聚合物修饰黑磷及黑磷类似物纳米材料在生物医学中的应用进展

摘要:在二维纳米材料中,黑磷(BP)被认为是弥补石墨烯和TMD缺点的有希望的候选材料,而低维黑磷是一类由层状半导体BP衍生出的纳米材料。其中BP具有结构的高度各向异性、带隙宽度可调、空穴迁移率和电子迁移率高等特点,这些特点给予BP独特的性质,如导电性、光热、光动力学、力学行为等,BP的近红外光响应使其在光热/光动力抗菌中显示出显著效果。此外,由于其独特的层状结构,BPNS具有高的表面积与体积比,这使其成为负载和递送其他抗菌纳米材料或药物的优良药物载体。本文首先讨论了低维BP的物理特性并介绍了不同的制备方法,然后系统梳理聚合物修饰黑磷纳米材料在各个领域的治疗应用进展,如癌症治疗(光疗,药物输送和协同免疫治疗)、骨再生和神经发生,最后讨论了未来临床试验面临的一些挑战和进一步研究的可能方向。

生物医用高分子材料细胞膜表面功能化的策略与应用

摘要:细胞膜是细胞的外层包裹结构,保护细胞内部免受外界干扰. 通过对细胞膜进行修饰,引入特定的分子或结构,可以实现对细胞命运和功能的调控,从而赋予细胞特殊的功能. 近年来,利用高分子材料在细胞膜上发生自组装的策略用于功能化修饰细胞膜表面已被广泛研究. 本文综述了利用高分子、多肽及DNA纳米材料对细胞膜进行修饰的策略,总结了其带来的包括受体寡聚化、细胞膜通透性改变以及调节细胞间通讯的生物效应以及细胞膜表面功能化的生物应用.

量子点在疾病诊疗中的应用

摘要:量子点(quantum dots,QDs)是一种纳米级半导体晶体,因其独特的光学和电化学特性,在疾病诊疗领域极具潜力。在疾病诊断方面,QDs的高亮度和光稳定性使其在生物成像技术中能实现细胞、组织乃至单个生物分子的高分辨率成像,QDs作为荧光标记物,可用于细胞追踪、生物传感以及癌症、感染性疾病免疫和相关疾病的检测,为早期准确诊断开辟新途径。在疾病治疗方面,QDs可作为多功能纳米载体,用于靶向药物递送,帮助药物实现靶向输送,显示药物传递和释放的踪迹,QDs还可以作为光敏剂或光敏剂的载体,选择性破坏恶性细胞、血管病变和微生物感染,减少对正常组织的损伤。尽管前景广阔,但QDs从研究到临床应用仍面临诸多挑战,如毒性、稳定性和规模化工业化生产等问题。通过表面修饰、封装技术及合成工艺的改进,研究人员正逐步解决这些问题。本文总结了QDs的类型,重点介绍了其在生物成像、生物传感器、病原体检测、药物输送和光动力治疗领域的最新研究进展,讨论了阻碍其临床应用的多重障碍,并探索了克服这些挑战的潜在解决方案。

生物医学的可视化发展前沿与机遇

摘要:生命健康重大问题及生物医学基础前沿的探究离不开对生命过程和机体调控规律的系统解析。生命体高度复杂,跨越多个时空尺度且同层级与跨层级之间的交流调控错综复杂。准确理解生命功能和调控规律,需要获取与整合不同层级的结构与调控信息。近年来,新型成像技术以及人工智能等方法的快速涌现使生命活动的在体、实时、精确可视化成为现实,是后基因组时代“可视化生命”“刻画疾病”的利器。基于国家自然科学基金委员会第365期“双清论坛”,本文聚焦代谢、神经与认知、肿瘤免疫等生物医学前沿领域,探讨了可视化技术在揭示生命调控规律和探究复杂疾病成因等方面的研究现状和发展趋势,分析了我国在这些领域的已有优势和布局,凝练了未来5~10年亟需聚焦和解决的重要科学问题,提出了可视化技术助力生物医学发展的新模式和新范式。

静电纺丝技术应用于局部治疗领域的研究进展

摘要: 静电纺丝纳米纤维由于比表面积大、孔隙率高、易添加多种成分等特性,是目前恶性肿瘤局部治疗领域的研究热点之一。因为电纺丝技术的多功能性,通过调整电纺纤维的结构和载药方式,可以满足不同的辅助治疗需求。本文从不同的电纺丝功能设计阐述了电纺丝纳米纤维膜在局部治疗领域的研究进展,并展望其发展前景。

酶定向固定化策略在生物传感器中应用

摘要:酶电极生物传感器具有灵敏、高效、特异性强以及器型小巧等特点,在生命科学研究、疾病诊断和监控等领域展现出广阔的应用前景,酶的固定化是决定酶电极生物传感器性能(稳定性、灵敏性、重现性) 的关键步骤,通过随机固定化(物理吸附、共价交联等) 容易引起酶活力下降、固定化稳定性低等问题,而利用氨基酸残基突变、亲和肽融合以及核苷酸特异结合等优化酶分子空间取向,为解决随机固定化问题提供了新的可能。本文对基于定点突变引入带有官能团的特定氨基酸(赖氨酸、组氨酸、半胱氨酸、非天然氨基酸)、通过基因工程融合亲和肽(金结合肽、碳材料结合肽、碳水化合物结合结构域) 及利用核苷酸与目标酶(蛋白质) 之间的特异性结合等策略来实现酶分子传感元件定向固定化的原理、优缺点以及在酶电极生物传感器上的应用进展进行了系统综述,并对多种传感界面固定化酶表征技术的应用领域、各方法的优点和应用局限性进行了探讨,以期为高性能酶传感元件创制及酶电极传感器的制造提供理论和技术指导。

医疗机器人关键技术研究进展及展望

摘要:医疗机器人是全球高端医疗装备的发展“高地”,与人工智能、脑机接口、新一代移动通信等前沿技术跨领域融合后成为医疗行业新质生产力的重要组成部分;把握医疗机器人关键技术研究态势,将支撑我国医疗机器人领域精准布局、提升医疗机器人产业技术竞争力。本文基于多维度的调研与评估,立足医疗机器人的发展需求,明晰了手术机器人、康复机器人、诊断机器人、其他医疗机器人的应用现状,梳理了结构设计、运动控制、感知反馈、信息处理与导航、远程通信与人机交互、人工智能辅助诊疗等医疗机器人关键技术方向的研究进展;进一步提炼出智能化与自主化、小型化与柔性化、交互多模态化与远程化、系统集成化与生态协同等医疗机器人关键技术突破方向。相关研究成果厘清了医疗机器人技术发展脉络与整体态势,为构建自主可控的医疗装备产业体系、提升医疗科技核心竞争力提供了理论支撑与决策参考。

面向人工耳蜗的改进Wave-U-Net算法

摘要: 针对人工耳蜗在噪声环境下言语感知效果差,以及现有算法降噪能力不足的问题,本研究提出了一种改进的Wave-U-Net 模型。通过采取轻量化卷积,引入注意力机制,改进损失函数,优化数据集结构,以提高人工耳蜗的降噪效果。使用短时客观可懂度( short-time objective intelligibility,STOI) 、语音质量评估( perceptual evaluation of speech quality,PESQ) 、浮点运算次数( floating point operations per second,FLOPs) 和参数量( Params) 对模型的降噪效果和复杂度进行了评估,分别达到0.81、2.75,0.83 G,1.04 M。实验结果表明,本研究算法在符合人工耳蜗产品规范的基础上,实现了明显的降噪效果,提高了人工耳蜗使用者在复杂噪声环境中的语音感知效果。本研究方法为人工耳蜗算法的改进提供了新的可能,可为听力受损患者提供更好的听觉感受。

体外膜式人工肺材料研究进展

摘要:体外膜肺氧合作为体外生命支持的核心技术,其组件膜式人工肺在急性呼吸衰竭及心肺手术中发挥了重要作用。然而,当前膜式人工肺面临气体传递效率差、气体选择性低及血液相容性不足等难题。本文综述了近年来研究人员对膜式人工肺的改进工作,主要介绍了膜式人工肺材料的制备与结构调控以及表面改性,分析了热致相分离技术中绿色稀释剂及二元稀释剂体系的应用以及仿生涂层、多功能结构设计等在提升气体选择性及血液相容性上的优势。另外,指出了膜式人工肺在长时间使用中的血液相容性不足、气体传输与抗渗漏性能平衡等瓶颈问题,提出了通过材料改性与结构优化实现多功能一体化的解决方案。最后,展望了膜式人工肺在小型化、高效化及可持续化发展的方向。本文为膜式人工肺的高性能开发与临床应用提供了系统性参考。

天然细胞源性纳米颗粒在免疫治疗中的研究进展

摘要:随着纳米技术和免疫治疗的快速发展, 天然细胞源性纳米颗粒(natural cell-derived nanoparticles, CDNPs)正逐渐成为免疫治疗领域的重要工具之一. CDNPs主要包括动物源性、植物源性以及微生物源性纳米颗粒. 它们通常具有良好的生物相容性、低毒性以及丰富的生物活性, 能够实现在体内高效递送免疫治疗药物并调控局部免疫反应; 同时, 能够根据患者的特定需求对CDNPs进行工程化改造, 靶向调节特定的病灶部位, 推动个性化治疗和精准医疗的发展. 本文综述了近年来CDNPs在多种疾病免疫治疗中的研究进展, 详细描述了动物、植物以及微生物来源纳米颗粒在免疫治疗中的作用机制和应用潜力. 此外, CDNPs在长效性、特异性以及规模化制备等方面仍存在一定的技术挑战. 本文对CDNPs的应用现状、优势以及局限性进行了深入探讨, 旨在为CDNPs的未来研究和发展提供理论基础.