2000 Advances in Bioengineering pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Amer Society of Mechanical

作者:American Society of Mechanical Engineers (EDT)

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:1309.00元

装帧:Pap

isbn号码:9780791819340

丛书系列:

图书标签:

• Bioengineering
• Biomedical Engineering
• Tissue Engineering
• Genetic Engineering
• Biomaterials
• Biomechanics
• Bioinformatics
• Medical Devices
• Nanobiotechnology
• Regenerative Medicine

远征生命科学的拓扑结构：当代生物工程的崭新视野与前沿突破 本书系对21世纪初生命科学与工程学交叉领域进行的一次深度剖析与前瞻性展望。它并非对单一技术节点的罗列，而是一幅宏大且精密的学科版图，勾勒出在分子、细胞乃至系统层面，人类如何以前所未有的精度和效率，重塑和理解生命现象的时代轨迹。 第一部分：分子机器的精雕细琢——合成生物学的范式革命 本书的开篇，聚焦于合成生物学这一新兴学科的崛起及其在工程学思维指导下的结构性突破。我们摒弃了传统的观察和描述模式，转向主动的设计、构建和优化生命系统。 1. 底盘元件的标准化与模块化（BioBricks beyond Bricks）： 我们深入探讨了如何将生物元件——如启动子、编码序列、终止子——视为可互换的电子元件。这部分详述了如何通过高通量筛选和计算模型，为特定代谢通路或信号转导设计出“即插即用”的基因回路。讨论了在不同宿主（如大肠杆菌、酿酒酵母，乃至哺乳动物细胞系）中实现元件兼容性的挑战与解决方案，强调了“工程设计鲁棒性”在生物系统中的重要性。 2. 智能细胞工厂的构建与调控： 合成生物学的核心目标之一是重编程微生物，使其高效生产高价值化学品、药物前体乃至新型生物材料。本书详细阐述了复杂的逻辑门电路（如“与门”、“或门”和“非门”）在细胞内的实现，这些电路能够根据环境信号（如特定浓度、温度或代谢物）精确地控制基因表达的时机和强度。例如，如何设计一个“双重感应系统”，仅在目标产物积累到一定阈值时才启动降解酶的表达，从而避免毒性积累和能量浪费。 3. 基因组尺度的重构与优化： 超越单一基因的修饰，本章节探讨了对整个基因组进行系统性重构的工作。这包括对天然代谢途径进行“最小化”处理（Minimizing Genomes），以去除冗余和非必要的遗传信息，提高目标产物的合成效率。同时，我们也审视了通过引入人工染色体或类核结构，实现对遗传物质更稳定、更大规模装载的可能性。 第二部分：组织工程与再生医学的界面重构 本部分将目光投向宏观尺度，探讨如何利用生物工程技术，在体外或体内重建受损的人体结构与功能。 1. 支架材料的智能响应性设计： 成功的组织工程依赖于仿生支架，其不仅要提供物理支撑，还必须能够实时响应细胞的微环境变化。本书详细分析了各类“智能”水凝胶和可降解聚合物，例如那些对pH值、温度或特定酶解具有敏感响应的材料。重点讨论了如何通过精确调控支架的孔隙率、表面电荷和机械模量，来引导干细胞向特定谱系（如软骨、骨骼或神经）分化。 2. 3D生物打印技术：从像素到血管化组织： 生物打印不再是简单的逐层堆叠。本书深入研究了利用微流控技术与生物墨水（Bio-inks）结合，实现高分辨率、高活细胞密度的打印策略。尤其关注了“血管化”的难题——即如何在打印的组织块内部，构建出能够输送氧气和营养物质的微血管网络。我们对比了基于光聚合、熔融沉积等不同打印技术在实现细胞存活率和组织保真度上的优劣。 3. 器官芯片（Organ-on-a-Chip）的系统集成： 本书将器官芯片视为连接体外模型与体内生理学的关键桥梁。这部分详尽描述了如何将多种细胞类型（如内皮细胞、基质细胞和目标功能细胞）集成到微流控芯片上，模拟特定器官（如肺泡、肝脏小叶）的动态生理环境。讨论了如何通过施加机械应力（如模拟呼吸运动）或血流剪切力，使芯片内模型展现出更接近体内的反应，从而极大地推动了药物毒性筛选和疾病机制研究。 第三部分：计算生物学与高通量筛选的驱动力 生命工程的快速发展，离不开强大的计算工具和自动化平台的支持。本部分阐述了这些“硬核”技术如何加速创新周期。 1. 结构生物学的新范式：冷冻电镜（Cryo-EM）与蛋白质设计： 随着高分辨率结构解析能力的飞跃，我们现在能够以前所未有的精度观察生物大分子在接近天然状态下的构象。本书阐述了如何利用这些结构数据，结合机器学习算法，进行“从头（De Novo）”蛋白质设计，创造出具有特定催化活性或结合亲和力的全新酶或抗体骨架。 2. 自动化高内涵筛选（High-Content Screening, HCS）的集成： 为了应对合成生物学和药物筛选产生的海量数据，自动化成像和分析系统变得至关重要。本章节介绍了如何将机器人技术、先进的荧光探针和复杂的图像处理算法相结合，实现对数百万个细胞或微滴中表型数据的快速、定量捕获。重点探讨了如何从复杂的多维图像数据中，提取出非直观的、与特定基因调控相关的生物学特征。 3. 生物信息学在通路分析中的深化应用： 本书强调了利用网络科学和动态系统理论来理解复杂生物网络的价值。不再满足于静态的基因表达谱分析，而是侧重于如何利用微分方程模型和布尔网络分析，预测特定工程干预（如敲除某一关键酶）后，整个代谢网络或信号通路将如何重新平衡，为实验设计提供精确的指导方针，避免低效的盲目尝试。 结语：迈向定制化与智能化生命系统 本书的最终落脚点，在于描绘一个由精密生物工程驱动的未来图景。从个体化的细胞疗法，到可持续的生物基材料生产，再到环境修复的生物传感器网络，当代生物工程已不再是单一的“技术”，而是一种跨越物理、化学、信息科学的系统工程思维。本书旨在为该领域的科研人员、工程师和政策制定者提供一个全面的知识框架，以应对即将到来的、由生命设计驱动的下一轮科技革命。

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