01 / 導讀
導讀
引用
Temenoff, J. S., & Mikos, A. G. (2022). Biomaterials: The Intersection of Biology and Materials Science (2nd ed.). Pearson.
章節概要
第二版（Pearson，2022年6月，約520頁）沿用了2008年第一版的十四個章名，書末附有附錄以及縮略語和符號表。前七章把生物材料作為材料來討論，後七章討論機體對它們的反應。出版社稱新版增加了材料科學的新主題和當前的生物學技術，並新增了習題、例題和彩色圖片。下文的小節標題來自第一版公開的目錄；第二版的章名沒有變化，但新版在小節層面的修訂沒有公開列出。在該目錄中，每章以小結、習題、參考文獻和延伸閱讀結尾，大多數章還設有「Techniques」（技術）一節，介紹研究該主題所用的實驗方法。
第1章：生物醫學應用材料
全領域概覽：什麼是生物材料、機體對它們的反應、產品測試與美國食品藥品監督管理局（FDA）的審批、生物材料的類型、加工、重要性質，以及對後文所需化學原理的複習。
第2章：生物材料的化學結構
金屬、陶瓷和高分子的化學鍵及原子和分子結構，並介紹材料表徵技術。
第3章：生物材料的物理性質
從原子集團到塊體材料：結晶性及其線缺陷、面缺陷和體缺陷，高分子的結晶性，結晶與非結晶材料的熱轉變，以及熱分析。
第4章：生物材料的力學性質
力學測試的方式及相關計算、斷裂與失效、疲勞與疲勞測試，以及改善力學性質的方法。
第5章：生物材料的降解
生物環境中的降解：金屬和陶瓷的腐蝕與降解、高分子的降解、有意設計為可生物降解的材料，以及測定降解程度的分析方法。
第6章：生物材料的加工
為改善整體性質而進行的加工、為獲得所需形狀而進行的加工，以及為提高生物相容性而進行的加工。
第7章：生物材料的表面性能
表面化學與表面生物學的概念、物理化學和生物學表面改性、表面性能與降解、表面圖案化技術，以及表面表徵。
第8章：蛋白質與生物材料的相互作用
通向生物學的橋梁：蛋白質吸附的熱力學、蛋白質結構、轉運與吸附動力學、吸附的可逆性，以及測定蛋白質種類和數量的分析方法。
第9章：細胞與生物材料的相互作用
細胞結構、細胞外環境、與環境的相互作用如何影響細胞功能、黏附、鋪展與遷移的模型，以及研究細胞—材料相互作用的分析方法。
第10章：生物材料植入與急性炎症
固有免疫與獲得性免疫概述、炎症的臨床體徵及其成因、粒細胞的作用、急性炎症的終止，以及體外分析方法。
第11章：傷口癒合與生物材料的存在
急性炎症之後的過程：肉芽組織、異物反應、纖維包裹、慢性炎症、四種轉歸、皮膚傷口癒合中的修復與再生，以及體內分析方法。
第12章：對生物材料的免疫反應
更深入地討論獲得性免疫：抗原提呈與淋巴細胞成熟、B 細胞與抗體、T 細胞、補體系統、針對生物材料的不良免疫反應，以及免疫學分析方法。
第13章：生物材料與血栓形成
止血、血小板的作用、凝血級聯、限制血凝塊形成的方法、內皮的作用，以及血液相容性測試。
第14章：生物材料的感染、致瘤與鈣化
植入物可能引起的其他問題：器械相關感染、腫瘤形成和病理性鈣化，並分別介紹研究它們的實驗技術。
核心概念
第1–7章：材料
- 結構—性質關係：金屬、陶瓷和高分子中的化學鍵與結構如何決定其物理和力學行為。
- 結晶性與缺陷：原子或分子鏈的排列及其不完美之處，它們控制著強度和熱行為。
- 降解：金屬在體內的腐蝕和高分子的分解，可能是不希望發生的，也可能是有意設計的。
- 表面改性：只用化學或生物學方法改變材料表面，以控制機體的反應。
第8–9章：蛋白質與細胞
- 蛋白質吸附：植入物在熱力學驅動下迅速被蛋白質覆蓋，並決定此後的一切。
- 細胞黏附與遷移：細胞如何附著、鋪展並在材料上移動，以及這如何改變細胞功能。
第10–14章：宿主反應
- 炎症與異物反應：從急性炎症到慢性炎症、異物反應和纖維包裹的一系列過程。
- 固有免疫與獲得性免疫：可能對植入材料產生反應的一般性和特異性防禦，包括補體。
- 血液相容性：與血液接觸的材料是否會引發血小板活化和凝血。
- 晚期併發症：作為植入物失效方式的感染、致瘤和鈣化。
評析
優點
- 清晰的兩段式邏輯。 本書先建立材料方面的詞彙（結構、性質、降解、加工、表面），再一步步追蹤機體反應，從蛋白質吸附到細胞相互作用、炎症、傷口癒合、免疫、血栓形成和晚期併發症。學生可以看清每個主題所處的位置。
- 方法融入其中。 在第一版的目錄中，大多數章都有「Techniques」一節，講如何測量相應的性質或反應，從表徵和熱分析到蛋白質分析以及體外和體內炎症分析。這為學生做實驗和閱讀研究論文做好準備。
- 沒有生物學基礎的工科學生也能讀。 Google Books 引用的作者前言指出，本書假定讀者具備基礎化學和物理知識，但不需要偏微分方程，也不需要細胞生物學或生物化學知識；生物學從蛋白質層面開始逐步講授。
- 成熟的教材。 兩位作者憑第一版獲得了2010年 Meriam/Wiley 傑出作者獎；第二版保留了原有結構，同時增加了新內容、習題和彩色圖片。
局限
- 很少有講具體材料類別或器械的章節。 本書按性質和反應組織，而不是按材料家族或臨床應用組織，因此沒有專門討論骨科或心血管器械之類的章節；出版社只提到各章中「精選的深入應用實例」。
- 監管與設計只是順帶提及。 FDA 審批只是第1章中的一節，而不是獨立成章；最後一章討論的是併發症，而不是器械設計或監管。
- 以工科學生為對象。 前言面向二年級及以上的工科大學部學生；生物學專業的學生可能會覺得材料各章（第2–4章）較難，本書也預設讀者具備物理和化學基礎。
- 更新內容的公開資訊有限。 出版社沒有列出第二版改動了哪些小節，因此從第一版轉用新版的教師需要自行核對新增的習題和主題。
在課程中的定位
Temenoff 和 Mikos 的書是本課程中把材料與生物學放在一起講授的兩本入門教材之一。Chen 和 Thouas 的 Biomaterials: A Basic Introduction 按材料類別（金屬、陶瓷、高分子、複合材料）組織內容，並用獨立的長篇部分講解剖、疾病和組織學；Temenoff 和 Mikos 則按性質和宿主反應的各個階段來組織。想知道哪種材料用在何處的學生，應把它與 Chen 和 Thouas 搭配；想了解生物反應機制的學生會發現 Temenoff 和 Mikos 更有系統。Agrawal 等人的 Introduction to Biomaterials 是一本較短的課程教材，延伸到滅菌、藥物遞送、組織工程和醫療器械。
Biomaterials Science: An Introduction to Materials in Medicine 的兩個版本（Ratner 等，2004年；Wagner 等，2020年）是多作者的大型參考書，可用來更深入地查閱任何主題，尤其是應用和監管。Jonathan Black 的 Biological Performance of Materials 是一本研究生程度的生物相容性專著，接續第5章和第10–14章的內容。
如何使用本書
本書適合生物醫學工程專業二年級及以上的大學部學生，以及修讀第一門生物材料課程的材料工程或化學工程學生。需要基礎化學和物理知識；細胞生物學不是必需的，因為第8–12章會補充。
一學期課程的實用安排：
- 材料基礎： 按順序學習第1–4章。有材料科學背景的學生可以較快地讀完第2–3章，但不應跳過介紹全領域和 FDA 流程的第1章。
- 過渡章節： 第5–7章（降解、加工、表面）把材料與體內環境連結起來；第7章對後續內容至關重要。
- 生物反應： 第8–12章構成一個連續的敘事，應從蛋白質吸附到獲得性免疫按順序閱讀。
- 專門的反應： 第13章和第14章可根據課程重點選讀，例如涉及血液接觸器械時選讀第13章。
完成章末習題，並利用「Techniques」一節把每個主題與實驗室中的測量方法連結起來。關於應用和監管，可同時閱讀 Biomaterials Science 之類的參考書或相關監管機構的指南。