荧光激活微液滴分选(FADS)技术助力新酶资源挖掘--中国科学院苏州生物医学工程技术研究所医药酶工程研究中心创新团队

酶是高效、高选择性、绿色环保的生物催化剂,在化工、诊断、医药、环保、食品、能源、农业、畜牧、纺织等社会生活的各个领域都发挥着重要作用.工业应用场景往往要求酶在高温、极端pH值、非天然底物等苛刻条件下进行工作,然而大多数天然酶的工作环境仅限于温和的生理条件,因而在应用中往往存在催化效率低、稳定性差等问题.定向进化技术是在实验室中模拟自然界达尔文进化的原理,可以在短短几个月时间完成自然界亿万年才实现的酶分子进化,大大提升了人类自主改造天然酶的能力,彻底改变了人类社会用酶"靠天吃饭"的困境,推动了酶工程领域的进步,因而该技术的发明人美国Frances H. Arnold教授获得2018年诺贝尔化学奖.

立足国家重大需求,探索科技成果转化新模式——以中国科学院对医疗器械产业成果转化模式的探究为例

医疗器械科技成果产业化是医药产业发展的核心环节。但是在我国医疗行业中仍存在科技成果转化率不高的问题,因此促进和加速科技成果产业化,已经成为我国科技政策的新趋势。鉴于此,中科院苏州生物医学工程技术研究所积极探索适合我国医疗器械科技成果转化的新模式,力图以机制创新加快推动医疗器械的产业化发展,增加研究所在科研成果转化方面的收益,推动地方产业发展。目前已经取得良好成效,对我国医疗器械的科技成果的转化与产业化有重要促进作用。

微流控液滴技术及其在生物医学分析中的应用进展

微流控芯片微滴技术作为一种基于微流控芯片的操控微小体积液体的新技术,以分散的微滴单元作为微反应器,它大大强化了微流控芯片的高灵敏度、低消耗、高通量和自动化等优点,受到日益广泛的重视,并在物理学、化学和生物学等领域中显示出巨大的应用潜力。文章叙述了微流控微滴领域的最新进展,对新的微滴生成技术及操控技术进行介绍,最后阐述了微滴技术在生物医学分析中的最新研究进展。

荧光碳量子点的制备与生物医学应用研究进展

碳量子点是一类具有优异的荧光性能和高生物相容性的纳米材料,在很多领域有广泛的应用,是目前研究的热点材料。本文介绍了碳量子点不同的合成方法,以及碳量子点的荧光、化学发光、电化学发光、类过氧化物酶的活性及毒性等性能的最新研究进展。此外,还对碳量子点在生物传感、生物成像及药物传递等生物医学应用进行了概述。

用于荧光显微技术的多波长激光耦合系统

为了满足荧光显微镜技术对多波长单模耦合输出激光的需求,研究了400~680 nm内多波长激光耦合进单模光纤的技术,设计了三片式耦合透镜组很好地消除了不同波长耦合时的色差以提高耦合效率,同时考虑光纤耦合调试难度大的问题,设计了能快速简单完成耦合调节的耦合光纤部件结构以及耦合调试的方法,通过实验测试荧光成像常用的4种波段激光(405,488,561,638 nm),耦合效率均大于65%。实验结果达到了较高的光纤耦合水平,证明该多波长激光耦合器性能优异。同时,由于耦合器装调简单且成本低,本文的工作具有进一步商业化的价值,且为多波长单模耦合激光器国产化打下了坚实的基础。

富血小板血浆来源的血小板细胞外囊泡分离技术与应用

背景:血小板细胞外囊泡是循环中最丰富的囊泡,富含丰富的生物活性分子、遗传物质及蛋白质等信息分子,参与细胞通讯和物质交换,不仅具有良好的促凝活性,还具有促进组织修复和再生的巨大潜力,在再生医学具有广泛的应用前景。目的:从血小板细胞外囊泡的分泌机制、在再生医学领域的应用及临床转化的限制因素进行阐述,为血小板细胞外囊泡的临床转化提供一些理论支撑。方法:应用计算机检索2005年1月至2023年8月PubMed数据库与血小板细胞外囊泡有关的文章,英文检索词为“platelet-derived,plateletrich plasma,extracellular vesicles,isolated,microvesicles exosomes,applications”,最后纳入符合主题标准的文献62篇进行综述分析。结果与结论:(1)活化的血小板细胞外囊泡可产生血小板微囊泡和血小板外泌体两种类型的囊泡,前者的分泌可能与肌动蛋白细胞骨架的不对称性相关,后者的分泌可能与H^(+)-ATP酶的调节相关。(2)血小板细胞外囊泡是血小板浓缩物和血小板本身的潜在效应物,可能通过促进血管生成、影响细胞行为、促凝与止血以及发挥炎症作用等几方面影响组织再生。(3)血小板细胞外囊泡在组织损伤、肌肉再生、软骨再生、骨关节炎等再生医学领域已有临床前报道,作为伤口愈合的潜在治疗方法已有临床试验数据,但血小板细胞外囊泡的分离方法、样本来源以及激活剂的种类等因素限制了血小板细胞外囊泡在再生医学领域的临床转化。(4)未来血小板细胞外囊泡可能成为再生医学中替代富血小板血浆的无细胞疗法,其临床转化还需要积极寻找鉴别血小板细胞外囊泡和血小板外泌体的特异性标志物,在激活剂刺激血小板细胞外囊泡产生的机制以及血小板细胞外囊泡的最佳收集方式、最佳储存方法、保质期限、临床应用的推荐剂量和最佳临床适应证还需要继续深入研究。

固态LTD的脉宽叠加技术仿真

针对脉冲电磁场生物医学应用中所需求的高电压大电流宽范围脉冲问题,文中采用脉冲叠加的方案设计了一种长脉宽固态直线型变压器驱动源(Linear Transformer Driver, LTD)。该LTD脉冲发生器为了突破脉冲变压器伏秒积限制下的脉宽范围,采用并联叠加的方式增加输出脉宽。设计了脉冲变压器的复位电路,提高了LTD输出脉冲占空比,能够实现最少支路LTD的多次脉冲叠加。通过Pspice搭建仿真电路模型进行仿真实验,结果表明在单匝脉冲变压器伏秒积为146 V·ms的情况下,实现单级电压为300 V,脉宽为1.6μs的脉冲输出,为其原伏秒积的3倍,且所提方案能够通过增加叠加脉冲个数来实现更宽范围的脉冲延长。

欧盟大型研究基础设施路线图的经验及对中国大科学监测评估的启示

欧盟于2018年8月发布了《欧盟大型研究基础设施路线图2018》,更新了对新提案的遴选机制和对项目设施和地标设施的评估和监测方法。本文基于对欧盟2006年至2018年5个版本路线图内容及特点的梳理,研究其演化历程和重点关注领域的变迁情况,并着重分析欧盟大型研究设施路线图的监测和评估机制,最终对中国制定大科学计划(工程)规划或路线图及其监测评估提出思考和建议。

大科学计划(工程)规划制定的国际经验及对我国的启示

为保持在科技领域的领先地位,汇聚和培养人才,提高全球竞争力,各主要国家/地区纷纷制定了大型研究基础设施战略规划(路线图)。本文对欧盟、英国、美国能源部制定的大科学规划以及俄罗斯拟制定的科研基础设施战略进行了对比研究及深入分析,认为各国(地区)制定大科学规划在管理实施模式、优先领域选择、设施遴选标准、分类支持体系、定期更新制度,以及风险评估等方面具有突出特点。在此基础上,提出了我国制定国际大科学计划(工程)战略规划的政策建议。

现代生物技术在植物病原菌检测中的应用

植物病原菌根据形态观察的方法进行分类鉴定比较困难。综述了国内外关于现代生物技术在植物病原菌检测应用的最新成果,旨在促进我国植物病原菌研究的快速发展。

巯基-金自组装单层膜在生物分析检测领域的技术应用及缺陷与改进方法

随着生物分析检测技术的快速发展,对痕量物质的快速、超灵敏、高通量检测需求不断增多。其中,以巯基-金为基础构建的自组装单层膜分析技术作为超灵敏检测分析系统的重要组成部分,以其形成自组装膜方便、分析响应迅速、易于和其他分析方法联合使用等优点,已得到了广泛的应用。首先对巯基-金自组装单层膜原理进行简单介绍,并对其在生物分析测试中的应用进行分类总结,同时对应用中存在的一些缺陷和改进方案进行了探讨。希望通过从原理、应用、缺陷到改进方法的总结,对未来巯基-金自组装单层膜的设计和研究具有一定的指导意义。

中国科学院苏州医工所提出进展期胃癌新辅助化疗疗效预测新方法

近日,中国科学院苏州生物医学工程技术研究所高欣团队联合山西省肿瘤医院,首次提出了一种基于人工智能的进展期胃癌新辅助化疗疗效预测方法.相关成果发表于Gastric Cancer.胃癌是一种起源于胃黏膜上皮的常见恶性肿瘤,其早期症状隐匿且无特异性,常与胃炎、胃溃疡等慢性疾病症状类似,极易被忽略,致使80%-90%胃癌患者初诊时已属进展期.目前,进展期胃癌患者的主要治疗手段是外科手术,但其预后不佳,5年生存率仅为30%.

编码发射技术在医学高频超声成像中的研究进展

高频超声成像以其高分辨和实时性好等优势成为近年来医学超声成像领域研究的热点。但由于超声的衰减随频率增加呈指数级升高,导致高频超声信号幅值小,图像信噪比低。为了增强高频超声成像的信噪比,近年来编码发射(又称编码激励)技术得到了越来越多的研究和应用。文章对近几年国内外编码发射技术在医学高频超声成像方面的应用和研究进展进行了综述,重点分析了Chirp码、巴克(Barker)码和格雷(Golay)码3种主要编码发射技术在高频超声成像方面应用的优缺点,并综合对比了各种编码发射技术在高频成像方面的应用前景。

基于深度学习的超声成像技术研究现状

超声成像技术以其无损、无辐射、实时性好、成像深度深和检查费用低等优点,是目前临床医学最常应用的影像技术之一。随着医疗技术的日益发展,兼顾高帧率和高质量的超声成像已成为临床上的迫切需求。深度学习作为能快速提取信号特征的技术,近年来已经在超声成像领域展开多种应用研究并产生了较好的效果,具有很大的应用前景。文章总结了基于深度学习的超声成像技术现状,重点介绍了超声成像技术中常用深度学习架构,列举了深度学习技术在超声成像中的应用,最后总结了目前深度学习在训练以及实现临床应用中可能会遇到的挑战。

光学相干层析技术在眼科手术导航方面的研究进展

在眼科显微手术中,传统的术中成像方式由于缺少深度信息,限制了内部结构和手术器械的可视化。光学相干层析成像技术(OCT)是一种非接触式断层成像技术,由于其能提供深度信息、非侵入、成像快、分辨率高等优点,被广泛应用于眼科手术的术中导航。典型的OCT设备可分为手持OCT和显微镜集成OCT。本文简要介绍了时域OCT和频域OCT的原理和发展,回顾了OCT眼科手术导航设备的发展历程,并对各个类别中有代表性的OCT系统进行了介绍,对其成像原理、性能、优缺点等进行了描述和对比,最后对该技术在眼科手术中的应用做出了总结和展望。

拉曼光谱技术在病原微生物检测中的应用

病原微生物是指可侵犯人体,引起感染的微生物,临床上由病原微生物感染引发的疾病极为常见。传统的临床病原菌诊断主要依赖于细菌培养,但此方法耗时长,往往需要2~5 d才能得到检测结果,并且存在部分细菌培养困难甚至无法培养的问题。在无法鉴别菌种以及药物敏感性的情况下医生凭借经验使用广谱抗生素,加速了细菌耐药性的产生。因此,病原微生物的高灵敏快速检测方法研究成为重要研究方向。拉曼光谱技术是一种对待测样品进行原位、非侵入性检测的技术,可在单细胞水平上提供微生物细胞中不同生物分子的指纹图谱信息,通过这些信息可以确定微生物的种类、生理特征和突变表型等,实现对微生物样品的快速检测。随着激光光谱学的快速发展以及临床需求的不断增加,促使了以拉曼光谱检测技术为核心的亚技术诞生(如:表面增强拉曼光谱技术、傅里叶变换拉曼光谱技术、激光共振拉曼光谱技术、共聚焦显微拉曼光谱技术、相干反斯托克斯拉曼光谱以及受激拉曼光谱等相关技术),同时改善了以往拉曼光谱技术信号强度弱的不足,以实现对微生物高精度的快速检测分析。凭借着其具有对样本的状态没有限制以及能够检测物质成分微小变化的优势,近年来对拉曼光谱在病原微生物领域的研究日渐增多。对微生物检测的研究现状进行了调查和分析,围绕着拉曼光谱技术原理对其在微生物检测中的应用进行了具体阐述,其中主要对该技术在病原微生物鉴定以及药敏检测中的研究进展展开讨论,并就其与传统检测技术之间的差别和优势进行分析,展示了拉曼光谱技术作为病原微生物的快速检测新方法的前景。

基于运动补偿的机械扫描式高频超声成像技术

由于高频相控阵超声成像系统和多阵元高频超声探头工艺复杂,成本较高、实现难度大,单阵元的机械扫描式高频超声成像探头因其结构简单、实现方便、成本低的特点仍具有较高的理论研究和实际应用价值。但目前机械扫描式成像系统的机械扫描的非均匀性是阻碍其性能进一步提升的主要问题,因此文章设计了一种高精度运动补偿的机械扫描式高频超声成像探头和系统,通过理论计算分析、运动系统结构设计加工、扫描成像系统搭建实现了高精度的扫描成像。最后,线靶和仿体的成像实验结果显示,经运动补偿后,系统能够有效克服传统机械扫描成像的伪影和失真,实现的横向几何位置精度误差为1.34%,纵向几何位置精度误差为1.33%,面积测量精度误差为3.15%,为高精度、高频超声成像算法和系统研究提供了一种有效的手段。

混合期刊中开放获取论文的引用优势研究——以生物医学工程方向期刊为例

【目的】分析开放获取论文是否具有引用优势,为我国开放获取出版发展提供参考。【方法】以开放获取发展相对完善的生物医学工程学科期刊为研究对象,取Web of Science核心合集数据库中工程-生物医学类目下的混合型期刊,比较不同期刊中开放获取论文的引用贡献率。【结果】工程-生物医学混合期刊中,开放获取论文的平均被引频次低于订阅论文,随着开放获取论文和期刊发文数量的增加,开放获取论文的贡献率降低,开放获取论文的贡献率与期刊引用指标间并没有确定的规律。在中等水平期刊中,开放获取论文的贡献率略高于订阅论文;而在低水平和高水平期刊中,开放获取论文的贡献率均低于订阅论文。【结论】工程-生物医学学科的混合期刊中的开放获取论文整体不具有引用优势,但对部分中等学术水平的期刊来说有一定的正面影响,中等水平订阅期刊可以适度考虑转型为混合期刊。

苏州地区献血者血小板HPA基因分型与CD36表型的研究

目的:进一步研究苏州地区单采血小板献血者HPA基因分型及其CD36抗原表型,为建立本地区血小板资料库及提高临床血小板输注有效性提供依据。方法:采用多重荧光PCR法对564例单采血小板献血者抗凝全血标本进行HPA-1~6,10,15,21基因分型检测,酶联免疫吸附试验检测血小板CD36抗原表达,借助流式细胞术对CD36阴性标本进行确认和表型分型。结果:564份标本中HPA-3、15基因型的杂合程度最高,其等位基因频率分别为HPA-3a 0.594、3b 0.406、15a 0.5275、15b 0.4725。苏州地区HPA-1a基因频率与英国白人、美国黑人差异有统计学意义(P<0.05),与南京、广州、黑龙江差异无统计学意义(P>0.05);HPA-2基因频率与广州、美国黑人差异有统计学意义(P<0.05);HPA-3和HPA-15基因频率与广州、黑龙江差异有统计学意义(P<0.05)。HPA-5基因频率与南京、广州、黑龙江差异无统计学意义(P>0.05),与英国白人、美国黑人差异有统计学意义(P<0.05)。CD36阴性标本12例(2.13%),其中1例为Ⅰ型CD36缺失,11例为II型CD36缺失。结论:苏州地区单采血小板献血者HPA基因型分布具有高度多态性,并存在种族和区域差异。

光通信系统复用专利技术分析

随着各种新的通信业务的快速发展,骨干通信网络带宽的需求迅猛增长,现有的波分复用系统已经不能满足日益增长的带宽需求,提高系统传输能力势在必行。而模分复用、偏振复用能够使光通信系统在不需要增加额外的带宽资源的情况下,一定程度地提高信息传输能力。因此,模分复用、偏振复用等复用方式成为学者和各公司研究的热点技术,其势必是光通信系统提升带宽的关键技术。