Bioreactors for Tissue Engineering pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Chaudhuri, Julian (EDT)/ Al-Rubeai, Mohamed (EDT)

出品人:

页数:375

译者:

出版时间:

价格:189

装帧:HRD

isbn号码:9781402037405

丛书系列:

图书标签:

Tissue Engineering
Bioreactors
Cell Culture
Scaffolds
Biomaterials
Regenerative Medicine
Bioengineering
Biotechnology
Medical Devices
Stem Cells

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具体描述

生物反应器在组织工程中的应用：一本开创性的综述图书名称：《生物反应器在组织工程中的应用》图书简介本书全面深入地探讨了生物反应器在组织工程领域中的核心作用、设计原理、操作模式及其在生物医学前沿研究中的关键应用。本书旨在为生物医学工程师、组织生物学家、材料科学家以及相关领域的临床医生提供一个权威性的、高度实用的参考指南。第一部分：组织工程与生物反应器的基础理论本书伊始，首先对组织工程的基本概念进行了系统的梳理。这包括对天然组织结构与功能的生物学理解，细胞外基质（ECM）在组织再生中的调控作用，以及生物材料（如支架）的选择与设计原则。我们详细分析了细胞在三维环境下的行为模式，强调了生物物理信号（如机械应力、流体剪切力）对细胞命运（增殖、分化、迁移）的决定性影响。在此基础上，本书重点阐述了生物反应器作为体外模拟天然微环境的必要性与优势。传统的静态培养体系（如培养皿）无法提供动态的营养物质交换和必要的生物物理刺激，这与活体内复杂的组织微环境相去甚远。生物反应器通过提供可控、可量化的动态环境，克服了这些局限性，是实现功能性组织构建的关键技术平台。第二部分：生物反应器的类型学与设计原理本书的核心章节深入剖析了各类生物反应器的设计哲学与工程实现。我们根据操作模式和剪切力施加方式，将生物反应器划分为几个主要的家族： 1. 气液界面反应器（Gas-Liquid Interface Reactors）：侧重于气体交换效率，适用于需要高氧供应的细胞培养，如软骨和骨组织。 2. 灌流式反应器（Perfusion Reactors）：强调营养物质和代谢废物的有效清除，通过连续或间歇的流体灌注，确保培养基在三维支架内部的均匀渗透。我们详细讨论了如何通过调整流速、压力梯度来控制径向和轴向的传质速率，并分析了高剪切力对敏感细胞群体的潜在影响。 3. 搅拌式反应器（Agitated Bioreactors）：主要包括机械搅拌和气泡搅拌系统。本书对搅拌反应器的动力学进行了详细的流体力学建模分析，重点讨论了桨叶设计、转速控制对培养物混合均匀性以及细胞损伤程度的权衡。对于悬浮培养和微载体培养，搅拌反应器是实现高密度细胞扩展的理想选择。 4. 机械应力反应器（Mechanical Stimulation Bioreactors）：这是模拟体内机械负荷的关键设备。我们系统介绍了用于模拟不同生理功能的反应器，包括：双轴拉伸系统（Biaxial Tensile Systems）：用于模拟皮肤、韧带和血管壁的拉伸负荷。压力循环系统（Hydrostatic/Compressive Systems）：用于模拟骨骼和软骨在承重条件下的行为。扭转与弯曲系统（Torsion and Bending Systems）：模拟关节运动。本书对如何将特定的机械负荷谱（频率、幅度、持续时间）精确地转化为细胞可感知的信号进行了工程学指导。 5. 模拟生理液流反应器（Physiological Flow Mimicking Systems）：专门针对血管和心血管组织的构建，这些反应器能够精确模拟血液动力学参数，如壁面剪切力（WSS）和循环脉动，对内皮细胞的极化和血管结构的成熟至关重要。第三部分：生物反应器的关键工程挑战与参数控制构建功能性组织对生物反应器的控制精度提出了极高的要求。本书深入探讨了实现细胞培养环境最优化的关键工程参数： 1. 传质与传热的优化：详细分析了氧气、葡萄糖、乳酸等关键代谢物的扩散限制问题。介绍了几种先进的传感技术和实时监测系统，以确保培养环境的均一性，特别是在大型组织构建中。 2. 流体动力学模拟（CFD）：运用计算流体力学（CFD）工具，本书展示了如何预测和可视化反应器内部的流场分布、剪切应力热点，并据此优化支架孔隙结构和反应器几何形状，避免局部细胞死亡。 3. 生物相容性与灭菌：讨论了反应器材料（聚合物、陶瓷、金属）的选择标准，要求材料对细胞无毒性，并能承受严苛的灭菌过程（如高压蒸汽灭菌、伽马射线辐照），同时不影响其生物功能。 4. 规模化与生物制造（Biomanufacturing）：展望了生物反应器从实验室规模向临床前和临床规模转化的挑战。这包括建立稳健的、可追溯的、符合良好生产规范（GMP）的操作流程，确保组织产品的一致性和安全性。第四部分：生物反应器在特定组织工程中的应用案例本书通过一系列深入的案例研究，展示了生物反应器在解决复杂组织再生问题上的具体能力：骨组织工程：如何利用灌流和机械刺激反应器促进间充质干细胞向成骨细胞分化，并有效矿化成熟。软骨组织工程：探讨了低氧环境与间歇性压缩负荷相结合的反应器策略，以诱导保护性ECM的产生。血管和心肌组织：侧重于利用脉冲流和双向拉伸来模拟生理应力，以促进内皮细胞形成管状结构和心肌细胞的同步收缩。神经组织工程：描述了如何利用电刺激或特定形状的支架配合温和的灌流系统，引导神经元的轴突生长和髓鞘形成。肝脏和肾脏类器官构建：展示了利用微流控反应器技术，模拟复杂器官的血液灌注和细胞间通讯网络。结论与展望本书的结论部分总结了当前生物反应器技术的主要成就，并着眼于未来的发展方向，包括集成先进的生物传感技术、利用人工智能进行实时过程优化、以及开发更精细的、能够模拟体内复杂多因素信号（如化学梯度与机械力耦合）的“智能”反应器系统，以期最终实现真正可移植、功能完备的人造器官。本书的撰写风格严谨而实用，数据详实，图表丰富，是从事组织工程领域研究与开发人员不可或缺的工具书。