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導讀
引用
Chen, Q., & Thouas, G. (2015). Biomaterials: A Basic Introduction. CRC Press.
章節概要
全書約740頁，21章，分為三個部分。據前言介紹，本書源於 Qizhi Chen 講授生物材料課程的講義，結構頗為獨特：第一部分（第1–11章，約400頁）講材料，第二部分（第12–19章）講醫學知識（解剖、疾病、細胞生物學、組織學和免疫反應），第三部分（第20–21章）講評價與監管。各章通常以學習目標開頭，以本章要點、課堂簡答題、習題與練習和參考書目結尾；許多章還附有建議活動和介紹前沿研究的「Advanced Topic」（拓展專題），另有七章包含實驗練習。
第一部分：生物材料科學
第1章：生物材料科學與工程
闡明材料科學與材料工程的區別、材料結構的多個層次、材料的四大類別，生物材料、生物醫用材料和生物來源材料的定義，以及生物相容性的概念。
第2–3章：毒性與腐蝕；生物材料的力學性質
第2章講人體內的元素、微量元素的生物學作用與毒性、醫用合金中金屬元素的選擇、金屬在體內環境中的腐蝕，以及如何把植入物的毒性降到最低；其實驗練習是在模擬體液中測量腐蝕電位。第3章介紹對植入物重要的力學性質，包括硬度、彈性、失效以及臨床界使用的術語，最後討論骨科植入材料必備的性質。
第4–5章：骨科植入物中的金屬生物材料；金屬生物材料：其他
第4章回顧金屬生物材料的發展，比較不鏽鋼、鈷基合金和鈦合金。第5章轉向牙科材料、鎳鈦形狀記憶合金、其他臨床用金屬以及較新的鎂合金。
第6–7章：生物惰性陶瓷；生物活性與生物可吸收陶瓷
第6章講氧化鋁和氧化鋯、兩類關節、牙科陶瓷，並以全關節置換為拓展專題，其中包括髖關節假體的簡史。第7章講磷酸鈣與羥基磷灰石、生物活性玻璃與玻璃陶瓷、骨結合機制和可降解陶瓷，最後討論用於骨組織工程的陶瓷支架。
第8–10章：高分子生物材料：基礎；生物惰性高分子；生物可吸收高分子
第8章介紹高分子的基本概念和高分子生物材料概況，並以軟組織工程支架為拓展專題。第9章概覽器械中使用的穩定高分子：聚烯烴、PET、丙烯酸酯類、含氟高分子、矽橡膠和聚氨酯。第10章講解高分子的生物降解，介紹可降解聚酯（PGA、PLA、PCL、PHA、聚多元醇癸二酸酯）、聚乙二醇、聚醯胺、表面溶蝕型高分子，以及節肢彈性蛋白（resilin）、蠶絲和麵筋蛋白等生物高分子。
第11章：複合生物材料
以骨這種天然複合材料為例介紹複合材料，隨後討論牙科複合材料和人工骨；實驗練習是動物骨的力學測試。
第二部分：醫學科學
第12章：醫學與醫學科學
一個簡短的過渡章，把醫學科學與材料科學相對照，並說明第二部分的學習目標。
第13–15章：人體解剖與疾病 I：皮膚系統、骨骼系統、肌肉系統、神經系統和內分泌系統；II：心血管系統；III：呼吸、淋巴、消化、泌尿和生殖系統
按器官系統展開的概覽，著眼於生物材料能夠治療的疾病。第13章以骨組織工程中的生物材料難題收尾；第14章專門討論心血管系統，涉及心血管疾病、壓力—容積環、現有療法、基於生物材料的替代療法以及人工血管。
第16章：細胞與生物分子
講細胞生物化學、細胞結構、跨膜轉運、增殖、分化與幹細胞，隨後以心臟病的細胞療法和應對免疫排斥的策略為拓展專題。
第17–18章：組織學與組織性質 I：上皮組織、神經組織和肌肉組織；II：結締組織
描述主要組織類型，並關注其力學行為：組織蛋白的性質、固有結締組織（皮膚、肌腱、韌帶）、結構蛋白、軟骨和骨。
第19章：免疫系統與機體對生物材料的反應
把材料與生物學結合起來的一章：免疫系統、組織對損傷的反應以及機體對植入物的反應。
第三部分：評價與監管
第20–21章：生物材料的評價；醫療器械的監管
第20章講標準、毒理學評價、細胞毒性測試和動物評價，附有一個在大鼠身上測試心臟補片的案例研究。第21章是全書最短的一章，區分法規與標準，並概述醫療器械、臨床前測試、臨床試驗、器械開發和職業機會。
核心概念
第一部分：材料
- 生物相容性：材料在體內發揮作用而不造成不可接受危害的能力，是貫穿全書的核心觀念。
- 腐蝕與毒性：金屬植入物如何在體液中退化，以及為何選擇合金元素時要考慮其生物學效應。
- 生物惰性、生物活性與生物可吸收：植入材料的三種行為，既適用於陶瓷，也適用於高分子。
- 力學匹配：選擇硬度、彈性和抗失效能力與被替代組織相適應的植入材料。
第二部分：醫學科學
- 以疾病為設計任務：各器官系統透過需要植入物和器械的疾病來呈現。
- 細胞增殖與分化：幹細胞療法和細胞療法背後的細胞過程。
- 組織力學：材料力圖匹配的結締組織結構蛋白及其性質。
- 宿主反應：植入之後出現的免疫反應和組織反應。
第三部分：評價與監管
- 標準與測試：用於確認安全性的毒理學測試、細胞毒性測試和動物試驗。
- 法規與標準之別：區別於技術標準的器械法律要求，進而引出臨床前測試和臨床試驗。
評析
優點
- 一本書兼顧兩類讀者。 前言和出版社都指出，本書為材料專業學生補上他們欠缺的生物學和醫學知識，也為醫學和生物學專業學生補上他們欠缺的材料科學知識。講解剖、疾病、細胞生物學和組織學的第二部分約有240頁，生物學背景是被講授的，而不是被假定的。
- 按材料類別詳細講解。 第一部分分別用專章討論骨科金屬、其他金屬、惰性陶瓷和生物活性陶瓷，另有三章講高分子，並點出具體材料（316L 不鏽鋼、Ti-6Al-4V、鎳鈦合金、鎂合金、羥基磷灰石、生物活性玻璃、PLA 和 PGA、聚氨酯）。
- 教學配套豐富。 學習目標、要點、課堂提問、習題、活動、七個實驗練習和拓展專題，使教師既能用本書授課，也能用它安排實驗。出版社頁面上的教師評語稱其內容全面、易讀、結構合乎邏輯。
局限
- 篇幅與順序。 約740頁對於一本「基礎入門」來說偏長，而且先講材料的順序意味著第二部分的生物學要在400頁材料內容之後才出現。沒有生物學基礎的學生可能需要提前閱讀第16–19章。
- 監管內容單薄。 監管一章只有約8頁，只作寬泛概述，沒有深入任何一個國家或地區的制度。
- 內容較舊。 本書於2014年底出版，此後沒有新版，因此關於組織工程、細胞療法和鎂合金的拓展專題反映的是當時的研究。
- 作者設定的程度。 前言把讀者定為自然科學或工程專業的二年級學生，出版社則說面向北美的大學部高年級學生；它不是一年級教材。
在課程中的定位
在本課程的入門書中，Chen 和 Thouas 的這本書與 Temenoff 和 Mikos 的 Biomaterials: The Intersection of Biology and Materials Science 都力求把材料與生物學放在一起講；Temenoff 和 Mikos 將兩者交織在一起，而 Chen 和 Thouas 把它們分成兩大部分，並為解剖和疾病留出多得多的篇幅。學生可以任選其一作為主教材，另一本作為補充講解。Agrawal 等人的 Introduction to Biomaterials 是一本較短的課程教材，另外涵蓋表徵、表面改性、滅菌、藥物遞送和醫療器械。
本書目中 Biomaterials Science: An Introduction to Materials in Medicine 的兩個版本，即 Ratner、Hoffman、Schoen 和 Lemons 主編的2004年版與 Wagner 等人主編的2020年版，都是多作者的大型參考書；Chen 和 Thouas 的前言本身也把 Ratner 等人的書稱為該領域的多作者教材。讀完 Chen 和 Thouas 之後，可藉助它們深入任何專題。Jonathan Black 的 Biological Performance of Materials 是一本研究生程度的生物相容性專著，延伸了第2、19和20章的內容。
如何使用本書
本書適合生物醫學工程、材料科學或生物學專業的二年級學生，以及希望獲得材料背景知識的醫學生。前言把它定位為任何自然科學或工程專業二年級學生的讀物；不需要事先學過材料科學或解剖學，因為兩者都會在相應部分中介紹，但預設讀者已具備一年級的理科知識。
實用的學習安排：
- 材料專業學生： 先讀第1章，然後提前或與第一部分並行閱讀第二部分（第12–19章），因為生物學對他們是新內容；再按課程進度學習第2–11章。
- 生物學和醫學專業學生： 第1–3章必讀，接著讀講主要材料類別的第4、7、8、10章；第二部分除第19章外可作為複習快速瀏覽。
- 所有學生： 第19–21章從機體對植入物的反應講到測試與監管，把全書串聯起來。
用各章要點複習，用課堂提問檢查理解。如果有實驗條件，從腐蝕測量到骨力學測試的七個實驗練習能把理論與實驗連結起來。拓展專題可作為選讀，並鑑於本書的出版時間，用近期綜述加以更新。第21章應以相關監管機構的最新指南作補充。