01 / 导读
导读
引用
Wagner, W. R., Sakiyama-Elbert, S. E., Zhang, G., & Yaszemski, M. J. (Eds.). (2020). Biomaterials Science: An Introduction to Materials in Medicine (4th ed.). Elsevier.
章节概要
这是一部篇幅很大的多人编写的参考书，印刷版约1,600页，分为三个部分和若干附录。出版社公布的目录并不是少数几章长文，而是将近一百个简短的编号单元（例如讲水凝胶的1.3.2E、讲补体系统的2.2.4），每一单元由相应领域的专家撰写。
第一部分：材料科学与工程
第1.1节“生物材料概览”以“生物材料科学：不断演进的多学科事业”和“生物材料的历史”开篇。第1.2节“材料的性质”讲物质与材料的本质、体相性质、表面性质与表面表征，以及水在生物材料中的作用。
第1.3节“医学中使用的材料类别”是本部分最长的一节。它先讲基本原理，再分别介绍各类材料：聚合物（聚氨酯、有机硅、含氟材料、修复用复合材料与黏合剂、水凝胶、可降解聚合物、“智能聚合物”）、金属（包括镍钛诺在内的钛合金、不锈钢、钴铬合金、可降解金属）、陶瓷、玻璃与微晶玻璃（羟基磷灰石、结构氧化物陶瓷）、碳基生物材料、天然材料（加工组织、细胞外基质蛋白）、复合材料，以及微粒与纳米粒子。
第1.4节“材料加工”讨论材料如何变成器件和表面：物理化学表面改性、抗污与抗血栓表面、表面固定化生物分子、表面图案化、医用纤维与生物纺织品、表面粗糙与多孔材料，以及增材制造。
第二部分：生物学与医学
第2.1节“若干背景概念”介绍材料专业读者需要的生物学知识：吸附蛋白质、体外的细胞与表面、组织结构与损伤反应、细胞外基质与细胞—生物材料相互作用，以及机械力对细胞和组织的影响。
第2.2节“机体对生物材料的反应及其评价”涵盖炎症、伤口愈合与异物反应，先天免疫与适应性免疫，补体系统，全身毒性与免疫毒性，凝血与血液—材料相互作用，肿瘤发生，以及生物膜与器械相关感染。
第2.3节“生物材料的表征”转向测试：生物相容性的概念与评估、组织相容性的体外与体内试验、血液—材料相互作用的评价，以及动物手术与动物护理。第2.4节“材料在生物环境中的降解”讲聚合物的化学与生化降解、金属腐蚀、陶瓷的降解，以及病理性钙化。
第2.5节“生物材料的应用”依次巡览各临床领域：心血管器械（心脏瓣膜、起搏器、循环辅助装置、支架与血管移植物）、体外人工器官、骨科、牙科和眼科应用、生物电子神经植入物、烧伤敷料与皮肤替代物、黏合剂、免疫工程、肿瘤微环境模型系统、药物递送系统，以及基于酶的生物传感器。第2.6节“生物材料在功能性组织工程中的应用”涵盖组织工程的概念、支架及其微观力学设计准则，以及肌腱、骨、心血管和软组织工程。
第三部分：医疗产品的生命周期
最后一部分沿着基于生物材料的器械，从概念走到临床乃至之后：产品全生命周期、安全与风险、灭菌与消毒、验证与确认、商业考量、监管约束、标准的作用、植入物取出与失效分析、法律概念，以及道德与伦理问题。附录列出生物体液和软材料的性质、植入用金属与陶瓷的化学成分以及生物材料文献；另有一个关于组织中细胞与基质成分评估的附录仅提供在线版本。
核心概念
第一部分：材料科学与工程
- 生物材料的类别：聚合物、金属、陶瓷与玻璃、碳、天然材料和复合材料；每一类都先讲基本原理，再讲具体材料。
- 表面性质与表面改性：身体首先接触的是材料的表面而非本体，因此本书详细讨论表征、图案化、固定化生物分子和抗污涂层。
- 可降解与可生物降解材料：被设计成会被吸收、而不是长久存在的聚合物和金属。
第二部分：生物学与医学
- 蛋白质吸附：材料一接触体液，蛋白质就会在瞬间覆盖其表面，并影响细胞随后的行为。
- 异物反应与免疫：植入物引发的炎症、伤口愈合和免疫激活的先后过程。
- 生物相容性评估：这一概念本身，以及用来判断它的体外和体内试验。
- 体内降解：腐蚀、水解和钙化会限制植入物的使用时间。
- 组织工程支架：在新组织形成过程中支撑细胞的多孔材料。
第三部分：医疗产品的生命周期
- 产品全生命周期：器械从设计、验证、监管到取出的整个规划过程。
- 灭菌、风险与监管：材料成为上市器械之前必须经过的安全、标准和法律环节。
评析
优点
- 一册之内涵盖面广。 目录从原子层面的性质和各大类材料出发，经过免疫学与血液相互作用，直到具体的临床器械和监管生命周期，因此一本书就能跟随一种材料，从其化学一路讲到失效后取出植入物的分析。
- 生物学与材料并重。 第二部分先安排了吸附蛋白、细胞、组织结构和机械力的背景小节，然后才进入机体反应与测试，因此以材料为主要背景的读者不必自行补足生物学知识。
- 包含产品开发部分。 出版社强调新增了医疗器械开发、转化中的全球性问题、质量保证和报销等内容，因此本书讲到了实验室材料如何成为受监管的产品。
- 第四版的时效性。 出版社列出的新增内容包括纳米技术、增材制造、再生工程、个性化医疗和器官芯片，并称合并了冗余材料。出版社还说明本书得到生物材料学会（Society for Biomaterials）的认可，并为大多数章节提供在线习题。
局限
- 篇幅与结构。 全书约1,600页，由许多简短的约稿单元组成，更像一部参考书而非课程教材；各单元的覆盖面和深度因作者而异，无法在一门课中按顺序读完。
- 难度。 出版社将本科生和研究生、博士后研究人员及从业者列为读者对象。对于没有材料科学或生物学基础的学生，若没有更浅的入门书，个别单元可能比较吃力。
- 习题在线提供。 出版社的介绍提到大多数章节有在线习题，也就是说印刷本本身不含习题练习。
在课程中的定位
在本课程书单中，这是一部综合性参考书，而不是第一门课的教材。Chen 和 Thouas 的 Biomaterials: A Basic Introduction 面向既缺乏材料科学又缺乏生物学基础的学生，Temenoff 和 Mikos 的 Biomaterials: The Intersection of Biology and Materials Science 是一部同时展开材料与生物两条线索的本科教材；两者都是更自然的起点。Agrawal 等人的 Introduction to Biomaterials 是一部篇幅较短、由作者统一执笔的课程教材，可以在一个学期内通读。
Black 的 Biological Performance of Materials 是一部专注于生物相容性的单人专著，在以生物相容性为主要兴趣时是更有针对性的选择。本书则适合用来在整个领域内查阅资料，以及阅读第三部分的器械开发内容。本站还收录了同名书的早期版本（2004年），由 Ratner、Hoffman、Schoen 和 Lemons 主编。
如何使用本书
应把它当作课程的配套参考，而不是从头读到尾的教材。已经学过入门课程的读者可以走一条核心路径：第1.1至1.3节（材料有哪些类别）、第2.1和2.2节（机体如何反应）、第2.3节（生物相容性测试）以及第2.4节（降解）。表面改性与加工可以到第1.4节去找，第2.5节或第2.6节则可根据课程或项目侧重的应用来选读。
当课程或项目涉及把器械推向市场时，应阅读第三部分：生命周期、灭菌、验证与确认、监管、标准和失效分析。关于生物体液和软材料性质的附录可用来查数据。基础较弱的读者应先读一本篇幅较短的入门书，再回到本书查阅具体主题的深入内容；章节习题请到出版社的在线资料中查看。