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植入式脑机接口系统实现、临床进展与技术挑战

植入式脑机接口系统实现、临床进展与技术挑战

摘要：近年来，脑机接口的临床实验进展使得该技术受到了越来越多的关注。本文综述了植入式脑机接口（implantable brain-computer interfaces，iBCIs） 的系统实现及最新临床进展，随后对制约iBCIs规模化的关键技术及挑战展开了讨论。在系统实现部分，本文将前端电极分为刺入式和贴附式两种类型展开介绍，并将实验范式视作解码器的学习基准放置于信号处理与解码器部分进行讨论，同时将效应器视作iBCIs系统的关键部分进行了单独的讨论分析。在临床进展部分，本文从患者的角度出发，将iBCIs系统的最新临床进展分为功能康复和功能替代两种类型并对两者的功能界限作了深入探讨。最后，文章提出，目前iBCIs关键技术挑战来源于多个方面，包括高通量且高生物相容性神经界面、准确且鲁棒的解码算法和涉及患者与制造商之间可能存在的伦理隐私安全问题。因此，iBCIs 技术发展需要相关各方共同努力助力推进更为广泛且深入的临床应用。
医疗 2025年02月26日
基于上转换纳米材料的免疫检测技术应用

基于上转换纳米材料的免疫检测技术应用

摘要：免疫分析法具有简便、快速、准确等特点，广泛应用于医学、食品、环境等领域检测，将免疫分析方法与纳米材料相结合可以提高免疫分析的性能。与传统纳米材料相比，上转换纳米颗粒（upconversion nanoparticles，UCNPs）具有光稳定性好、发光寿命长和狭窄及可调整的发射带等优秀的光学性质，与免疫分析相结合可显著降低背景噪声，提高分析灵敏度。本文简要介绍了UCNPs的发光机制，对UCNPs的合成和表面修饰方法进行了总结，并详细论述荧光共振能量转移、内滤效应、磁分离技术、上转化连接免疫吸附技术和上转换免疫层析技术五种基于UCNPs的免疫检测技术，最后对该技术所面临的挑战和前景进行总结和展望，以期为UCNPs免疫检测技术的发展提供理论指导。
医疗 2025年02月20日
钛种植体表面改性策略对生物活性的影响

钛种植体表面改性策略对生物活性的影响

摘要: 钛金属的表面形貌是影响其亲水性及生物相容性的重要因素，探究钛金属表面处理策略是提高其生物相容性的重要途径。本文先采用大颗粒喷砂酸蚀技术（SLA）处理钛金属A4（TA4），对得到的SLA-TA4 进行碱热、紫外光照及等离子体轰击等单一方式表面处理。根据实验结果得出，碱热处理是提高并保持钛金属SLATA4亲水性的最佳单一处理方法。随后，在碱热处理的基础上，继续研究多种表面处理方式形成的钛金属表面纳米线网络结构及其生物性能。通过小鼠胚胎成骨前体细胞MC3T3-E1 黏附实验，比较了不同方式表面处理后，钛金属材料支持细胞黏附、细胞铺展的能力，并根据不同表面处理方式形成的材料表面接触角、微坑深度及粗糙度等参数，分析探讨多种表面处理方式造成的生物活性差异的机制。结果表明，经碱热处理10 h及紫外照射1 h处理后的SLA-TA4表现出最佳的生物活性及稳定性。从提高医疗器械表面生物活性的角度考虑，本文研究结果或对钛金属植入性器械的表面处理相关研究提供有价值的参考。
医疗 2024年10月21日
低功率受激辐射损耗超分辨显微成像技术研究进展及展望

低功率受激辐射损耗超分辨显微成像技术研究进展及展望

摘要：受激辐射损耗（STED）是一种功能强大的远场超分辨显微成像技术，已被广泛用于细胞和组织切片等生物样品的超分辨成像。通过增加损耗激光的功率可以显著提高STED 超分辨成像的空间分辨率和成像深度，然而，过高的激光功率会引起严重的光漂白及光毒性。因此，如何在保证成像质量的同时有效降低STED 超分辨成像所需的损耗激光强度，是目前STED 技术在生物成像领域面临的关键挑战。本文从STED 成像的基本原理出发，分别从STED 探针、单分子定位、图像处理和时间分辨探测等4 个方面探讨了实现低功率STED 超分辨成像的策略。针对以上4 种策略及其优缺点的深入分析，为STED 技术在生物学领域的应用提供了有价值的参考和指导。
医疗 2024年12月26日
柔性有机聚合物光子器件及其生物医学应用

柔性有机聚合物光子器件及其生物医学应用

摘要：随着光子材料和光子器件在可穿戴技术、智慧医疗、仿生机器人等新兴应用领域的不断拓展，研制具有优异机械柔韧性、生物相容性甚至生物可降解性的光子器件日益重要。为同时实现优异的光学性能和生物力学性能，柔性光子器件从材料合成、结构设计、功能实现到工艺制备等诸多方面亟需探索。其中，有机聚合物因其质地轻柔、生物相容性好、合成可控、结构功能易于改性等优势，被认为是制备柔性光子器件最具竞争力的材料之一。一系列新型的功能性有机光子器件，如光波导、衍射光栅、光子晶体等被相继被报道。本文综述了近年来柔性有机聚合物光子器件的研究进展，总结和分析了现有技术、方法和应用，并对未来的挑战和前景进行了讨论和展望。
医疗 2024年09月29日
纳米材料用于放疗防护的研究进展

纳米材料用于放疗防护的研究进展

摘要：放射治疗是利用高能射线抑制癌细胞增殖的治疗方法, 已广泛用于恶性肿瘤的治疗. 但是, 高能射线不可避免地会对机体的正常组织造成损害, 产生放疗相关副作用. 尽管目前有一些小分子放疗防护药物已应用于临床或处于临床前研究, 但其较短的血液循环时间和较快的新陈代谢速度极大地削弱了其防护效果. 近20 年来, 随着纳米技术在生物医学领域的飞速发展, 纳米放疗防护剂的出现为提高防护效果提供了新的选择. 通过合理地设计和开发纳米放疗防护剂, 有望解决现有小分子放疗防护药物的缺陷. 鉴于纳米放疗防护剂具有诸多优势, 本综述概述了纳米放疗防护材料的常见设计策略, 同时分析了放射诱导的常见疾病的致病机制和纳米放疗防护材料防治各种放射诱导疾病的研究现状. 最后, 还讨论了纳米材料用于放疗防护所面临的挑战和未来前景.
医疗 2024年12月10日
3D打印复合墨水体系在软骨组织工程领域研究进展

3D打印复合墨水体系在软骨组织工程领域研究进展

摘要：软骨是人体非常重要的结缔组织. 由于自愈合能力有限, 软骨损伤一直是临床治疗难点. 软骨组织工程的发展, 为解决软骨修复难题带来新的契机. 增材制造(3D打印)技术能够精准、快速、个性化地构建功能修复体,在软骨组织工程领域具备极大的应用价值. 以生物材料为基础的打印墨水是3D打印软骨组织工程的核心. 当前复合墨水体系凭借综合性能优势成为3D打印软骨组织工程的关注重点. 本文首先从软骨修复需求出发, 介绍了3D打印软骨组织工程研究常用的生物材料的类型和特点, 论述了国内外利用复合墨水体系构建软骨支架和骨/软骨分层支架的研究现状. 之后着重论述了软骨生物打印采用的复合生物墨水体系的发展前沿, 包括各类不同成型机理和性能特点的复合生物墨水体系、多针头生物打印、同轴生物打印、多技术集成打印等. 最后阐述了软骨生物打印实现临床应用需要克服的挑战, 为今后生物墨水研发提供一定指引.
医疗 2024年08月28日
基于有限元分析的钛合金椎弓根螺钉插入不同骨质性能研究

基于有限元分析的钛合金椎弓根螺钉插入不同骨质性能研究

摘要：钛合金因其优异的力学性能和生物相容性，广泛用于椎弓根螺钉的制备。椎弓根螺钉插入椎骨时，松质骨密度和皮质骨厚度都会对椎弓根螺钉插入稳定性产生影响，因此，有必要研究它们对椎弓根螺钉插入性能的影响。先通过有限元仿真方法研究不同骨质对椎弓根螺钉插入阶段的插入扭矩与骨应力的影响；再选用不同密度的聚氨酯泡沫作为骨材料，对标准钛合金椎弓根螺钉的插入过程进行力学性能测试。结果表明：相较于松质骨密度，皮质骨的厚度对螺钉插入稳定性的影响更大；皮质骨厚度的减小和松质骨密度的降低都会削弱椎弓根螺钉在插入时的插入扭矩；仿真结果与力学实验结果具有较高的一致性，表明有限元仿真方法可以用于椎弓根螺钉的插入扭矩预测。
医疗 2024年11月22日
医用介入导丝用疏水和亲水涂层的研究进展

医用介入导丝用疏水和亲水涂层的研究进展

摘要：医用介入导丝被广泛应用于各类介入手术，是目前经皮冠状动脉成形（PTCA）术及经皮血管成形术（PTA）中常用的医疗器械之一。在医用介入导丝表面添加亲水或疏水涂层，可以减小导丝在临床应用中的组织摩擦和组织损伤，有效提高导丝的通过性、抗菌性和生物相容性，减少炎症。综述了近年来国内外医用介入导丝亲水和疏水涂层材料，介绍了这些涂层的机理、附着力优化、抗菌修饰等方面内容，重点介绍了聚四氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚对二甲苯等涂层材料体系的研究进展，介绍了不同材料体系在医用导丝亲水和疏水涂层的作用机理和实际应用，同时介绍了亲疏水涂层的制备工艺，重点阐述了层层自组装、紫外光接枝、等离子体接枝和化学气相沉积等制备方法的可操作性、优势和劣势。最后在总结前人研究成果的基础上，对医用介入导丝涂层的现状及面临的问题进行了探讨，并对医用介入导丝涂层的发展方向及提高涂层综合性能等方面进行了展望。
医疗 2024年11月18日
具有生物活性的多聚磷酸盐材料在骨修复中的应用：基础、进展与挑战

具有生物活性的多聚磷酸盐材料在骨修复中的应用：基础、进展与挑战

摘要：随着人们对骨修复和组织工程支架材料研究的深入，功能性骨科生物材料应运而生。无机多聚磷酸盐（polyphosphate, polyP）是一种具有高能磷酸键的聚合物，存在于成骨细胞和血小板中，其降解产物如磷酸根离子和产生的能量可以参与骨再生和代谢。受此启发，人们将polyP开发为新型骨修复材料，包括非晶态和结晶态两种结构，在体内外的实验研究都取得了丰富的成果。本文综合阐述了这种独特的能量自给型生物材料的生理功能、材料设计、制备方法、生物学效应及相关机制的进展，为其在骨修复中的应用提供依据。本文也同时讨论了polyP材料面临的挑战和争议，以期推动其临床转化。
医疗 2024年11月08日