Laser Surface Treatment of Bio-Implant Materials pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons

作者:Liang Hao

出品人:

页数:232

译者:

出版时间:2005-12-06

价格:USD 140.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780470016879

丛书系列:

图书标签:

• Laser treatment
• Bio-implants
• Surface modification
• Biomaterials
• Laser processing
• Medical implants
• Surface engineering
• Material science
• Biocompatibility
• Tissue engineering

《生物植入材料的激光表面处理：理论、技术与应用》 概述 生物植入材料在现代医学中扮演着至关重要的角色，从骨科假体到心血管支架，它们为改善患者生活质量提供了不可或缺的解决方案。然而，植入材料与人体组织的生物相容性、机械性能以及长期稳定性一直是临床应用中的关键挑战。为了克服这些限制，对植入材料表面进行精密的改性处理显得尤为重要。本书《生物植入材料的激光表面处理：理论、技术与应用》深入探讨了激光技术在生物植入材料表面处理领域的最新进展、核心原理、关键技术以及广泛的应用前景，旨在为材料科学家、工程师、生物医学研究人员和临床医生提供一本全面、深入且极具参考价值的指南。 本书的独特之处在于，它不仅关注激光处理的宏观效果，更深入剖析了微观层面发生的物理、化学和生物学过程。通过激光与材料表面的相互作用，我们可以精确地控制材料的微观形貌、表面化学成分、晶体结构以及细胞行为，从而赋予植入材料前所未有的优异性能。本书将带您探索激光如何成为一把“精准的手术刀”，在材料表面雕刻出细致入微的结构，引导细胞的生长、分化和整合，最终实现材料与人体的和谐共存。 第一部分：基础理论与激光-材料相互作用 本部分奠定了全书的理论基础，深入解析了激光与各种生物植入材料表面相互作用的基本原理。 第一章：生物植入材料概述与挑战 生物植入材料的分类：金属、陶瓷、聚合物、复合材料等。 临床应用中的关键性能要求：生物相容性、力学性能、耐腐蚀性、降解性、抗菌性等。 传统表面处理方法的局限性：化学蚀刻、物理抛光、涂层沉积等，以及其在精细化控制方面的不足。 表面改性对植入材料性能的影响机制。 第二章：激光技术基础 激光的产生与基本原理：增益介质、谐振腔、抽运源等。 不同类型激光器在材料加工中的应用：CO2激光、Nd:YAG激光、光纤激光、紫外（UV）激光、飞秒/皮秒超快激光等，及其各自的特点和适用范围。 激光参数的控制：功率、脉冲宽度、重复频率、扫描速度、光斑尺寸等，以及它们对加工结果的影响。 第三章：激光-生物植入材料相互作用机制 激光与金属表面的相互作用：熔化、汽化、烧蚀、等离子体形成、再结晶、相变等。 激光与陶瓷表面的相互作用：裂纹形成、烧蚀、熔融、化学反应等。 激光与聚合物表面的相互作用：光解、热解、碳化、交联等。 激光在纳米尺度上的精细加工：微纳结构的形成、表面能的变化。 热扩散与热影响区（HAZ）的控制。 光学反射、吸收和透射对加工效率和精度的影响。 第四章：激光表面处理的工艺参数优化 影响激光加工质量的关键因素分析。 实验设计（DOE）与统计分析在工艺优化中的应用。 数值模拟与建模在预测激光加工结果中的作用。 过程监控与反馈控制技术。 第二部分：激光表面处理技术与微纳结构调控 本部分详细介绍各种激光表面处理技术，并阐述如何通过这些技术精确调控材料的微观形貌，从而实现性能的飞跃。 第五章：激光烧蚀与表面形貌控制 不同烧蚀模式（粗烧蚀、精细烧蚀）的特点及应用。 通过激光参数和扫描策略实现微米、亚微米乃至纳米级结构的制备。 激光诱导的周期性表面结构（LIPSS）的形成机理与调控。 表面粗糙度、孔隙率、沟槽、图案等形貌特征的设计与实现。 第六章：激光熔覆与合金化 激光熔覆技术在表面强化和功能化中的应用。 通过激光诱导的合金化实现表面硬度、耐磨性和耐腐蚀性的提升。 生物活性涂层的激光熔覆制备，如羟基磷灰石（HA）、生物玻璃等。 多层激光熔覆与梯度材料的制备。 第七章：激光文本化与图案化 激光诱导的表面图案化，用于引导细胞生长、标记或实现特定功能。 微通道、微孔阵列的激光精细加工，模拟生物微环境。 激光打印技术在植入材料表面信息加载中的应用。 第八章：激光表面改性与化学成分调控 激光诱导的表面氧化、氮化、碳化等化学反应。 激光辅助的元素掺杂与功能团引入。 激光刻蚀与清洁：去除表面污染物，活化表面。 通过激光处理改变材料表面自由能与润湿性。 第九章：超快激光（飞秒/皮秒）在生物植入材料表面处理中的优势 超快激光加工的“冷加工”特性，减少热影响区。 制备超光滑表面、复杂三维微结构的能力。 在对热敏感材料（如生物活性聚合物）加工中的应用。 实现高精度、高分辨度的表面改性。 第三部分：激光表面处理在生物植入材料中的应用 本部分将理论与技术付诸实践，展示激光表面处理在各类生物植入材料中的具体应用，以及其带来的革命性影响。 第十章：激光处理的骨科植入材料 激光处理对钛合金、钴铬合金等金属骨科植入材料的影响：改善骨整合、抑制细菌黏附、增强力学性能。 激光制备的仿生骨骼微结构，促进骨细胞生长。 激光处理的聚醚醚酮（PEEK）等聚合物植入材料。 第十一章：激光处理的心血管与泌尿系统植入材料 激光改性金属支架（Stents）：提高生物相容性，减少血栓形成，促进内皮细胞生长。 激光处理的导管、人工瓣膜等。 激光加工的微流控通道，用于药物释放或生物传感。 第十二章：激光处理的牙科植入材料 激光处理种植体（Implants）：改善骨结合，加速愈合。 激光制造的牙冠、义齿等。 激光在牙科修复材料表面处理中的应用。 第十三章：激光处理的组织工程支架 激光诱导的组织工程支架微观结构设计，模拟细胞外基质。 激光打孔、刻蚀与图案化，引导细胞迁移与组织再生。 激光辅助的细胞打印与组织构建。 第十四章：激光表面处理的抗菌性能调控 激光制备的纳米结构和微纳结构对细菌黏附的抑制作用。 激光诱导的表面抗菌涂层或抗菌元素的引入。 光动力抗菌（Photodynamic Therapy, PDT）与激光的结合。 第十五章：激光表面处理与生物相容性/细胞行为调控 激光改性表面对成骨细胞、成纤维细胞、内皮细胞等响应。 通过表面形貌和化学调控，诱导细胞定向分化。 激光处理对干细胞行为的影响。 评估激光处理后材料的细胞毒性和生物安全性。 第四部分：未来展望与挑战 本部分将目光投向未来，探讨激光表面处理在生物植入材料领域的发展趋势、潜在机遇以及仍需克服的挑战。 第十六章：新兴激光技术与生物植入材料的融合 人工智能（AI）与机器学习在激光工艺优化和参数预测中的应用。 增材制造（3D打印）与激光表面处理的协同发展。 多物理场耦合的激光加工技术。 原位监测与智能制造。 第十七章：挑战与机遇 成本效益与规模化生产的挑战。 标准化与质量控制的建立。 生物学评价与长期临床验证的需求。 跨学科合作的重要性。 个性化医疗与定制化植入材料的未来。 结论 《生物植入材料的激光表面处理：理论、技术与应用》是一本集理论性、实践性和前瞻性于一体的学术专著。本书系统地梳理了激光技术在生物植入材料表面处理领域的核心知识体系，从基础的物理化学原理出发，深入探讨了各种先进的激光处理技术，并展示了其在骨科、心血管、牙科以及组织工程等多个领域的广泛应用。通过对材料表面微观形貌、化学成分和生物学响应的精准调控，激光技术正以前所未有的方式推动着生物植入材料的发展，为改善人类健康带来无限可能。本书的出版，不仅为该领域的科研人员提供了宝贵的参考资料，也为推动生物医学工程的进步贡献了重要的力量。 本书的撰写过程严谨求实，内容翔实，图文并茂，力求深入浅出，兼顾理论深度与实践指导意义。我们相信，它将成为生物植入材料领域研究者、开发者和使用者不可或缺的工具书。

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这本《Laser Surface Treatment of Bio-Implant Materials》的封面设计给我留下了极其深刻的印象，那种深邃的蓝与冷峻的金属光泽交织在一起，仿佛立刻就能把我带入一个高科技、高精度的材料科学世界。我本来是抱着极大的期待来翻阅这本书的，毕竟在生物医学工程领域，植入物表面的改性技术是决定长期成功率的关键因素之一。我特别关注的是关于材料的生物相容性和机械性能如何通过激光调控来实现最优平衡的章节。然而，当我深入阅读后，发现书中对这部分内容的阐述略显保守和理论化，更多的是停留在宏观的现象描述，缺乏对微观机制，比如激光与材料相互作用时等离子体的形成、能量传递的精确建模，以及由此引发的晶格结构变化的深入剖析。我期望能看到更多前沿的、突破性的研究案例，比如如何利用飞秒激光实现“无损伤”的超快烧蚀来优化表面粗糙度，或者在复杂三维结构（如多孔支架）上实现均匀的化学镀膜。这本书似乎更侧重于已有的成熟工艺流程介绍，对于未来可能颠覆现有技术的“黑科技”讨论不足，这让我这个追求创新突破的读者感到有些意犹未足。或许对于初学者来说，它是一个扎实的入门指南，但对于深耕多年的研究人员而言，它提供的“新知”相对有限，更像是一本详尽的工艺手册，而非激发灵感的思想火花之源。

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坦白说，这本书的排版和图表质量给我造成了一定的阅读障碍。尽管激光表面处理是一个极其依赖视觉信息的领域，需要清晰的SEM/TEM图像、AFM形貌图以及光谱分析结果来佐证论点，但这本书中的许多插图分辨率偏低，有些甚至看起来像是从旧的会议摘要中直接截取的低像素图片。例如，书中提到使用脉冲激光处理钛合金以诱导氧化物层的形成，但附带的元素分布图（EDS Mapping）模糊不清，根本无法清晰分辨出氧、钛等元素在深度上的梯度变化情况。这使得我不得不频繁地去查阅其他文献来交叉验证作者所描述的现象，极大地打断了阅读的连贯性。对于如此专业且依赖精确测量的技术领域，图文的质量直接关乎专业性和可信度。此外，书中的术语使用有时显得不够规范统一，同一个概念在不同章节中使用了几种不同的缩写或表述方式，这对于非英语母语的读者来说，无疑增加了理解的负担。我理解学术写作的严谨性要求，但精美的印刷和清晰的视觉辅助，是优秀技术书籍不可或缺的一部分，这本书在这方面显然有所欠缺，让我感觉它更像是一份早期的研究报告汇编，而非一本经过精心编辑的出版物。

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这本书在实际操作层面的可重复性指导上，暴露出明显的不足。在我看来，一本优秀的工程技术书籍，应该能让读者带着书本上的参数，在自己的实验室中复现或至少清晰地理解实验的边界条件。然而，对于激光参数的描述，尤其是涉及到复杂的光束整形和扫描策略时，总感觉信息留白过多。例如，提到使用“优化后的多焦点光斑阵列”进行超快烧蚀，但对于这个“优化”是如何通过数学模型或实验迭代得出的，书中的解释过于简略，仿佛参数集是凭空出现的最佳解。这种不透明性使得该书的指导价值大打折扣。我需要知道激光的重复频率、脉冲能量密度、扫描速度与基底材料移动速度之间的精确耦合关系，以及这些参数如何影响最终形成的光栅结构或纳米柱阵列的周期和高度。对于像激光诱导的孔隙率控制这样精细的工艺，如果不能提供详细的参数敏感性分析报告或设计空间图谱，那么对于工程师而言，这本书的实用价值就仅停留在理论介绍层面，无法有效指导工程放大和工艺优化，这一点非常令人沮丧。

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我原本非常期待这本书能对“生物活性”的实现路径提供更细致的量化指导。生物植入物表面的处理不仅仅是改变其物理属性，更核心的是要调控细胞的黏附、增殖和分化。书中花了相当的篇幅介绍了激光熔覆和激光诱导沉积（LID）技术，着重讨论了如何控制熔池的冷却速率来影响微观结构。但是，当讨论到生物活性指标时，叙述方式显得有些空泛和概括化。例如，提到某种表面改性能“显著提高成骨细胞的活性”，但我找不到关键的定量数据支撑，比如与对照组相比，碱性磷酸酶（ALP）活性提升了多少倍，或者扫描电镜下观察到的细胞铺展面积的百分比差异。更令人遗憾的是，书中对“生物力学反馈”的讨论几乎是缺失的。我们知道，激光处理可能会引入残余应力，这不仅影响植入物的疲劳寿命，也会反作用于周围组织的生物力学微环境。这本书似乎将生物学和材料学割裂开来，缺乏跨学科的深度融合，仅仅停留在“处理完表面，然后测试细胞反应”的简单线性逻辑上，这对于当前追求多功能、智能化植入材料的趋势来说，视角显得不够开阔。

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从整体的叙事结构和论证逻辑来看，这本书似乎在试图涵盖太多不同的激光技术——从激光熔覆、激光烧蚀、激光沉积到激光合金化，试图构建一个关于生物植入物表面处理的“百科全书”。然而，这种广度是以牺牲深度为代价的。每个技术分支都被蜻蜓点水般地介绍了一遍，导致读者在试图深入研究某一特定技术（比如针对骨小梁生长的激光微纳结构制造）时，发现书中提供的文献引用和深入分析远远落后于该领域近五年的发展。更让人感到困惑的是，书中不同章节之间的逻辑衔接并不顺畅，似乎是不同作者在不同时间点各自撰写的内容拼凑而成，缺乏一个统一的、贯穿始终的理论主线来串联这些分散的技术点。读完后，我感觉自己获得了一堆关于激光处理的碎片化知识点，但缺乏一个清晰的框架来理解这些技术在整个植入物生命周期管理中的相对重要性和适用性边界。它更像是一份详尽的技术综述目录，而非一本具有深刻洞察力和逻辑自洽性的专著。

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