生物医学工程概论

人类从未停止探索生命的奥秘,并在医学之路上不断前行!科技发展不断向生物医学渗透,肿瘤靶向药物、3D打印器官、个性化医疗、可穿戴设备等,产生交叉性学科——生物医学工程学。该学科从工程学的角度,在…

国家精品医学健康
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西北工业大学
中国大学MOOC
  • 完成时间大约为 14
  • 初级
  • 中文
注:因开课平台的各种因素变化,以上开课日期仅供参考

课程概况

《生物医学工程概论》是以化学、物理学、生物学等最基本理论为基础,理、工、医相结合的边缘交叉性学科,是多种工程学科向生物医学渗透的产物。它运用现代自然科学和工程技术的原理和方法,从工程学的角度,在多层次上研究人体的结构、功能及其相互关系,揭示其生命现象,为人类疾病的预防、诊断、治疗、康复等提供新的技术手段。

本课程响应国家新工科人才培养需要,面向“高阶性、创新性、挑战度”一流课程建设要求,将本课程目标设计为:“掌握生物医学工程学科知识体系”的知识目标;“具备一定的生物学、医学、工程学多学科交叉,能够运用工程学原理,解决人体健康问题”的能力目标;“能够进行团队合作、具备创新意识和家国情怀、德智体美劳全面发展”的情感和德育目标。

课程内容广泛,基本涵盖了生物医学工程的各个领域,共10章,包含33个视频讲解,时长约500分钟。其中前9章为理论学习,主要内容包括生物医学工程的概念、生物材料学、人工器官、组织工程、生物力学、生物流体力学、生物医学传感器、纳米生物医学工程、医学影像技术和医学信息等。第10章为实验教学,主要是生物纳米医药以及生物材料方面的一些探索性的实验教学内容,希望通过理论学习和实验学习,能提高同学们对课程的掌握程度。

课程以“概念―理论―方法―应用”为设计主线,以经典科学发现、基本理论方法、顶尖学术论文、临床应用案例为牵引,为学生构建生物医学工程的知识框架,阐述科技进步对保障人类健康的巨大作用。

本课程的教学任务是通过扎实理论知识的学习,使学生掌握最扎实的基础理论知识和技术方法,培养学生的创新、创业意识,促进学生全面发展,并通过实践课程的学习,满足学生个性成长需要。教学目标体现知识传授、能力培养、价值塑造有机融合,使学生成长为个性张扬、有创新意识和能力的人才,并能在生物医学领域服务社会,进而实现自我价值。

课程大纲

01

第一讲 绪论
完成3个视频的学习和在线习题。了解生物医学工程的概念、研究内容、发展历程与发展趋势,让学生了解生物医学工程的学科特点和其对人类健康的重要性。了解生物医学工程研究中理论联系实际的学习思路。
课时
1.1生物医学工程的概念及学科特点
1.2生物医学工程的研究内容
1.3生物医学工程的发展历程与发展趋势
02

第二讲 生物医用材料
完成4个视频的学习和在线习题。掌握生物材料分类方法及其基本原理,理解分级结构原理,及每种类型材料的应用领域。了解生物活性检测方法。
课时
2.1 生物医用材料的概论和材料的分级结构
2.2生物医用无机材料
2.3生物医用高分子材料
2.4生物医用金属材料
03

第三讲 组织工程
完成5个视频的学习和在线习题。掌握组织工程的概念、原理及四要素,了解组织工程与人类健康,尤其是器官移植的关系。
课时
3.1组织工程及其原理:概念、建立的背景、发展阶段,原理及四要素。
3.2组织工程要素之种子细胞:种子细胞、干细胞。
3.3组织工程要素之支架材料:支架材料性能、加工新技术。
3.4组织工程要素之生长因子:生长因子的功能、作用方式、应用。
3.5组织工程要素之组织构建:组织构建方法、血管化和神经化。
04

第四讲 生物力学与血液流变学
完成5个视频的学习和在线习题。掌握生物力学、生物流体力学的基本概念。掌握硬组织结构、骨的力学特性、血管的力学特性。理解血液流变学方法论、流体本构方程。
课时
4.1硬组织生物力学-骨骼
4.2软骨组织生物力学-血管
4.3软骨组织生物力学-肌肉
4.4呼吸系统生物力学
4.5 血液流变学
05

第五讲 生物医学传感器
完成5个视频的学习和在线习题。掌握生物医学传感器的概念、分类及特性。了解各类生物医学传感器的特点及工作原理。掌握生物芯片的制备的方法、各芯片的工作原理。了解新型生物医学传感器的研究进展。
课时
5.1传感器技术简介
5.2生物医学传感器基础
5.3物理传感器
5.4化学传感器
5.5生物传感器及生物芯片
06

第六讲 纳米生物医学工程
完成3个视频的学习和在线习题。掌握纳米药物输送体系的概念、体系组成、控释原理。了解纳米生物医药的最新研究进展。
课时
6.1纳米药物输送体系:载体材料、制备方法。
6.2 纳米药物控释原理:控释性能及途径、靶向制剂、长循环制剂。
6.3其他纳米生物技术:纳米管、DNA纳米技术
07

第七讲 医学影像技术
完成2个视频的学习和在线习题。了解临床上常用生物医学成像方法的基本原理和应用领域。
课时
7.1现代医学影像技术基础
7.2生物医学成像
08

第八讲 现代科学新技术在生物医学工程中的应用
完成1个视频的学习和在线习题。了解激光、核技术、超声、红外线、介入诊疗、分子影像、专家系统等技术的在临床中的应用。了解这些新技术对生物医学工程发展的重要性。
课时
8.1生物医学工程中的新技术
09

第九讲 人工器官
完成3个视频的学习和在线习题。了解人工器官的概念,机械型人工器官的种类、临床应用及其特点。重点介绍了组织工程皮肤的概念、人工皮肤的构建原理、特点及临床应用。
课时
9.1机械型人工器官之血液净化型
9.2其他机械型人工器官
9.3组织工程型人工器官
10

第十讲 生物医学工程创新实验
完成4个视频的学习和在线习题。掌握视频中几个实验的原理、基本操作,并会对获得的纳米材料做初步的分析。
课时
10.1实验1:溶胶-凝胶法制备介孔二氧化硅颗粒
10.2实验2:薄膜分散法制备纳米脂质体颗粒
10.3实验3:钛表面阳极氧化法制备二氧化钛纳米管涂层
10.4实验4:电泳沉积技术制备生物涂层

预备知识

生物学、有机化学、人体解剖生理学

参考资料

[1] 刘昌胜. 现代生物化学工程丛书:生物医学工程. 1版. 上海:华东理工大学出版社, 2012.
[2] 邓玉林. 生物医学工程学. 1版. 北京:科学出版社, 2007.
[3] 国家自然基金委员会生命科学部. 未来10年中国学科发展战略:生物医学工程学. 1版. 北京:科学出版社, 2012.
[4] 余建明. 医学影像技术学. 3版. 北京:科学出版社, 2014.
[5] Edward H S, James J C,生物医学信息学. 3版. 罗述谦, 译. 北京:科学出版社, 2011.
[6] Ramakrishna S, Sampath Kumar T S, Ramalingam M, et al. Biomaterials——A nano approach. CRC. London, Taylor & Francis Group. 2010.
[7] 冯庆玲. 生物材料概论. 1版. 北京:清华大学出版社, 2009.
[8] 相关生物医学工程领域、医学、生物材料类期刊论文、相关网络资源(如生物谷)
[9] 西安电子科技大学精品课程“医学成像与影像处理”
[10] 相关网络公开课

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