Bioreactors for Tissue Engineering pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:Springer Verlag

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

出品人:

頁數:375

译者:

出版時間:

價格:189

裝幀:HRD

isbn號碼:9781402037405

叢書系列:

圖書標籤:

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

生物反應器在組織工程中的應用：一本開創性的綜述 圖書名稱：《生物反應器在組織工程中的應用》 圖書簡介 本書全麵深入地探討瞭生物反應器在組織工程領域中的核心作用、設計原理、操作模式及其在生物醫學前沿研究中的關鍵應用。本書旨在為生物醫學工程師、組織生物學傢、材料科學傢以及相關領域的臨床醫生提供一個權威性的、高度實用的參考指南。 第一部分：組織工程與生物反應器的基礎理論 本書伊始，首先對組織工程的基本概念進行瞭係統的梳理。這包括對天然組織結構與功能的生物學理解，細胞外基質（ECM）在組織再生中的調控作用，以及生物材料（如支架）的選擇與設計原則。我們詳細分析瞭細胞在三維環境下的行為模式，強調瞭生物物理信號（如機械應力、流體剪切力）對細胞命運（增殖、分化、遷移）的決定性影響。 在此基礎上，本書重點闡述瞭生物反應器作為體外模擬天然微環境的必要性與優勢。傳統的靜態培養體係（如培養皿）無法提供動態的營養物質交換和必要的生物物理刺激，這與活體內復雜的組織微環境相去甚遠。生物反應器通過提供可控、可量化的動態環境，剋服瞭這些局限性，是實現功能性組織構建的關鍵技術平颱。 第二部分：生物反應器的類型學與設計原理 本書的核心章節深入剖析瞭各類生物反應器的設計哲學與工程實現。我們根據操作模式和剪切力施加方式，將生物反應器劃分為幾個主要的傢族： 1. 氣液界麵反應器（Gas-Liquid Interface Reactors）： 側重於氣體交換效率，適用於需要高氧供應的細胞培養，如軟骨和骨組織。 2. 灌流式反應器（Perfusion Reactors）： 強調營養物質和代謝廢物的有效清除，通過連續或間歇的流體灌注，確保培養基在三維支架內部的均勻滲透。我們詳細討論瞭如何通過調整流速、壓力梯度來控製徑嚮和軸嚮的傳質速率，並分析瞭高剪切力對敏感細胞群體的潛在影響。 3. 攪拌式反應器（Agitated Bioreactors）： 主要包括機械攪拌和氣泡攪拌係統。本書對攪拌反應器的動力學進行瞭詳細的流體力學建模分析，重點討論瞭槳葉設計、轉速控製對培養物混閤均勻性以及細胞損傷程度的權衡。對於懸浮培養和微載體培養，攪拌反應器是實現高密度細胞擴展的理想選擇。 4. 機械應力反應器（Mechanical Stimulation Bioreactors）： 這是模擬體內機械負荷的關鍵設備。我們係統介紹瞭用於模擬不同生理功能的反應器，包括： 雙軸拉伸係統（Biaxial Tensile Systems）： 用於模擬皮膚、韌帶和血管壁的拉伸負荷。 壓力循環係統（Hydrostatic/Compressive Systems）： 用於模擬骨骼和軟骨在承重條件下的行為。 扭轉與彎麯係統（Torsion and Bending Systems）： 模擬關節運動。 本書對如何將特定的機械負荷譜（頻率、幅度、持續時間）精確地轉化為細胞可感知的信號進行瞭工程學指導。 5. 模擬生理液流反應器（Physiological Flow Mimicking Systems）： 專門針對血管和心血管組織的構建，這些反應器能夠精確模擬血液動力學參數，如壁麵剪切力（WSS）和循環脈動，對內皮細胞的極化和血管結構的成熟至關重要。 第三部分：生物反應器的關鍵工程挑戰與參數控製 構建功能性組織對生物反應器的控製精度提齣瞭極高的要求。本書深入探討瞭實現細胞培養環境最優化的關鍵工程參數： 1. 傳質與傳熱的優化： 詳細分析瞭氧氣、葡萄糖、乳酸等關鍵代謝物的擴散限製問題。介紹瞭幾種先進的傳感技術和實時監測係統，以確保培養環境的均一性，特彆是在大型組織構建中。 2. 流體動力學模擬（CFD）： 運用計算流體力學（CFD）工具，本書展示瞭如何預測和可視化反應器內部的流場分布、剪切應力熱點，並據此優化支架孔隙結構和反應器幾何形狀，避免局部細胞死亡。 3. 生物相容性與滅菌： 討論瞭反應器材料（聚閤物、陶瓷、金屬）的選擇標準，要求材料對細胞無毒性，並能承受嚴苛的滅菌過程（如高壓蒸汽滅菌、伽馬射綫輻照），同時不影響其生物功能。 4. 規模化與生物製造（Biomanufacturing）： 展望瞭生物反應器從實驗室規模嚮臨床前和臨床規模轉化的挑戰。這包括建立穩健的、可追溯的、符閤良好生産規範（GMP）的操作流程，確保組織産品的一緻性和安全性。 第四部分：生物反應器在特定組織工程中的應用案例 本書通過一係列深入的案例研究，展示瞭生物反應器在解決復雜組織再生問題上的具體能力： 骨組織工程： 如何利用灌流和機械刺激反應器促進間充質乾細胞嚮成骨細胞分化，並有效礦化成熟。 軟骨組織工程： 探討瞭低氧環境與間歇性壓縮負荷相結閤的反應器策略，以誘導保護性ECM的産生。 血管和心肌組織： 側重於利用脈衝流和雙嚮拉伸來模擬生理應力，以促進內皮細胞形成管狀結構和心肌細胞的同步收縮。 神經組織工程： 描述瞭如何利用電刺激或特定形狀的支架配閤溫和的灌流係統，引導神經元的軸突生長和髓鞘形成。 肝髒和腎髒類器官構建： 展示瞭利用微流控反應器技術，模擬復雜器官的血液灌注和細胞間通訊網絡。 結論與展望 本書的結論部分總結瞭當前生物反應器技術的主要成就，並著眼於未來的發展方嚮，包括集成先進的生物傳感技術、利用人工智能進行實時過程優化、以及開發更精細的、能夠模擬體內復雜多因素信號（如化學梯度與機械力耦閤）的“智能”反應器係統，以期最終實現真正可移植、功能完備的人造器官。 本書的撰寫風格嚴謹而實用，數據詳實，圖錶豐富，是從事組織工程領域研究與開發人員不可或缺的工具書。

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