樊瑜波教授生物医用材料力学国家出版基金

图1力学环境对可降解植介入体的材料-宿主组织相互作用及降解进程的影响

生物力学与生物材料的有机结合形成生物医用材料力学，主要是研究不同材料、结构与其力学特性及生物学功能之间的关系，研究各种材料（生物活组织材料和生物医用材料等）在外力和环境条件下发生变形和断裂的行为过程与微观机理，研究医疗器械所用材料与宿主组织的相互作用，评定材料的力学性能指标及其力学、工程和临床实用意义，以及力学性能指标的离体和在体的测试原理、方法和影响因素，改善力学性能的方法和途径等。

图2从力学因素考虑细胞培养基底材料的设计方法

（a）细胞培养过程中的3D微环境；（b）不同力学性能的基底与细胞的相互作用：交联密度、降解性、基底刚度（纤维结构）和黏弹性

生物医用材料的力学行为多种多样，影响因素也很多，因此生物医用材料力学的研究内涵非常广阔，涉及各种生理、病理与环境条件下生物医用材料的本构关系、断裂、损伤与失效、流-固耦合、热力-电化-生等多场耦合、多尺度关联、表面与界面效应、尺寸效应等诸多内容。生物医用材料力学是材料学、力学、医学、化学、物理学等多学科交叉耦合的研究领域，是当代材料科学、力学和医学等最前沿的科研方向之一，具有很高的学术价值。

图3巴西坚果的增强增韧机制

生物力学是解释生命及其活动的力学，是力学与生物学、医学、材料学等学科相互结合、相互渗透、融合而形成的一门新兴交叉学科。生物力学与医学和生物学各门类的交叉，形成了生物力学各个分支学科。生物力学对于探索生命特别是医学的发展起到了重要的作用，例如，17世纪亚里士多德的《论动物运动》，18世纪Hales、19世纪Frank的关于动脉系统动力学的成果，19世纪Wolff通过骨力学研究提出的关于骨重建和生长的Wolff定律直到今天都在指导骨、口腔等医学领域中有关矫形、修复等医学实践。现代心血管血流动力学对于探索如动脉粥样硬化、高血压、冠心病、心脏瓣膜疾病等疾病的机理和治疗方法起到了重要作用。21世纪国际生物力学学科发展迅速，已成为生物医学工程学科、力学学科中最优先发展的学科之一。生物力学与生物医学工程其他分支学科关系密切，是生物医学工程的重要基础性、应用基础性学科，为生物医学工程提供重要的概念、方法和手段。

图4生物材料力学性能的优化设计目标及手段

生物力学对生物医用材料及以生物医用材料为主体开发的医疗器械的科学研究、设计开发和临床应用具有重要的作用。例如，人工器官、植入物在植入体内后往往面临复杂的应用环境，其内部及周围组织内的应力分布往往较大地影响人工器官植入物功能的正常发挥、疲劳、失效及周围组织的改建，应力分析及优化是人工器官及植入物优化设计的关键之一。此外，人工器官及植入物的力学特性评测技术也是这一领域的重要研究方向，如何在体外建立相似于体内力学环境的实验评测系统、加速疲劳试验及人工器官和植入物寿命预测机理研究等对于人工器官及植入物的发展具有重要的意义。

图5根形种植体成骨结果图（a）根形种植体三维建模及打印后电镜扫描图；（b）根形种植体有限元分析结果；（c）动物实验硬组织切片图；（d）根形种植体植入4周和8周的CT影像

以生物医用材料为主体开发的医疗器械的力学性能对医疗器械的安全性、有效性和可靠性等具有至关重要的影响。对生物材料力学性能研究的最重要目标是可以正确地、安全地、可靠地使用医用材料。同时，基于生物力学原理和设计，研究生物功能材料的力学结构设计原理、生物材料力学性质和表界面物理性状对细胞生物学行为和组织再生的影响及其调控机制，可以进一步评价生物材料合成与加工工艺的有效性，并通过控制材料的加工工艺，提高材料的力学性能，为生物医用材料及人工器官、植介入医疗器械等的创新开发和医疗大健康产业发展提供力学的解决方案。

图6力对高纯镁（HPMg）腐蚀降解影响的体内外定量研究

本书试图兼顾生物医用材料力学的基础知识与研究前沿。不仅介绍力学基础概念、力学性能及实验与仿真技术等，同时，本书也叙及编著者樊瑜波教授团队的一些前沿科研成果：①生物材料的仿生力学研究，如啄木鸟头部材料、硬果壳等材料的最新力学研究，这对人体头部等的预防保护具有重要应用价值。②生物可吸收材料在不同力学载荷环境下的降解性能研究，这对可降解材料的开发应用具有重要的理论指导意义。③植介入体的力学，细胞、组织与生物材料相互作用的生物力学等方面的研究，对植介入器械的结构及其材料的设计和测评提供技术支撑。

著者简介樊瑜波

樊瑜波教授、博士生导师。北京航空航天大学生物与医学工程学院院长、医学科学与工程学院院长、医工交叉创新研究院院长，生物力学与力学生物学教育部重点实验室主任、北京生物医学工程高精尖创新中心主任，教育部“长江学者”特聘教授，国家杰出青年科学基金获得者，国家自然科学基金创新群体带头人，科技部重点领域创新团队带头人，美国医学与生物工程院（AIMBE）、国际医学与生物工程科学院（IAMBE）、世界生物材料学会(FBSE)、国际医学物理与工程科学联盟(IUPESM)会士。任国务院学位委员会生物医学工程学科评议组成员，中国生物医学工程学会前理事长，世界华人生物工程联合会（WACBE）前主席；曾任民政部国家康复辅具研究中心主任，医院院长。

长期从事生物医学工程、医疗器械、康复辅具等领域研究。在人体骨肌系统和心血管系统生物力学建模与仿真、植介入医疗器械与宿主组织相互作用的生物力学与力学生物学、应力与可吸收生物材料降解关系、植介入医疗器械优化设计与评测技术、康复生物力学等领域取得了一系列原创性重大成果。以通讯或第一作者发表SCI论文余篇，Elsevier生物医学工程高被引学者，获国家授权发明专利余项，获省部级科技及教学奖励13项。

↑点击图片即可购书

（生物材料科学与工程丛书/王迎军院士总主编）

国家出版基金项目

生物医用材料力学

樊瑜波著

ISBN-7-03--4

丛书策划：翁靖一

内容简介

生物材料与生物活组织的相互作用是材料学、力学、化学、医学、物理学等多学科交叉耦合的研究领域，是当代科学最前沿的科研方向之一，具有很高的学术价值，所以本书试图把科学内容尤其是最前沿的研究成果（包括作者自己的部分成果）与生物材料和生物力学的基础知识兼顾，在保证知识体系全面系统的基础上，突出科学研究的前沿专题，如啄木鸟头骨材料等材料的仿生力学，可降解生物医用材料的力学，植介入材料与宿主组织、细胞的相互作用等研究。

本书主要分三部分，第一部分从第1章到第5章，是生物医用材料力学的数学和力学基础部分,主要介绍相关力学概念，力学性能的定量描述，实验测评技术和数值仿真技术。第二部分从第6章到第8章，是不同生物医用材料的力学性能。主要介绍生物活组织材料（如骨组织材料、关节软骨组织材料等）、生物医用材料（如医用金属材料、生物纳米材料等）和仿生材料（如啄木鸟头骨、坚果壳等）的力学行为、力学性能及其影响因素。第三部分为第9章和第10章，是生物医用材料临床应用及其与生物体的相互作用。主要介绍细胞、组织与材料相互作用的生物力学，生物医用材料最主要的三个应用领域（骨科、心血管口腔颌面）植介入物的生物材料力学基础及最新研究进展。本书可作为生物医学工程专业的研究生和高年级本科生的入门教材，同时也对本领域的科研工作者具有参考价值。《生物医用材料力学》精彩正文展示左右滑动