01 / 導讀
導讀
引用
Roselli, R. J., & Diller, K. R. (2011). Biotransport: Principles and Applications. Springer.
章節概要
本書共十五章，約 1,290 頁（美國國會圖書館記錄為 1,286 頁）。它的編排異常規整。先是一章講教學框架，兩章講一般概念與解題，然後分三個平行的板塊處理流體、熱和質量傳遞，每個板塊都按同樣的方法順序展開：宏觀方法、針對一維問題的殼層平衡方法，以及一般的微觀方法。熱和質量板塊以一章基礎開篇，流體板塊則以生物流體的流變學開篇。這正是出版社的描述：生物流體、生物熱和生物質量傳遞各部分又細分為基礎、宏觀傳遞、一維穩態與非穩態傳遞，以及一般多維微觀傳遞等章節。
第1章：Introduction to HPL Methodology（HPL 方法論導論）
開篇一章約三十頁，闡述本書的教學框架。出版社說，本書是作為在 “How People Learn”（HPL，人是如何學習的）框架下教與學的指南而設計的，源自 VaNTH 生物工程教育技術工程研究中心——一個由美國國家科學基金會資助、由範德堡大學、西北大學、德克薩斯大學和哈佛/麻省理工學院組成的聯盟。
第2–3章：Fundamental Concepts in Biotransport（生物傳遞的基本概念）；Modeling and Solving Biotransport Problems（生物傳遞問題的建模與求解）
這兩章合計約七十頁，在討論任何一種具體傳遞之前，先闡明傳遞的共同概念，以及傳遞問題如何建模和求解。
第4–7章：生物流體傳遞
先是 Rheology of Biological Fluids（生物流體的流變學，第4章），隨後三章以逐步細化的層次處理流動：Macroscopic Approach for Biofluid Transport（生物流體傳遞的宏觀方法，第5章，約150頁，是該板塊中最長的一章）、Shell Balance Approach for One-Dimensional Biofluid Transport（一維生物流體傳遞的殼層平衡方法，第6章）和 General Microscopic Approach for Biofluid Transport（生物流體傳遞的一般微觀方法，第7章）。
第8–11章：生物熱傳遞
傳熱板塊沿用同樣的模式：Heat Transfer Fundamentals（傳熱基礎，第8章）、Macroscopic Approach to Bioheat Transport（生物熱傳遞的宏觀方法，第9章）、Shell Balance Approach for One-Dimensional Bioheat Transport（一維生物熱傳遞的殼層平衡方法，第10章）和 General Microscopic Approach for Bioheat Transport（生物熱傳遞的一般微觀方法，第11章）。
第12–15章：生物質量傳遞
質量傳遞板塊最大，約430頁：Mass Transfer Fundamentals（質量傳遞基礎，第12章）、Macroscopic Approach to Biomass Transport（生物質量傳遞的宏觀方法，第13章）、Shell Balance Approach for One-Dimensional Biomass Transport（一維生物質量傳遞的殼層平衡方法，第14章，約145頁）和 General Microscopic Approach for Biomass Transport（生物質量傳遞的一般微觀方法，第15章）。
核心概念
第1–3章：框架與基礎
- HPL 方法論：本書圍繞的 “How People Learn” 框架。
- 傳遞問題的建模與求解：在三類傳遞之前共同使用的問題設定與求解方法。
第4–15章：三類傳遞，三個層次的方法
- 生物流體的流變學：生物流體的流動行為，見第4章。
- 宏觀方法：對整個系統做平衡，適用於流體、熱和質量。
- 殼層平衡方法：通過對薄殼層做平衡來求解一維問題。
- 一般微觀方法：一般的多維傳遞方程。
評析
優點
- 同一方法在三類傳遞中反覆使用。 目錄顯示，流體、熱和質量傳遞各自按宏觀、殼層平衡和一般微觀章節組織，所以學一次的方法可以用三次；出版社稱本書是對流體、熱和質量流動的連貫而簡明的闡述。
- 為自學和主動學習而設計。 出版社說，本書提供大量帶詳細數值解答的例題，推導中包含中間步驟，旨在騰出課堂時間用於培養技能和解決開放性問題。
- 挑戰性問題與習題。 出版社介紹，書中有作者為自己的生物傳遞課程編寫的大量學習挑戰案例，各章末有章節小結、複習題和超過230道習題。
- 可用於兩類課程。 出版社說，它既可用於傳統的講授式課程，也可用於圍繞開放性挑戰問題組織的主動學習課程。
局限
- 篇幅極大。 約1,290頁、十五章，各章長度懸殊，沒有哪門課能全部講完；板塊結構使取捨變得容易，但教師必須在三類傳遞或三個層次之間做選擇。
- 框架分量重。 有約三十頁的一章專講教學方法，全書圍繞它組織。只想要傳遞內容的讀者需要決定使用多少框架。
- 定位入門，範圍宏大。 出版社說本書主要為入門層次的生物醫學工程和生物工程學生而寫，但它包含三類傳遞的一般微觀處理，學生可能會覺得後面章節的規模很有挑戰。
- 沒有裝置或藥代動力學的章節。 目錄按傳遞型別和方法組織，沒有專門講藥代動力學、體外裝置或組織工程系統的章節；需要這些應用的讀者應參考圍繞這些應用編排的教材。
在課程中的定位
Roselli 和 Diller 並行處理生物系統中的流體、熱和質量傳遞，並圍繞明確的教學框架 HPL 構建。Fournier 的 Basic Transport Phenomena in Biomedical Engineering 是另一種選擇，它沿著動量和質量傳遞走向藥代動力學、體外裝置、組織工程和生物人工器官；面向裝置的課程選它，若需要傳熱，或課程以平衡和挑戰問題為基礎，則選 Roselli 和 Diller。
Bird、Stewart、Lightfoot 和 Klingenberg 的 Introductory Transport Phenomena 為通用的化學工程第一門課並行展開動量、熱和質量傳遞。Rubenstein、Yin 和 Frame 的 Biofluid Mechanics 講授迴圈系統中的流體力學和傳遞，對關注流體方面的讀者是更充分的選擇。Friedman 的 Principles and Models of Biological Transport 與 Truskey、Yuan 和 Katz 的 Transport Phenomena in Biological Systems 是更專門的後續讀物：前者講膜和細胞傳遞，後者是連線傳遞理論與生理學的定量橋梁。
如何使用本書
本書適合學習生物傳遞或傳遞課程的生物醫學、化學和機械工程本科生，也適合想系統複習的研究生一年級學生。本站列出的預備知識是微積分直到偏微分方程、基礎生理學以及熱力學或物理化學的第一門課；出版社自己則把讀者描述為入門層次的生物工程學生。
一學期的課程可先讀第1章瞭解框架，再以第2–3章為基礎。挑選與課程相符的傳遞板塊（以生物流體為重點的課程選流體，或選熱、質量），先讀其基礎章和宏觀章；隨後是殼層平衡章，一般微觀章結束每個板塊，因此讀到哪裡取決於課程的數學水平。先做帶解答的例題，再做章末習題，並把挑戰問題用於小組作業或專案。