Transport Phenomena in Biological Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Pearson

作者:George A. Truskey

出品人:

页数:888

译者:

出版时间:2009-1-2

价格:USD 241.80

装帧:Hardcover

isbn号码:9780131569881

丛书系列:

图书标签:

• 英文原版
• 生物物理
• Transport Phenomena
• Biological Systems
• Biophysics
• Bioengineering
• Mass Transfer
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• Fluid Mechanics
• Membrane Transport
• Physiological Processes
• Modeling

生物系统中的输运现象：深入解析物质与能量在生命体内的流动规律 本书导读 《生物系统中的输运现象》是一本旨在全面、深入探讨物质、能量和动量如何在复杂的生物系统中进行传递、扩散、对流和反应的专著。本书超越了传统物理学和生物学的分界线，将严谨的数学模型与具体的生物学实例紧密结合，为研究人员、高级本科生及研究生提供了一个理解生命活动背后基本物理机制的坚实框架。 生物体的运作本质上是一系列高度协调的输运过程的结果：从细胞膜上离子的跨膜扩散，到血液循环中氧气的输送，再到组织内部代谢物的分布，无不依赖于对输运现象的精确控制。本书系统地梳理了这些过程背后的核心理论，并将其应用于一系列具有重要生物学意义的场景。 核心内容模块划分 本书内容结构严谨，逻辑清晰，主要分为以下几个核心模块： 第一部分：基础理论与数学框架 本部分奠定了理解生物输运现象所需的数学和物理基础。它详细介绍了描述扩散、对流和反应性输运的微分方程，并强调了如何根据生物系统的几何特征和边界条件来建立合适的模型。 章节一：输运现象的物理本质与生物学意义 对动量、质量和能量输运的宏观和微观视图的概述。 引入傅里叶定律、菲克定律和牛顿粘性定律在生物介质中的应用。 讨论生物系统中的多尺度特性，从分子层面到器官层面如何统一描述。 章节二：扩散方程与随机游走理论 深入探讨一维、二维和三维的菲克第二定律，及其在稳态和非稳态问题中的解析解与数值解法。 重点介绍布朗运动（Brownian Motion）与随机游走模型在细胞内环境中的应用，例如蛋白质的扩散和DNA的构象变化。 讨论具有反应项（Reaction-Diffusion）的扩散方程，为后续的形态发生学模型打下基础。 章节三：对流与流动阻力 液体（如血浆、细胞质）的流动特性，包括牛顿流体和非牛顿流体（如血液、黏液）的描述。 详细解析雷诺数（Reynolds Number）在生物体中的意义，解释低雷诺数环境（如微循环）下的流动特征。 斯托克斯定律在细胞沉降和颗粒物输运中的应用。 第二部分：质量（物质）输运——在细胞与组织层面 本部分聚焦于生物分子、气体和代谢物如何在生物界面和组织结构中进行传递。 章节四：膜输运与跨膜通量 详细分析被动扩散、促进扩散和主动运输（离子泵）的机制。 渗透压（Osmosis）在调节细胞体积和水分平衡中的核心作用。 使用Nernst-Planck方程来描述带电溶质在电化学梯度下的跨膜移动。 章节五：气体交换与氧气输送 将输运理论应用于肺泡和组织毛细血管的气体交换模型。 讨论血红蛋白的氧合动力学（Hill方程）与气体扩散在血液中的耦合问题。 分析缺氧条件下，细胞对局部氧气浓度的响应机制。 章节六：药物递送与吸收动力学（ADME） 建立用于预测药物在体内吸收、分布、代谢和排泄过程的药代动力学模型（PK Model）。 探讨药物穿过血脑屏障（BBB）的扩散限制和转运机制。 基于区域模型（Compartmental Models）对药物在不同组织间的动态分配进行模拟。 第三部分：能量与动量输运——生物热力学与生物流体力学 此部分探讨热量在生命体内的耗散与生成，以及流体在器官系统中的运动规律。 章节七：生物热力学与热量传递 描述生物体内的热源（如代谢反应）和热耗散机制。 分析热传导、对流和辐射在体温调节中的作用，特别是皮肤和内脏器官的热量交换。 帕德方程（Pade Approximation）在生物热响应分析中的应用。 章节八：生物流体力学——心血管系统 详细分析大动脉、小动脉和毛细血管中的血流动力学。 研究血流剪切应力对血管内皮细胞形态和功能的调控。 心室和瓣膜处的复杂流动模式（湍流与涡流）的数值模拟基础。 章节九：呼吸道与消化道的流体力学 分析气流在支气管树中的分支和阻力分布。 研究黏液（Mucus）的非牛顿流变学特性及其在清除呼吸道分泌物中的作用。 第四部分：耦合输运与生物模式形成 本书的最后部分将不同类型的输运过程整合起来，探讨它们如何驱动和维持复杂的生物现象，如形态发生、免疫反应和疾病进展。 章节十：反应-扩散系统与形态发生 图灵（Turing）机制的深入探讨，分析化学物质（形态发生素）的相互作用如何通过扩散差异产生空间模式。 应用反应-扩散模型解释毛发生长、斑点图案的形成等现象。 章节十一：电化学输运与神经传导 Hodgkin-Huxley模型的建立与分析，解释动作电位的产生和传播。 离子通道动力学与膜电位的相互作用，以及神经元之间的信号传递。 章节十二：输运现象在疾病中的体现 分析肿瘤生长过程中，营养物质和氧气的输运限制如何影响肿瘤边缘的坏死和侵袭性。 讨论血液粘度、微循环障碍与心血管疾病的关联。 肾脏中溶质和水分的精细过滤与重吸收过程中的输运失衡。 本书特色 本书的一大特色在于其高度的工程应用性。每一章都伴随着大量的案例研究，这些案例不仅限于教科书式的理想化模型，更贴近真实生物实验数据。书中详细阐述了如何使用有限元法（FEM）、有限差分法（FDM）等数值方法求解复杂的生物输运方程，使读者能够将理论知识转化为可操作的模拟工具。本书适合那些希望利用物理学原理来解答生物学难题的跨学科研究人员。通过对这些基本机制的深刻理解，读者将能够更好地设计体外实验、解释生物成像结果，并推进新型生物医学工程技术的开发。

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这本书的独特之处在于，它不仅仅是简单地介绍生物系统中的物质和能量流动，而是深入地探讨了这些过程背后的物理学原理。我之前对“传质”和“传热”这些概念有些模糊，觉得它们离我的生物学专业很远。但《Transport Phenomena in Biological Systems》却用一种非常巧妙的方式，将这些概念与生物学的具体问题相结合。例如，在讲解“传质”时，作者不仅仅停留在简单的扩散方程，而是详细介绍了对流、迁移以及各种生物膜的转运机制，并用数学模型来描述它们。这让我对细胞内的物质运输以及药物在体内的吸收和分布有了更清晰的认识。此外，关于“传热”的章节也让我对生物体的能量代谢有了新的理解。我之前只知道生物体需要能量来维持生命活动，但这本书让我了解到，能量是如何在生物体内进行传递和转化的，以及热量是如何在生物系统中散失和调节的。这本书就像一本“生物物理学”的入门指南，让我能够用一种全新的思维方式去理解生命活动。

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这本书最大的亮点在于它打破了学科之间的壁垒，将物理学中的“传输现象”理论，巧妙地应用于对复杂生物系统的理解。我作为一个生物学领域的学习者，以前总觉得像流体力学、热力学这些是物理学家的专属，而与生物学似乎没有太大的关联。然而，通过阅读这本书，我才意识到这些物理学原理在解释生物现象方面具有多么强大的解释力。例如，在讲解“质量传输”时，作者并没有局限于简单的扩散定律，而是详细介绍了对流、迁移以及各种膜转运机制，并用严谨的数学模型来描述这些过程。他通过分析药物在体内的吸收、分布和排泄过程，生动地说明了这些传输现象在药代动力学中的重要作用。另外，关于“能量传输”的章节也让我受益匪浅。我之前对生物体内的能量流动只是一个模糊的概念，但这本书通过对细胞呼吸、光合作用以及体温调节等过程的详细分析，让我对能量在生物系统中的转化和传递有了更为深刻的认识。书中大量的图表和案例分析，也帮助我更好地理解那些抽象的数学模型，并且能够将其与实际的生物问题联系起来。这本书就像一本百科全书，让我得以从一个全新的维度去探索生命活动的奥秘。

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这本书给我最大的感受就是其知识的深度和广度。我原本以为它会侧重于某一个具体的生物领域，比如细胞生物学或者生理学，但事实证明，它涵盖的范围远超我的想象。作者将物理学的基本原理，如质量守恒、能量守恒和动量守恒，巧妙地应用于各种生物过程的分析。例如，在关于“传热”的章节，我学到了如何利用能量守恒定律来分析生物体内的热量平衡，包括吸收、产生、传输和散失等过程。书中对生物膜的渗透性和通透性的讨论，不仅仅停留在简单的物质扩散，而是结合了电化学势、膜蛋白的动力学以及表面张力等因素，提供了一个更为精细化的模型。我尤其欣赏作者在处理复杂系统时所展现出的逻辑清晰和结构合理。他将宏观的生物系统分解为一系列相互关联的微观过程，然后逐一进行分析。比如，在分析药物在体内的输运时，他分别讨论了药物在消化道的吸收、在血液中的分布、在组织中的扩散以及在肝脏和肾脏的代谢和排泄，并将这些过程与具体的方程联系起来。书中的数学推导虽然严谨，但作者总能在关键的地方给出清晰的解释和直观的比喻，这极大地降低了理解的门槛。我感觉这本书就像一个工具箱，里面装满了分析生物系统运作原理的强大工具，让我能够用一种全新的视角去审视那些我曾以为习以为常的生物现象。

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我之所以对这本书爱不释手，很大程度上是因为它提供了一种“全局观”的视角来理解生物系统。很多时候，我们在学习生物学时，倾向于关注单个的分子、细胞或器官的功能，而忽略了它们是如何作为一个整体协同工作的。这本书则正好弥补了这一不足。它将物理学中的“传输现象”这一核心概念，贯穿于对整个生物系统的分析之中。我尤其喜欢关于“质量传输”的章节，它不仅仅局限于简单的浓度梯度驱动的扩散，还深入探讨了对流、渗透压、离子泵等多种机制在不同尺度上的作用，从细胞内的物质运输到整个生物体内的物质分布，都给出了详细的解释。例如，书中的一个例子是关于肺泡中氧气和二氧化碳交换的过程，作者用详细的数学模型描述了气体分压梯度如何驱动这些物质跨越生物膜，以及血液循环如何有效地将它们运输到全身。此外，关于“动量传输”的讨论也让我受益匪浅。它解释了流体力学在理解血液流动、淋巴流动、甚至细胞运动中的重要性。我之前对血液粘度的概念只是模糊的了解，但读完这本书后，我才深刻理解了粘度、剪切应力以及血管几何形状如何共同影响血流动力学，这对于理解心血管疾病的发生发展至关重要。这本书让我意识到，很多看似复杂的生物过程，其实都可以用一套统一的物理原理来解释。

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这本书简直是给我打开了一扇新世界的大门！起初我只是被标题的“生物系统”几个字吸引，想着或许能找到一些关于生物体内的物质传输、能量流动之类比较宏观的介绍，但当我真正沉浸其中后，才发现它远比我最初的期待要深刻和广泛得多。这本书并没有回避那些令人望而生畏的数学公式和物理概念，而是巧妙地将它们融入到对生物现象的解释中。例如，它对细胞膜的渗透作用的分析，不仅仅停留在“水会从高浓度区域流向低浓度区域”这样简单的描述，而是深入探讨了膜的组成、离子通道的动力学、电化学势梯度如何驱动物质跨膜运输，甚至还引入了非平衡态热力学的一些概念来解释细胞内复杂的生化反应网络。我特别喜欢作者对“传质”这一概念的阐述，他不仅仅局限于扩散，还详细介绍了对流、迁移等多种机制，并且用一系列生动的例子来说明它们在生物体内的应用，比如血液循环中的氧气和二氧化碳传输，淋巴系统中淋巴液的流动，甚至是营养物质在植物体内的运输过程。书中的图示也非常精美，那些复杂的示意图帮助我直观地理解那些抽象的模型，比如流体力学中描述粘性流动的纳维-斯托克斯方程，在书中被解释得相当易懂，并将其与血液在血管中的流动特性联系起来。我感觉这本书就像一位博学的导师，循循善诱地引导我一步步理解那些看似神秘的生物过程背后的物理和数学原理。它教会我不仅仅是“看”生物现象，更是“理解”它们是如何运作的。

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这本书的阅读体验是令人惊叹的，它成功地将物理学中最核心的“传输现象”概念，与生物系统这一极其复杂且动态的领域相结合。我之前一直觉得，要理解生物体内的物质和能量流动，需要掌握大量的生物化学和生理学知识，而忽略了其中潜在的物理学规律。但这本书却反其道而行之，它从物理学者的视角出发，用严谨的数学模型和物理原理，来解释那些我们熟悉的生物现象。我尤其对书中关于“传质”的分析印象深刻，它不仅仅停留在宏观的物质运输，而是深入到分子层面，解释了扩散、对流、渗透等多种机制是如何协同作用的，并且用清晰的公式来描述它们。例如，书中的一个案例是将这些理论应用于理解药物在细胞内的渗透过程，这对于我理解药物的作用机制非常有帮助。另外，关于“传热”的章节也让我对生物体的能量代谢有了新的认识。我之前只知道生物体需要能量来维持生命活动，但这本书让我了解到，能量是如何在生物体内进行传递和转化的，以及热量是如何在生物系统中散失和调节的。总的来说，这本书就像一把钥匙，为我打开了一扇理解生命奥秘的新大门。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来的最大启发，就是让我认识到物理学中的“传输现象”原理，在理解和解释生物系统方面具有多么强大的力量。我之前一直认为，生物学是一门独立的学科，而物理学则与生物学相去甚远。但这本书却巧妙地将两者结合起来，用物理学的语言来解读生物学的奥秘。我尤其对书中关于“动量传输”的讲解印象深刻，它通过对血液流动的分析，让我理解了粘度、剪切应力以及血管结构对血流动力学的影响。这对于理解心血管疾病的发病机制非常有帮助。另外，关于“质量传输”的章节也让我大开眼界。它不仅仅局限于简单的扩散，还详细介绍了对流、迁移以及膜转运等多种机制，并且用数学模型来描述它们的动力学行为。我之前对细胞膜的通透性只有一个模糊的认识，但读完这本书后，我对细胞膜在物质交换中的作用有了更深刻的理解。这本书就像一座桥梁，连接了物理学和生物学，让我能够用一种更宏观、更深入的视角去理解生命。

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这本书的价值在于它能够将看似高深的物理学原理，与我们日常所见的生物现象紧密联系起来。我最初对“传质”和“传热”这些概念有些畏惧，觉得它们离我的生物学专业太远。但《Transport Phenomena in Biological Systems》却以一种非常接地气的方式，将这些概念融入到生物学的具体问题中。我记得有一段关于“生物膜的传质”的论述，作者不仅仅讲解了简单的扩散，还详细分析了载体蛋白、离子通道等主动和被动的物质运输机制，并用数学模型来描述它们的动力学行为。这让我对细胞膜的功能有了更深刻的理解，也明白了为什么不同的细胞会有不同的物质交换效率。另外，关于“生物系统的传热”的章节也让我大开眼界。我一直认为生物体只是一个恒温的盒子，但这本书让我认识到，生物体内的热量产生、传递和散失是一个非常动态和复杂的过程。从肌肉运动产生的热量，到皮肤表面的散热，再到一些特殊生物（如蜂群）的集体体温调节，这本书都给出了非常详细和有说服力的解释。我感觉这本书就像一位翻译官，将物理学的语言翻译成了生物学能够理解的语言，让我能够用一种全新的思维方式去理解生命现象。

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老实说，我拿到这本书时，内心是有些忐忑的。我是一名生物学背景的学生，虽然对一些基础的物理化学概念有所了解，但对于“现象传输”这种术语，总觉得有些高不可攀。然而，《Transport Phenomena in Biological Systems》却以一种出乎意料的方式，将这些复杂的理论变得触手可及。作者在讲解时，总是从一个非常具体的生物问题出发，比如细胞受到的机械应力是如何影响其形态和功能的，或者药物在体内是如何被吸收、分布、代谢和排泄的。然后，他会逐步引入相关的物理模型和数学工具来解释这些现象。我印象特别深刻的是关于“热量传输”的部分，作者不仅讨论了热传导，还详细介绍了对流和辐射在生物系统中的作用，比如体温的调节机制，运动时肌肉产生的热量如何散失，甚至是一些深海生物利用化学反应产生热量的现象。书中关于“动量传输”的讲解也同样精彩，他将牛顿的粘性定律应用到血液的流动，解释了血液粘度、血管直径等因素如何影响血流速度和血压，这对于理解心血管疾病的发病机制非常有帮助。我之前读过的生物学教材，往往将这些物理过程一带而过，或者只提供一个非常简化的模型。但这本书则提供了更为严谨和深入的分析，让我对生物系统内部的能量和物质流动有了更为全面的认识。而且，作者并没有一味地堆砌公式，而是注重概念的理解和实际的应用，这使得我能够将书本上的知识与我所学的生物学知识融会贯通。

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我必须说，这本书的结构和内容都给我留下了深刻的印象。它以一种非常系统的方式，将“传输现象”这一物理学概念，应用于各种生物学问题。作者的讲解非常细致，他不仅仅给出了大量的公式和方程，更重要的是，他能够将这些抽象的数学工具，与具体的生物现象联系起来，并给出清晰的解释。我特别喜欢书中关于“物质传输”的章节，它详细地介绍了扩散、对流、迁移等多种机制，并且通过分析血液在血管中的流动、淋巴液的循环以及药物在体内的分布等案例，生动地说明了这些原理在生物系统中的应用。我之前对流体力学只是略知一二，但通过这本书，我才深刻理解了它在理解血液动力学方面的重要性。另外，关于“能量传输”的部分也让我受益匪浅。我一直对生物体内的热量平衡感到好奇，而这本书则从物理学的角度，详细地解释了热量是如何在生物体内产生、传递和散失的，以及体温调节机制是如何实现的。这本书就像一本“生物物理学”的指南，让我能够用一种全新的视角去理解生命活动的内在规律。

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