摘要："头脑风暴"是一种使每个人都能提出新观念、新想法,能创造性解决问题的集体训练法。"头脑风暴"是基于学生为《生物医学仪器实验》的主要设计者和完成者而设置的。学生主动参与设计实验,并且要不断地进行"头脑风暴"式的小组讨论完成实验并口头汇报实验结果。"头脑风暴"调动了学生对实验的掌控能力,使学生对实验的操作更为主动,并且促进了学生创新思维能力的发展和推动了表达交流能力的提高。

摘要：脑血管疾病是危害人类健康的常见病症之一,特别是脑卒中,具有高发病率、高致残率、高死亡率、高复发率和多并发症的特点。脑血管血流动力学参数和血流信号频谱特征参数是早期诊断脑血管疾病的重要参数,而颈总动脉是检测和分析这些参数的重要窗口。本文设计了一种能检测和分析颈总动脉血流动力学参数和血流信号频谱特征参数的系统和装置。将本文装置检测和分析的结果与日本Aloka公司的彩色超声多普勒检测和分析的结果进行比较,表明本文所设计的系统和装置具有较高的准确性,可提供更加丰富的颈总动脉血流动力学信息。与Aloka公司的彩超相比,该系统装置具有结构简单、经济实用、便于携带、操作简便等优点,可望应用于脑血管疾病的早期诊断。

摘要：本文提出一种固定股骨粗隆间骨折的简单并且有效的方法,通过对股骨头内的受力分析,设计出较为合理的固定方法,并通过实验得到了验证。临床实践证明,这种方法能发挥良好的作用。

摘要：空气中的病原微生物容易随气流快速扩散而造成大范围疾病疫情,现有技术方法均难以对其进行快速监测分析。该文以微流控技术为基础,结合空气流体芯片结构设计和液体LAMP扩增方法,构建了一种用于捕获和检测空气金黄葡萄球菌的微流控芯片系统,能在1.5 h内完成分析,结果肉眼可见,具有速度快、价格低和便携的优势,特别适合于对空气气流的现场快速检测。

摘要：目的临床上基于恒定转速的连续流人工心脏会产生脉动性降低的非生理性血流动力学效应,从而导致内皮功能失调以及外周血管和其他器官的不良事件。而人工心脏的脉动工作模式可以改善上述情况。然而人工心脏不同脉动工作模式差异化调控动脉内皮功能的规律及其机制尚不明确,导致其工作模式的优化选择缺乏依据。本研究旨在利用可实现长期细胞培养的体外微流控系统研究人工心脏脉动工作模式的血流动力学效应。方法本研究设计了一种由微流控芯片和多后负荷元件组成的体外内皮细胞培养系统,该系统可进行长期细胞培养,并能够准确再现动脉内皮微环境中的血压、剪应力、周向应变及三者之间的耦合关系。通过4种不同脉动工作模式对内皮细胞中一氧化氮和活性氧表达的影响来评估所设计系统的性能。结果实验结果表明,2~3倍心动周期的人工心脏脉动工作模式可显著增加一氧化氮的产生并防止活性氧的过度生成,从而有可能最大限度地减少人工心脏辅助时内皮功能障碍和相关不良事件的发生,并且与动物实验结果一致。结论这项研究可为心衰患者选择最佳的人工心脏工作模式和潜在治疗方案提供科学依据;设计的经济高效的体外微流控系统可用于开发和测试不同类型的机械循环支持设备。

摘要：目的微流控技术在模拟体内血流动力学微环境方面具有重要价值,但现有系统尚无法精准重现动脉内皮细胞所受血压、剪应力、周向应变及三者之间的耦合关系,同时也忽视了培养腔中细胞所受力学刺激的均匀性,导致细胞响应结果存在问题。方法本研究设计了一种由微流控芯片和后负荷元件构成的体外内皮细胞培养系统(ECCM),可精准模拟血压、剪应力、周向应变及其耦合关系,并通过在芯片内选定应力应变分布相对均匀的实验区域提升细胞研究的可靠性。随后,采用数值仿真和流体实验验证ECCM重现在体血流动力学信号的能力,并通过模拟心衰及机械循环支持装置(人工心脏、反搏设备)作用下的血流动力学信号,观察实验区域内细胞中一氧化氮(NO)和活性氧(ROS)的响应,来评估ECCM的力学生物学性能。结果仿真和实验结果表明,ECCM能够精准重现期望的血流动力学信号。此外,与心衰条件相比,机械循环支持装置显著提高了内皮细胞中NO的表达并有效抑制了ROS的过度产生,从而验证了ECCM在细胞力学生物学研究中的有效性。结论本研究为重现在体血流动力学特性提供了可靠的工具,并在细胞力学生物学研究中展现了巨大潜力,有望成为循环系统疾病研究、药物筛选及病理模型构建等领域的重要工具。

摘要：目的单细胞动力学探究力学和生化因素对细胞结构和功能及整体行为的影响,可比经典的单细胞生物学提供更全面的动态信息。基于微流控技术对力学和生化信号组合刺激下的单细胞动力学响应进行高通量的检测与分析。方法结合水动力学原理,优化设计可用于大量单细胞稳定捕获、且能定量加载相同动态力学与生化刺激的微流控阵列。

摘要：目的纳米颗粒入侵血管内皮是其人体输运的必然过程,也是产生有益或有害生物学效应的关键环节。现有研究已表明,血管内皮细胞会在血液循环过程中摄取纳米颗粒,但纳米颗粒在细胞及亚细胞层面的输运规律尚不清楚,且受血液流动影响。构建模拟在体血液流动环境的体外内皮细胞培养模型,研究纳米颗粒胞外输运-胞摄取-内扩散的入侵动力学过程。方法首先,设计和构建可精准模拟真实血液流动环境且适于检测纳米颗粒运动的微流控内皮细胞培养模型。

摘要：目的纳米药物在骨关节炎(osteoarthritis,OA)软骨损伤修复方面展现出巨大潜力,其修复作用不仅受软骨微观结构和内部关节滑液流动的影响,还受外部力学加载的动态调控。由于真实人体关节软骨环境极其复杂且是动态变化的,纳米药物的作用难以在体评估,相关规律和机制尚不明确。有鉴于此,本研究拟结合微流控芯片与仿软骨水凝胶构建可同步模拟真实软骨微观结构与力学环境的微流控软骨模型,为纳米药物治疗OA软骨损伤提供有效的体外分析平台。方法首先,基于天然软骨的微观结构和化学组成,结合液滴微流控技术,设计并制备具有类软骨陷窝微观结构且力学性能可控的水凝胶;其次,模仿人类关节结构,基于所发展的仿软骨水凝胶和微流控芯片构建微流控软骨模型;最后,结合显微粒子图像测速实验和细胞实验,验证所构建软骨模型的有效性和可靠性,进一步探索力学加载与纳米药物的协同效应在OA治疗方面的作用及机制。结果构建同步模拟真实软骨微观结构与力学环境的微流控软骨模型,揭示力学加载与纳米药物协同调控OA软骨修复的作用规律及潜在力学生物学机制。结论本文工作可为定量评估纳米药物并优化递送策略,进而改善OA药物治疗效果提供科学依据。

摘要：目的目前,动静脉内瘘(arteriovenous fistula,AVF)处不同特征壁面剪应力(wall shear stress,WSS)刺激引起的内膜增生是导致AVF狭窄与闭塞的主要原因。然而,相关的力学生物学机制尚不明确。方法本课题组前期通过构建微流控芯片系统,探索了AVF处内膜增生的力学生物学机制。首先,以AVF功能正常与失功的患者为采集对象,利用彩色超声多普勒仪获取病人AVF处不同位置血流动力学信号(轴心流速及血管内径等)的变化曲线;其次,通过血流动力学方法设计和构建微流控芯片及其外部流体驱动及信号检测系统;再次,整合芯片及其外部系统构建可重现AVF处血流动力学信号特征的微流控芯片系统,基于该系统研究AVF处不同变化特征的血流动力学信号刺激对胞内促细胞活性物质浓度的影响,进而分析AVF处内膜增生的力学生物学机制。结果和结论最后,通过血流动力学理论分析、数值仿真和实验结果发现,该AVF微流控芯片系统可重现体内AVF处的WSS信号;不同力学信号刺激下内皮细胞表现出不同特征的力学生物学响应。上述结果说明所构建的微流控系统可用于获取AVF处内膜增生的力学生物学机制,而且对应的细胞实验研究结果可作为今后优化AVF手术策略,以及防治AVF处内膜增生的理论依据。