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：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: 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：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。

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。

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。

摘要：晶体管基生物传感是一种结合生物受体识别功能, 利用场效应晶体管器件(field-effect transistor, FET)作为信号放大和转导单元, 实现生物分子或小分子特异性检测的分析方法. FET生物传感器具备响应快、无标签、高灵敏、易操作和易集成等多重优势, 在疾病筛查和健康监测等生物医学领域展现出巨大的应用潜力. 本文总结了近十年在高性能FET生物传感器开发方面已取得的显著成果, 重点关注于FET电学分析平台的界面调控策略和生物医学应用. 首先, 我们讨论了传感元件、传感界面的调制以及识别元件的设计等界面工程改造策略. 进一步, 对FET电学分析平台在体外检测和生理环境实时监测方面的应用进行了全面总结. 最后, 深入探讨了FET电学分析平台在实际应用方面所面临的关键机遇和挑战, 旨在为高性能FET生物传感平台和生物电子器件的设计、开发和应用提供参考.

摘要: 随着单细胞异质性研究的深入,细胞电学特性成为疾病诊断和精准医学的重要研究方向。微流控生物电阻抗传感检测芯片通过高精度测量细胞在电场中的阻抗变化,无需标记即可获取细胞尺寸、膜电容、细胞质电导率等细胞电学特性,显著提升了对细胞异质性的检测能力。相比传统方法,微流控生物电阻抗检测芯片技术具有高灵敏度、操作简便、无损检测等优势,在疾病早期诊断、药物筛选以及个性化治疗中展现出广泛的应用前景。文章首先阐述了该技术的基本原理与系统设计;接着分析了微流控通道与电极配置的优化进展,并讨论了其在细胞分类检测、药物评估等领域的应用;最后,分析了当前面临的技术挑战与未来发展趋势,并展望了其在精准医学和疾病早期诊断中的广泛应用前景。

摘要：阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)是发病率最高的神经退行性疾病, 主要表现为记忆力下降, 认知功能缺陷, 目前尚无有效的治疗手段. 随着人口老龄化加剧, AD发病率逐年上升, 找到有效的AD药物刻不容缓. 对AD发病机理的研究中, Aβ假说是普遍接受的致病机制: 淀粉样蛋白(amyloid-β, Aβ)沉积产生神经毒性, 导致神经元死亡. 针对该致病机理设计的Aβ单抗药物的研发却很曲折, 在2023年7月, 美国食品药品监督管理局(U.S. Food and Drug Administration, FDA)批准上市抗Aβ的单克隆抗体Lecanemab, 在经过18个月的药物注射后, 与安慰剂组相比,治疗组患者大脑中Aβ沉积发生明显减少, 减缓疾病的进程. 与此同时, 另一个Aβ单抗Donanemab药物也表现出相似的治疗效果. 这不仅证明Aβ假说的正确性, 为大量的AD患者带来治疗的希望和曙光. 因此, 这两种药物被Science评为2023十大科学突破之一. 但是, 这两种药物仅对AD早期的病人有较好的治疗效果, 且药物的使用可能会带来脑出血(amyloid-related imaging abnormalities-hemorrhage, ARIA-H)、脑水肿(amyloid-related imaging abnormalitiesedema or effusions, ARIA-E)等副作用, 这些副作用在APOE ε4纯和患者出现的比例更高. 因此, 寻求更安全有效的治疗药物仍需更进一步研究.

摘要：目前脑卒中患者的运动康复主要由康复医师辅助完成，但我国的康复医疗资源并不充裕，无法满足当下迫切的卒中及偏瘫康复需求。机器人辅助康复治疗是一项帮助脑卒中患者康复的新技术。上肢康复机器人能够辅助上肢偏瘫患者完成康复训练、恢复运动能力，并降低医师工作强度，目前已被应用于临床治疗。首先分析人体上肢生理结构，并引出脑卒中患者的康复需求；进而根据交互方式与驱动形式将上肢康复机器人分类，详述其结构特点与应用场景；同时归纳上肢康复机器人的典型控制策略、总结脑卒中量级与运动能力的评定标准；最后，指出目前上肢康复机器人目前面临的挑战，并展望了发展趋势。从医工结合的角度梳理上肢康复机器人的研究现状，总结技术的不足，为本领域的创新和实践提供了研究思路。