生物医学工程学

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出版者:
作者:邓玉林 编
出品人:
页数:395
译者:
出版时间:2007-9
价格:38.00元
装帧:
isbn号码:9787030201928
丛书系列:
图书标签:
  • 社会学
  • 生物医学工程
  • 生物医学工程
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  • 生物工程
  • 生物技术
  • 医疗器械
  • 康复工程
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具体描述

《生物医学工程学》共18章,分别是生物电磁学、生物力学、超声医学原理、生物医学光子学、生物技术、生物医学传感技术、生物医学信号处理、现代医学影响技术、电生理的诊断与监护技术放射治疗技术、定向能量外科治疗技术理疗技术与康复、医院数字化信息化技术、生物材料、基因芯片与数据分析、MEMS技术在生物医学工程中的应用、生物信息学导论。

《生物医学工程学》系统、全面地介绍生物医学工程学相关背景、基础理论、应用技术,以及学科发展若干前沿动态。

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生物医学工程学

《现代材料科学前沿与应用》 本书导读: 在二十一世纪的科技浪潮中,新材料的发现与应用无疑是推动人类社会进步的核心驱动力之一。材料是工程的基石,是所有技术的载体。从微观的原子结构到宏观的器件性能,材料科学以前所未有的深度和广度,重塑着我们对物理世界和工程实践的认知。《现代材料科学前沿与应用》旨在系统梳理当前全球材料科学领域最活跃、最具颠覆性的研究方向与技术突破,为致力于新材料研发、应用开发及相关学科交叉研究的科研人员、工程师和高年级学生提供一份详尽而深入的参考蓝图。 本书并非对传统材料学基础知识的简单复述,而是将视角聚焦于“前沿”与“应用”的深度结合。内容涵盖了从基础理论的革新到尖端器件集成的全链条。我们相信,真正的创新往往发生在学科的交叉地带,因此,本书特别强调材料科学与其他领域(如信息技术、能源科学、环境工程)的协同发展。 --- 第一部分:结构与性能的理论极限探索 本部分深入探讨了当代材料设计与理解所依赖的理论工具和计算方法,强调如何通过精确调控材料的微观结构来预测和优化宏观性能。 第一章:第一性原理计算与材料基因组计划(MGI) 本章详细阐述了基于密度泛函理论(DFT)的计算材料学在材料筛选与性质预测中的关键作用。重点讨论了如何利用高通量计算平台快速筛选具有特定电子、磁学或力学性质的候选材料。此外,本书也将介绍“材料基因组计划”的实施框架,包括数据采集、知识发现和实验验证的闭环反馈机制,展示如何将计算预测转化为可快速投入应用的材料体系。我们将分析当前在计算精度与速度上的瓶颈,并探讨量子蒙特卡洛方法等先进计算范式的潜力。 第二章:复杂晶格缺陷工程与本征性能调控 晶体中的缺陷——空位、间隙原子、位错和晶界——往往是决定材料宏观性能(如导电性、机械强度、辐射损伤阈值)的关键因素。本章将聚焦于如何主动设计和引入特定类型的缺陷,而非仅仅被动地接受缺陷存在。内容将涵盖高熵合金中的局域畸变与“迟滞效应”的定量分析,以及在二维材料中利用界面的本征缺陷来调控载流子传输行为的最新研究成果。我们将探讨原子尺度的缺陷工程如何实现对材料热导率、离子迁移率的精细操控。 第三章:超快光谱学与瞬态材料行为研究 理解材料在极短时间尺度内(皮秒至飞秒)的能量转移和结构弛豫过程,对于开发高性能光电器件至关重要。本章引入了时间分辨X射线衍射、泵浦-探测光谱等尖端实验技术,用于实时捕捉电子激发、激子湮灭和声子弛豫的动态过程。特别关注在强激光作用下,半导体和拓扑绝缘体中出现的非平衡态相变现象及其潜在应用价值。 --- 第二部分:面向能源转化的革命性材料 能源危机与环境挑战驱动着材料科学家在能量捕获、储存和转换领域进行颠覆性创新。本部分集中于突破现有能源技术瓶颈的关键材料体系。 第四章:固态电解质与下一代电池技术 锂离子电池的安全性与能量密度已接近理论极限。本章全面评估了不同类别的固态电解质的性能:陶瓷型(如LLZO)、聚合物型和硫化物型。我们将深入剖析界面阻抗的形成机制,以及如何通过界面修饰层(如ALD技术制备的超薄氧化物层)来抑制锂枝晶的生长,确保高电流密度下的长期循环稳定性。此外,钠离子、钾离子及全固态锂硫电池的关键材料挑战也将被纳入讨论。 第五章:高效光捕获与催化剂设计 本章聚焦于实现低成本、高效率的太阳能燃料(如氢气、甲醇)生产。内容将覆盖钙钛矿材料在光伏领域的最新进展,重点在于解决其长期稳定性和对环境敏感性的问题,包括界面钝化技术和组分工程。在光催化方面,本书将详细介绍单原子催化剂(SACs)在析氧反应(OER)和析氢反应(HER)中的优势,及其在晶格缺陷处实现高选择性催化转化的设计原理。 第六章:热电材料的性能突破与器件集成 热电材料能够实现温差电能的直接相互转换。本章阐述了如何通过“晶格玻璃化”和“电子简并度调控”策略来同时提高热电优值ZT。重点分析了碲化锗锡(TAGS)和高熵合金热电材料在不同温度区间的性能表现。此外,我们还将探讨如何利用纳米结构限域效应(如纳米线阵列)来有效降低晶格热导率,同时保持高电子迁移率。 --- 第三部分:信息与智能领域的先进功能材料 信息处理、量子计算和传感技术的发展,越来越依赖于对材料电子和拓扑性质的精确控制。 第七章:拓扑材料与量子信息载体 拓扑绝缘体和拓扑半金属代表了电子结构理论的重大突破。本章系统介绍了三维拓扑绝缘体的表面态特性及其在低功耗电子学中的应用潜力。重点解析了如何通过磁性掺杂或表面电场调控来打开拓扑能隙,以及在拓扑超导体中寻找和利用马约拉纳费米子(Majorana Fermions)的实验策略。本书对二维材料中的霍尔效应和量子反常霍尔效应的物理机制进行了深入探讨。 第八章:铁电性与忆阻器件的物理基础 铁电材料因其可逆的自发极化特性,是实现非易失性存储器(FeRAM)和新型神经形态计算的关键。本章深入研究了氧化物薄膜(如HfO2基薄膜)中的铁电机制,探讨了电场疲劳和极化反转动力学。在忆阻器方面,本书区分了基于离子迁移和基于电子陷阱俘获的两种工作机制,并展示了如何通过材料界面工程来实现模拟突触的精确权重更新。 第九章:先进传感器与智能响应材料 智能材料能够对外界刺激(光、热、力、化学物质)做出可量化响应。本章聚焦于压电与热释电复合材料在能量收集(能量采集)和高灵敏度传感中的应用。详细介绍了MXene材料在电化学传感中的高比表面积优势,以及形状记忆合金在可穿戴设备中的应用前景,包括其超弹性变形与精确应力释放控制技术。 --- 第四部分:极端环境下的材料工程 现代工业和国防需求对材料在极端温度、高辐照或强腐蚀环境下的可靠性提出了苛刻要求。 第十章:耐高温与抗辐照结构材料 针对航空航天和核能领域的需求,本章深入研究了陶瓷基复合材料(CMCs),特别是碳化硅/碳化硅(SiC/SiC)复合材料的断裂韧性增强机制,强调纤维/基体界面涂层设计(如PyC/SiC)对防止裂纹扩展的关键作用。在抗辐照方面,本书分析了快中子辐照对金属合金(如奥氏体不锈钢)微观结构的影响,以及如何通过微合金化或引入纳米沉淀物来钉扎位错和空位团簇,从而提高材料的抗辐照蠕变能力。 第十一章:生物相容性与可降解植入材料 本章探讨了材料与生命系统相互作用的复杂界面。内容涉及生物活性涂层,如羟基磷灰石(HAp)在骨修复材料中的应用,以及如何利用动态共价键网络构建具有自修复能力的生物凝胶。对于可吸收植入物,我们将详细分析聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)的降解速率如何通过分子量和结晶度精确控制,以匹配人体组织的愈合周期。 --- 结论:迈向跨尺度集成制造 本书最后总结了材料科学的未来趋势:从原子尺度的精确设计,到宏观器件的快速集成制造。强调增材制造(3D打印)技术,如定向能量沉积(DED)和光聚合技术,如何为实现具有梯度性能的复杂结构材料提供了前所未有的工具。本书旨在激发读者超越传统学科界限,探索材料科学在解决全球性工程挑战中的核心地位与无限潜力。

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对于一个对生命奥秘充满好奇,同时又对科技发展感到兴奋的读者而言,《生物医学工程学》这本书无疑是一场思想的盛宴。它如同一位技艺精湛的向导,带领我穿越了现代医学与工程学交织的广袤领域。我尤其对书中关于医疗器械设计与制造的探讨深感触动。从微创手术器械到复杂的诊断设备,作者都一一剖析了其背后的设计理念、材料选择以及制造工艺。我之前从未想过,一把小小的手术刀,其设计需要考虑人体工学、材料的强度与韧性、以及在无菌环境下的消毒便利性等等多重因素。书中对于植入式医疗设备的论述更是让我惊叹,例如心脏起搏器、人工关节等,它们是如何在人体内长期稳定工作,并且不引起排斥反应,这背后蕴含着多少精密的设计和严格的测试。作者还详细介绍了医疗器械的安全性评估和法规监管体系,让我明白了为何我们能够如此放心地使用这些先进的医疗工具,因为背后有一套严谨的保障机制在运作。对于医学影像处理和数据分析的内容,我也受益匪浅。书中讲解了如何将各种成像技术(如CT、MRI、超声波)获得的原始数据转化为具有临床意义的信息,并通过复杂的算法进行图像增强、病灶识别和三维重建。这不仅能够帮助医生更准确地诊断疾病,还能够为手术规划提供精确的依据。这本书让我意识到,生物医学工程是一个多学科交叉的领域,它融合了物理学、化学、生物学、医学、计算机科学、材料科学和工程学等多个学科的知识,需要跨领域的合作才能不断取得突破。它不仅仅是技术,更是一种解决问题的思维方式,一种将科学理论转化为实际应用,最终服务于人类健康的创新精神。

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《生物医学工程学》这本书,如同一场跨越学科的奇妙旅程,让我得以窥见生命科学的精妙与工程技术的力量。它以其严谨的科学态度和广阔的创新视野,为我描绘了生物医学工程在改善人类健康方面所扮演的关键角色。书中对生物力学及其在医学中的应用的详尽阐述,给我留下了深刻的印象。我了解到,生物力学是研究生物体内的力学原理及其应用的学科,它将物理学中的力学定律应用于研究人体的运动、结构和功能。例如,在设计人工关节时,生物力学分析能够帮助我们模拟关节在承受载荷时的应力分布,从而设计出更耐用、更具生物相容性的假体。同样,在研究骨折愈合时,生物力学能够帮助我们理解骨骼在不同载荷下的愈合速度和愈合质量。书中还介绍了如何利用生物力学原理,来设计更有效的康复器械和运动防护装备,帮助运动员提高运动表现,预防运动损伤。我尤其对书中关于流体力学在血液循环、呼吸系统等方面的应用的讨论感到新奇。了解血液在血管中的流动特性,有助于设计更优化的心血管支架,减少血栓形成的风险。而对呼吸系统流体力学的研究,则能帮助我们更好地理解肺部疾病的发病机制,并开发更有效的治疗方法。这本书让我认识到,对生命体内部力学规律的深刻理解,是生物医学工程解决诸多健康问题的基础,它将工程学的严谨与生命科学的精妙完美地结合在一起。

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捧读《生物医学工程学》,我仿佛置身于一个充满无限可能性的前沿领域,它以其深刻的洞察力和精湛的叙述,为我揭示了生物医学工程如何以前所未有的方式重塑我们的健康未来。书中关于医学影像技术与人工智能的融合,让我对疾病诊断的智能化和精准化充满了期待。我了解到,传统的医学影像技术,如CT、MRI等,虽然能够提供丰富的解剖信息,但其解读仍然高度依赖于放射科医生的经验。而人工智能,特别是深度学习算法的引入,正在极大地改变这一局面。书中详细介绍了如何利用大量的医学影像数据训练AI模型,使其能够自动识别图像中的微小病灶,量化肿瘤的大小和生长速度,甚至预测疾病的预后。这不仅能够减轻医生的工作负担,提高诊断的效率和准确性,还能在疾病的极早期阶段就发出预警,为患者争取宝贵的治疗时间。我尤其对书中关于AI辅助手术规划和导航的讨论感到惊叹。AI能够根据患者的影像数据,构建精确的三维模型,为外科医生规划最佳的手术路径,减少手术创伤,提高手术成功率。想象一下,在复杂的手术中,AI能够实时提供导航信息,就像一位经验丰富的助手,为医生指明方向。这简直是开启了微创手术的新纪元。这本书让我深刻体会到,生物医学工程正在以前所未有的速度拥抱人工智能,这种融合不仅是技术的叠加,更是对生命健康事业的深刻变革,它将带领我们走向一个更加智能、精准、高效的医疗时代。

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拿到《生物医学工程学》这本书,我便被它深邃的内涵和广阔的视野所吸引。它犹如一位博学的导师,引领我一步步探索着现代医学的尖端领域。书中关于疾病诊断与监测技术的论述,让我对未来的医疗保健模式有了颠覆性的认知。我了解到,生物医学工程师们正在不懈努力,开发更精确、更便捷的诊断工具,将疾病的早期发现和个性化治疗推向新的高度。例如,书中对分子诊断技术的介绍,让我看到了通过分析基因、蛋白质等生物分子,来预测疾病风险、指导药物选择的巨大潜力。这使得“预防医学”和“精准医学”不再是遥不可及的梦想。我尤其对书中关于可穿戴式健康监测设备的发展趋势的探讨感到兴奋。设想一下,未来我们可以佩戴集成有各种传感器的智能手环或衣物,实时监测心率、血压、血糖、睡眠质量等关键生理指标,并将数据传输到云端进行分析。一旦出现异常,系统就能及时发出预警,甚至自动联系医疗机构。这将极大地改变我们管理自身健康的方式,使主动健康管理成为常态。书中还介绍了先进的医学影像技术,以及如何利用人工智能算法来辅助解读影像,提高诊断效率和准确性。这些技术的结合,无疑将为疾病的早期诊断和治疗提供前所未有的机遇。这本书让我深刻体会到,生物医学工程的最终目标是提升人类的健康水平和生活质量,它将科学研究的成果切实地转化为能够解决实际健康问题的方案,是一种充满人文关怀的工程学科。

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《生物医学工程学》这本书,仿佛是一部关于人类如何利用智慧与创造力,挑战生命极限的史诗。它不仅满足了我对生物医学工程领域的好奇心,更点燃了我对未来医学发展无限的憧憬。书中关于康复工程的章节,给我留下了深刻的印象。我了解到,生物医学工程师们是如何利用机械、电子和控制技术,设计出各种先进的辅助设备,帮助那些因伤病而失去部分功能的人们重获新生。从假肢的设计,如何模拟人体的运动模式,实现精细的步态控制,到康复训练设备的研发,如何通过科学的训练方案,加速患者的康复进程,这些都展现了工程技术在改善人类生活质量方面的巨大潜力。我尤其对书中介绍的一种新型脑机接口技术很感兴趣,它能够读取大脑的神经信号,并将其转化为指令,控制外部设备。这意味着,即使是那些完全瘫痪的患者,也有可能通过意念来控制假肢,甚至进行交流。这简直就是科幻小说中的场景,但在这本书中,我看到了它实现的科学基础和技术路径。此外,书中对生物力学的讲解也让我颇有启发。了解人体在运动、受力时的内部机制,对于设计更有效的康复设备、甚至预测运动损伤的发生都有着重要的意义。作者通过大量的图示和公式,清晰地阐述了骨骼、肌肉、关节等组织的力学特性,以及它们在不同载荷下的响应。这本书让我明白,生物医学工程不仅仅是制造机器,更是理解生命,并用工程的手段去修复、增强、甚至再造生命的过程。它所展现出的,是对生命最深切的敬畏,以及最不懈的追求。

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《生物医学工程学》这本书,宛如一座知识的灯塔,照亮了我对生命科学与工程技术交汇之处的探索之路。它以其深刻的洞察力和前瞻性的视野,为我打开了一扇理解复杂生命系统运作机制的大门。书中关于生物医学信号处理的章节,让我对如何从纷繁的生理信号中提取有价值的信息有了全新的认知。我了解到,人体是一个充满各种信号的复杂系统,心电图、脑电图、肌电图、血氧饱和度等等,这些信号都蕴含着丰富的健康信息。生物医学工程师们如何运用数学模型、滤波算法、模式识别技术,从这些低信噪比的信号中提取出诊断所需的关键特征,并进行分析和解读,这一切都让我感到无比神奇。我尤其对书中关于机器学习和人工智能在信号处理中的应用感到兴奋。这些强大的工具能够帮助我们发现信号中隐藏的复杂规律,实现疾病的早期预警和个性化诊断。想象一下,通过分析日常监测到的心率变异性,就能提前预测心脏病发的风险,或者通过解读脑电波的变化,就能辅助诊断抑郁症。这不仅仅是技术,更是对生命信号的深度理解和智慧的运用。书中还介绍了如何利用这些信号处理技术,来开发更先进的神经接口和康复设备,帮助那些受损的神经系统重新恢复功能。这本书让我深刻体会到,生物医学信号处理是连接生命体征与工程技术的桥梁,它用科学的手段,将抽象的生理信息转化为可理解、可利用的知识,为改善人类健康提供了强大的支撑。

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初次翻阅《生物医学工程学》,我便被其宏大的叙事和精密的逻辑所折服。它如同一个集大成的宝典,将生物医学工程的各个分支脉络清晰地呈现于我眼前。书中对生物医学成像与诊断技术的深入剖析,让我对现代医学的诊断能力有了全新的认识。我不仅学习到了各种成像技术的原理,如X射线、CT、MRI、PET等,还了解了它们在临床应用中的优势与局限。作者更是将这些基础知识与前沿发展相结合,详细介绍了如何利用这些成像技术,结合图像处理和模式识别算法,实现疾病的早期检测、定量评估和疗效监测。我特别对书中关于多模态医学成像的讨论感到兴奋,了解到将不同成像技术的优势结合起来,可以获得更全面、更丰富的信息,从而提高诊断的准确性。此外,书中还详细阐述了生物传感器在疾病诊断中的应用,例如如何利用微流控芯片和生物识别元件,快速、灵敏地检测体内的生物标志物,实现即时诊断。这对于应对突发疫情、进行基层医疗诊断都具有重要的意义。我甚至了解到,一些新兴的成像技术,如光学相干断层扫描(OCT)和电化学成像,正在为眼科、皮肤科等领域带来革命性的诊断手段。这本书让我深刻认识到,生物医学工程是现代医学发展的强大引擎,它通过不断的技术创新,为疾病的诊断和治疗提供了更精准、更有效的工具,最终服务于人类的健康福祉。

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阅读《生物医学工程学》的过程中,我时常被书中描绘的未来医疗图景所深深吸引。它不仅仅是一本教材,更像是一部关于人类与疾病斗争的“攻略”。书中关于生物信息学和计算生物学的内容,为我揭示了如何利用强大的计算能力来解析复杂的生物数据,从而加速新药研发和疾病的理解。我了解到,随着基因测序技术的发展,我们能够获取海量的基因组、蛋白质组数据。而生物信息学正是运用计算机算法和统计学方法,来分析这些海量数据,从中挖掘出与疾病发生发展相关的基因、蛋白质,以及它们之间的相互作用网络。这极大地缩短了新药靶点的发现时间和新疗法的开发周期。书中还详细介绍了如何利用计算模型来模拟生物过程,例如模拟药物在体内的代谢过程,预测药物的疗效和毒性,从而减少昂贵的动物实验和临床试验。我尤其对书中关于系统生物学的探讨感到着迷,它将细胞、组织、器官等看作是一个相互关联的复杂系统,通过数学模型来理解系统的整体行为,从而揭示疾病发生的本质。这种宏观的视角,让我对生命的理解上升到了一个新的高度。这本书让我深刻认识到,生物医学工程不再局限于传统的工程学范畴,它正与计算机科学、统计学等学科深度融合,形成了一股强大的推动力,加速着我们对生命奥秘的探索和对疾病的攻克。

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《生物医学工程学》这本书,如同一扇窗,让我窥见了生命科学与工程技术交融碰撞的绚丽火花。它不仅仅是知识的堆砌,更是智慧的启迪。书中关于药物递送系统的章节,彻底改变了我对药物治疗的理解。我之前总是认为,吃药就是把药吃到肚子里,然后它就发挥作用了。然而,这本书让我明白了,如何将药物精准、高效地递送到病灶部位,避免对正常组织的损伤,是多么重要且富有挑战性。作者详细介绍了各种新型药物递送载体,如纳米颗粒、脂质体、水凝胶等,以及它们的设计原理和作用机制。我了解到,这些载体能够保护药物免受降解,控制药物释放的速率和位点,甚至能够靶向特定的细胞或组织。这对于提高药物疗效、降低副作用具有划时代的意义。书中还探讨了基因治疗和细胞治疗的递送技术,让我看到了将治疗性基因或细胞安全有效地导入体内,从而纠正遗传缺陷或治疗疾病的可能性。这种“活的药物”的概念,简直令人惊叹。此外,书中对生物反应器和生物制造的介绍,也让我对如何大规模生产生物活性物质(如疫苗、抗体、重组蛋白)有了更深入的了解。这些技术的进步,将极大地推动生物制药行业的发展,为更多患者带来福音。这本书让我看到了生物医学工程在解决生命健康难题方面的无穷潜力,它用严谨的科学态度和创新的工程思维,为人类的健康事业注入了强大的动力。

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这本《生物医学工程学》让我对生命科学与工程技术的融合有了全新的认识,简直像打开了一扇通往未来医疗保健领域的大门。书中关于生物材料的章节尤其令我着迷,作者细致入微地介绍了各种新型生物相容性材料的研发历程,从早期的金属和陶瓷,到如今蓬勃发展的聚合物和纳米材料,每一种材料的特性、应用前景以及在人体内的反应都被描绘得淋漓尽致。我特别关注了其中关于组织工程和再生医学的部分,了解了如何利用支架材料、生长因子以及细胞技术来修复或替换受损的组织和器官。想象一下,未来我们能够通过“打印”出新的心脏瓣膜,或者利用工程化的皮肤来治疗严重的烧伤,这其中的科学原理和技术挑战,书中都进行了深入浅出的讲解。作者并没有止步于理论的阐述,而是通过大量的案例研究,展示了这些前沿技术是如何一步步从实验室走向临床应用的。比如,在骨骼修复领域,书中详细介绍了一种仿生陶瓷支架,它能够模拟天然骨骼的微观结构,促进骨细胞的生长和整合,并且在愈合后能够被人体完全吸收,不再需要二次手术取出。这种“智能化”的医疗解决方案,彻底颠覆了我对传统治疗方式的认知。此外,关于生物传感器和医学成像技术的论述也让我大开眼界。书中解释了如何利用微电子技术和生物化学原理,制造出能够实时监测生理指标的传感器,以及如何通过先进的成像技术,在疾病早期就能获得清晰的诊断图像。这些技术的进步,无疑将极大地提高疾病的诊断准确性和治疗的及时性,为人类健康保驾护航。阅读此书,我深刻体会到生物医学工程并非只是冰冷的科学技术,它承载着对生命的热爱和对人类健康的关怀,是一种充满人文精神的科学探索。

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