面向骨科植入应用的可降解锌基材料研究进展

摘要:近几年来,锌合金凭借其良好的生物相容性、促成骨活性以及在体内无害降解等优势,展现出作为骨科内植物材料的巨大潜力。本文介绍了纯锌的生理作用、降解速率以及力学性能等方面的特性,以上述指标与骨科临床需求存在的差距为引,以合金化元素为分类依据,阐述了目前研究人员通过改变材料的微观组织结构并触发相应的强化机制,以及利用添加元素的生理协同功能等方式改善锌基材料性能的现有成果。对医用锌基材料领域在标准制定和合金设计改进以及引入增材制造等新技术等方面进行了讨论,以期匹配多样化的临床诊疗需求。

3D 打印生物陶瓷人工骨支架的研究进展

摘要:生物陶瓷骨支架是继金属骨支架之后,较为理想的人工骨缺损修复材料。由于骨缺损形状各异,增材制造技术与生物陶瓷的结合,为骨支架的制备提供了个性化、定制化、成型复杂型体的可能。目前,陶瓷人工骨的增材制造技术展现出了巨大应用前景,但仍面临着力学强度不高、生物性功能单一的问题。为此,本文从提高骨支架的力学性能、拓展其生物性功能的角度出发,归纳分析了浆料/粉体体系、脱脂烧结工艺、材料复合、结构设计对支架力学性能的影响,从药物释放、治疗肿瘤两个方面总结了多生物功能支架的研究进展,并介绍了增材制造陶瓷骨支架在生物体内的研究现状。最后,对增材制造生物陶瓷人工骨的发展进行了展望。

3D 打印钛金属骨科植入物应用现状

摘要: 3D 打印技术近年来在骨科植入医疗器械领域发展迅速,由于其能够根据患者需求个性化地定制植入物形状,并且精确控制植入物的复杂微观结构,从而实现植入物外形和力学性能与人体自身骨的双重适配。生物医用钛及钛合金作为目前骨科植入物的主要原材料,具有优越的生物相容性,与3D 打印技术结合,成为各国科学家以及医疗器械厂家研发的热点,促进3D 打印钛金属骨科植入物的商业化。针对3D 打印钛金属骨科植入物的特点、钛金属粉末要求、已上市产品情况、临床研究、存在的问题以及标准和审评规范等的现状与发展进行论述和展望。

构建软骨支架的天然生物材料

摘要:关节软骨的自我修复能力有限,发生损伤后须进行修复或置换,然而传统的治疗方法难以达到理想的效果,组织工程技术为此难题带来了曙光。在组织工程三要素(种子细胞、支架材料、信号分子)中,支架材料起着至关重要的作用。对关节软骨支架材料进行了综述,重点介绍了软骨组织中天然存在的Ⅱ型胶原蛋白、透明质酸和硫酸软骨素3种生物材料,并就目前组织工程支架材料存在的问题和未来发展方向进行了讨论。

介入器械分类及其发展趋势

摘要:根据世界卫生组织的数据,心血管疾病是全球的头号死因,到2030年心血管疾病将造成大约2500万人死亡。由于人口老龄化以及社会经济发展带来居民饮食结构的改变,我国心血管疾病发病率逐年提高,中国正成为心血管疾病发病率最高的国家之一。因此,在相当长的一段时间内,心脑血管疾病的有效治疗都将会是一个重大命题。介入治疗具有介入创伤小、手术危险小、疗效明显等特点,成为治疗心脑血管疾病的主要治疗方式。本文回顾了介入治疗装置及器械的发展现状,对国际产业发展趋势进行介绍,同时对国内介入治疗产业发展面临的机遇与挑战进行分析。

纳米非晶及其在生物医学中的应用

摘要:晶态合金在人类发展史上占据了数千年的历史,不过近年来,非晶合金由于具有更高的强度、韧性、耐腐蚀性、耐磨性和生物兼容性在生物医学工程领域展现出更广阔的应用前景。然而,由于非晶合金处于亚稳态,热稳定性较差,而纳米结构的引入可以通过原子弛豫降低界面自由能,增强非晶材料的热稳定性,同时可以提高表面与细胞的有效接触面积,增强其生物相容性。因此,纳米结构与非晶材料的结合是解决块体非晶合金(BMG)应用局限性的一种有效方法。综述了BMG和纳米非晶(NG)的特点及其在生物医学中的应用,介绍了NG的优越性能以及主要制备方法,并将合金、BMG和NG在生物医学中的应用做了简单比较,展示了NG在生物医学一些特别领域的独特应用和光明前景。此外,就NG目前遇到的困难挑战和未来发展方向进行了展望。

智能时代的脑科学与类脑智能研究

摘要:以智能科技为核心技术、智能算力为生产力的智能时代再次把脑科学推向世界科学与技术前沿。脑科学是研究人、动物和机器的认知与智能的本质和规律的科学。对神经系统结构和功能联结规律进行全面解析将最终绘制成脑功能联结图谱,近10 多年来神经科学研究致力于系统性地解析神经系统的神经元类型和神经结构连接,在单细胞转录组分析、神经网络结构示踪等技术推动下取得了阶段性进展。解析人类大脑这一最为复杂的信息和智能系统,会启迪类脑智能理论和类脑智能技术,即脑科学/神经科学启发的智能理论和技术。在智能时代,脑科学研究的多学科交叉研究范式促使脑机接口、类脑智能计算等类脑智能研究领域加入脑科学。脑机接口的神经解码和编码技术为绘制人脑功能神经网络图谱提供了重要的功能研究技术和方法,并且可探索在脑疾病临床诊治上的应用。类脑计算正成为脑科学研究的一种新范式,借鉴脑处理信息和学习的基本原理发展高能效、高速和智能的新型类脑计算系统,利用发展的类脑计算系统可以加速发展脑模拟和数字大脑,促进理解大脑运行机制和治疗脑疾病,发展数字脑科学和脑医学。新近出现的脉冲神经网络智能处理器为构建大规模类脑智能计算系统奠定了基础,未来类脑超级算力极可能超过人类大脑算力,影响智能科技变革和人类社会发展。

基于结合纳米技术的细菌用于肿瘤诊疗的研究进展

摘要:肿瘤诊疗始终是临床及基础科学的研究热点。近年,基于结合纳米技术的细菌已开发出多种肿瘤诊疗方法,与单纯的细菌诊疗方法比较,结合纳米技术的细菌诊疗方法可产生多重协同作用,从而提高肿瘤诊疗功效。将细菌的环境敏感性、趋向性、运动性和低氧生长等特性与纳米技术的可增加难溶药物溶解度、促进药物溶酶体逃逸、避免网状内皮系统吞噬清除等特性有机结合,构建新型细菌微/纳米诊疗平台,可实现肿瘤的精准诊断及药物控释。本文就近年结合纳米技术的细菌用于肿瘤诊疗的研究进展及其面临的挑战和可能的解决方案作一综述,以期为推动肿瘤诊疗研究的快速发展提供参考。

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。

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。