01 / 导读
导读
引用
Roselli, R. J., & Diller, K. R. (2011). Biotransport: Principles and Applications. Springer.
章节概要
本书共十五章，约 1,290 页（美国国会图书馆记录为 1,286 页）。它的编排异常规整。先是一章讲教学框架，两章讲一般概念与解题，然后分三个平行的板块处理流体、热和质量传递，每个板块都按同样的方法顺序展开：宏观方法、针对一维问题的壳层平衡方法，以及一般的微观方法。热和质量板块以一章基础开篇，流体板块则以生物流体的流变学开篇。这正是出版社的描述：生物流体、生物热和生物质量传递各部分又细分为基础、宏观传递、一维稳态与非稳态传递，以及一般多维微观传递等章节。
第1章：Introduction to HPL Methodology（HPL 方法论导论）
开篇一章约三十页，阐述本书的教学框架。出版社说，本书是作为在 “How People Learn”（HPL，人是如何学习的）框架下教与学的指南而设计的，源自 VaNTH 生物工程教育技术工程研究中心——一个由美国国家科学基金会资助、由范德堡大学、西北大学、德克萨斯大学和哈佛/麻省理工学院组成的联盟。
第2–3章：Fundamental Concepts in Biotransport（生物传递的基本概念）；Modeling and Solving Biotransport Problems（生物传递问题的建模与求解）
这两章合计约七十页，在讨论任何一种具体传递之前，先阐明传递的共同概念，以及传递问题如何建模和求解。
第4–7章：生物流体传递
先是 Rheology of Biological Fluids（生物流体的流变学，第4章），随后三章以逐步细化的层次处理流动：Macroscopic Approach for Biofluid Transport（生物流体传递的宏观方法，第5章，约150页，是该板块中最长的一章）、Shell Balance Approach for One-Dimensional Biofluid Transport（一维生物流体传递的壳层平衡方法，第6章）和 General Microscopic Approach for Biofluid Transport（生物流体传递的一般微观方法，第7章）。
第8–11章：生物热传递
传热板块沿用同样的模式：Heat Transfer Fundamentals（传热基础，第8章）、Macroscopic Approach to Bioheat Transport（生物热传递的宏观方法，第9章）、Shell Balance Approach for One-Dimensional Bioheat Transport（一维生物热传递的壳层平衡方法，第10章）和 General Microscopic Approach for Bioheat Transport（生物热传递的一般微观方法，第11章）。
第12–15章：生物质量传递
质量传递板块最大，约430页：Mass Transfer Fundamentals（质量传递基础，第12章）、Macroscopic Approach to Biomass Transport（生物质量传递的宏观方法，第13章）、Shell Balance Approach for One-Dimensional Biomass Transport（一维生物质量传递的壳层平衡方法，第14章，约145页）和 General Microscopic Approach for Biomass Transport（生物质量传递的一般微观方法，第15章）。
核心概念
第1–3章：框架与基础
- HPL 方法论：本书围绕的 “How People Learn” 框架。
- 传递问题的建模与求解：在三类传递之前共同使用的问题设置与求解方法。
第4–15章：三类传递，三个层次的方法
- 生物流体的流变学：生物流体的流动行为，见第4章。
- 宏观方法：对整个系统做平衡，适用于流体、热和质量。
- 壳层平衡方法：通过对薄壳层做平衡来求解一维问题。
- 一般微观方法：一般的多维传递方程。
评析
优点
- 同一方法在三类传递中反复使用。 目录显示，流体、热和质量传递各自按宏观、壳层平衡和一般微观章节组织，所以学一次的方法可以用三次；出版社称本书是对流体、热和质量流动的连贯而简明的阐述。
- 为自学和主动学习而设计。 出版社说，本书提供大量带详细数值解答的例题，推导中包含中间步骤，旨在腾出课堂时间用于培养技能和解决开放性问题。
- 挑战性问题与习题。 出版社介绍，书中有作者为自己的生物传递课程编写的大量学习挑战案例，各章末有章节小结、复习题和超过230道习题。
- 可用于两类课程。 出版社说，它既可用于传统的讲授式课程，也可用于围绕开放性挑战问题组织的主动学习课程。
局限
- 篇幅极大。 约1,290页、十五章，各章长度悬殊，没有哪门课能全部讲完；板块结构使取舍变得容易，但教师必须在三类传递或三个层次之间做选择。
- 框架分量重。 有约三十页的一章专讲教学方法，全书围绕它组织。只想要传递内容的读者需要决定使用多少框架。
- 定位入门，范围宏大。 出版社说本书主要为入门层次的生物医学工程和生物工程学生而写，但它包含三类传递的一般微观处理，学生可能会觉得后面章节的规模很有挑战。
- 没有装置或药代动力学的章节。 目录按传递类型和方法组织，没有专门讲药代动力学、体外装置或组织工程系统的章节；需要这些应用的读者应参考围绕这些应用编排的教材。
在课程中的定位
Roselli 和 Diller 并行处理生物系统中的流体、热和质量传递，并围绕明确的教学框架 HPL 构建。Fournier 的 Basic Transport Phenomena in Biomedical Engineering 是另一种选择，它沿着动量和质量传递走向药代动力学、体外装置、组织工程和生物人工器官；面向装置的课程选它，若需要传热，或课程以平衡和挑战问题为基础，则选 Roselli 和 Diller。
Bird、Stewart、Lightfoot 和 Klingenberg 的 Introductory Transport Phenomena 为通用的化学工程第一门课并行展开动量、热和质量传递。Rubenstein、Yin 和 Frame 的 Biofluid Mechanics 讲授循环系统中的流体力学和传递，对关注流体方面的读者是更充分的选择。Friedman 的 Principles and Models of Biological Transport 与 Truskey、Yuan 和 Katz 的 Transport Phenomena in Biological Systems 是更专门的后续读物：前者讲膜和细胞传递，后者是连接传递理论与生理学的定量桥梁。
如何使用本书
本书适合学习生物传递或传递课程的生物医学、化学和机械工程本科生，也适合想系统复习的研究生一年级学生。本站列出的预备知识是微积分直到偏微分方程、基础生理学以及热力学或物理化学的第一门课；出版社自己则把读者描述为入门层次的生物工程学生。
一学期的课程可先读第1章了解框架，再以第2–3章为基础。挑选与课程相符的传递板块（以生物流体为重点的课程选流体，或选热、质量），先读其基础章和宏观章；随后是壳层平衡章，一般微观章结束每个板块，因此读到哪里取决于课程的数学水平。先做带解答的例题，再做章末习题，并把挑战问题用于小组作业或项目。