶系 32

2.2.3晶体结构缺陷 36

2.2.4固相扩散 39

2.3陶瓷的结构 42

2.3.1陶瓷的晶体结构 42

2.3.2陶瓷晶体结构中的缺陷 46

2.4聚合物的结构 48

2.4.1一般结构 48

2.4.2聚合物的合成 56

2.4.3共聚物 59

2.4.4聚合方法 60

2.4.5聚合物的晶体结构和缺陷 61

2.5材料表征技术 62

2.5.1X射线衍射 63

2.5.2紫外可见光谱（UV-VIS） 67

2.5.3红外光谱（IR） 71

2.5.4核磁共振光谱 76

2.5.5质谱 80

2.5.6高效液相色谱（HPLC）：体积排阻色谱 82

小结 85

习题 86

参考文献 89

推荐阅读 89

3.生物材料的物理性能 90

3.1概述：从原子基团到本体材料 90

3.2结晶性与线缺陷 90

3.2.1位错 91

3.2.2形变 94

3.3结晶性与面缺陷 96

3.3.1外表面 96

3.3.2晶界 96

3.4结晶性与体缺陷 98

3.5结晶性与聚合物材料 99

3.5.1聚合物的结晶度 99

3.5.2聚合物结晶的折叠链模型 100

3.5.3聚合物晶体中的缺陷 102

3.6晶态和非晶体材料的热转变 103

3.6.1黏性流动 103

3.6.2热转变 103

3.7热分析技术简介 107

3.7.1示差扫描量热法 108

小结 111

习题 111

参考文献 113

推荐阅读 113

4.生物材料的力学性能 114

4.1概述：力学测试模型 114

4.2力学测试方法、结果与计算 114

4.2.1拉伸及剪切性能 115

4.2.2弯曲性能 131

4.2.3与时间有关的力学性能 133

4.2.4孔隙率及降解对材料力学性能的影响 142

4.3断裂与破坏 143

4.3.1塑性断裂与脆性断裂 143

4.3.2聚合物的银纹 145

4.3.3应力集中物 145

4.4疲劳及疲劳试验 146

4.4.1疲劳 146

4.4.2疲劳试验 146

4.4.3影响疲劳寿命的因素 147

4.5改善力学性能的方法 148

4.6力学分析技术 150

4.6.1力学测试 150

小结 151

习题 153

参考文献 155

推荐阅读 155

5.生物材料的降解 156

5.1概述：生物环境下的降解 156

5.2金属和陶瓷的腐蚀/降解 157

5.2.1腐蚀的基本因素 157

5.2.2普尔贝图和钝化作用 161

5.2.3加工参数的影响 162

5.2.4力学环境的影响 164

5.2.5生物环境的影响 164

5.2.6腐蚀的控制方法 165

5.2.7陶瓷降解 165

5.3高分子材料的降解 166

5.3.1高分子降解的主要方式 166

5.3.2水解造成的链断裂 166

5.3.3氧化造成的链断裂 167

5.3.4其他降解方式 168

5.3.5孔隙率的影响 169

5.4生物可降解材料 169

5.4.1生物降解陶瓷 169

5.4.2生物降解聚合物 170

5.5降解程度的测定方法 172

小结 173

习题 174

参考文献 175

推荐阅读 176

6.生物材料的加工工艺 177

6.1概述：生物材料加工的重要性 177

6.2提高生物材料宏观性能的工艺 177

6.2.1金属材料 177

6.2.2陶瓷 180

6.2.3高聚物 181

6.3成型工艺 181

6.4金属材料加工 182

6.4.1模锻 182

6.4.2金属铸造 183

6.4.3粉末成型 184

6.4.4金属快速加工成型工艺 185

6.4.5金属焊接 186

6.4.6机械加工 186

6.5陶瓷加工技术 186

6.5.1玻璃成型技术 186

6.5.2陶瓷的铸造和烧结 187

6.5.3陶瓷的粉末加工 188

6.5.4陶瓷的快速制备 188

6.6聚合物的加工 189

6.6.1热塑性与热固性 189

6.6.2聚合物成型 189

6.6.3聚合物浇铸 191

6.6.4聚合物的快速制备 192

6.7加工提高生物相容性 193

6.7.1消毒 193

6.7.2天然材料的固定 194

小结 195

习题 195

参考文献 196

推荐阅读 196

7.生物材料的表面特性 197

7.1概述：表面化学和生物学概念 197

7.1.1蛋白质吸附和生物相容性 197

7.1.2调控蛋白质的表面特性 198

7.2物理化学表面改性技术 199

7.2.1表面改性技术简介 199

7.2.2物理化学表面涂层：共价表面涂层 200

7.2.3物理化学表面涂层：非共价表面涂层 206

7.2.4无覆盖层的物理化学表面改性方法 208

7.2.5表面改性的激光方法 210

7.3生物表面改性技术 210

7.3.1共价生物涂层 211

7.3.2非共价生物涂层 213

7.3.3固定化酶 213

7.4表面性质和降解 214

7.5表面图形化技术 214

7.6表面表征技术 216

7.6.1接触角分析 216

7.6.2光学显微镜方法 220

7.6.3化学分析电子能谱（ESCA）或X射线光电子能谱（XPS） 222

7.6.4衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR） 225

7.6.5二次离子质谱（SIMS） 226

7.6.6电镜：透射电镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM） 228

7.6.7扫描探针显微镜：原子力显微镜（AFM） 231

小结 234

习题 235

参考文献 237

推荐阅读 238

8.蛋白质与生物材料的相互作用 239

8.1概述：蛋白质吸附作用的热力学 239

8.1.1吉布斯自由能与蛋白质吸附 239

8.1.2控制蛋白质吸附的系统特性 241

8.2蛋白质结构 243

8.2.1氨基酸化学 243

8.2.2一级结构 243

8.2.3二级结构 243

8.2.4三级结构 248

8.2.5四级结构 249

8.3蛋白质传输和吸附动力学 249

8.3.1传输到表面 250

8.3.2吸附动力学 251

8.4蛋白质吸附的可逆性 252

8.4.1可逆和不可逆结合 252

8.4.2解吸附和交换 252

8.5蛋白质类型、数量的分析技术 255

8.5.1高效液相色谱（HPLC）：亲和色谱 255

8.5.2比色法 260

8.5.3荧光分析 261

8.5.4酶联免疫分析（ELISA） 262

8.5.5免疫印迹杂交 262

小结 264

习题 264

参考文献 265

推荐阅读 266

9.细胞与生物材料的相互作用 267

9.1概述：细胞——表面相互作用及细胞功能 267

9.2细胞结构 268

9.2.1细胞膜 269

9.2.2细胞骨架 270

9.2.3线粒体 270

9.2.4细胞核 270

9.2.5内质网 274

9.2.6囊泡 274

9.2.7膜受体及细胞接触 275

9.3细胞外环境 278

9.3.1胶原 278

9.3.2弹性蛋白 280

9.3.3蛋白聚糖 280

9.3.4糖蛋白 282

9.3.5其他ECM成分 283

9.3.6基质重塑 284

9.3.7ECM分子在生物材料中应用 285

9.4细胞与环境的相互作用——影响细胞功能 285

9.4.1细胞存活 286

9.4.2细胞增殖 286

9.4.3细胞分化 288

9.4.4蛋白质合成 290

9.5黏附、铺展和迁移的模型 296

9.5.1基本的黏附模型：DLVO理论 296

9.5.2DLVO原理的局限和其他模型 297

9.5.3细胞铺展和迁移模型 298

9.6技术：测定细胞与材料相互作用影响的试验 301

9.6.1细胞毒性试验 302

9.6.2黏附/铺展试验 303

9.6.3迁移试验 304

9.6.4DNA和RNA试验 306

9.6.5蛋白质试验：免疫染色 308

小结 309

习题 310

参考文献 312

推荐阅读 313

10.生物材料植入体与急性炎症 314

10.1概述：固有性免疫及获得性免疫反应 314

10.1.1白细胞的特征 315

10.1.2固有性免疫的来源 316

10.2炎症的临床症状及其起因 316

10.3组织巨噬细胞及中性粒细胞的作用 317

10.3.1中性粒细胞的迁移 317

10.3.2中性粒细胞的作用 317

10.4其他白细胞的作用 320

10.4.1单核细胞/巨噬细胞 320

10.4.2巨噬细胞的作用 320

10.4.3其他的粒细胞 322

10.5急性炎症的终止 322

10.6技术：炎症反应的体外检测 323

10.6.1白细胞的检测 323

10.6.2其他检测 325

小结 325

习题 326

参考文献 326

推荐阅读 326

11.伤口愈合和生物材料 328

11.1概述：肉芽组织的形成 328

11.2异体反应 330

11.3纤维囊的形成 331

11.4慢性炎症 332

11.5炎症消退的4种类型 333

11.6修复与再生：皮肤伤口愈合 333

11.6.1皮肤修复 333

11.6.2皮肤再生 335

11.7技术：体内检测炎症反应 336

11.7.1对动物模型发展的考虑 337

11.7.2评价的方法 339

小结 340

习题 341

参考文献 342

推荐阅读 343

12.生物材料的免疫反应 344

12.1概述：获得性免疫概述 344

12.2抗原呈递和淋巴细胞的成熟 345

12.2.1主要的组织相容性复合体（MHC）分子 345

12.2.2淋巴细胞的成熟 348

12.2.3克隆种群的活化和形成 349

12.3B细胞和抗体 350

12.3.1B细胞的类型 350

12.3.2抗体的特征 350

12.4T细胞 353

12.4.1T细胞的类型 353

12.4.2辅助T细胞（Th） 353

12.4.3细胞毒性T细胞（To） 354

12.5补体系统 354

12.5.1经典途径 354

12.5.2旁路途径 356

12.5.3膜攻击复合物 357

12.5.4补体系统的调节 357

12.5.5补体系统的作用 358

12.6对生物材料的不良免疫反应 358

12.6.1对生物材料的先天性和获得性免疫反应对比 359

12.6.2超敏反应 359

12.7技术：免疫反应检测 362

12.7.1体外检测 362

12.7.2体内检测 363

小结 364

习题 365

参考文献 365

推荐阅读 366

13.生物材料和血栓 367

13.1概述：止血 367

13.2血小板的作用 367

13.2.1血小板的特征和功能 367

13.2.2血小板活化 368

13.3凝血级联反应 369

13.3.1内源性途径 370

13.3.2外源性途径 371

13.3.3共同途径 371

13.4抗凝血的意义 373

13.5血管内皮的作用 374

13.6血液相容性实验 375

13.6.1一般检测 375

13.6.2离体评估 375

13.6.3在体评估 376

小结 377

习题 378

参考文献 380

推荐阅读 380

14.生物材料植入体内引起的感染、肿瘤、钙化反应 381

14.1概述：生物材料植入对生物体的影响 381

14.2感染 381

14.2.1常见的病原体和感染的类型 382

14.2.2感染的步骤 382

14.2.3细菌和生物材料的表面性质，基质的性质 383

14.2.4细菌吸附中的选择性与非选择性作用 386

14.2.5总结植入感染情况 387

14.3细菌感染的检测 388

14.3.1细菌表面的表征 388

14.3.2体外和体内的感染模型 389

14.4肿瘤 390

14.4.1肿瘤的确定和形成 390

14.4.2化学和异物致癌 391

14.4.3异物致癌 391

14.4.4异物致癌原因 392

14.5肿瘤实验技术 392

14.5.1体外实验 392

14.5.2体内实验 393

14.6钙化病理 393

14.6.1介绍钙化病理 393

14.6.2钙化机制 394

14.6.3降低钙化的方法 394

14.7钙化 395

14.7.1体外钙化实验 395

14.7.2体内钙化实验 395

14.7.3检测 395

小结 397

习题 398

参考文献 399

推荐阅读 399

索引 401