硅基微环谐振器在生物医学检测领域的研究进展及临床应用潜力

摘要：硅基微环谐振器(silicon-based microring resonator, SMRR)作为光学生物传感器中的无标签检测典型应用，具备小尺寸、高灵敏度、易集成等优势，适用于物理、化学及生物信号的检测。阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)是一种常见的神经退行性疾病，隐匿性高，而早期干预可以有效缓解AD进程。针对AD的早期诊断，基于SMRR 的光学检测平台能有效克服血液筛查中的低丰度标志物和干扰因素问题，展现出超灵敏、低假阳性的检测应用潜力。但目前SMRR在AD检测上的临床应用受限，主要因其存在优化设计差异大、缺乏商用成品芯片、统一检测平台及高成本等问题。同时，AD早期诊断生物标志物存在争议，限制了其辅助诊断作用。本文综述了SMRR的传感原理，总结了其在生物医学领域的研究进展，并以AD为研究对象，探讨了基于SMRR 的检测技术主要的应用局限及其在AD早期诊断领域的临床应用潜力。未来，硅基微环谐振器技术的标准化、集成性和普适性可能成为主要的发展方向，本文可为开发成熟的商用检测仪器提供参考，推动其在临床诊断领域的广泛应用。

医疗 2026年03月23日 2 点赞 0 评论 66 浏览

氧化锆口腔种植体的动态植入过程分析与设计

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.

医疗 2024年07月16日 1 点赞 0 评论 266 浏览

智能生物制造之发酵过程优化：在线检测、人工智能与数字孪生技术

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。

医疗 2026年03月24日 1 点赞 0 评论 65 浏览

植入式脑机接口技术向医疗器械转化的问题与挑战

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。

医疗 2025年01月20日 1 点赞 0 评论 208 浏览

基于极端微生物代谢工程与合成生物学的“下一代生物制造技术”

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。

医疗 2026年04月24日 1 点赞 0 评论 66 浏览

面向生物医疗应用的电刺激集成电路与系统综述

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。

医疗 2025年12月13日 1 点赞 0 评论 163 浏览

异质结纳米催化医学

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.

医疗 2026年02月02日 1 点赞 0 评论 77 浏览

生物3D打印技术及组织工程应用研究进展

摘要：生物3D打印技术基于增材制造思想，有望实现细胞、生物材料等生命物质的自由成形，构建具有仿生天然组织复杂性和异质性的三维组织结构。经过近20年发展，生物3D打印已成为组织工程的主流技术之一，应用于多种组织的构建。综述了生物3D打印的基本技术类型及其在不同组织上的应用现状。

医疗 2024年07月16日 1 点赞 0 评论 281 浏览

生物医用锌基合金性能研究进展

摘要：医用金属植入体已广泛应用于临床骨组织修复中，但是随着临床手术案例的积累，发现不锈钢、钛、钽传统生物金属材料在生物体内长期存在会造成应力屏蔽、组织排异发炎等症状，二次手术会给患者带来极大痛苦。近年来，可降解金属植入体材料的概念被提出并引起重视，由可降解金属制备的植入体在生物体组织中可被吸收分解，并促进血管组织愈合与骨组织再生，被视为新一代医用植入体材料。锌合金由于其优异的降解特性及生物相容性成为近年来的研究热点，在血管腔内支架、骨科及口腔科内固定材料领域拥有巨大的应用潜力。锌合金发展迅速，须及时进行全面总结。总结归纳目前医用锌合金的主要制备方式、材料力学性能、降解行为和生物相容性。基于大量的数据分析与归纳，发现在锌合金中添加Li、Mg元素可细化晶粒，显著提高锌合金强度，添加Mn元素则可在塑性变形中细化晶粒，可提高锌合金的延伸率。与纯锌相比，锌合金中的Zn-(Fe、Cu、Ag)析出相与Zn基体形成的微电池作用提高了锌合金的降解速率。针对新型锌合金成分及先进制备工艺，提出以材料基因工程，指导适用于增材制造的三元高强锌合金体系开发，在提高力学性能的基础上匹配锌合金的降解速率和生物相容性，直接获得具有定制化结构的锌合金近终成型植入体。在系统性汇总的基础上，从性能、开发以及增材制造三个方面展望未来发展方向。

医疗 2024年07月16日 1 点赞 0 评论 261 浏览

生物陶瓷材料的3D打印技术现状

摘要：3D打印技术在小批量、个性化定制方面具有较大优势，因而在生物医用领域备受关注。可供3D打印的耗材已涵盖高分子、金属、陶瓷和衍生材料等多种类型。生物医用陶瓷熔点高、韧性差，是最不容易应用于3D打印的材料。文章综述了以陶瓷粉体、陶瓷浆料、陶瓷丝材、陶瓷薄膜等不同原料形态为耗材的3D打印陶瓷制备工艺进展，并对SLS、3DP、DIW、IJP、SL、DLP、FDM、LOM等不同工艺制备陶瓷的表面粗糙度、尺寸大小、致密度等参数进行了对比。文章还总结了3D打印生物陶瓷在骨组织工程支架和口腔修复体等硬组织修复领域的临床应用现状。综合比较，SL陶瓷增材制造技术的制造精度和成形质量高，且能制备较大尺寸零件，还可以通过掺杂微量营养元素以及表面功能性修饰来赋予生物陶瓷更好的生物学性能、力学性能乃至抗菌、肿瘤治疗等功能，具有较明显的优势。3D打印制备的生物陶瓷相比传统减材制造工艺，制备的骨组织工程支架和口腔修复体不仅力学性能好，而且具有更优秀的生物相容性和骨传导性等。

医疗 2024年07月16日 1 点赞 0 评论 245 浏览