合成生物制造2025

摘要:本文对2023-2024年《生物工程学报》发表的合成生物制造相关的综述和研究论文进行了评述,内容涉及底盘细胞,基因(组)编辑,设施、工具和方法,生物传感器,蛋白质设计与改造,肽与蛋白质,酶的筛选、表达、表征和改造,生物催化,生物活性物,植物天然产物,微生物天然产物,微生物资源开发与生物农药,甾体化合物,氨基酸及衍生物,维生素及衍生物,核苷,糖、糖醇、寡糖、多糖和糖脂,有机酸和生物基材料单体,高聚物材料生物降解与生物可降解材料,肠道微生物、活菌药物与合成微生物组,微生物抗逆工程,木质纤维素的生物降解和转化利用,一碳生物技术,生物电子转移与生物氧化还原,生物环保,合成生物制造的风险和监管等26个方面的数百种技术和产品,以期为读者了解合成生物制造相关研发和产业化的最新进展情况提供参考。

可穿戴摩擦纳米发电纺织品:材料、制造与应用

摘要:目前智能可穿戴设备大多为智能手表、手环等,具有刚性大、舒适性差和需要频繁充电的问题,难以满足人体工效学和服装舒适性的要求,无法长久穿戴实现全天候的监测。基于纺织品的摩擦纳米发电机(textile triboelectricnanogenerator, T-TENG)可集成到鞋服中作为柔性电源和自供电传感器使用,是一种理想的人体主动健康监测和执行的可穿戴器件。然而,目前报道的柔性可穿戴织物基器件大多需要经过封装处理后再集成到服装上,造成服装透气性下降。此外,目前的研究大多数处于实验室阶段,没有充分考虑T-TENG 在实际使用过程中耐久性、灵敏性和稳定性等性能。本文综述了T-TENG 的基本工作模式、材料选择、制造方法、集成鞋服的方式及应用场景,重点讨论了纳米纤维膜和纺织复合材料的T-TENG、纤维/纱线基T-TENG 和织物基T-TENG 的制备方法,提出了未来舒适型T-TENG 的研发与在服饰上的集成新策略,包括T-TENG 的规模化制备、T-TENG 与传统服饰的一体化集成、T-TENG 的监测精度与舒适性的兼容以及T-TENG 的耐用性和稳定性。

生物医用有色金属材料研究现状与未来发展

摘要:生物医用有色金属材料发展迅速,形成了适应不同体内环境、不同组织的医用有色金属材料及器件体系;着眼未来开展领域研究规划,提升新型医用有色金属材料及器件的临床应用水平,兼具理论研究与实践应用价值。本文论述了生物医用有色金属材料在耐蚀性、耐磨性、疲劳强度及韧性、生物适配性等方面的关键性能要求,系统梳理了永久性植入有色金属材料、生物可降解有色金属材料、多孔医用有色金属材料、医用有色金属表面改性等细分领域的研究进展、发展趋势与科学问题。在凝练各类生物医用有色金属材料未来研究方向的基础上,提出了加强基础与关键核心技术研究、组建“产学研医监”协同创新体、建立相关标准及规范、培育高精尖人才体系等发展建议,以期为新型材料发展布局与前沿技术研发提供先导性参考。

先进人工智能技术在新药研发中的应用

摘要:近年来,先进人工智能(Artificial intelligence,AI)技术驱动的新药研发备受关注。先进的人工智能算法(机器学习和深度学习)已逐渐应用于新药研发的各个场景,如表征学习任务(分子描述符)、预测任务(药靶结合亲和力预测、晶型结构预测和分子基本性质预测)以及生成任务(分子构象生成和药物分子生成)等。该技术可大大减少新药研发的成本和时间,提高药物研发效率,降低临床前和临床试验的相关成本和风险。本文归纳总结了近年来新药研发中先进人工智能技术的应用,帮助了解该领域的研究进展和未来发展趋势,助力创新药物的研发。

新型介入生物栓塞材料的研究进展

摘要:随着材料科学的不断发展, 越来越多的生物栓塞材料应用于介入医学领域。血管栓塞治疗已成为治疗良恶性肿瘤及出血、动静脉畸形、动脉瘤等血管相关疾病的常用治疗手段。生物栓塞材料可分为机械装置、固体颗粒栓塞剂、液体栓塞剂、液-固相转换栓塞剂等。其中, 明胶海绵、碘化油、聚乙烯醇等已经进入到临床应用阶段, 但这些栓塞材料的理化性质、生物学功能仍有待提高。介入生物栓塞材料已由功能单一向具有多功能集成、多模态成像、降解可控与良好可操控性的智能响应型栓塞材料发展。对生物栓塞材料在介入治疗中的作用、分类及演化进行了综述, 并讨论了不足和发展方向。

我国生物医用弹性体材料产业发展研究

摘要:生物医用弹性体材料作为医疗器械和耗材的关键材料,在改善居民健康和生活质量方面发挥着重要作用,相关产业应用前景广泛、附加值高、增长快速;在技术迭代加速、临床需求升级的新形势下,开展系统性的产业发展研究尤为迫切。本文按照生物医用聚氨酯弹性体及其医疗制品、生物医用硅橡胶及其医疗制品、其他生物医用弹性体(医用天然橡胶、医用热塑性硫化橡胶、医用热塑性弹性体、医用杜仲橡胶弹性体、可降解生物医用弹性体、水凝胶生物医用弹性体)及其医疗制品的分类,全面总结了相关材料的基本情况、产业现状、发展方向等。研究认为,我国生物医用弹性体材料应用范围快速拓宽、市场规模持续扩大、产业发展水平稳步提升,但在材料性能优化提升、关键技术创新突破、行业标准体系构建等方面存在明显不足。为此建议,在攻关临床广泛应用和亟需的复杂医疗制品、推动原材料及其制品创新和工程应用转化、增强原材料及其制品的安全性和市场竞争力、以协同创新加速技术攻关与产业化等方面采取切实行动,推动我国生物医用弹性体材料产业高质量和可持续发展。

功能肽合成和挖掘策略研究进展

摘要:功能肽是由2~50个氨基酸组成的短链肽,近年来因其特异性强、作用迅速及副作用低而成为开发新药和功能原料的重要研究热点。首先,本文梳理了功能肽的分类、作用机制及应用场景,总结了不同类型功能肽的特点和在生物医药、食品科学及化妆品等领域的应用。接着,针对功能肽的合成方法,探讨了化学合成与生物合成的最新进展,比较了这两种制备工艺的优缺点以及各自的适用场景。在功能肽挖掘策略方面,本文综述了噬菌体表面展示技术、机器学习算法、分子对接技术及人工智能技术等方面的最新研究,这些技术在功能肽的筛选和设计中展现出重要潜力,提升了研究的效率与准确性。展望未来,功能肽的研究将面临新的挑战与机遇。如何改进合成工艺以提高效率,如何通过结构修饰提高功能肽稳定性,以及如何利用计算机辅助优化和人工智能设计多功能肽,将成为重要的研究方向。同时,加强功能肽的安全性和有效性的评估能进一步提升功能肽的应用潜力。

AMPK介导线粒体自噬的分子机制及其调控动物生理健康的作用

摘要:随着中国畜牧养殖转型,从细胞层面探究生理调控机制对保障动物健康、提升生产效益具有重要意义。综述了AMP 激活的蛋白激酶(AMP−activated protein kinase,AMPK)介导线粒体自噬的分子机制及其在动物生理健康中的作用,详细阐述了AMPK 的结构功能、激活机制及其通过直接(如磷酸化MFF、激活TBK1)和间接(调控ULK1、PGC−1α 和mTOR 通路)途径调控线粒体自噬的过程;分析了在营养缺乏、氧化应激及疾病感染等条件下,AMPK 与线粒体自噬的协同保护作用:AMPK 作为细胞内关键的能量感受器,在线粒体自噬维持细胞稳态过程中发挥多维度的重要调控作用。AMPK 不仅可直接调控线粒体自噬,还能通过调节ULK1、PGC−1α 和mTOR 等下游信号通路影响线粒体自噬。探讨了该调控轴对动物肌肉发育、肉品质、抗氧化应激能力及免疫功能的积极影响,以期为通过探究生理调控机制,促进动物健康生长提供科学理论依据。 

仿生医用诊疗针设计制造研究

摘要:医用诊疗针作为多种医疗操作中的关键器械,其性能优化始终是微创医学领域的研究重点。针对传统诊疗针存在的穿刺阻力大、组织损伤不可控及操作精度不足等核心问题,从仿生学视角提出多维度优化路径:通过复现生物穿刺器官的功能性结构实现穿刺力动态调控;借鉴黄蜂产卵器的多段耦合运动原理构建柔性组合针系统,显著提升穿刺路径的主动操控性;将表面微织构与振动辅助协同设计,有效分散组织应力分布和摩擦力。研究揭示出仿生结构在降低机械损伤、抑制软组织位移及增强靶向精准度方面的关键作用,并在此基础上展望仿生医用诊疗针的未来发展趋势,为新一代诊疗针的研发提供理论依据与技术参考。

生物医学领域用比色传感器的先进制造技术

摘要:针对生物医学检测领域比色传感器在疾病诊断、健康监测及环境检测中的应用及其早期技术局限性展开介绍,对数控雕刻、机械压印、激光加工、光刻技术以及3D打印等先进制造技术在传感器微结构制备中的应用与发展进行讨论。数控雕刻法具有低成本和操作简便的优势;机械压印技术适用于高分辨率通道和屏障结构的批量生产;激光加工技术实现快速且非接触式的加工;光刻技术则支持高精度多层集成;3D打印则为快速原型制作和定制化开发提供可能。通过对其技术优势、局限性以及适用性的对比分析指出,多工艺融合与自动化集成将是未来提高比色传感器灵敏度、稳定性和规模化生产能力的关键,将推动其在临床诊断、便携检测和家庭健康监控中的广泛应用。