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。

光驱动有机合成: 医药化工绿色发展机遇与挑战

摘要:医药化工是保障现代社会健康发展的重要基础. 在全球可持续发展转型浪潮中, 推进医药化工产业的低碳化转型不仅是我国实现“双碳”目标的重要任务, 更是发展新型制药技术的核心目标. 化学原料药生产作为医药化工生产的核心环节, 具有能耗高、碳排放量大等特点, 已成为制约医药行业可持续发展的瓶颈. 因此构建基于可再生能源驱动的化学合成体系具有重要意义. 受自然界中光合作用过程启发构建人工光合系统, 利用太阳光驱动化学反应进行, 能有效降低反应温度、缩减反应流程, 为医药化工的节能化改造提供了新思路. 本文面向人工光合技术在医药原料及中间体合成的应用, 梳理了该技术的研究与产业化实践进展, 尝试提出“光驱动有机合成”概念, 并建立涵盖光驱动反应机制、催化剂开发以及工业化应用等多维度的理论框架, 为推动绿色制药技术的发展提供理论基础与技术路线.

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。

生物来源蛋白纳米递药系统研究进展:以白蛋白、丝素蛋白和玉米醇溶蛋白为例

摘要:传统给药剂型的药物生物利用度低,且难以实现缓释、定向给药,因此迫切需要开发新的剂型以满足临床需求。纳米递药系统具有可实现靶向给药的特点,引起了人们的广泛关注。其中蛋白质纳米递药系统可显著改善药物的水溶性和稳定性,降低药物的使用剂量以减轻副作用,生物相容性高并且在体内可降解,是一种具有潜在开发价值的生物有机材料。其中,白蛋白纳米粒、丝素蛋白纳米粒、玉米醇溶蛋白纳米粒3 种不同生物来源的蛋白纳米粒是极具代表性的蛋白质纳米递药系统。本综述介绍了上述3 种蛋白纳米粒的特点、制备方法和应用现状,并讨论了当前研究中存在的难题和可能的解决方案,为进一步开展基于蛋白质纳米粒的新药研发工作提供一定的参考。

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。

基于肌肉协同特征的康复机器人辅助踏步运动关节角度估计

摘要:针对脑卒中患者肢体与康复机器人交互协同性差和动作不自然的问题,提出一种基于肌肉协同特征(Temporal-spatial muscle synergy feature,TSMS)、双向长短期记忆网络(Bi-directional long short-term memory, BiLSTM)与注意力机制(Attention)四肢多关节角度连续估计算法(TSMS-BiLSTM-Attention)。设计制作床上四肢协同康复机器人,并建立康复机器人上肢和下肢模块的运动学模型。采集人体踏步运动的上肢和下肢表明肌电信号(Surface lectromyography,sEMG)和惯性传感器信号(Inertial measuring unit,IMU)。利用非负矩阵分解提取人体踏步运动中的静态肌肉协同特征,并确定4 种肌肉协同模式。提出肌肉协同特征的TSMS-BiLSTM-Attention关节角度估计模型,用以估计运动中的四肢关节角度,并采用带异常值的非负矩阵分解算法对sEMG 信号实时提取肌肉协同特征。通过IMU测量的欧拉角与四肢运动学模型计算关节角度的测量值。基于TSMS-BiLSTM-Attention模型提取sEMG 信号的时空信息,建立四肢sEMG 信号与关节角度序列间的映射关系。招募了7 名受试者开展踏步运动实验,并整理、分析了相关实验数据。结果表明基于肌肉协同特征的关节角度估计表现显著优于时域、频域和时频特征,关节角度估计的决定系数分别为0.92、0.88、0.86 和0.91。对提出的踏步运动关节角度估计模型在床上四肢康复机器人上进行验证,在主动康复训练中,髋关节、膝关节、肩关节、肘关节在线回归的均方根误差分别为3.56°、2.11°、2.36°和3.39°,相对分析误差分别为5.63°、10.13°、7.92°和7.24°。