共轭高分子在脑机接口中的应用与展望

摘要:脑机接口能够在生物神经系统与电子设备之间建立双向通信,在神经科学研究、医疗康复和虚拟现实等领域发挥着重要作用. 共轭高分子具有柔性、良好的生物相容性和优异的光电特性,在柔性脑机接口中展现出巨大潜力,有望实现更高效、稳定和长期的神经信号采集与传输. 本综述总结了近年来共轭高分子材料在脑机接口领域的应用进展,介绍了导电共轭高分子电极在脑电信号采集中的应用,重点阐述了基于半导体共轭高分子的有机电化学晶体管器件在信号放大和提高信噪比等方面的独特优势.此外,还探讨了基于共轭高分子的水凝胶材料的潜力与发展现状,并总结了该领域的发展趋势及主要挑战. 综合分析表明,共轭高分子在推动脑机接口多功能化和长期稳定监测方面具有广阔前景. 未来研究应聚焦于开发高性能共轭高分子基水凝胶材料、优化器件结构和开展系统集成,以推动柔性脑机接口技术的发展.

益生菌/黑磷纳米片复合材料在肠炎治疗中的应用

摘要:长期暴露在重金属离子环境中或误食过量重金属离子都会导致重金属离子在肠道富集,进而引发肠道部位发生持续性的炎症,严重的甚至会导致其他器官发生病变. 因此,在肠道受损部位高效且持续性的清除重金属离子是治疗这一类疾病的关键. 为此,本研究设计、制备了一种益生菌/黑磷纳米片复合材料, 实现了肠道部位重金属离子的高效且持续性的清除,并且能够有效修复受损肠道. 通过静电相互作用将氨基封端的聚乙二醇(NH2-PEG2000-NH2)修饰在黑磷纳米片(black phosphorus nanosheets,BPs)表面,随后聚乙二醇化的黑磷纳米片通过酰胺缩合反应与鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus rhamnosus GG,LGG)结合,构建BPs-LGG益生菌/黑磷纳米片复合材料. 在重金属离子诱导的肠炎小鼠模型中,口服递送BPs-LGG后,鼠李糖乳杆菌能够将黑磷纳米片靶向递送至肠道受损部位并长期定植,从而在肠道受损部位持续、高效地清除重金属离子并缓解炎症. 该治疗策略具有良好的生物安全性,为治疗重金属离子引起的肠道疾病提供了一种安全、有效的思路.

氨基酸基材料在基因与药物传递领域的应用

摘要:氨基酸基材料如聚氨基酸、多肽、蛋白等具有独特的理化性质、生物活性和良好的生物相容性,在生物医学领域展现出广泛的应用前景,尤其在基因与药物传递领域. 本文介绍了不同类型的氨基酸基材料包括聚氨基酸、多肽、蛋白及其功能化衍生物在基因和药物传递中的应用及研究进展,简述了氨基酸基传递载体与其他材料比较的优势,总结了常见的提高氨基酸基载体性能的策略,重点分析了这些材料在促进基因与药物传递及提高疾病疗效方面的作用和机制,包括通过优化载体材料的结构与性能提高基因及药物传递效率;利用载体材料实现组织、细胞及细胞器的靶向递送、刺激响应性递送;提高载体克服细胞外及细胞内传递屏障的能力等. 指出了本领域所面临的问题和挑战,提出了对材料研发及实际应用的建议和思路.

医用镁合金性能及其合金化改善途径研究进展

摘要:医用镁合金耐腐蚀性能和强度相较于传统医用金属材料较差,严重限制了其在医疗器械领域中的应用。研究表明,合金化可以显著改善医用镁合金的性能,但是由于不同合金元素的加入对镁合金力学性能、耐腐蚀性能和生物相容性的影响不同,并且元素对合金的改善效果也存在差异。因此,研究不同元素的添加对医用镁合金性能影响具有重要的意义。本文首先综述了近年来对镁基合金力学性能、腐蚀降解性能及其生物相容性的综合研究,其次分析了镁基合金在添加了不同合金元素下的性能差异,并针对合金化后医用镁基合金材料的局限性,提出了未来发展建议,期望为今后的临床应用提供宝贵经验。

静电纺纳米纤维表面形貌的制备及其生物医学应用

摘要:通过模仿天然细胞外基质的成分和结构特性对材料表面形貌进行设计与调控,可获得新型仿生材料,并广泛应用于生物医学领域。其中,静电纺纳米纤维通过调控孔隙率、比表面积及微纳米结构等,可以模拟天然细胞外基质的结构,实现其生物功能。本文将提供不同表面形貌电纺纤维的概述。首先介绍静电纺丝的原理、设备和参数,然后讨论电纺纤维的4 种表面形貌:纳米孔、串晶、沟槽和皱缩结构的制备原理、方法及在生物医学领域的应用,并对该领域相关研究和研究现状进行评价。

面向抗肿瘤的可协同光热/化疗纳米体系的构建及其药物控释行为

摘要:传统治疗肿瘤的方式包括手术、放疗和化疗。手术治疗创伤大、易复发,放疗周期过长,尽管化疗被认为是消灭肿瘤细胞的首选但其存在着明显的毒副作用,长期化疗会严重影响患者的生存质量。因而,设计一种响应型功能载体实现抗肿瘤药物的高效运输及协同抑瘤在临床上具有广阔的前景。本文以CuS 为光热剂,采用溶剂热及去模板法在CuS 表面包被上介孔二氧化硅(mSiO2),借助mSiO2 的大比表面积制备出高负载盐酸阿霉素(DOX) 的纳米药物体系CuS@mSiO2-DOX。XRD、UV-vis、SEM、TEM 及DLS 结果证实成功的合成了颗粒尺寸约为300~400 nm 的CuS@mSiO2-DOX 纳米体系, 且DOX 的负载效率可高达99.76%。CuS@mSiO2-DOX 在pH=5.5、45℃ 的条件下24 h 时药物释放率达到63.44%,相比正常生理环境(pH=7.4、35℃) 释放率提高了近20 倍,呈现出明显的pH 及温度响应释放特性。对纳米载药体系CuS@mSiO2 的光热性能及体外细胞毒性进行了测试,结果显示CuS@mSiO2 表现出良好的光热稳定性、光热转换效率达到31.67%,且对正常的人肝细胞(HL-7702) 呈低毒性。CuS@mSiO2 纳米体系具有较好的生物相容性、良好的光热转换及载药性能,吸附DOX 后体系表现出优异的pH 及激光响应型药物控释性能,在联合光热-化疗协同抗肿瘤领域有望得到广泛应用。

植入式生物可降解电化学储能器件的研究进展

摘要:新型生物可降解的植入式医疗电子器件在个性化健康监测和疾病的精准诊疗方面展现出巨大的应用潜力. 然而, 真正实现临床应用还面临着诸多挑战, 尤其是缺乏与之相匹配的生物可降解能源器件. 现有的植入式电池体积庞大、封装坚硬, 与柔软的生物组织机械失配. 此外, 电池所使用材料包含有毒有害物质, 植入体内后存在严重的安全隐患, 更重要的是服役结束后需要通过二次手术移除, 这给患者带来了极大的身体和经济负担. 具有瞬态特性和良好生物相容性的柔性供能器件为解决以上问题提供了新的途径. 其中, 生物可降解电化学储能器件具有独立的供电能力, 基本不受外部条件约束, 这与植入式医疗电子的特殊应用场景完美契合. 基于此, 本文重点综述了面向植入式医疗电子应用的生物可降解电池及超级电容器的最新研究进展, 根据器件构型对其进行了分类讨论, 内容包括工作原理、材料选择、电化学性能、降解行为等. 最后探讨了各自所面临的一些问题和挑战,并对未来的发展方向进行了展望.

应对老龄化所致慢病的智能生物材料

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.

可吸收镁合金在生物医学中的应用现状与展望

摘要:可吸收镁合金具有良好的生物相容性、生物降解性和力学性能,使其成为理想的生物医学材料,目前在骨科及心血管领域已有一定的应用。然而,可吸收镁合金仍面临着生物降解性和耐腐蚀性之间的平衡、力学性能和组织相容性适配等方面的挑战。重点综述了可吸收镁合金在生物医学中的应用现状、存在的问题与挑战、可能的改进方案,并对未来应用做了展望。

生物炭光催化材料降解抗生素的研究进展

摘要:大量的抗生素被释放到自然环境中,对生态系统和人类健康构成潜在威胁。生物炭光催化材料通常具有污染物去除效率高、环境友好和能耗低等优点,在高效去除水中抗生素方面具有广阔的应用前景。生物炭的结构和化学性质提高了光催化剂的吸光性能、降解活性和稳定性。本文综述了生物炭光催化材料相对于生物炭吸附以及纳米粒子光催化降解水中污染物的优势,总结了溶胶凝胶法、超声法、水热法3 种制备生物炭光催化材料的方法,以及复合材料应用于降解水体中抗生素方面的研究进展,重点介绍了生物炭光催化材料降解水体中污染物的机理,最后对生物炭光催化材料未来的研究方向和发展前景进行了总结和展望,指出设计可规模化和实际应用的生物炭光催化材料将成为该领域未来的研究重点。