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。

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。

合成生物学的发展与展望

摘要: 合成生物学集合了传统生物学、工程学及数学的知识体系和方法,通过建立人工系统创造或改造生命体从而理解生命、应用生命。在可持续发展的背景下,合成生物学的绿色、可再生的优点使其成为21 世纪以来研究的热点。然而,合成生物学依然面临着许多亟待解决的问题,如设计过程中的不可预测性、规模化生产中成本较高、政策法规相对滞后等。本文在介绍合成生物学发展的基础上,重点介绍了合成生物学在高分子材料、化工、生物医药、食品以及能源领域的应用,分析了合成生物学目前产业化现状、所面临的问题以及未来发展的机遇。

DNA 数据存储——机遇与挑战

摘要: 自人类进入信息时代以来,全球信息总量飞速膨胀,为数据存储行业带来极大挑战。当前的信息存储工具存在许多缺陷,如信息密度低、使用寿命短、环境污染等,而脱氧核糖核酸(DNA)作为天然的遗传信息载体,具有信息密度高、稳定性高、保存时间长、维护成本低等优点,可能成为信息存储领域的卓越选择。尽管 DNA 存储目前面临读写成本高、速度慢、错误率高等挑战,但在某些领域也有着独特的优势,如“冷”数据存储和军事加密存储等。目前,DNA 存储的潜在发展方向主要包括在军事、航空航天等特殊场景下的应用,高容错的编解码方案,生物活体存储体系,脱离测序的信息读取方法,以及集成化的存储系统和统一行业标准等。希望在不久的将来,DNA 存储能够实现规模化应用,迎来数据存储的新纪元。

高性能医疗器械用TC4EL钛合金丝材的制备技术

摘要:针对高性能医疗器械用钛合金材料国产化替代需求,开展TC4ELI钛合金丝材全流程制备技术研究。基于工业大生产流程,系统研究了热加工及热处理工艺对TC4ELI钛合金丝材显微组织和力学性能的影响。研究结果表明,退火温度为650~700℃,屈服强度Rp0.2大于900 MPa,退火温度高于700 ℃时,屈服强度Rp0.2小于900MPa。采用“固溶+时效”热处理工艺可以获得屈服强度Rp0.2大于1100 MPa、抗拉强度大于1200 MPa级、伸长率大于10%、断面收缩率Z 约50%的高性能丝材产品。开发的工业化制备“固溶+时效”的热处理工艺方案可操作性强,产品性能稳定,具备产业化供应能力。

人工智能驱动的药物递送: 革新与挑战

摘要:人工智能(artificial intelligence, AI)技术已成为应对药物开发中传统实验方法局限性的有效工具之一, 为加速药物递送的研发提供了前所未有的机遇. 本文首先探讨了人工智能技术在药物研究中的应用进展, 总结了其从早期到现在的技术演变. 其次, 我们总结了一个在药物递送领域开发人工智能模型的框架, 旨在为研究人员使用人工智能技术提供实用指南. 文章最后讨论了未来阶段先进算法的应用以及多学科合作带来的新兴机遇, 同时强调了当前面临的挑战, 包括数据质量要求、模型透明度和监管考虑等因素.

齿科修复用氧化锆陶瓷的增材制造现状及进展

摘要:氧化锆陶瓷因其高强度、耐腐蚀、菌斑黏附率低以及良好的生物相容性和美观性,成为牙科修复用全瓷材料的理想选择。但传统的减材制造工艺材料浪费严重,微小结构加工受限,难以高效生产优质产品。而增材制造技术的灵活性和自由度,不仅能实现牙科修复用氧化锆陶瓷高效快速制备,还能满足牙科领域精准、复杂的个性化需求。本文从氧化锆陶瓷材料性能、增材制造技术及应用三个方面,归纳了牙科修复用氧化锆陶瓷的研究进展,并对相关增材制造技术进行深入探讨,特别关注了光聚合成型、材料挤出和材料喷射等关键技术在牙科修复中的应用和前景。最后总结了本文的主要观点,并对未来增材制造牙科修复用氧化锆陶瓷的研究方向和可能的挑战进行了展望。

压电生物传感器及其在医疗健康中的应用

摘要:随着社会经济的快速发展和人民生活水平的不断提高,医疗健康已具有重要的战略地位。生物传感技术作为一种重要分析检测手段,在医疗健康领域发挥着关键作用。压电生物传感器是利用压电材料进行生物分析的一种新型生物传感器,具有稳定性好、检测速度快、精确度高、操作简单的优良特性,在生物医学、健康监护和疾病防控等领域具有重要的应用价值。本文综述了近年来国内外压电生物传感器的研究进展,介绍了基于石英晶体微天平压电效应的压电生物传感器的工作原理及常用的压电材料,包括无机压电材料、有机压电材料、压电复合材料以及生物压电材料。此外,还介绍了压电生物传感器在人体健康监护与疾病防控方面的应用,如心率、脉搏等生理性体征的监测,生物标志物及新冠肺炎等流行病毒的检测。最后总结了目前压电生物传感器面临的问题,并对其未来的发展进行了展望。

脑机接口领域发展态势

摘要:脑机接口为人脑功能研究提供了重要方法,为脑疾病临床诊治提供前沿探索工具。2024 年脑机接口领域进入技术爆发期,具体表现在以下几方面。(1) 国内外加强脑机接口资助:相比较而言,美国重视电极、芯片开发及其在医疗与防务的应用,欧盟重视相关材料开发与科研应用,我国将脑机接口作为未来产业进行全面部署;(2) 相关技术迭代升级:新型接口、电极等硬件被相继开发出来,大模型应用于脑电解码中,提升编解码能力;(3) 临床试验持续推进:多款侵入式脑机接口进入临床试验,目前全球已开展70 多例临床试验;(4) 应用领域“多点开花”:医疗应用从运动与语言修复、肌萎缩侧索硬化等罕见病的治疗,扩展到抑郁症等常见神经精神疾病,非侵入式脑机接口已经应用于疲劳驾驶检测、游戏娱乐等生产生活中;(5) 产业快速发展:产值增长迅速,企业研发活跃。未来,脑机接口成本将大幅下降,实现大脑与机器的双向交互,为医疗、教育与娱乐等众多领域带来变革。