植介入用精细金属丝材及其异质材料焊接技术研究进展

摘要:随着生物医疗技术的不断进步以及微创手术的快速发展,植介入医疗器件对精细金属材料的需求量不断增加。医用导丝、心脏起搏器导线、功能性电刺激装置、牙矫正器、耳蜗植入装置等医疗器件,根据其植入尺寸及功能作用,都要求采用直径50~500μm不等的精细丝材进行加工。传统医用金属丝材如316 不锈钢、NiTi 形状记忆合金、TC4 等均含有Cr、Ni等毒性元素。这些医用金属丝材植入人体后,总会产生腐蚀与磨损,造成毒性元素的析出,极易引起炎症反应,对人体健康造成较大的危害。因此,近年来研究人员从选择合适的替代元素和优化制备工艺方面不断尝试改善医用金属丝材的性能,并取得了丰硕的成果,在保持高强低模的同时消除了毒性元素带来的危害。此后,出现了一批新型医用金属丝材,包括:Fe-17Cr-14Mn-2Mo-(0.45~0.7)N医用奥氏体不锈钢、Ti-22Nb-Fe合金、新型β钛合金等。尺寸的细小化对医疗装置中常用的异种材料的焊接技术提出了更高的要求。异种材料焊接的难点在于异种丝材化学成分的差异使得焊接过程易形成脆性化合物,从而恶化接头性能、降低焊接可靠性。近几年,研究人员对比固相连接、钎焊连接、熔化焊连接等多种焊接方法,发现微激光焊接方法具有能量密度高、焊缝窄、热影响区小、焊接变形小、高温停留时间短、熔化金属量少、光束方向性好、能进行精密加工等特点,在焊接异种金属丝材时效果最好。同时通过工艺参数的优化、过渡层的填充、工装夹具的设计以及接头失效形式分析、焊接连接机理的讨论,研究人员主要对316LVM( Low-carbon vaccum melting) 不锈钢丝材及TiNi 形状记忆合金丝材异种金属材料微激光焊接进行了系统研究,并取得了一些研究成果,实现了异种丝材焊接接头可靠性的大幅提升。本文系统梳理了医用金属丝材的发展及应用状况,针对异种精细金属丝材焊接的难点,从焊接方法、工艺研究及连接机理三个方面分别介绍了植介入用异种金属丝材焊接技术的研究进展,同时对该领域未来研究方向进行了总结与展望,以期为制备高可靠性的生物医用异质金属焊接接头提供帮助。

聚集诱导发光分子用于荧光成像治疗研究进展

摘要:聚集诱导发光(Aggregation-induced emission,AIE)分子因其具有易修饰、抗光漂白能力强、荧光成像信噪比高和生物相容性好等特点,被广泛用于生物成像、生物治疗等研究领域。 基于上述特性,AIE分子被开发作为疾病诊断剂,可对病灶区域环境特异性信号识别,在疾病区域聚集并产生明亮荧光信号,定位病灶位置,这种方式可以实时原位可视化病灶,备受关注。 此外,在成像诊断基础之上,AIE分子治疗能力被进一步开发,可用作光热治疗剂、光动力治疗剂等,使成像诊断协同光治疗领域获得快速发展。 因此,本文综述了AIE分子靶向成像协同光治疗在2020-2024年间的研究现状,总结和归纳了其分子结构设计与荧光成像、光治疗效果之间的联系,展望发展方向,希望能给光诊断治疗学的发展带来新的思路。

用于高分辨率成像的肺器官芯片构建及肺炎模型应用研究

摘要:肺是人体呼吸系统的重要组成部分,气道上皮是肺与外界接触的第一道屏障,参与抵御外来的颗粒物、病原体等,可将异物以痰的形式排出体外,对维护呼吸道正常功能起到至关重要的作用。常用的体外细胞培养模型和哺乳动物模型尚不能完全模拟人体肺-气道微环境,在人体细胞与病原体相互作用研究和药物研发应用方面具有一定的局限性。该研究设计制作了一种基于微流控技术的双通道肺器官芯片,通过改进制备工艺使其能够满足高倍镜极短工作距离的要求,用于高分辨率成像;实现了模拟人体肺-气道微环境的气液界面气道上皮培养,并且能够实时观察细胞与细菌的共培养过程,为体外研究气道上皮和病原微生物的相互作用提供一个有力平台。

微流控离子浓差极化芯片研制及其生化检测中的应用

摘要:离子浓差极化(ion concentration polarization,ICP) 现象是在外加电场作用下发生在微纳交界面处的一种电富集现象,将ICP 现象与微流控分析技术相结合,可广泛应用于生化分析中带电粒子预富集、目标物分离、靶标物检测等领域。本文首先对ICP 原理及微流控ICP 芯片进行了简要介绍,梳理总结了ICP 芯片的制备技术和方法,其中重点关注了微流道结构设计、纳米结构制备与设计等方面的研究现状与进展。首先对基础单通道ICP 芯片的结构进行分析,进而对并行通道ICP芯片结构以及集成多功能的微流控ICP 芯片进行了总结和讨论,列举了ICP 芯片中纳米结构的制备方法及其优缺点。进而,讨论了优化ICP 芯片的富集效能途径,可通过引入多场耦合、阀门控制等多种手段,实现对靶标物的富集效能优化。最后,针对ICP芯片在多种带电生化样本分析检测中的应用进行综述,指出ICP芯片在匹配检测目标生物特性方面面临挑战,需要提高富集效率和选择性,解决流体控制、混合及传输问题。可以看到,微流控ICP 芯片具有处理样本流量低、分离富集效果好、检测效率高以及易于集成化和小型化等优势,在生化检测领域展示出很好的研究意义和实用前景。

化学动力学疗法的反应机制及其抗肿瘤应用

摘要:化学动力学疗法(CDT)是指利用金属离子介导的芬顿/类芬顿反应催化过氧化氢生成高细胞毒性的羟基自由基杀伤肿瘤细胞的方法,具有肿瘤特异性、副作用小,以及治疗过程仅由肿瘤内部物质如过氧化氢、谷胱甘肽引发,无需外部刺激等优点。然而肿瘤微环境中高浓度的谷胱甘肽、内源性过氧化氢不足及乏氧等阻碍了CDT的治疗效果。为了提高CDT的疗效,研究人员探索了多种金属离子介导的芬顿/类芬顿反应,进而实现CDT与其他疗法的联合治疗。本文综述了CDT的反应机制及其与多种疗法协同抗肿瘤应用的研究进展。首先讨论了不同金属离子介导的CDT的催化反应机制,深入分析了各种离子催化芬顿或类芬顿反应时的优势和不足。进而,分别详细描述了光热疗法、化疗、光动力疗法等多种疗法与CDT的联合治疗应用于抗肿瘤治疗中的最新研究进展。最后,提出了CDT未来发展的研究方向,以及进一步推动该疗法进行临床应用需要考虑的关键问题。

基于结合纳米技术的细菌用于肿瘤诊疗的研究进展

摘要:肿瘤诊疗始终是临床及基础科学的研究热点。近年,基于结合纳米技术的细菌已开发出多种肿瘤诊疗方法,与单纯的细菌诊疗方法比较,结合纳米技术的细菌诊疗方法可产生多重协同作用,从而提高肿瘤诊疗功效。将细菌的环境敏感性、趋向性、运动性和低氧生长等特性与纳米技术的可增加难溶药物溶解度、促进药物溶酶体逃逸、避免网状内皮系统吞噬清除等特性有机结合,构建新型细菌微/纳米诊疗平台,可实现肿瘤的精准诊断及药物控释。本文就近年结合纳米技术的细菌用于肿瘤诊疗的研究进展及其面临的挑战和可能的解决方案作一综述,以期为推动肿瘤诊疗研究的快速发展提供参考。

自驱动纳米发电机及其生物医学应用研究

摘要:穿戴式/植入式医疗设备的可持续运行对于下一代个性化医疗至关重要。然而,有限的电池容量是大多数穿戴式/植入式医疗电子设备面临的关键挑战。人体富含机械和化学能(如呼吸、运动、血液循环、葡萄糖的氧化还原等),已有多种方法从机体获取机械能为穿戴式/植入式医疗设备供电的。综述基于压电效应、摩擦电效应的纳米发电机能量收集器的原理,分析用于穿戴式/植入式医疗设备纳米发电机材料的选择与设计、能量输出、耐久性及其在生物医学上的典型应用和评估标准。PENG 更适于用作高频振动收集能量,而TENG 设备能更有效地将频率低于4 Hz 的机械能转换为电能,这使其能够从人体的低频运动(如胃肠运动)中收集能量。两者均可将机体的机械能转化为有用的电能,为各种穿戴式和可植入式微型电子医疗设备提供动力。依据穿戴式/植入式医疗设备的实际需求,讨论了纳米发电机的前景和面临的挑战。自供电的纳米发电机可以收集生物信息并充当电子医疗器件的电源,从而能够应用于健康监测和生理功能调节,如监测生理信号(心率,血压,呼吸节律,运动),药物输送,神经刺激等。随着生物医学设备的开发应用不断增加,未来会继续带来新的诊断工具和更有效的医学治疗方式。

碳点药物载体在肿瘤治疗中的应用进展

摘要:碳点是一种新型的零维碳基纳米材料,具有小尺寸、低毒性以及表面易于功能化等诸多优点。碳点的出现为靶向递送药物实现癌症治疗提供了新思路。本综述系统阐述了碳点作为载体在药物递送方面的应用进展。首先,阐述了碳点的分类以及合成方法;其次,总结了国内外近年来基于碳点的不同种类药物(化疗药物、光敏剂、光热剂等)的递送研究进展;最后,对现阶段面临的挑战和应用前景进行了探讨,以期为从事碳点在药物递送方面研究的科研人员提供一些思路。

医药合成生物制造

摘要:中国医药工业发展取得巨大进步,但也面临技术革新和产业升级的重大挑战。综述了合成生物制造技术体系,重点剖析了其以可再生原料、绿色工艺与原子经济性为核心的显著优势。在此基础上,详细阐述了合成生物制造在化学原料药、现代中药活性成分及蛋白、抗体等大分子药物合成中的创新应用与实践进展。尽管该领域前景广阔,但仍存在技术转化效率不足、跨学科协同壁垒及全链条整合度不高等关键问题。为此,应加强人工智能辅助的酶设计与代谢路径优化,并深化与材料、工程等学科的融合,以构建新一代生物制造技术平台。总之,合成生物制造是推动中国医药工业迈向更精准、高效、智能发展,构筑全球核心竞争力的关键引擎与必然路径。

自驱动技术与植入式心脏电子医疗器件

摘要:传统的植入式心脏电子医疗器件电池寿命有限,难以为患者提供长期、不间断的监测和治疗,自驱动技术的出现解决了这一难题。介绍了自驱动技术的类型和原理,从供能、传感和电刺激3个方面回顾了自驱动技术在植入式心脏电子医疗器件中的应用,从自驱动植入式心脏电子医疗器件能源的收集和存储管理、植入物的长期生物相容性、电刺激的生物学效应3个方面展望了自驱动技术与植入式心脏电子医疗器件未来的发展方向。