摘要：人口老龄化进程的不断加速直接导致骨质疏松和心血管疾病等慢性病高发, 对以组织修复材料为核心的临床治疗方法提出了巨大挑战. 本综述通过回顾生物材料的发展历程, 总结归纳了各阶段生物材料的优劣势, 同时详细论述了老龄化病损组织修复所面临的组织功能和微环境稳态难以维持的难题, 最后基于此探讨如何结合人工智能、材料生物学、影像组学等新兴技术, 研发能感知生理病理微环境, 适时响应和主动调控生物学效应,并全周期适配病损组织修复进程的新一代“自适应”智能生物材料.

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。

摘要：采用DSC、弯曲实验和扫描电镜分析研究了热处理工艺对医用TiNi合金细丝显微组织、相变温度和形状记忆效应的影响。结果表明，400℃~500℃，30 min~120 min热处理时，随着温度的升高和时间的增长，TiNi 合金细丝中Ti3Ni4析出相增多，相变温度也升高。细丝经500℃，30 min处理后的最大可回复应变量值最大。随弯曲变形量的增加，疲劳寿命缩短。500℃处理的试样疲劳寿命最长。

摘要：可穿戴柔性电子技术是医疗健康监测，尤其是心血管疾病监测的重要发展方向之一。脉搏波是评估心血管健康的重要信息来源，但它属于非平稳弱信号，对检测端的灵敏度与稳定性具有较高要求。本文从解决可穿戴健康监测的柔性传感关键技术问题出发，设计并开发了具有多级分支微结构的石墨烯柔性压力传感器，显著提高了对脉搏波的传感性能，并构建了可穿戴柔性传感脉搏波健康监测系统，建立了基于单点桡动脉脉搏波和Transformer架构的类感知无袖带血压监测算法，对人体收缩压和舒张压的预测误差分别为0.7±10.5mmHg 和0.5±6.1mmHg。本工作可以为心血管健康动态监测系统与应用研究、可穿戴式精准医疗健康监护提供重要技术支持。

摘要：在牙科种植领域常使用的种植体材料多为纯钛或钛合金, 然而钛金属种植体存在美学缺陷及潜在的致敏可能等问题. 氧化锆陶瓷由于其高强度、美观性与生物相容性被认为是钛金属种植体的理想替代品, 但目前国内对于氧化锆种植体的研究仍处于起步阶段. 本文通过对氧化锆种植体及骨组织进行有限元建模, 并对种植体的动态植入过程进行仿真, 分析了骨组织内部的应力-应变状况. 结果发现, 随着植入深度的增加, 种植体与骨组织的接触面积增大, 松质骨内应力增加. 考虑到骨组织的具体结构, 将松质骨内的最大应力-应变作为分析的主要对象, 结合损伤分析, 对种植体模型进行了优化. 此外, 还设计了3种具有自攻刃设计的种植体模型, 分别进行应力应变分析后确定了最优设计. 之后建立了具有自攻刃设计的种植体模型, 并模拟了临床的3种植入方案: 螺纹成形、螺纹切割、螺纹成形与切割进行分析, 通过分析得到螺纹成形与切割种植方案更为安全的结论.本文结果可以指导氧化锆种植体的结构设计以及植入时的条件设定等, 为我国自主研发的氧化锆种植体进行了理论指导, 为其早日进行临床应用指明了方向.

摘要：生物制造作为新兴产业，其核心挑战在于实现发酵过程的精准优化与高效放大。本文聚焦发酵过程的关键环节——实时感知与智能控制，系统综述了在线检测技术、人工智能驱动的优化策略及数字孪生技术的应用进展。首先，从常规参数(温度、pH、溶解氧)到高级传感技术(在线活细胞传感、光谱分析、尾气监测)的在线检测手段，为实时获取微生物代谢状态提供了数据基础。其次，传统基于专家经验的静态控制逐步向人工智能驱动的动态优化演进，机器学习(如人工神经网络、支持向量机)与遗传算法等技术的整合显著提升了补料策略与工艺参数的调控效率。最后，数字孪生技术通过融合实时传感数据与多尺度模型(细胞代谢动力学与反应器流场模拟)，为发酵过程的全生命周期优化与理性放大提供了新范式。未来，基于智能感知与数字孪生的闭环控制系统将加速合成生物学成果的产业化，推动生物制造向高效、智能、可持续方向迈进。

摘要：该文回顾了过去几十年脑机接口技术取得的成果，以及脑机接口科研成果向临床医疗器械转化过程中，将会面临的挑战。对此，该文首先介绍了脑机接口技术常用的信号源，包括脑电图、皮层电图和皮层内电信号及其特点；其次叙述了对商用脑机接口产品的解码能力和信息双向闭环的考量，讨论了目前脑机接口商用机设计中存在的稳定性、生物相容性挑战；最后阐述了植入式脑机接口向医疗器械转化过程中，产业化发展的政策、资金和技术路线的协同发展问题。

摘要：为实现“双碳”目标，工业生物制造需向绿色可持续转型。高耗水、高灭菌能耗及工艺不连续等瓶颈推动了以极端微生物（如盐单胞菌）为核心的下一代生物制造技术的发展，其免灭菌开放发酵特性可显著降低能耗与操作成本。综述了盐单胞菌作为核心底盘的应用价值与技术进展：通过开发特异性基因调控工具、优化基因编辑与高效进化方法、改造代谢途径及细胞形态等合成生物学手段，盐单胞菌已被成功工程化为高效底盘，能利用淀粉、纤维素、乙酸、餐厨废弃物等多种廉价废弃碳源，低成本合成可降解生物基塑料聚羟基脂肪酸酯（PHA）、高附加值小分子、氨基酸及蛋白质。未来需着力开发通用性更强的合成生物学工具，提升规模化发酵过程的稳定性，强化碳源预处理与工艺环节的整合度。 基于盐单胞菌的下一代生物制造技术，凭借“极端抗感染底盘+合成生物学工具+工艺简化”的综合优势，有效克服了传统制造的固有局限，其突出的经济效益与环境友好性为构建绿色可持续的生物制造体系和实现“双碳”目标提供了重要支撑。

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。

摘要：随着催化化学、纳米科学与生物医学的交叉融合, 异质结纳米催化医学逐渐成为疾病诊断与治疗的重要工具. 异质结纳米催化医学, 即利用无毒的异质结催化剂替代传统药物, 在疾病部位发生催化反应, 进而生成治疗产物, 实现治疗效果. 作为一种新型材料结构, 异质结在肿瘤治疗领域表现出巨大的潜力. 在外源刺激下, 异质结药物可以引发瘤内原位催化反应, 将维持肿瘤生长的营养物质转化为抑制肿瘤生长的“药物”, 实现肿瘤细胞特异性死亡. 异质结纳米催化医学借助其独特的电子传递与催化机制, “就地取材”“一触即发”地诱导体内多中心、多方位级联协同催化反应, 打破肿瘤微环境的防卫机制, 从根源上提高了疾病治疗的靶向性、时效性与安全性. 本文深入剖析了异质结纳米催化医学的具体机制与异质结纳米催化剂的合成策略, 并且通过一些实例介绍了异质结纳米催化医学在生物医学领域的发展历史和最新成果以及未来发展方向.