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生物材料三維列印技術及應用(精)/生物材料科學與工程叢書

  • 作者：孫偉|責編:翁靖一//孫靜惠|總主編:王迎軍
  • 出版社：科學
  • ISBN：9787030731821
  • 出版日期：2022/10/01
  • 裝幀：精裝
  • 頁數：422
人民幣：RMB 198 元      售價：元
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內容大鋼
    本書為「生物材料科學與工程叢書」之一。生物材料的三維列印，可對細胞、生物材料、生長因子等進行空間精確定位組裝，在構建個性化醫療器械、組織工程、藥物測試、病理模型和器官晶元等領域具有廣闊的應用前景。本書先概述生物材料先進位造的三維列印技術及其在大健康領域的應用，聚焦再生醫學中硬、軟組織和仿生植入體的三維列印，以及體外腫瘤模型、藥物檢測模型和微器官晶元的列印構建，從工藝、材料、製造和應用等方面做綜合闡述，介紹列印工藝設計、結構形成、細胞損傷控制等機理和生物學基礎應用方面的系統研究。
    本書有助於豐富和發展生物製造、生物三維列印及生物材料先進位造學科科學內容，為相關領域學者及研究生學習提供重要的學術參考。
作者介紹
孫偉|責編:翁靖一//孫靜惠|總主編:王迎軍
    孫偉，清華大學機械工程系特聘教授，美國Drexel大學機械工程與力學系Albert Soffa講席教授，中國機械工程學會生物製造工程分會現任主任委員，中國生物材料學會生物材料先進位造分會創任主任委員（2015?2019年），國際生物製造雜誌Biofabrication主編，國際生物製造學會創任主席（2010?2014年）及美國機械工程學會製造科學與工程分會生物製造技術委員會創任主席（2006?2009年）。     主要從事生物製造、生物3D列印、電腦輔助組織工程和先進位造領域研究。共發表SCI論文200余篇（SCI總引15000余次），授權專利57項。獲英國皇家工程院傑出訪問學者獎（2018年）、南洋理工大學訪問學者獎（2018?2020年）、國際生物製造學會傑出科研獎（2017年）、美國弗吉尼亞理工大學Ml/Fralin訪問學者獎（2015年）、Drexel大學高被引論文獎（2020年）、Drexel大學工學院傑出科研獎（2009年）、香港大學Wiliam Mong訪問學者獎（2008年）、國際汽車學會Ralph R.Teetor教育成就獎（2003年）、英國皇家物理學會出版社最佳論文引用獎（2018年）和Emerald出版社傑出論文獎（2006年和2001年）等諸多獎項。
目錄
總序
前言
第1章  緒論
  1.1  引言
  1.2  生物材料3D列印技術簡介
    1.2.1  3D列印技術的基本概念與原理
    1.2.2  用於3D列印的生物材料簡介
    1.2.3  典型的生物材料3D列印技術簡介
  1.3  生物材料3D列印技術發展現狀
    1.3.1  沒有生物相容性要求材料列印
    1.3.2  生物相容但不可降解材料列印
    1.3.3  生物相容且可降解可吸收材料列印
    1.3.4  直接細胞列印
    1.3.5  構建類器官、微生理系統和體外生命系統工程
  1.4  生物材料3D列印技術應用現狀
    1.4.1  組織工程與再生醫學應用
    1.4.2  藥物檢測應用
    1.4.3  病理模型及疾病研究應用
  1.5  生物材料3D列印前景與挑戰
    1.5.1  生物材料3D列印的前景
    1.5.2  生物材料3D列印的挑戰
  參考文獻
第2章  低溫沉積3D列印技術及其在骨和軟骨組織工程中的應用
  2.1  引言
  2.2  骨、軟骨支架的材料與結構設計
    2.2.1  常用的支架材料
    2.2.2  支架的材料結構設計
  2.3  低溫沉積製造工藝原理及列印設備
    2.3.1  低溫沉積製造工藝原理
    2.3.2  低溫沉積3D列印設備
  2.4  低溫沉積3D列印技術應用：骨與軟骨組織工程
    2.4.1  修復大段骨缺損
    2.4.2  梯度支架修復骨軟骨缺損
  2.5  低溫沉積3D列印的拓展：仿生骨軟骨支架
    2.5.1  仿生骨軟骨支架設計
    2.5.2  仿生骨軟骨支架製備
    2.5.3  仿生骨軟骨支架修復動物關節缺損
  2.6  總結與展望
  參考文獻
第3章  微擠出式細胞3D列印技術及應用
  3.1  引言
  3.2  微擠出式細胞3D列印技術及生物墨水概述
    3.2.1  微擠出式細胞3D列印技術
    3.2.2  微擠出式細胞3D列印生物墨水
  3.3  微擠出式細胞3D列印的共性技術問題
    3.3.1  微擠出式細胞3D列印的技術共性特徵
    3.3.2  微擠出式細胞3D列印的技術共性要求
    3.3.3  微擠出式細胞3D列印的通用性技術策略
  3.4  典型微擠出式細胞3D列印工藝介紹：溫敏生物墨水的列印
    3.4.1  溫敏生物墨水的製備與表徵

    3.4.2  工藝過程設計
    3.4.3  結構成形性及工藝參數對結構成形性影響
    3.4.4  生物相容性、工藝參數及剪切力對細胞存活率的影響
    3.4.5  工藝參數、結構成形性與細胞存活率的耦合
  3.5  微擠出式細胞3D列印微環境中基本生物學表徵
    3.5.1  微擠出式細胞3D列印細胞活性表徵
    3.5.2  微擠出式細胞3D列印細胞增殖表徵
  3.6  微擠出式細胞3D列印技術應用：胚胎幹細胞及多能幹細胞3D列印
    3.6.1  胚胎幹細胞及多能幹細胞簡介
    3.6.2  列印后擬胚體的形成規律及形態
    3.6.3  擬胚體的形態定量表徵
    3.6.4  擬胚體的「全能性」保持
    3.6.5  擬胚體形成方法的比較
  3.7  總結與展望
    3.7.1  通用化的解決方案
    3.7.2  機器學習及智能化控制
    3.7.3  生物4D列印
  參考文獻
第4章  噴墨式細胞3D列印技術及其在皮膚列印中的應用
  4.1  噴墨列印技術的發展歷史
  4.2  噴墨式細胞列印技術介紹
    4.2.1  噴墨式細胞列印工作原理
    4.2.2  噴墨式細胞3D列印工藝
    4.2.3  噴墨式細胞列印設備
  4.3  噴墨式細胞3D列印墨水
    4.3.1  膠原
    4.3.2  明膠
    4.3.3  海藻酸鈉
    4.3.4  纖維蛋白原
    4.3.5  聚乙二醇
  4.4  噴墨式細胞3D列印的特點與優勢
  4.5  噴墨列印對細胞功能的影響
  4.6  噴墨式細胞3D列印技術應用：組織工程皮膚列印
    4.6.1  組織工程皮膚背景
    4.6.2  噴墨列印構建人工皮膚
    4.6.3  展望
  4.7  總結與展望
  參考文獻
第5章  熔融微擠壓3D列印技術及其在合成高分子材料3D列印中的應用
  5.1  引言
  5.2  熔融微擠壓列印技術
  5.3  合成高分子生物材料
    5.3.1  合成高分子生物材料選取
    5.3.2  脂肪族聚酯類高分子生物材料
  5.4  3D列印合成高分子生物材料應用：骨組織工程支架列印
    5.4.1  組織工程支架製備
    5.4.2  支架結構表徵
    5.4.3  複合支架列印
    5.4.4  支架表面改性
    5.4.5  支架生物學評價

  5.5  3D列印合成高分子生物材料應用：可降解心血管支架列印
    5.5.1  心血管支架設計
    5.5.2  心血管支架製備
    5.5.3  心血管支架表徵
  5.6  總結與展望
  參考文獻
第6章  生物3D列印微納米纖維及其在角膜組織工程中的應用
  6.1  引言
  6.2  生物3D列印微納米纖維技術簡介
    6.2.1  擠出式3D列印成絲製備技術
    6.2.2  微流控紡絲
    6.2.3  靜電紡絲
    6.2.4  近場靜電紡絲
  6.3  生物3D列印微納米纖維眼角膜支架模型
    6.3.1  構建角膜組織材料選擇
    6.3.2  角膜的3D列印構建技術
    6.3.3  角膜的3D列印模型的物理及結構表徵
  6.4  列印角膜支架應用：誘導角膜組織再生
    6.4.1  拓撲結構及化學因子對角膜基質細胞表型維持的影響
    6.4.2  大鼠基質內板層移植及評估
  6.5  總結與展望
    6.5.1  總結
    6.5.2  展望
  參考文獻
第7章  生物3D列印構建血管化心肌組織結構及應用
  7.1  引言
  7.2  3D列印心肌組織技術進展
    7.2.1  微擠出式列印在心肌組織構建的應用
    7.2.2  懸浮列印在心肌組織構建的應用
  7.3  血管化心肌組織的列印
    7.3.1  仿生結構心肌支架設計
    7.3.2  心肌支架成形的技術方案
    7.3.3  犧牲模的材料篩選與3D列印製備
    7.3.4  仿生心肌支架的成形與參數優化
    7.3.5  仿生心肌支架的結構形態學表徵
    7.3.6  細胞種植與心肌支架的生物功能評價
  7.4  總結與展望
  參考文獻
第8章  生物3D列印構建體外類腫瘤模型及其應用
  8.1  三維腫瘤模型發展趨勢
  8.2  腫瘤細胞列印工藝技術介紹
    8.2.1  引言
    8.2.2  明膠基溫敏水凝膠材料流變性能
    8.2.3  明膠基溫敏水凝膠材料流變特性與細胞存活率的關係
    8.2.4  明膠基溫敏水凝膠材料流變特性與列印成形性的關係
    8.2.5  小結
  8.3  生物3D列印體外類腫瘤模型的構建
    8.3.1  引言
    8.3.2  生物3D列印技術構建A549類肺腫瘤模型
    8.3.3  生物3D列印技術構建HeLa類宮頸癌腫瘤模型

    8.3.4  小結
  8.4  生物3D列印體外類腫瘤模型的應用：上皮-間質轉化特性研究
    8.4.1  引言
    8.4.2  3D列印宮頸癌模型及其細胞活性與增殖性評價
    8.4.3  TGF-β誘導3D宮頸癌模型的EMT過程
    8.4.4  EMT相關標誌物的檢測與評價
    8.4.5  TGF-β阻斷劑用於抑制EMT過程
    8.4.6  小結
  參考文獻
第9章  生物3D列印構建體外個性化腫瘤模型及其在抗癌藥物檢測中的應用
  9.1  引言
  9.2  個性化腫瘤模型的生物3D列印工藝技術
    9.2.1  列印技術及生物材料的選擇
    9.2.2  結構設計及細胞的選擇
  9.3  個性化腫瘤模型的3D列印構建及其生物學特性評價
    9.3.1  存活率及增殖能力評價
    9.3.2  腫瘤惡性程度、乾性、纖維化指標、入侵及遷移能力評估
    9.3.3  基因組測序評價
  9.4  個性化腫瘤模型在藥物檢測方面的應用
  9.5  挑戰和發展
    9.5.1  細胞來源的局限性和新材料的應用
    9.5.2  精準控制和長期培養：自愈性凝膠基底列印和血管化腫瘤模型
    9.5.3  器官級別的藥物反應：3D列印微流控腫瘤模型
  9.6  總結與展望
  參考文獻
第10章  生物3D列印構建異質細胞和異質腫瘤模型及應用
  10.1  引言
  10.2  異質性與體外異質細胞模型
    10.2.1  細胞異質性
    10.2.2  微環境異質性
    10.2.3  腫瘤異質性
    10.2.4  體外異質細胞模型的常規構建技術
  10.3  體外異質細胞模型的生物3D列印構建Ⅰ：構建技術
    10.3.1  生物3D列印技術
    10.3.2  異質細胞列印技術的系統搭建和工藝開發
  10.4  體外異質細胞模型的生物3D列印構建Ⅱ：體外腫瘤模型構建應用
    10.4.1  異質腫瘤模型的設計
    10.4.2  異質腫瘤模型的分步構建工藝
    10.4.3  異質腫瘤模型的一步構建工藝
  10.5  體外異質細胞模型應用、材料選擇及影響
    10.5.1  異質細胞模型的應用
    10.5.2  異質細胞模型的材料選擇及影響
  10.6  總結與展望
  參考文獻
第11章  hiPSC細胞3D列印及擴增
  11.1  引言
  11.2  hiPSC 3D列印工藝簡介
    11.2.1  hiPSC細胞培養
    11.2.2  羥丙基甲殼素墨水材料的製備及性能表徵
    11.2.3  hiPSC列印工藝參數的選擇

    11.2.4  墨水組分對hiPSC列印成活率的影響
    11.2.5  小結
  11.3  應用：基於細胞列印的hiPSC規模化擴增與團簇形成研究
    11.3.1  引言
    11.3.2  hiPSC規模化擴增與團簇形成實驗設計與實驗方法
    11.3.3  不同hiPSC培養體系的擴增效果評價
    11.3.4  hiPSC在三維列印培養過程中的團簇形成機制及尺寸表徵
    11.3.5  hiPSC的多能性保持
    11.3.6  小結
  參考文獻
第12章  3D列印構建載葯支架技術及應用
  12.1  引言
    12.1.1  基於支架的藥物緩釋研究背景
    12.1.2  基於支架的藥物緩釋原理與藥物負載方式
    12.1.3  載葯支架模型的應用
  12.2  載葯支架模型的3D列印構建技術
  12.3  宮頸修復體載抗HPV蛋白支架的3D列印構建及應用
    12.3.1  背景介紹
    12.3.2  材料篩選
    12.3.3  宮頸修復體的仿生設計、蛋白載入及蛋白緩釋模型
    12.3.4  仿生宮頸修復體的3D列印構建
    12.3.5  3D列印仿生宮頸修復體的性能表徵
    12.3.6  抗病毒蛋白的載入與釋放
    12.3.7  討論及總結
  12.4  總結與展望
    12.4.1  總結
    12.4.2  展望
  參考文獻
第13章  3D列印與微器官晶元集成製造技術介紹
  13.1  引言
  13.2  3D列印在微器官晶元構建中的應用
    13.2.1  3D列印構建微流控裝置
    13.2.2  3D列印構建晶元內生物組織
    13.2.3  3D列印構建一體化的微器官晶元
  13.3  用於微器官晶元構建的3D列印技術和材料
    13.3.1  用於3D列印微流控裝置的3D列印方法和材料
    13.3.2  器官晶元中的生物3D列印方法和生物材料
  13.4  3D列印微器官晶元中新的技術、方法和材料的發展
  13.5  討論與總結
  參考文獻
第14章  細胞列印共性問題：列印過程造成的細胞損傷及分析
  14.1  引言
  14.2  列印過程的流體力學基本理論分析
    14.2.1  細胞列印系統簡介
    14.2.2  擠出過程的流量計算
    14.2.3  擠出過程中剪切力的計算
  14.3  剪切力對細胞影響的理論分析
    14.3.1  基於列印參數的經驗公式建立
    14.3.2  作用於細胞的剪切力與細胞存活率的關係
    14.3.3  細胞損傷多尺度有限元分析

  14.4  對由列印引起細胞損傷的生物學表徵
    14.4.1  細胞活性
    14.4.2  細胞恢復行為
    14.4.3  細胞種類的影響
  14.5  小結
  參考文獻
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