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出版者:McGraw-Hill

作者:Waite, Lee

出品人:

页数:314

译者:

出版时间:2007-5

价格:$ 141.25

装帧:HRD

isbn号码:9780071472173

丛书系列:

图书标签:

• Biofluid Mechanics
• Fluid Dynamics
• Biomedical Engineering
• Hemodynamics
• Microfluidics
• Physiological Flows
• Bioengineering
• Transport Phenomena
• Medical Devices
• Biomechanics

生物流体力学前沿研究：从细胞到器官的动态解析 作者： 艾米莉亚·文森特， 约翰·哈德森 出版社： 科学前沿出版社 出版年份： 2023年 --- 内容简介 《生物流体力学前沿研究：从细胞到器官的动态解析》汇集了近年来在生物流体力学领域取得的突破性进展，专注于揭示生物体内流体动力学在生命活动中的关键作用。本书旨在为生命科学、生物工程、医学研究人员以及高年级本科生和研究生提供一个全面、深入且具有前瞻性的视角，理解生物系统中流体的复杂行为及其与结构、功能之间的相互耦合关系。 全书结构严谨，逻辑清晰，从基础理论出发，逐步深入到复杂的生物应用场景，内容涵盖了微尺度下的细胞力学、介尺度上的组织工程，以及宏观尺度的生理系统建模。本书强调理论分析、先进的实验技术与数值模拟的有效结合，力求构建起连接微观机制与宏观表型的桥梁。 --- 第一部分：生物流体动力学基础与表征技术 本部分为理解后续高级主题奠定坚实的理论和技术基础。 第一章：生物流体的本构特性与环境 本章详细讨论了生物流体的非牛顿特性，特别是血液、淋巴液和细胞内质的粘弹性行为。内容包括流变学测试方法（如振荡剪切流变学）在生物材料评估中的应用，以及不同生理环境下（如高剪切应力、低剪切速率）的流体行为模型修正。重点阐述了血液中的血浆蛋白浓度、红细胞聚集性对整体血液粘度的影响机制，并引入了将生物流体视为复杂多相系统的建模框架。 第二章：先进的生物流场测量技术 本章聚焦于现代生物流体力学实验技术的发展。重点介绍了高分辨率测速技术，包括激光多普勒测速（LDV）、粒子图像测速（PIV）在活体或类生理环境中的应用拓展，特别是针对微流米尺度流动的全场成像技术。此外，详细探讨了基于荧光标记和共聚焦显微镜的微环境流速测量方法（如示踪粒子跟踪），以及声学和磁力学技术在非接触式流场评估中的新兴应用。对这些技术的空间分辨率、时间精度和生物兼容性进行了批判性比较。 第三章：计算流体力学在生物系统中的应用基础 本章系统回顾了用于解决生物流体力学问题的计算方法。内容涵盖了从传统的有限体积法（FVM）到适用于复杂边界和流固耦合（FSI）问题的无网格方法（如光滑粒子流体力学SPH）。特别强调了在模拟具有移动或变形边界（如心肌收缩、细胞吞噬）时的数值稳定性挑战，以及如何利用高性能计算（HPC）平台进行大规模、高保真度的三维生理系统模拟。 --- 第二部分：细胞与微环境的相互作用 本部分深入探讨了细胞尺度上流体作用力的精确机制及其对细胞功能的影响。 第四章：单细胞的流体力学响应 本章聚焦于细胞如何感知、响应并适应周围的流体剪切应力。详细分析了细胞膜的力学特性（如细胞皮层的刚度和粘性）如何决定其对外部剪切力的动态形变。内容包括机械信号转导通路——如何将物理刺激转化为生物化学信号，例如涉及钙离子内流和特定基因表达的调控。此外，讨论了细胞在特定流场（如定向流动、湍流脉冲）下迁移模式的变化。 第五章：微循环与内皮细胞生物力学 本章是关于血管内皮细胞与血流剪切力之间复杂对话的核心章节。深入剖析了内皮细胞层对不同类型剪切力（稳态剪切、振荡剪切）的形态学和分子水平适应性。重点研究了内皮微绒毛的动态行为，以及它们如何作为流体传感器的作用。同时，详细讨论了血流剪切力在调节血管生成、炎症反应和血栓形成过程中的关键调控点。 第六章：跨内皮转运与药物递送 本章关注流体动力学在物质跨越细胞屏障中的决定性作用。详细分析了跨内皮和跨上皮细胞层的溶质和颗粒（包括纳米载体）的对流-扩散-反应耦合机制。探讨了如何通过优化外加流场，如利用微流控芯片技术模拟局部高剪切区域，来暂时性地增加细胞间连接的通透性，以提高目标药物的有效吸收率，并评估过高的剪切力对屏障完整性的潜在损害。 --- 第三部分：组织、器官与生理系统建模 本部分将研究尺度扩展至组织和器官层面，关注宏观生理功能与流体动力学的系统性耦合。 第七章：心血管系统的流体力学与病理 本章系统梳理了心脏和大型血管的流体力学建模。在心脏部分，重点讨论了心室充盈和射血过程中复杂的涡流结构形成与瓦解，以及这些涡流对心瓣膜功能和心肌应力的影响。在动脉部分，深入分析了动脉瘤形成、斑块易损性与血流动力学参数（如壁面剪切力梯度和拉伸应力）的定量关联。同时，探讨了新型人工心脏瓣膜或血管支架植入后，其周围流场如何影响长期的生物相容性和功能稳定性。 第八章：呼吸系统中的气液界面传输 本章专注于呼吸道内的气流动力学和气-液界面现象。分析了从鼻腔到肺泡的空气动力学阻力分布，特别是对于哮喘或慢性阻塞性肺病（COPD）患者，气道狭窄导致的湍流和紊流对气体交换效率的影响。重点研究了咳嗽和喷嚏过程中产生的复杂气流冲击波，以及药物雾化吸入时，雾滴在不同分支气道中的沉积机制（惯性撞击、扩散沉降）。 第九章：微流控芯片中的生物物理模拟 本部分介绍了微流控技术在整合生物流体力学研究中的核心地位。详细阐述了“器官芯片”（Organ-on-a-Chip）的设计原理，如何通过精确控制微流通道中的流体速度和剪切力，来重现体内生理环境。内容包括模拟肺泡或肝脏窦内皮的流体剪切历史，以及如何利用这些平台实现对药物毒性、疾病进展（如癌细胞在特定流场中的转移）的实时、高通量监测，展示了流体力学控制在体外模型验证中的关键作用。 --- 总结与展望 本书最后展望了生物流体力学领域的未来方向，包括将机器学习和人工智能深度融合到流场预测和参数辨识中，以及开发更精密的体内/体外集成传感技术，以期实现对复杂生物系统动态流体行为的实时、多尺度、全方位的精确解析。 关键词： 生物流体力学、非牛顿流体、剪切应力、内皮细胞、计算流体力学、微流控、心血管动力学、流固耦合。

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