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。

面向抗肿瘤的可协同光热/化疗纳米体系的构建及其药物控释行为

摘要:传统治疗肿瘤的方式包括手术、放疗和化疗。手术治疗创伤大、易复发,放疗周期过长,尽管化疗被认为是消灭肿瘤细胞的首选但其存在着明显的毒副作用,长期化疗会严重影响患者的生存质量。因而,设计一种响应型功能载体实现抗肿瘤药物的高效运输及协同抑瘤在临床上具有广阔的前景。本文以CuS 为光热剂,采用溶剂热及去模板法在CuS 表面包被上介孔二氧化硅(mSiO2),借助mSiO2 的大比表面积制备出高负载盐酸阿霉素(DOX) 的纳米药物体系CuS@mSiO2-DOX。XRD、UV-vis、SEM、TEM 及DLS 结果证实成功的合成了颗粒尺寸约为300~400 nm 的CuS@mSiO2-DOX 纳米体系, 且DOX 的负载效率可高达99.76%。CuS@mSiO2-DOX 在pH=5.5、45℃ 的条件下24 h 时药物释放率达到63.44%,相比正常生理环境(pH=7.4、35℃) 释放率提高了近20 倍,呈现出明显的pH 及温度响应释放特性。对纳米载药体系CuS@mSiO2 的光热性能及体外细胞毒性进行了测试,结果显示CuS@mSiO2 表现出良好的光热稳定性、光热转换效率达到31.67%,且对正常的人肝细胞(HL-7702) 呈低毒性。CuS@mSiO2 纳米体系具有较好的生物相容性、良好的光热转换及载药性能,吸附DOX 后体系表现出优异的pH 及激光响应型药物控释性能,在联合光热-化疗协同抗肿瘤领域有望得到广泛应用。

XPS在新型齿科医用材料研究中的应用

摘要:牙缺失是口腔临床中发病率极高的疾病之一。种植修复已成为当前修复缺失牙的常规治疗方案,常用种植材料是钛及钛合金材料,其具有无毒、弹性模量与人体硬组织相匹配和种植修复成功率高等优点,但钛基种植体生物活性差,甚至会出现失效的情况。因此,通过对齿科材料进行表面改性,可以提高植入物表面的抗菌性、耐腐蚀性并加快骨结合的过程,从而提高其成功率,有利于其长期存活。X 射线光电子能谱(XPS)在对改性材料表面机理进行分析方面具有“高灵敏”和“超微量”等独特优势,在新型齿科医用材料的研究中,XPS技术可用于分析材料的表面成分和化学状态,这对研究材料的抗菌性、耐腐蚀性和生物相容性等关键性能至关重要。通过XPS技术,可以准确地了解材料表面的元素组成、化学价态以及表面化学状态等信息,从而评估材料的生物安全性和功能性。

卡拉胶水凝胶在生物医学领域中的应用进展

摘要:卡拉胶(Carrageenan,CG)是从红海藻中提取的一类天然硫酸酯多糖,具有优异的生物相容性、生物降解性、抗氧化、抗病毒和抗肿瘤等特性,是一种可靠的绿色基质。以卡拉胶为基底,通过与其它生物材料的结合以及物理或化学交联等交联方式制备的具有各种结构和性质(机械强度、凝胶性质和细胞亲和力)的水凝胶,可以广泛应用于生物医学领域。综述了几种形式的卡拉胶水凝胶以及其在药物递送、创面愈合、组织工程、生物智能传感方面的应用进展,为卡拉胶在生物医学领域的发展提供理论依据。

生物炭光催化材料降解抗生素的研究进展

摘要:大量的抗生素被释放到自然环境中,对生态系统和人类健康构成潜在威胁。生物炭光催化材料通常具有污染物去除效率高、环境友好和能耗低等优点,在高效去除水中抗生素方面具有广阔的应用前景。生物炭的结构和化学性质提高了光催化剂的吸光性能、降解活性和稳定性。本文综述了生物炭光催化材料相对于生物炭吸附以及纳米粒子光催化降解水中污染物的优势,总结了溶胶凝胶法、超声法、水热法3 种制备生物炭光催化材料的方法,以及复合材料应用于降解水体中抗生素方面的研究进展,重点介绍了生物炭光催化材料降解水体中污染物的机理,最后对生物炭光催化材料未来的研究方向和发展前景进行了总结和展望,指出设计可规模化和实际应用的生物炭光催化材料将成为该领域未来的研究重点。

生物质及生物质相关止血材料的研究进展

摘要:伤口的快速止血和愈合对于解决意外事故造成的出血具有重要意义,相关止血材料的开发和应用一直备受关注。以角蛋白、丝素蛋白、胶原蛋白为代表的蛋白类和以纤维素、壳聚糖、海藻酸为代表的多糖类等生物质材料,因其无毒性、低抗原性、良好的生物相容性、生物可降解性等优点在止血领域展现了前所未有的应用价值。基于此,本文对生物质止血材料的设计、制备及止血应用的最新研究进展进行了全面综述,并对其发展前景做了展望,以期为新型高效止血材料的开发和实际应用提供思路。

医用不锈钢研究新进展

摘要:医用不锈钢由于具有良好的综合性能以及成熟的生产加工工艺,已广泛应用于骨科、齿科、心血管介入等医疗领域,以及各类外科手术工具,但仍然存在一些临床问题,并面临着其他生物材料带来的挑战。发展新型医用不锈钢,进一步提高医用不锈钢的使用性能,具有重要的现实意义。本文简要介绍了作者团队近年来在高氮无镍不锈钢、抗菌不锈钢、抗支架内再狭窄不锈钢等新型医用不锈钢研究开发方面的重要进展,展现了其临床应用的潜力和前景。

细菌纤维素功能化改性及其在医学领域的研究进展

摘要: 细菌纤维素(bacterialcellulose,BC)具有独特的三维网络结构,其孔隙率高、机械强度大、生物相容性好,可作为人造血管、组织工程以及伤口敷料的理想候选者,是生物医学材料研究的热点之一。然而,由于BC本身并不具备抗菌、生肌止血等特点,限制了其在医学领域的进一步应用。因此,通过非原位和原位改性方法将功能性聚合物、碳基纳米材料以及金属纳米颗粒引入BC,获得具有增强功能特性的复合材料,这些改性的BC材料在该领域中展现出巨大的应用潜力。本综述介绍了BC的制备,及其功能化改性,并总结近年来其在医疗领域的主要成果,为开发低成本、绿色安全和多功能的医用材料提供参考。

面向生物医疗应用的电刺激集成电路与系统综述

摘要: 电刺激技术被广泛应用于多种生物医学领域,包括心脏起搏器、人工耳蜗、肌肉重建、视力恢复和癫痫抑制等。与传统的药物治疗或手术方法相比,电刺激具有更小的侵害性、更高的灵活性和更好的可恢复性,并且消除了药物依赖性与成瘾性的风险。由于集成电路具有功耗低、可靠性高、可编程性强、易于多功能集成和易于大规模生产等优势,能够满足小型化、智能化和经济高效的生物医用需求,近年来已发展成为电刺激器设计的首要选择。然而,高密度电极与刺激产生电路的集成,给电极组织接口设计带来了很大挑战。本文从电极组织接口出发,全面概述了植入式电刺激器相关的集成电路设计,包括基础驱动电路拓扑和高性能复杂设计,重点分析了生物医用植入式芯片的可靠性与安全性,并介绍了刺激器与闭环系统中能量收集等模块结合的创新设计。同时结合课题组在电刺激和接口电路方面的工作,讨论了电刺激技术和接口系统的未来方向。

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。