基于DNA步行器的传感器技术在食品安全检测中的研究进展

随着DNA纳米技术的快速发展,各种结构和功能的DNA分子被用于构建具有动态行为的可编程纳米机器。其中,DNA步行器因其能够借助驱动力在预定轨道上自主、逐步移动以产生级联信号放大的优势,成为了生物传感、生物成像以及药物递送等领域日益增长的研究热点,在食品污染物快速超灵敏检测方面展现出巨大的应用潜力。本综述首先简要介绍了DNA步行器的基本原理,并着重阐述了提升DNA步行器行走效率的策略,然后总结了其在食品安全检测中的应用,最后对DNA步行器未来研究方向进行了展望,为推动其实际应用提供了理论指导。

基于DNA步行器的适配体传感器快速检测新冠病毒

为开发一种基于DNA步行器的适配体传感器以快速检测新冠病毒RBD。首先制备DNA walker与适配体的复合链,当新冠病毒RBD存在时,竞争性结合适配体,释放DNA walker。通过电还原和共价键和作用制得发夹探针修饰电极,利用DNAzyme驱动的DNA walker在电极表面持续行走,从而不断剪切电极信号探针,增强响应信号,实现新冠病毒蛋白快速检测。检测限(LOD)为3.3 pg/mL(S/N=3),线性范围为0.01~70 ng/mL。该适配体传感器具有优异的稳定性(RSD=4.51%)、重现性(RSD=2.87%)和选择性。在人唾液样本中检测SARS-CoV-2 RBD时回收率为104.51%~107.67%,RSD为4.39%~5.26%。

脊髓损伤患者,步行器安全使用4须知

脊髓损伤是临床中较为常见的一种损伤类型,其是在多种原因下导致的脊髓结构以及功能异常。当出现脊髓损伤后,有些患者会出现水平以下运动感觉、自主功能障碍,且脊髓损伤也会导致患者出现不同程度的肢体瘫痪。对于该类患者,恢复运动能力是关键所在,而临床常以步行器进行锻炼,但是在进行步行器练习的过程中,也有许多安全隐患.

双关节单自由度截瘫步行器的研究

本文对外动力式双关节单自由度下肢截瘫步行器的助行机理和设计方法进行了研究,论述了研究截瘫步行器的必要性和可行性。通过对健康人步态和动力学分析,导出设计目标函数,用优化方法对步行机构进行设计,获得了最佳机构参数。在工程允许的精度范围内建立了步行器运动状态的力学模型,通过动力学仿真分析,确定了配套的电动机和传动系统的参数,获得了理想的运动动态特性。

截瘫步行器对截瘫患者日常生活活动能力的影响

目的:应用自行研制的截瘫步行器(RGO),配合综合系统康复治疗,帮助脊髓损伤截瘫患者提高日常生活活动自理能力。方法:先后为16例T4-L1节段完全性脊髓损伤患者安装RGO,并于安装前后对其进行关节活动度、肌肉力量、平衡转移、站立和行走等综合康复训练。结果:16例截瘫患者装配RGO前后改良Barthel指数(MBI)分别为35.26±11.49分和58.69±15.75分;功能独立性测评(FIM)得分分别为57.64±16.37分和82.73±21.69分,其装配前后的MBI和FIM得分差异均有显著性意义(P<0.05);患者装配RGO后的MBI和FIM移动能力得分与安装前比较差异亦有显著性意义。11例患者达到功能性步行,5例可作治疗性步行。结论:完全性脊髓损伤患者可以应用RGO提高日常生活活动能力。RGO可以帮助截瘫患者实现功能性步行,提高生存质量。

往复式截瘫步行器及其在脊髓损伤患者中的应用

脊髓损伤（spinal cord injury，SCI）是因各种原因引起的脊髓结构、功能的损害，造成损伤平面以下脊髓功能（运动、感觉及反射功能）的障碍，胸腰段的脊髓损伤即截瘫。由于脊髓损伤后神经功能恢复困难，临床上只有L1以下的完全性截瘫经过训练才有获得站立及实用性步行的可能。

步行器助行步态稳定性监测系统研究

针对步行器助行过程中存在的安全问题,研制了一套步态稳定性监测系统。阐明了该系统的工作原理以及系统设计方案;通过相应的校准实验和对步行器使用者所进行的临床测试,证明了该系统具有精确、实时、使用方便的优点,并有望在康复临床中得到进一步的应用。

电驱动双自由度截瘫步行器的研究

外动力式截瘫步行器是一种辅助瘫痪病人站立、行走的特殊双足步行装置。作者对由直流电机直接驱动的截瘫步行器进行了研究，并提出了利用患者自身肌电活动信息控制释放步态驱动函数的控制双自由度截瘫步行器运动，使人的大脑能够通过中枢神经系统直接指挥步行机构运动的方法。初步的研究结果表明：肌电控制的电驱动截瘫步行器控制简单、动作自然、仿生性能好。

基于SPS型Stewart平台的两足步行器腿机构设计及仿真

在分析以往两足步行机器人结构的基础上,提出了采用并联结构作为步行器本体机构的设想.在对并联机构进行分析时,把图形学中的拓扑理论引入到空间并联机构这一特定领域中,并从理论上分析了步行器本体机构采用SPS型Stewart平台的可行性.最后通过仿真验证了步行器结构设计的合理性.

截瘫步行器的仿生效果

背景:截瘫步行器的临床应用,使截瘫患者重建步行功能成为可能,但截瘫步行器只为进行步行康复训练及简单的行走,距离真正意义上的步行功能代偿相差还很远。目的:对目前几种截瘫步行器的结构特点、作用机制及仿生效果进行归纳、分析。方法:应用计算机检索1990-01/2008-12PubMed数据库及万方数据库有关截瘫步行器的特点、仿生效果及临床应用方面的相关文献,英文检索词"reciprocation gait orthosis,walkabout,bionice",中文检索词"截瘫步行器,仿生"。检索文献量总计32篇。结果与结论:目前无动力截瘫步行器运用较广泛,但对截瘫患者来说,通常只为进行步行康复训练及简单的行走,距离真正意义上的步行功能代偿相差还很远。运用最广的往复式截瘫步行器和互动截瘫步行器这两种截瘫步行器仿生效果较差,步态严重失真,体能消耗大,而由外部能源补充能耗的步行器则可以克服无动力步行器的不足,随着人工智能技术在机器人和许多工业领域得到了广泛应用,它的发展可为患者提供性能优良,安全可靠,更具有仿生性的截瘫步行器产品。

基于OpenGL的步行器建模及运动仿真

传统步行器在结构上几乎都是基于串联形式,在此提出了一种新型的步行器机构,具体机构单腿为一并联Stewart平台。并联机构具有复杂的特性,为了分析的方便,利用软件OpenGL建立了步行器的三维建模,并在软件中进行了运动仿真,验证了结构的合理性。

基于步行器行走的上肢六维力传感器静态标定技术

本文针对步行器助行过程中上肢力提取问题,研制了一套上肢力提取系统,阐明了该系统的工作原理。通过对六维力传感器的线性和非线性标定和校准实验,对实验结果的分析表明了该标定系统设计及非线性标定方法的正确性和实用性。

步行器精密测力系统中的人工神经网络标定新技术

设计了一种可用于步行器精密测力系统标定的3层反向传播人工神经网络模型,以测力系统12导联应变片电桥输出电压作为网络输入向量,6个负载分量力作为网络输出向量,并通过目标误差下的绝对误差和对比确定出模型隐含层的最优神经元数.有关误差校验结果表明,使用该神经网络技术标定后的系统最大单向力精度误差为7.78%,最大交叉干扰为7.49%,与传统的线性标定方法相比,能够有效提高步行器受载力的测量精度并大大降低干扰误差,未来有望为步行器助行康复训练效果的准确监控和评估提供帮助.

截瘫患者使用截瘫步行器的护理

总结23例截瘫患者使用截瘫步行器的护理。护理重点是重视心理护理,使用截瘫步行器前全面评估患者的情况,确定适应患者后,进行佩带截瘫步行器上肢肌力、关节活动、坐位平衡、站立、步行训练及穿脱步行器的训练。23例患者应用截瘫步行器后重建了站立和行走功能,14例患者改良巴氏指数评分78～93分,佩带截瘫步行器生活完全自理;9例患者改良巴氏指数评分60～73分,生活基本自理。

微机控制截瘫病人步行器的研制

应用功能性电刺激恢复截瘫病人的行走功能是一种新的、有效的康复手段。本文介绍一种以肌电信号作控制信号,用微机控制的截瘫病人步行器。实验证明,这种步行器能使截瘫病人在自我意识的控制下完成坐下、起立、迈步行走等基本动作。

具有控制力约束的全方向步行器可靠跟踪控制

全方向步行器在实际使用过程中某个执行电机不可避免地会发生失效,从而影响训练者的安全,针对这一问题,研究了全方向步行器的可靠跟踪控制.基于冗余自由度思想,采用分离故障执行器的方法,利用无故障执行器实现康复者的安全跟踪训练.通过构造Lyapunov函数,保证了跟踪误差系统在全局坐标系下的渐近稳定性,结合双曲正切函数得到控制力约束型可靠控制器的表达形式.仿真结果表明,当某个执行器发生故障时,所设计的控制器能实现步行器的稳定运行,保障了康复者的安全.

基于步行器行走的上肢动力学研究

目前步行器已被广泛用于提高患者的行走能力和稳定性,但针对步行器有效使用的上肢动力学研究却开展得十分有限。本文提出了一种通过测量步行器行走过程中的力学和运动学数据,运用逆动力学反演来分析以关节荷重力矩表征的上肢动力学状况的新方法。其主要构件是一套新开发出的基于步行器的动态测力系统和Vicon运动分析系统,测试数据的采集对象包括七个健康青年人,使用模式为下肢半荷重(5 0 %体重)。测试结果验证了该方法的可行性和在步态研究方面的潜在应用前景。

步行器助行动力学参数检测系统的研制

为了准确获取步行器助行过程中的动力学参数变化,本文研制了一套基于柄反作用矢量(HRV)的新型力敏检测系统,利用安装在标准双轮步行器框架上的12导联应变片电桥网络来间接提取助行HRV信息,避免了测量程序对使用者行走正常步态的不利影响。相关12导传感系统标定采用三层BP神经网络映射计算方法,后期误差校验实验显示本系统的测力精度好于0.82%,迟滞度小于2.23%,交互干扰小于2.04%。考虑到临床操作便利,系统中专门设计了基于GUI的交互式数据处理界面。针对一例成年步行器使用者进行的测试结果表明其有望在康复临床上得到进一步的应用。

仿真发展概况及步行器图形仿真

本文对仿真的概念、发展阶段及其作用作了简要介绍,就步行器机构的工作原理及其仿真实现将要采用的软件作了分析和比较,并提出了自己的方案。