3D Printing With Biomaterials

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出版者:Ios Press
作者:a.J.M. Van Wijk
出品人:
页数:51
译者:
出版时间:2015-1-15
价格:GBP 38.87
装帧:Paperback
isbn号码:9781614994855
丛书系列:
图书标签:
  • 材料学
  • 3D printing
  • Biomaterials
  • Tissue engineering
  • Bioprinting
  • Medical devices
  • Regenerative medicine
  • Materials science
  • Polymer science
  • Biocompatibility
  • Additive manufacturing
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具体描述

仿生学与先进材料设计:跨学科前沿探索 图书简介 本书深入探讨了仿生学(Biomimetics)作为一种跨学科研究方法论,如何驱动先进材料科学和工程学的创新与突破。我们不再仅仅模仿自然界已有的结构,而是深入理解自然系统背后的设计原则、自组织机制以及在特定环境下的功能实现,并将这些原理转化为具有革命性性能的新型人造材料和系统。本书旨在为材料科学家、生物工程师、机械设计者以及对可持续技术感兴趣的研究人员提供一个全面且深入的视角。 全书共分为五个核心部分,层层递进地展示了从基础理论到前沿应用的完整研究链条。 --- 第一部分:仿生学基础与自然界的设计范式 本部分奠定了理解仿生设计的基础。我们首先回顾了仿生学的发展历史,从早期的模仿到现代强调功能和过程的系统性理解。 核心议题包括: 1. 结构分级与多尺度设计: 自然界中的材料性能往往源于其从纳米到宏观尺度的复杂分级结构。我们将详细分析如珍珠母(Nacre)的“砖泥结构”如何赋予其卓越的韧性与强度,以及这些分级结构在人工复合材料设计中的启示。 2. 自组装与定向生长: 自然系统很少需要高能耗的自上而下的制造过程。我们着重探讨了生物体如何利用化学势能驱动的分子间相互作用,在温和条件下实现复杂结构的精确自组装,例如蛋白质纤维的网络构建。 3. 能源与信息反馈机制: 深入剖析生物系统如何高效地利用和转化能源(如光合作用的机制),以及它们如何通过化学信号或机械刺激实现动态响应和自我修复。 --- 第二部分:高性能仿生结构材料的开发 本部分将理论知识转化为具体的材料系统工程。重点关注如何通过仿生路径解决传统材料在强度、重量、耐久性等方面面临的瓶颈。 重点探讨以下材料族群: 1. 仿生增强复合材料: 借鉴蜘蛛丝、竹子或骨骼的纤维增强机制,设计出具有优异抗冲击性和损伤容限的新型聚合物和陶瓷基复合材料。探讨纤维取向、界面粘结优化以及层状结构设计对宏观力学性能的决定性影响。 2. 表面功能化与界面控制: 模仿荷叶(Lotus Effect)的超疏水性、壁虎脚的干性粘附(Gecko Adhesion)机制,开发具有自清洁、抗污损或可控粘附性的表面涂层。这部分将涉及精确控制表面微纳几何形状和化学势能梯度的技术。 3. 动态响应与形状记忆材料: 研究植物的向性运动和昆虫外骨骼的应力响应,开发能够响应外界刺激(如温度、湿度、pH值或光照)而改变形状、模量或形态的智能材料。这对于开发软体机器人和自适应结构至关重要。 --- 第三部分:仿生驱动系统与软体机器学 本部分将视角转向生物体如何利用材料实现运动和功能。这部分是连接材料科学与机械工程的关键桥梁。 核心研究方向包括: 1. 肌腱与肌肉的仿生驱动器: 摒弃传统的刚性电机和活塞,转而研究基于形状记忆聚合物(SMPs)、电活性聚合物(EAPs)或流体动力学的驱动系统。详细分析如何模仿肌肉的收缩-舒张循环,实现高功率密度和柔顺性的驱动单元。 2. 仿生行走与游泳机构: 借鉴鱼类推进机制、昆虫的步态生成算法以及蛇类的运动学,设计出能够在复杂或非结构化环境中高效运动的软体机器人平台。强调流固耦合分析在优化运动效率中的作用。 3. 柔性传感与反馈回路: 模仿生物的触觉、听觉和视觉系统,开发高灵敏度、可拉伸的电子皮肤、压力传感器和应变传感器。探讨如何将这些传感器集成到柔性主体中,形成闭环控制系统,实现自主导航和环境交互。 --- 第四部分:环境可持续性与仿生制造策略 仿生学的一大优势在于它深刻根植于地球上数亿年的优化结果,天然地倾向于低能耗、高效率和材料的循环利用。 本部分着重于制造和可持续性: 1. 温和条件下的材料合成: 强调从高温高压的传统化学合成转向模仿生物矿化过程(如钙化过程)的低温、水相合成方法,以减少能源消耗和有毒副产物。 2. 生物启发的过程控制: 借鉴细胞如何精确控制晶体生长和蛋白质折叠,开发新型的反应器设计和微流控技术,以实现对材料微观结构的精确、实时的调控。 3. 循环经济与可降解材料: 研究自然界中材料如何被高效地生物降解和回收,并将其设计原理应用于人造聚合物和复合材料的设计之初,确保产品在使用寿命结束后能够无害回归自然循环。 --- 第五部分:未来展望与跨领域融合 最后一部分展望了仿生学在未来十年可能带来的颠覆性应用,并探讨了实现这些目标所需的跨学科合作。 涵盖的前沿领域包括: 1. 仿生医学植入物与组织工程支架: 虽然本书不侧重于生物材料本身,但会讨论如何利用仿生结构(如模仿细胞外基质的层次结构)来指导细胞的黏附、增殖和特化,从而开发出具有更优生物相容性和功能整合性的医疗设备。 2. 自适应建筑与基础设施: 将仿生材料的动态响应特性应用于建筑外墙、桥梁结构,使其能够主动应对气候变化(如温度波动、风荷载),提高能源效率和结构寿命。 3. 计算仿生学与人工智能辅助设计: 讨论如何利用大数据分析和机器学习算法来快速筛选和优化从自然界中提取的设计参数,加速“灵感-原型-产品”的转化周期。 本书的深度与广度,确保了读者不仅能掌握当前仿生材料工程的“是什么”,更能理解背后的“为什么”和“如何做”,为未来的创新提供坚实的理论和实践指导。

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目录信息

读后感

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用户评价

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这本书的内容给我带来的冲击,远不止于对3D打印技术的了解,更是一种对生命奥秘的敬畏。在阅读书中关于“细胞打印”和“组织工程”的章节时,我仿佛亲身经历了生命从无到有的创造过程。作者详细描述了如何将活细胞作为“墨水”,如何精确控制细胞的排列和密度,以及如何利用支架材料为细胞提供生长环境。这种将生命体在微观层面进行“设计”和“制造”的能力,让我感到无比震撼。书中对“类器官”(organoids)打印的介绍,更是让我看到了未来医学的无限可能。通过3D打印技术构建的类器官,不仅可以用于疾病研究和药物筛选,甚至有望在未来直接用于移植,为患者带来新的希望。这本书让我对生命科学的认知达到了一个新的高度,也让我对人类探索生命奥秘的勇气和智慧充满了敬意。

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当我抱着这本《3D Printing With Biomaterials》回到家,迫不及待地开始阅读时,我立刻被书中严谨而又生动的叙述方式所吸引。作者在介绍生物材料的分类和特性时,并没有停留在枯燥的化学和物理参数上,而是巧妙地结合了生物体的实际需求和应用场景,让每一个概念都变得鲜活起来。例如,在讨论多孔支架的构建时,书中不仅解释了材料的选择标准,如生物相容性、可降解性、机械强度等,更详细阐述了支架的微观结构如何影响细胞的附着、增殖和分化,以及如何模拟体内真实的细胞外基质环境。这让我深刻理解到,3D打印生物材料绝非简单的“打印”,而是需要对生物体的微观环境和生理过程有着极其深入的理解。书中对各种生物打印技术的详细介绍,包括挤出式、光固化式、喷墨式等,也让我大开眼界。作者对每种技术的优缺点、适用材料以及在不同应用中的表现进行了清晰的比对分析,这对于我这种希望了解最新技术进展的读者来说,无疑是极其宝贵的。我尤其对书中关于“细胞打印”的部分感到好奇,它涉及到如何精确地控制细胞的空间分布和密度,以及如何确保细胞在打印过程中保持活性,这无疑是生物3D打印领域最前沿也是最具挑战性的方向之一。这本书无疑为我打开了一扇了解这个新兴领域的大门,让我对未来的医疗技术充满了无限遐想。

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阅读《3D Printing With Biomaterials》的过程,对我来说,更像是一场引人入胜的学术探索之旅。书中并非仅仅堆砌理论和技术细节,而是通过一系列精心挑选的案例研究,将抽象的概念转化为生动的实践。我尤其被那些关于“组织工程”和“再生医学”章节所深深吸引。作者详细介绍了如何利用3D打印技术构建具有特定功能的组织,比如皮肤、软骨,甚至是血管系统。他不仅解释了打印过程的技术细节,更深入地探讨了与这些组织打印相关的生物学挑战,例如如何为细胞提供充足的营养和氧气,如何引导血管网络的形成,以及如何确保打印出的组织能够与宿主组织有效整合。这种跨学科的视角让我受益匪浅。此外,书中对“药物递送系统”的讨论也让我印象深刻。通过3D打印定制化的药物载体,可以实现精准的药物释放,提高治疗效果,降低副作用。书中对不同形状、大小、孔隙率的药物载体的设计理念,以及如何通过调整打印参数来控制药物释放速率的讲解,都让我对这一技术的潜力有了更深的认识。这本书就像一位经验丰富的向导,带领我穿越生物3D打印的复杂丛林,让我得以窥见其中蕴藏的巨大机遇和无限可能。

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《3D Printing With Biomaterials》给我带来的惊喜,不仅仅在于其内容的深度和广度,更在于它如何巧妙地将复杂的科学原理娓娓道来。我原本以为,涉及到生物材料和3D打印技术,内容定会充斥着各种晦涩难懂的专业术语和复杂的公式。然而,作者却用一种非常易于理解的方式,将这些内容呈现出来。比如,在介绍生物墨水(bioink)的配方时,书中不仅仅列出了各种成分的化学名称,更是深入浅出地解释了每种成分的作用,以及它们如何共同构成一种能够支持细胞生存和生长的打印介质。这对于我这样的非专业读者来说,是极大的福音。书中的插图和图表也设计得非常精美,它们清晰地展示了各种打印过程、材料结构以及应用场景,极大地增强了内容的 visual appeal。我尤其喜欢那些展示打印细胞组织的三维效果图,它们让我仿佛亲眼目睹了生命是如何在“打印”中孕育而生的。这本书让我深刻体会到,科学的魅力不仅在于其发现的深度,更在于其传播的广度,而作者无疑在这方面做得非常出色。

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这本书的章节结构安排得非常有条理,从基础的生物材料科学,到各种3D打印技术,再到具体的应用领域,层层递进,逻辑清晰。我尤其喜欢书中关于“生物打印设备”的介绍。作者详细分析了不同类型生物打印机的技术特点、优缺点以及在不同应用场景下的适用性。这对于我这种希望了解如何选择合适的生物打印设备来开展相关研究或应用的读者来说,具有非常高的参考价值。书中对于不同打印技术的材料兼容性、打印精度、打印速度以及成本效益的对比分析,让我能够更全面地认识到各种技术的优势和局限性。我特别对书中关于“高分辨率生物打印”的讨论感到好奇,它涉及到如何实现纳米级别的打印精度,以构建出更加精密的生物结构,这无疑是未来生物3D打印技术发展的重要方向。这本书为我提供了一个系统性的学习框架,让我能够更有效地掌握生物3D打印技术的核心知识和发展趋势。

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《3D Printing With Biomaterials》是一本让我爱不释手的好书。它以一种非常生动有趣的方式,将复杂的科学知识呈现在我面前。书中的案例研究让我对生物3D打印技术的应用有了直观的认识,而作者对未来发展的展望,更是让我对这个领域充满了信心。我尤其欣赏书中对“打印精度”和“打印速度”的权衡分析。它让我明白,在实际应用中,我们需要根据不同的需求,在打印精度、打印速度、材料成本以及细胞活性等因素之间做出最优选择。书中对“后处理”过程的介绍,也让我了解到,打印完成后的组织或器件,还需要经过一系列复杂的生物学和物理学处理,才能最终投入使用。这种对细节的关注,充分体现了作者严谨的科学态度。这本书不仅教会了我生物3D打印的技术知识,更让我学会了如何从更宏观的视角去审视一项技术的实际应用。

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这本书的封面设计着实引人注目,那种充满科技感和生命力交织的视觉冲击力,瞬间就抓住了我的眼球。我本来对3D打印技术就颇有研究兴趣,但一直以来,我的关注点主要集中在工业级和消费级的材料应用上。而当我在书店里翻开这本《3D Printing With Biomaterials》时,一种全新的视角和可能性在我脑海中缓缓展开。它不仅仅是一本技术手册,更像是一扇通往未来医疗和生物工程未知领域的大门。我迫不及待地想知道,作者是如何将复杂的生物学原理与前沿的3D打印技术巧妙融合,又是如何描绘出那些令人惊叹的应用前景。从打印组织器官到定制化植入物,再到药物缓释系统,每一个概念都充满了巨大的想象空间。我尤其好奇书中对于不同生物材料的性能特点、打印过程中的挑战以及最终产品如何与人体兼容进行深入的探讨。作者在选择和组织这些内容时,一定花费了大量的心思,才能在浩瀚的生物材料领域中提炼出最精华的部分,并将其清晰地呈现在读者面前。这本书的深度和广度,让我对生物3D打印技术的未来发展充满了无限的期待,也让我开始重新审视生命科学与工程技术之间那条越来越模糊的界限。我迫切地想深入书中,去理解那些关于细胞、支架、生长因子以及复杂生物打印工艺的精妙之处。

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《3D Printing With Biomaterials》的价值,在于它不仅仅是知识的传递,更是一种思维的启迪。书中在探讨生物3D打印技术的伦理和社会影响时,并没有回避可能出现的争议,而是以一种开放和负责任的态度,引发读者进行深入的思考。例如,关于“人造器官”的讨论,书中不仅提到了其巨大的医疗潜力,也触及了相关的伦理问题,如器官的来源、分配公平性以及可能对社会结构造成的冲击。这种前瞻性的思考,让我意识到,任何一项颠覆性技术的出现,都伴随着复杂的社会和伦理挑战,而我们有责任去积极面对和解决。书中关于“生物打印制造”的未来愿景,也让我对产业发展充满了期待。作者描绘了一个未来,在这个未来里,生物3D打印技术将成为一种主流的生产方式,从医疗器械到生物制药,都将受益于这项技术。这本书让我看到了技术发展的宏大图景,也让我思考如何在这个图景中扮演好自己的角色。

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这本书的语言风格非常独特,它不像许多技术书籍那样冰冷、刻板,而是充满了人文关怀和前瞻性的思考。在讨论3D打印生物材料在个性化医疗中的应用时,作者不仅仅是陈述技术的可行性,更着重强调了这种技术如何能够为患者带来福音,如何提高生活质量。我非常欣赏书中关于“定制化植入物”的章节,作者通过生动的例子,展示了3D打印技术如何能够根据患者的个体解剖结构,设计和制造出完美匹配的假肢、关节置换物,甚至骨骼替代品。这不仅仅是技术的进步,更是对人类尊严和福祉的深刻关怀。书中对未来医疗模式的展望,也让我感到振奋。作者提出,随着生物3D打印技术的不断发展,未来的医疗将更加个性化、精准化和微创化,这无疑是一个令人期待的未来。这本书让我看到了技术的力量是如何与人文精神相结合,最终服务于人类的健康和幸福。它不仅仅是一本关于3D打印的书,更是一本关于希望和未来的书。

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我一直对材料科学和生命科学交叉的领域感到非常着迷,而《3D Printing With Biomaterials》正是这样一本将两者完美结合的书籍。书中对各种生物材料的化学结构、物理特性以及生物学行为的深入剖析,让我对这些材料有了全新的认识。我尤其对书中关于“生物相容性”和“生物降解性”的讨论印象深刻。作者详细解释了为什么某些材料能够与人体组织和谐共存,而另一些则可能引起排斥反应,以及为什么需要设计可降解的材料来替代或修复受损组织。书中对不同生物材料在体内环境中的行为预测和评估方法,也让我学到了很多。我发现,选择合适的生物材料是成功进行生物3D打印的关键,而这本书恰恰提供了非常详尽的指导。它让我认识到,生物3D打印不仅仅是打印技术本身,更是对材料科学的深刻理解和应用。

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