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第一部分　生物工程与现代生物学概述19

开篇　什么是生物工程21

0.1 本章目的21

0.2　工程与科学22

0.3　生物工程22

0.4　就业机会29

0.5　生物工程中的伦理问题33

第1章　生命系统中的细胞、元素与分子构件37

1.1 本章目的37

1.2　细胞的起源与多样性38

1.3　细胞的元素与分子成分41

1.4　携带信息的分子43

1.5　基于分子的唯一性与可互换性决定的细胞分类46

1.6　细胞解剖47

1.7　细胞的生存方式48

1.8　病毒49

1.9　朊病毒49

第二部分　生命系统中的系统原理53

第2章　物质守恒、循环及动力学55

2.1 本章目的55

2.2 开放与封闭系统57

2.3　定常与非定常状态57

2.4　质量守恒的应用58

2.5　物质的再利用及其分流与净化62

2.6　动力学65

2.7　非定常质量守恒68

2.8　摩尔、分子式与气体成分71

第3章　协调功能系统的必要条件和特点76

3.1 本章目的76

3.2　化学反应的加速77

3.3　驱动非自发过程的能量79

3.4　控制系统与通讯系统81

第4章　生物能学88

4.1 本章目的90

4.2　生物能的单位90

4.3　热与潜热91

4.4　不同标度下的热力学第一定律91

4.5　能量守恒与第一定律92

4.6　人类范围内的生物能学92

4.7　细胞层次的能量产生、储存与传导98

4.8　细胞能量的典型值103

4.9　复杂化学能（可选内容）104

4.10　电化学势的计算与应用（可选内容）107

4.11 为什么释能反应与ATP形成之间的耦合是不完善的（可选内容）111

4.12　膜激发能在生物学与医学中的应用112

第三部分　生物分子与细胞的基础及其工程应用117

第5章　催化和调控的分子基础119

5.1　本章目的120

5.2　生物学中的结合120

5.3　结合是动态的121

5.4　发生结合的几种场合122

第6章　分子结合现象分析129

6.1 本章目的129

6.2　问题形成与解决的通用策略130

6.3　单配体单结合点系统132

6.4　如何决定自由配体的浓度134

6.5　结合计算的例子135

6.6　酶催化结合分析135

6.7　具有多个结合点的蛋白质138

6.8　生命系统设计与工作的进一步思考141

第7章 生物分子技术的应用和设计146

7.1 本章目的146

7.2　结合的应用147

7.3　酶催化的应用150

7.4　食物加工中酶的应用156

7.5　生物资源工程156

7.6　化学武器防护与毒化学销毁中的酶固定技术157

第8章　细胞技术与生物信息学基础162

8.1 本章目的162

8.2　微生物代谢工程163

8.3　组织工程172

8.4　基因治疗与DNA疫苗178

8.5　生物信息学中的实验179

8.6　生物信息学中的计算：基于本征值的方法182

8.7 展望187

第四部分　医学工程191

第9章　组织与功能简介193

9.1　本章目的193

9.2　人体基本参数194

9.3　消化系统196

9.4　循环系统200

9.5　心脏结构与功能201

9.6　血液中物质的储存与清除202

9.7　活动的协调：内分泌系统205

9.8　生物医学工程能做什么206

第10章　生物力学210

10.1 本章目的210

10.2　散步时功的消耗212

10.3　最优化的例子：输出功最小时的步长214

10.4　人机工效分析中的无量纲化结果215

10.5　使用简单结果解决复杂问题218

第11章　生物流体力学223

11.1 本章目的223

11.2　流体流动的力学224

11.3　水与血液231

11.4　例子：注射药物需要多大的力232

11.5　例子：心脏做功与发动机马力的比较233

11.6　例子：红细胞上的应力234

11.7　循环系统的操作与设计235

11.8　生物医学工程的应用、成就与挑战238

第12章　生物材料学249

12.1 本章目的249

12.2　生物材料的三种可量化基本特征251

12.3　机体对伤口的响应255

12.4　免疫系统防御258

12.5　力学特性在生物材料中的作用的例子260

12.6　生物材料工程中通过表面改进减少凝血的策略260

12.7　与生物材料相关的免疫问题264

第13章　药剂动力学270

13.1　本章目的270

13.2　药物动力学建模基础272

13.3 药物动力学模型的局限性及其可预见性的提高276

13.4　附录：药物动力学模型的求解278

第14章　无创传感与信号处理281

14.1　本章目的282

14.2　核磁共振物理学283

14.3　信号处理：转化原始信号为可用信息290

14.4　核磁共振的应用293

索引305