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自下而上构建人工细胞及其生物医学应用

自下而上构建人工细胞及其生物医学应用

摘要：构建具有特定细胞模拟功能的人工细胞有助于探索天然生物细胞系统中复杂的生物反应过程和细胞功能，并为深入了解生命起源提供便利。对于人工细胞的构建方法而言，无论是基于自上而下的原则，还是基于自下而上的原则，在过去的几十年里，都取得了很大进展，并得到广泛应用。基于人工细胞构建策略的不同，人工细胞可分为“自上而下”的人工细胞和“自下而上”的人工细胞。自下而上的合成生物学是一个新兴的互补学科，它寻求从天然或合成成分中构建人工细胞。自下而上的合成生物学的目标之一是构建或模拟天然生物细胞中存在的复杂路径。人工细胞来源于脂质、聚合物、脂质/聚合物杂化体、天然细胞膜、金属有机框架和凝聚体等。真实细胞内各种物质如蛋白质、基因、线粒体等可以结合在人工细胞表面或包裹在人工细胞内部，从而使人工细胞被赋予各种功能。此外，人工细胞不仅可作为载药系统及信息交流载体，还可代替功能受损的细胞，恢复机体的正常运转。首先，介绍基于自下而上策略构建人工细胞的方法和分类；其次，讨论人工细胞的多种应用；最后，对人工细胞的未来发展前景进行展望。
医疗 2025年01月10日
金属镁催化高张力三元环系的不对称开环反应

金属镁催化高张力三元环系的不对称开环反应

摘要：利用储量丰富、廉价易得、低污染元素作为催化资源构筑重要立体化学结构具有重要研究意义. 含杂原子的手性化合物, 例如手性氨基醇类、手性酰胺类、取代四唑类, 吲哚衍生物、吡咯烷衍生物等结构单元广泛存在于天然产物中, 并且在药物研发过程中具有重要的价值. 高效构建以上结构单元一直以来都是化学、生命科学、药学科研工作者重点关注的问题. 三元环系结构具有较大的环张力, 导致其稳定性低, 因此具有较高的反应活性.重要三元环系化合物主要包括: 环氧乙烷(oxirane)、氮杂环丙烷(aziridine)以及供体-受体环丙烷(donor-acceptor,D-A cyclopropane), 这些结构的不对称开环反应成为构建上述重要结构骨架的合成砌块. 值得注意的是, 近些年在金属催化剂催化策略下, 经三元环类化合物的不对称开环反应高效构建高对映选择性的含杂原子结构片段及杂环骨架受到了广泛的研究关注. 同时, 伴随了多种催化策略的发展. 本文主要综述了近年基于金属镁催化策略的三元环类化合物不对称开环反应研究进展, 讨论了基于不同类型亲核试剂及催化条件下的开环反应途径和方法, 阐述了反应的相关应用, 探讨了部分机理过程. 最后, 对三元环类化合物不对称开环反应当前的发展状况进行了总结,并在此基础上进行了相关展望.
医疗 2025年01月09日
挤出成形3D打印仿生骨植入钛合金支架制备工艺及性能研究

挤出成形3D打印仿生骨植入钛合金支架制备工艺及性能研究

摘要：采用万能试验机和扫描电子显微镜研究了挤出成形3D打印Ti6Al4V钛合金支架的制备工艺、力学性能及微观结构，介绍了采用聚乙烯醇（PVA）水凝胶制备钛合金支架的方法，研究了浆料PVA含量、脱脂温度和烧结温度对制备工艺的影响规律，分析了钛合金支架孔隙率与力学性能的关系。结果表明：采用PVA 水凝胶制备钛合金支架可以获得分布均匀且高度互联的多孔结构，当浆料PVA 质量分数为15%，脱脂温度和烧结温度分别设定为360℃和1300℃时，制备工艺最佳。孔隙率为59.8% 的钛合金支架表现出与人体骨骼相匹配的力学性能，可避免应力遮蔽效应。
医疗 2025年01月07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
高性能医疗器械用TC4EL钛合金丝材的制备技术

高性能医疗器械用TC4EL钛合金丝材的制备技术

摘要:针对高性能医疗器械用钛合金材料国产化替代需求,开展TC4ELI钛合金丝材全流程制备技术研究。基于工业大生产流程,系统研究了热加工及热处理工艺对TC4ELI钛合金丝材显微组织和力学性能的影响。研究结果表明,退火温度为650~700℃,屈服强度Rp0.2大于900 MPa,退火温度高于700 ℃时,屈服强度Rp0.2小于900MPa。采用“固溶+时效”热处理工艺可以获得屈服强度Rp0.2大于1100 MPa、抗拉强度大于1200 MPa级、伸长率大于10%、断面收缩率Z 约50%的高性能丝材产品。开发的工业化制备“固溶+时效”的热处理工艺方案可操作性强,产品性能稳定,具备产业化供应能力。
医疗 2024年12月24日
智能时代的脑科学与类脑智能研究

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。
医疗 2024年12月17日
基于无机纳米材料的抗菌抗病毒功能涂层和薄膜

基于无机纳米材料的抗菌抗病毒功能涂层和薄膜

摘要： COVID-19在全球的大流行对人类的健康生活和社会的正常运行都造成了严重的危害. 阻断致病微生物通过受污染表面与人类间接接触传播, 或者避免与其直接接触是保护我们免受伤害的主要方法. 目前的解决措施包括设计开发抗菌抗病毒表面涂层和研发由自清洁薄膜或织物制成的个人防护设备. 综述了近年来几种研究广泛的金属、金属氧化物、金属有机框架材料等用于抗菌抗病毒涂层或薄膜的工作, 对其作用机制和微生物灭活效果进行了总结讨论, 并且评估了其本身的毒性以及实际应用的局限性, 最后就抗菌抗病毒涂层和薄膜开发的挑战和新兴研究方向提出了未来展望.
医疗 2024年12月12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
压电生物传感器及其在医疗健康中的应用

压电生物传感器及其在医疗健康中的应用

摘要：随着社会经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，医疗健康已具有重要的战略地位。生物传感技术作为一种重要分析检测手段，在医疗健康领域发挥着关键作用。压电生物传感器是利用压电材料进行生物分析的一种新型生物传感器，具有稳定性好、检测速度快、精确度高、操作简单的优良特性，在生物医学、健康监护和疾病防控等领域具有重要的应用价值。本文综述了近年来国内外压电生物传感器的研究进展，介绍了基于石英晶体微天平压电效应的压电生物传感器的工作原理及常用的压电材料，包括无机压电材料、有机压电材料、压电复合材料以及生物压电材料。此外，还介绍了压电生物传感器在人体健康监护与疾病防控方面的应用，如心率、脉搏等生理性体征的监测，生物标志物及新冠肺炎等流行病毒的检测。最后总结了目前压电生物传感器面临的问题，并对其未来的发展进行了展望。
医疗 2024年12月09日
用于乳腺肿瘤细胞三维培养的纤维-水凝胶复合支架的制备及表征

用于乳腺肿瘤细胞三维培养的纤维-水凝胶复合支架的制备及表征

摘要:从力学性能和组成成分两方面还原乳腺肿瘤细胞的生长环境,开发了一种负载富血小板血浆的纤维-水凝胶复合结构支架。通过检测支架的元素组成和化学结构,确认支架中各组分的成功负载,并利用扫描电镜、溶胀测试和水接触角测试表征了支架的表面形貌和理化性能。研究表明:复合支架具有适用于物质传输的孔隙和利于细胞黏附的表面性能;加入纤维显著提高了水凝胶的力学性能,且复合支架具有与乳腺肿瘤组织接近的弹性模量((4.79±0.45)kPa);与二维(2D)培养和无纤维的水凝胶支架相比,复合支架上培养的乳腺肿瘤细胞增殖能力提高了33.1%,显示出细胞聚集成球的特性,并对化疗药物显示出更低的敏感性。复合支架有助于肿瘤学体外研究和预测抗肿瘤药物疗效。
医疗 2024年12月06日