器官芯片的制备及生物医学工程应用

摘要:器官芯片是在体外构建疾病(或正常)模型的一种新兴技术, 近几年受到科研工作者和医务人员的广泛关注. 相比构建模型的传统方法, 具有便携性、高通量、可模拟在体微环境等优势, 在研究疾病的发病机理、筛选药物等方面有着广阔的应用前景. 本文介绍了器官芯片的发展历程, 综述了器官芯片的主要结构及材料, 通过分析现有器官芯片的结构, 认为高度集成的器官芯片包括微流控芯片、细胞/微组织、构建微环境的执行部件以及微传感器4个要素, 针对每个要素介绍了其常用制备方法. 随后讨论了器官芯片目前已取得的进展以及走向、临床应用所面临的挑战, 最后展望了器官芯片未来的发展方向.

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。

面向生物制造的数据库、知识库与大模型

摘要:生物制造技术是一种融合生物学、化学和工程学的前沿制造方法,利用可再生生物质和生物体作为生产介质,通过发酵过程规模化生产目标产品。与传统石化路线相比,生物制造在减少CO2 排放、降低能耗和成本方面具有显著优势。随着系统生物学、合成生物学的发展和生物大数据的积累,人工智能、大模型和高性能计算等信息技术与生物技术的融合,生物制造正逐步进入数据驱动时代。本文综述了面向生物制造的数据库、知识库与大语言模型的最新研究进展,探讨了该领域的发展方向、难点以及新兴技术方法,为相关领域的科研工作提供了参考和启示。

生物可降解聚酯/生物陶瓷3D打印骨组织工程支架研究进展

摘要 :移植骨植入物是目前治疗骨缺损的公认有效手段之一。生物可降解聚酯/生物陶瓷复合材料结合了生物可降解聚酯的良好力学性能、可降解性能和生物陶瓷的成骨活性,为骨植入物材料提供了新的选择。骨组织工程通过模拟骨骼微环境,加速骨缺损修复。将生物可降解聚酯/生物陶瓷复合材料制备成骨组织工程支架,能进一步加快骨修复进程。3D 打印技术的引入能使生物可降解聚酯/生物陶瓷骨组织工程支架的制备过程精确、可重复且具备高自由度,展现出了良好的发展前景。本文阐述了骨组织工程支架应具备的各项性能,总结了近年来国内外学者对生物可降解聚酯/生物陶瓷骨组织工程支架上述性能的改善策略,并展望未来该研究领域的发展方向。

基于纳米酶的脊髓损伤治疗

摘要:创伤性脊髓损伤是由外部冲击引起的椎管内神经结构损害,其发病率及致残率较高。目前临床治疗主要采用手术、激素冲击等方法,由于缺乏针对性治疗药物,无法实现实质性的功能恢复。针对脊髓损伤病理进程中氧化应激及神经炎症等特点,开发可持续降解自由基、抑制氧化应激、调节神经炎症的疗法成为研究热点。纳米酶具有与天然酶类似的催化活性,且在生理条件下稳定,可以持续抑制氧化应激和神经炎症,对脊髓损伤治疗具有重要意义。本文聚焦基于纳米酶的脊髓损伤治疗,介绍了脊髓损伤的病理生理学特点,纳米酶的分类、性质及纳米酶治疗脊髓损伤的研究进展,阐述了纳米酶对脊髓损伤治疗的推动作用,尤其使脊髓损伤治疗从单纯缓解症状的姑息治疗向神经再生的转变,展现了纳米酶作为脊髓损伤治疗平台的多功能性和潜在应用前景。

即时检验技术:形成、发展与演变

摘要:即时检验是指在采样现场进行并能够快速得到检验结果的一类检测方法。因具有响应速度快、灵敏度高、特异性好、操作简便的优势,尤其适用于紧急救治环境或者医疗资源匮乏的地区。近年来在主动健康的背景下,即时检验朝着小型化、集成化、智能化方向发展,基于可穿戴的即时检验技术逐步成为未来个性化预警的潜在方案。本文综述了即时检验的发展历程,阐述了其从单时相检测到个性化可穿戴监测的特征变化,强调了即时检验的技术难点从提高检测灵敏度到实现智能监测、预警的演变。针对临床对个体化健康管理需求的增加,本文提出了“健康全息检验”的概念,并探讨了其未来发展的方向以及实施过程中的挑战与解决方案,旨在为全民健康提供新思路和理念,进而促进即时检验领域的发展。

3D打印多孔钛金属支架的数字化设计及分析

摘要:目的:设计3D打印多孔钛金属支架并通过有限元分析找出满足大孔径和高抗压强度的结构设计方案。方法:利用计算机Autodesk Inventor软件,设计15种不同孔隙结构的单元钛合金支架模型(5种类型单元体结构,分别为仿钻石-60°、仿钻石-90°、仿钻石-120°、正四面体和正六面体,每种类型单元体结构各有3 种孔径,分别为400、600、800 μm)及其15 种圆柱体模型(直径20 mm、高度20 mm),通过Autodesk Inventor 软件进行有限元分析,简单模拟膝关节处受力类型及大小,转化成Mises等效应力、安全系数及形变位移的比较,分析数据,筛选出大孔径、高抗压强度的设计模型。结果:5种不同孔隙结构的单元结构模型在安全状态下,正向受力时,除正四面体外随孔径增大而最大受力减小;侧向受力时,各单元结构随孔径增大而最大受力减小;扭转受力时,仿钻石-60°和正四面体结构体随孔径增大而最大受力减小,仿钻石-90°结构体随孔径增大而最大受力增大,而仿钻石-120°和正六面体单元结构随孔径增大基本上无变化。在3种受力条件下,所有单元结构随孔径增大而形变位移增大。5种不同单元结构圆柱体模型分别在3种受力时,孔径越大,形变位移越大,Mises等效应力越大,安全系数变化同Mises等效应力相反。综合抗压能力由强到弱的顺序为:正六面体>正四面体>仿钻石-120°>仿钻石-90°>仿钻石-60°,并且每种类型圆柱体模型中孔径越小,抗压强度越大。结论:孔径大小和孔隙形态是影响支架抗压强度的重要因素。随着孔径(400、600、800 μm)的增大,各结构的强度均有所降低。正六面体、正四面体和仿钻石-120°结构模型能够满足大孔径和高抗压强度的条件。

采用非侵入性光生物调节治疗癫痫

摘要:癫痫是一种由脑部异常同步放电引起反复发作性神经功能异常的慢性脑部疾病,临床常见以意识不清、四肢抽搐为主要表现特征,各年龄段均可发病,涉及的人口众多。安全、有效以及合理地控制癫痫病情,是脑科学与神经内科学领域挑战之一。目前癫痫的治疗主要为药物治疗,部分难治性患者还需通过手术切除大脑异常放电的区域,但药物治疗后部分患者可出现耐药性或严重的副作用,包括肥胖、肝肾功能损伤和认知功能障碍等,手术治疗费用昂贵且影响神经元之间的相互连接及其功能。在过去侵入性神经调控治疗技术的基础上,发展诸如光生物调节(PBM) 这类非侵入性神经调控治疗策略是癫痫治疗先进技术的重要发展动向。PBM通过调节线粒体功能、增强脑膜淋巴管引流和清除毒素功能,抑制神经炎症,刺激突触与神经元生长,改善神经元代谢和网络活动,可以有效减少癫痫发作频率。相比于传统治疗,PBM具有非侵入性、无副作用且能够精准调控神经活动的显著优势,在治疗难治性癫痫方面具有广阔应用前景。本文综述了PBM治疗癫痫的研究进展。

核酸信息材料研究进展

摘要:与传统的硬盘或磁带存储相比,DNA存储具有极高的存储密度和长期稳定性。通过将数字数据编码为DNA序列,利用合成和测序技术,可以将海量数据进行低成本、低能耗地存储及恢复。随着技术的不断进步,基于核酸信息材料的数据存储有潜力成为一种高效的数据存储解决方案,尤其适用于海量数据存储和长期数据存储。尽管DNA存储潜力巨大,但其大规模应用仍受限于合成成本及测序效率等瓶颈。本文综述了基于核酸信息材料的数据存储技术,探讨了利用核酸分子作为数据存储介质的最新研究进展,并提出了核酸存储在未来的研究方向和发展趋势。

国内外按摩机器人研究进展及关键技术分析

摘要:本文从按摩治疗机理角度出发,对国内外按摩机器人及其关键技术进行了详细介绍,将按摩机器人按结构特点分为仿生式、便携式和平台式三类,并对每一类按摩机器人的研究进展进行了归纳总结。针对研究进程中手法实现、信息感知、控制策略等关键问题进行了分析和梳理,最后基于目前研究现状,展望了按摩机器人的发展趋势。