医用止血材料及产品研究进展

针对不同类型的出血创面,合理构建新型止血材料,实现出血伤口的快速止血,成为亟待解决的问题。本文综述了国内外止血材料及其产品的应用现状,重点讨论了新型止血海绵、止血纳米纤维膜、止血水凝胶、止血微球以及止血组织粘合剂医用材料及产品的最新科研进展。

三组分串联反应区域选择性合成双吲哚衍生物

报道了一种微波辅助的区域选择性反应,该反应从芳酮醛水合物、N-芳基烯胺酮和吲哚出发,通过改变取代的吲哚底物来获得3,2′-和3,3′-双吲哚衍生物。该方法具有区域选择性高、反应时间短、操作简单等显著优点。

基于改进APF-QRRT^(*)策略的移动机器人路径规划

针对Q-RRT^(*)算法在路径规划过程中无法兼顾可达性和安全性的问题,提出一种改进APF-QRRT^(*)(IAPF-QRRT^(*))路径规划策略。IAPF-QRRT^(*)策略通过Q-RRT^(*)算法获得一组连接起点到终点的离散关键路径点,较传统的快速搜索随机树(RRT^(*))算法具备更好的初始解和更快的收敛速度。改进传统人工势场(APF)方法获得一种新的无势正交向量场,在一定条件下使整体排斥向量场与吸引向量场正交,并将其作用于关键路径点,从而提高路径的安全性。将IAPF-QRRT^(*)策略与其他算法比较,通过数值模拟实验证明了所提策略的有效性。

复合软骨修复材料支架的构建

目的:构建一种脱细胞软骨/GelMA复合材料支架用于修复软骨缺损。方法:对α-1,3-半乳糖苷转移酶基因敲除(GTKO)猪肋软骨脱细胞处理,得到低免疫原性脱细胞软骨基质,进行4,6-脒基-2-苯基吲哚(DAPI)染色、DNA含量检测评估脱细胞效果,苏木素-伊红(HE)染色、Masson三色染色分别评估细胞外基质结构及蛋白保留情况。再将脱细胞软骨冷冻研磨成粉末状,选取聚合物甲基丙烯酰化明胶(GelMA)溶液与脱细胞软骨粉末按不同比例均匀混合,制备一种可注射型生物材料,经紫外交联后获得可生物降解的复合支架,通过溶胀性能、储能模量检测对支架进行表征,并观察支架上细胞增殖情况。结果:天然软骨DNA含量为161.2ng/mg,脱细胞软骨DNA含量仅为15.27ng/mg,该种脱细胞方法效果良好。HE染色显示细胞外基质结构完整,Masson三色染色显示脱细胞组织保留了大部分细胞外基质成分。与纯GelMA相比,脱细胞软骨/GelMA复合支架溶胀率低,力学强度稍强。骨髓间充质干细胞能在支架上黏附并增殖。结论:通过可注射型脱细胞软骨/GelMA复合材料制备的支架具有低免疫原性,适宜的储能模量,良好的生物相容性,适用于软骨修复。

用于文物清洁的多功能水凝胶研究进展

文物的清洁与修复是一项精细而富有挑战性的工作。许多文物不仅具有粗糙和坑洼的表面,还对有机溶剂或水性溶剂表现出较强的敏感性。传统的清洁方法已无法达到良好的清洁效果,甚至会对文物造成损坏。水凝胶材料可以有效控制溶剂释放,且对文物表面污渍具有良好的清洁效果,因而备受修复人员关注。比较分析了传统清洁方式与水凝胶清洁方式的特点,概括阐述了水凝胶结构和分类,并列举了不同种类水凝胶的文物清洁案例,最后提出了水凝胶当前存在的问题和未来发展趋势。

靶向共传输吲哚菁绿／紫杉醇缓释载药纳米胶束的制备与生物安全性评价

目的构建吲哚菁绿与紫杉醇共传输的纳米胶束载药体系并评价载体的生物安全性。方法合成三嵌段的聚合物聚乙二醇一聚己内酯．聚乙烯亚胺（PEG—PCL—g—PEI），利用胶束自组装形成的聚己内酯疏水内核装载紫杉醇药物；同时，利用胶束表面正电荷，完成吲哚菁绿的表面吸附，从而制备吲哚菁绿／紫杉醇共载胶束。通过细胞毒性检测、药物体外释放、近红外热成像等体内外实验检测，检验共载胶束的可行性；利用小鼠血生化、血常规实验评价聚合物载体的生物安全性。结果通过共载胶束理化性质表征证实该药物载体能够同时负载吲哚菁绿与紫杉醇，载药量与包封率最好的为单甲氧基聚乙二醇（MPEG）2000-PCL6000-PEI2000组，包封率达到（87．2±4．4）％，载药量为（9．5±3．5）wt％；同时，热成像检测证实共传输体系具有良好的肿瘤靶向，能够实现药物的靶向递送；聚合物胶束的生物相容性良好，小鼠血生化／血常规检测结果显示胶束无明显系统毒性。结论三嵌段的聚合物聚乙二醇-聚己内酯-聚乙烯亚胺阳离子胶束能够实现光敏剂与化疗药物的共同装载，并实现药物缓释靶向递送。

基于超高分辨率和超长深度光学相干层析成像技术的悬尾鼠航天相关神经眼综合征研究

为研究航天相关神经眼综合征(SANS)相关特征参数与微重力的相关性,以Sprague-Dawley(SD)大鼠为悬尾动物模型,构建了超长扫描深度的光学相干断层扫描(ULOCT)装置,测量大鼠眼部特征参数(角膜、前房、晶状体厚度和玻璃体腔深度及眼轴长度),以及视网膜超高分辨率(UHROCT)测量装置,测量大鼠眼底亚层结构参数(视神经层、视网膜内层、视网膜外层、脉络膜和巩膜的厚度)。结果表明大鼠悬尾1月后,眼底彩照未见明显视盘水肿等症状,但OCT结果显示大鼠眼结构发生明显改变:角膜变薄(p<0.01),眼轴缩短(p<0.05),视网膜外层变薄(p<0.01)。这些特征参数变化(尤其是眼轴明显缩短)展现了SANS亚临床前期的症状。本文为后续微观层面的SANS分子机制研究提供了宏观动物模型以及在体眼部测量新方法。

琼脂糖/ε-PLL/CHA屏障膜的制备及其抑菌能力和生物性能评价

目的:制备琼脂糖/ε-聚赖氨酸(ε-PLL)/碳酸羟基磷灰石(CHA)新型牙周引导组织再生(GTR)屏障膜,并评价其生物相容性和抗菌性能。方法:首先采用水热法制备CHA,通过扫描电镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)分析CHA的形态和构象;采用琼脂糖水凝胶包载CHA和ε-PLL制备屏障膜;流变仪检测屏障膜的机械性能;活细胞/死细胞(Live/Dead)染色检测生物相容性;抑菌环实验证实对金黄色葡萄球菌的抗菌性能。结果:SEM及FTIR分析表明成功合成中空柱状的CHA。CHA浓度的增加,显著增强其机械性能;Live/Dead染色结果显示屏障膜具有良好的生物相容性;在屏障膜周围可见明显的抑菌环。结论:成功制备琼脂糖/ε-PLL/CHA屏障膜,并证明其具有良好的生物相容性及抗菌性能。

软介质变形影响分子键群簇结合率的机理研究

细胞与细胞外基质(基底)之间经由黏附分子键形成的特异性黏附是许多生理病理现象中共同涉及的基础生物学过程。作为一种软介质材料,细胞与基底在正常力学刺激下的变形,通常与相关黏附分子键的变形相当,使得黏附分子键的结合过程极大地依赖于细胞及基底的变形。然而,传统理论在考虑分子键的结合率时,并没有意识到或者考虑到这一介质变形与分子反应完全耦合的重要影响,导致由传统理论得到的预测结果有时并不能很好地吻合实验现象。

生物立方膜

脂质立方液晶在药物载体方面有着较为广泛的应用.然而在生物体内,有一种与之类似的结构,称为立方膜.具体而言,立方膜就是指含有脂蛋白的三维周期性脂质双分子单层、双层或多层的纳米曲面结构.亚细胞器中的这种生物立方膜结构可能也能作为药物载体,同时有抗氧化、紫外滤光等潜在作用.本文将主要介绍立方膜的研究进展、形成机理,以及在自然界中的存在情况,及其功能和潜在的应用价值.

基于自适应有限时间控制策略的高分辨率显微镜运动控制

针对大数值孔径显微成像技术对物镜位移台提出的长行程、高精度和大负载的要求,提出了一种非线性鲁棒运动控制策略以实现物镜位移台的精密运动。设计了大数值孔径显微镜的光路系统、虚拟样机以及由滚珠丝杠驱动的物镜位移台,采用双螺母预紧的方式消除滚珠丝杠传动间隙。将自适应技术引入非奇异终端滑模控制,实现系统状态的有限时间收敛,提高系统鲁棒性。针对滚珠丝杠传动机构内部的非线性摩擦效应,采用时延估计技术实现摩擦力的在线估计和实时补偿,将时延估计技术和自适应非奇异终端滑模控制相结合获得无模型控制特性。通过Lyapunov理论证明了闭环系统的稳定性。搭建了一个高分辨率的光学显微镜,实现物镜位移台的精密运动,采集到小鼠心肌细胞的显微图像,证明了所提算法的有效性。

表面拓扑结构引导的多模态细胞力学刺激芯片

目的机械拉伸对各种生理病理现象具有重要的调控作用。然而,传统机械拉伸方法要么存在拉伸模式单一,无法动态调控应变模式实现多模态的拉伸刺激来模拟体内动态变化的力学刺激;要么存在通量低、加工工艺复杂等问题,限制了它们的发展及应用。方法鉴于此,本研究受拓扑缺陷原理的启发,在传统基于微流控技术的气动鼓泡拉伸芯片的膜表面引入脊状结构以调节膜表面应变场模式。结果和结论通过有限元仿真与实验标定发现表面脊结构可以直接将原本的等轴拉伸模式改变为标准的单轴应变模式,并且与脊的宽度无关。细胞排向实验也进一步证明了芯片的单轴应变性能与稳定性。同时,通过控制脊的宽度和高度可以容易地实现多模态应变场的调控,以及通过构建阵列化的鼓泡区域实现高通量的力学刺激。总之,本文提出了一种改变表面应变场模式的智能方法,并构建了一种简单有效的高通量气动单轴拉伸平台,该平台不仅可以实现多模态的机械刺激,还为研究单细胞或多细胞(组织或类器官)的多尺度力学感知行为与力生物学调控机制提供新技术与方法,对深入理解力学因素在相关生理病理现象中的作用及力学生物学机制具有重要意义。

探究四聚体超表面中多极准连续域束缚态的调控机制

本文设计了由四聚长方体组成的全介质超表面,其中每个长方体刻蚀两个椭圆柱并填装空气.当分别为超表面单独引入面内对称破缺、位移扰动和周期扰动时,可在近红外波段产生稳健的准连续域束缚态模式(quasi-bound states in the continuum).通过测量准BIC (quasi-BIC)模式的谐振波长,计算准BIC模式的Q因子(quality fector)与不对称参数的关系,可进一步证实不对称参数对准BIC共振频率和Q因子的可调谐性.在此基础上,当同时引入面内对称破缺、位移扰动和周期扰动时,可获得5个高Q因子的准BIC模式.共振峰的数量、位置以及Q因子都可通过调整面内破缺、位移扰动和周期扰动的程度进行调控.该超表面的设计可为传感器的多参数传感以及灵敏度等性能的提升提供一种全新思路.

力学增强的消化道类器官构建及其失稳驱动的形态发生机制

目的区域特异性肠道球体是消化道和肺部类器官的前体,在基础和转化应用研究方面都有很大的前景。然而,目前高效的构建肠道球体仍具有极大挑战,因为对肠道球体形态发生过程的控制,及其调控机制尚未彻底研究清楚。方法本文研究报道了一种高效的基于生物材料的系统,即微图案肠道球体发生器(μGSG),通过力学增强的组织形态发生,构建了基于人类多能干细胞分化的肠道球体。结果发现,μGSG增强了肠道球体的生物发生,而与微图案的形状和大小无关;相反,机械力诱导的细胞聚集及多层堆叠是促进肠道球体高效构建的必要条件。结果和结论结合实验结果和活性相场形态力学理论,揭示了力学失稳是驱动由干细胞发育而来的消化道组织出芽、成球、断裂的形态力学机制,并利用生物力学相图刻画了组织表面张力调控的形态发生过程。研究工作揭示了基于组织结构和表面张力的力学-生物学耦合新范式,为类器官构建与深入研究组织形态发生的机制提供了新方法和新思路。

幽门螺杆菌抗生素耐药性基因检测:下一步?

抗生素耐药性是目前幽门螺杆菌(Helicobacter pylori,H.pylori)根除治疗失败的重要原因。对于提高临床治疗效果,在某一地区的人群中H.pylori耐药发生率也应考虑。高效、快速、准确地检测出H.pylori抗生素耐药性和及时监控群体耐药发生率对提高临床治疗效果具有重要意义。目前,H.pylori抗生素的耐药机制逐渐清楚,这有助于探索新的检测方法、尤其是核酸检测技术。该文总结了用于H.pylori根除治疗最常用抗生素的主要耐药机制,并着重回顾了H.pylori抗生素耐药的基因检测技术进展,以期对改进H.pylori抗生素耐药的分子诊断提供理论指导和实践借鉴。

基于壳聚糖/聚丙烯酸/纳米银的高强抗菌水凝胶

首先以丙烯酸(AA)和壳聚糖(CS)为单体、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,通过光聚合法制备了CS/PAA双网络水凝胶,然后将Ag+以硝酸银的形式分散在水凝胶中并通过紫外光辐照获得CS/PAA/纳米银复合水凝胶,并对复合水凝胶的抗菌性能进行研究。采用红外光谱对其结构进行表征,研究单体含量对水凝胶力学性能以及溶胀行为的影响。结果表明,当丙烯酸质量分数为20%,壳聚糖质量分数为5%的情况下,水凝胶的拉伸性能最优。此外,纳米银的引入有效提高了水凝胶的抗菌性能。

介孔二氧化硅包覆金纳米双锥近红外光响应药物载体的构建及抗菌性能

目的制备介孔二氧化硅包覆金纳米双锥的药物载体,研究其表征、生物相容性、载药性能、近红外光响应性能及抗菌性能。方法运用晶种介导方法合成金纳米双锥,并在其表面包覆介孔二氧化硅,采用扫描电镜、透射电镜和紫外分光光度计对其进行表征,并通过MTT实验检测其生物相容性;观察其米诺环素负载率及近红外光照射对其药物累积释放率的影响。结果成功制备介孔二氧化硅包覆金纳米双锥药物载体,透射电镜下可见无序的孔隙结构,对细胞增殖无明显影响,药物负载率为76.5%,经近红外光照射后药物累积释放量上升41.7%。体外抗菌实验显示显著抑制细菌生长达90%。结论介孔二氧化硅包覆金纳米双锥药物载体具有良好生物相容性、近红外光响应药物释放及抗菌作用,在牙周局部缓控释抗菌中有应用的潜能。

可吸收止血材料的研究与应用进展

在意外事故及手术中,不可控的大量出血是导致人员死亡的主要原因。性能优越的可吸收止血材料能够加快凝血过程,从而挽救患者生命,提高存活率。由于可吸收止血材料具有生物可降解性能,在完成止血功能后,无需再次取出,安全高效。近年来基于不同的止血机理的、性能优越的止血材料和止血产品层出不穷,在体表止血和手术止血中发挥了重要的作用。本文综述了国内外可吸收止血材料及产品应用情况,并对可吸收止血材料的研究方向进行了展望。

不同量β-TCP对PLGA微球支架的抗压强度、孔隙率和细胞相容性的影响

通过乳液溶剂挥发法制备复合微球,然后对微球进行烧结处理得到微球支架。通过调节β-tricalcium phosphate(β-TCP,β型磷酸三钙)的添加量来调节微球支架的抗压强度、孔隙率和孔隙连通率,进而得到一种在抗压强度上满足人体骨组织修复的需求且孔隙率和孔隙连通率均利于细胞进入支架内部的微球支架。经过测试观察,在poly(lactic-co-glycolic acid)(PLGA,聚乳酸-羟基乙酸共聚物)微球中分别加入0.1、0.2、0.3和0.4 gβ-TCP后,与纯PLGA微球相比发现添加有β-TCP的微球表面粗糙,且粗糙度随着β-TCP量的增加而增大。在70℃下经过1 h烧结后,发现随着β-TCP量的增多,支架中微球之间的粘结程度逐渐下降,孔隙率和平均孔径逐渐增加。当β-TCP为0.3 g时,平均孔径达到84.34μm,超过细胞进入支架的最小孔径80μm,利于细胞在支架内部生长。随着β-TCP增多,支架的抗压强度先增大后减小,当β-TCP为0.2 g时,抗压强度最大,为(6.05±0.74)MPa。这是因为β-TCP的抗压强度较高,复合到PLGA微球当中可以提升支架的抗压强度。当β-TCP含量过高时,微球之间粘结程度过小,连接不牢固,进而降低了支架的抗压强度。通过检测得出支架的细胞相容性会随着β-TCP的增多而增强。从抗压强度、支架平均孔径、孔隙率和细胞相容性等方面综合分析,PLGA/β-TCP 0.3微球支架在骨组织修复方面具备较好的应用价值,可望成为一种理想的骨修复材料。

线粒体膜完整性对细胞命运的调控

线粒体双层膜的完整性是细胞存活的关键因素,其遭到破坏后会使细胞发生凋亡、焦亡或炎症。线粒体膜的破坏包括线粒体外膜通透、线粒体内膜通透、通透性转换,三者可通过调控不同的信号通路导致不同的细胞命运。然而,这些信号通路之间存在交叉关联,使得线粒体膜对细胞命运的调控错综复杂,导致人们对其机制缺乏清晰的认识。本综述首先分析了不同程度线粒体外膜通透在细胞存活、癌变或凋亡中的作用,接着讨论了线粒体内膜通透通过引发线粒体DNA释放促进炎症发生的分子机制,然后阐述了线粒体通透性转换引发焦亡的作用机制,最后总结出线粒体膜完整性影响细胞命运决策的内在关联。深入了解线粒体膜完整性调控细胞命运的分子动力学机制,有助于为癌症和神经退行性疾病的诊疗提供思路。