摘要：目的人类能够轻松感知抓握物体的形状和纹理。然而,对于可穿戴设备而言,像人手一样准确识别物体仍然是一个挑战。方法在本研究中设计了一个实验,要求受试者抓握3个柔性物体(圆柱形、球形和椭球形气囊),同时通过在手上粘贴22个FSR传感器以采集触觉数据。首先利用递归特征消除算法,结合交叉验证策略,排除对抓握识别任务贡献较小的传感器,确定最佳的传感器及其位置。其次通过6种机器学习分类器(LR、SVM、KNN、LDA、RF和MLP)验证所选传感器在抓握识别中的表现。最后根据最佳的传感器位置将7个传感器安装在开发的智能手套上,并设计了新的实验来检验手套在任意抓握柔性物体中的识别表现。结果使用7个传感器的平均识别准确率(ACC=93.97%±6.27%)与使用22个传感器的平均识别准确率(ACC=97.78%±3.53%)相当。此外,参与者在以任意力量进行抓握时,手套仍然表现出了非常高的平均识别准确率(ACC=91.67%±2.28%)。此外,通过相关性分析,确定了抓握不同柔性物体时,不同手部位置传感器对抓握的贡献和相互作用,这有助于理解传感器被选择或剔除的原因。结论充分的验证和分析表明,本工作提供了一种通过仅有少量传感器的低成本手套来实现柔性物体识别的简单解决方案。

摘要：目的椎间盘退变在人群中普遍存在,在形态学上始于髓核组织的外基质变性。临床中使用具有一定活动性的人工假体替代退变髓核的支撑及活动功能,这难以实现退变髓核生物学功能的完全恢复。可降解材料的快速发展为髓核组织退变后的功能重建提供了良好前景。然而,当前组织工程研究中往往专注于髓核生物学功能的重建而忽略了支架生物力学环境的构建,这给病人术后恢复带来困难,严重者更可能造成支架递送的有效成分被挤出而导致治疗失效。

摘要：目的弥散性轴索损伤(DAI)是颅脑外伤中常见的病例类型,主要由旋转冲击造成,可引起患者认知、行为、情感障碍或死亡。现有技术DAI模型具有瞬时单次、混合线和旋转运动、接触性撞击产生其他局灶病等的缺陷,本研究开展了新的可重复、纯旋转冲击、无其他局灶病的旋转冲击伤DAI动物模型的研制与验证,为DAI损伤机理、损伤耐限/阈值、损伤防护等研究的开展搭建研究平台。方法(1)采用高电频马达旋转直驱方案,带动动物载物台的急启急停,并研制机械系统、PLC控制系统、软件系统、动物固定系统、动平衡配重系统等,通过装配、测试、优化改进、调试等方法,研制旋转冲击伤DAI动物模型。(2)在该DAI动物模型基础上开展动物旋转冲击实验,从磁共振成像(MRI)影像、大体解剖、切片病理技术等几方面研究其损伤情况。结果MRI扫描显示胼胝体损伤,FA降低;大体解剖发现脑膜、胼胝体、大脑皮层与中脑交界处出血灶;用苏木精和伊红染色对脑切片进行病理检查,可发现大脑皮层和脑干的这些区域也出现了细胞水肿、细胞核溶解的现象。结论该旋转冲击伤DAI动物模型设计合理,可引起白质损伤,没有内脏或颅骨等其他病灶伤,可用于多物种动物的旋转DAI实验。

摘要：目的拉伸成骨细胞可以调节细胞的增殖分化等。目前的研究主要集中在应变大小、加载时间和频率上,忽略了不同加载类型产生的各个方向不同应变的影响。考虑到细胞在体内也经受复杂的力学环境,故探究不同加载类型的应变对成骨细胞的影响,可以进一步理解细胞的力学反应机制,并指导组织工程支架设计。方法通过改制Flexcell设备对成骨细胞MC3T3-E1分别施加横向应变与轴向应变的负比值(NR)为0,大小为3%、6%、9%的应变和大小为6%,NR为-1、0和0.2的应变。利用CCK-8检测细胞增殖,通过免疫荧光获得细胞骨架粗细、细胞与细胞核面积等参数,计算YAP表达的核质比。对细胞进行光学拍照,观察牵张类型对细胞排列的影响。结果相较于其他所有应变组,成骨细胞MC3T3-E1在受到应变为6%,NR为0%的应变时,增殖速度更快,细胞核面积和细胞质面积更大,细胞骨架更粗,细胞核厚度更低,细胞核内的YAP增加。大小为6%时,NR为-1的应变没有明显改变细胞的排列,NR为0相比于0.2的应变细胞更快且均匀的垂直牵张方向排列。结论大小为6%,NR为0的应变使细胞骨架变粗,增加了对细胞核的压力,使细胞核变扁,促使YAP向细胞核内转移,从而促进了细胞的增殖。同时该应变也加速了细胞垂直于牵张方向应变排列的过程。

摘要：临床上植介入器械对于外科治疗效果提升具有重要意义。比如骨钉由于松动脱出率高导致术后翻修率高,具有负泊松比效应的拉胀微孔结构单元用于骨钉设计可提升抗拔出性能,进而提升其稳定性,但多孔结构设计会影响其疲劳特性及在体使用寿命;特殊结构的支架设计对于性能改进也具有重要作用。本研究针对材料、结构优化开展研究,并基于力学、材料学、生物学测试方法开展体外和动物体内实验验证。创新型植介入器械的植入后性能发现结构设计对于植入后的生物学效应、力学适配性、诱导再生能力等均具有重要影响,比如植入骨钉的骨整合性能、支架进入体内后的内皮化速度、在体的移动性能等。植介入器械的结构设计及方法创新在其临床化过程中至关重要,基于生物力学的结构设计对提升设计效率、增强功能方面具有重要作用,对于临床治疗具有重要指导。

摘要：目的血管介入支架技术可有效治疗血管狭窄,但支架介入后的血管再狭窄问题目前未能得到解决,主要原因是血管支架的应力集中促进平滑肌细胞增殖,同时异物反应导致炎症反应增强。本文设计制备了可降解自贴合于血管内皮的智能变形覆膜,可有效减少血管支架的应力集中并降低介入部位的炎症反应。方法通过微波预聚合成聚十二烷二酸甘油酯(PGD)前体,调控合成条件,检测其力学和热力学性能,并测量其形状记忆功能、亲疏水性、溶胀率、降解动力学曲线及生物相容性。随后通过静电纺丝制备血管支架覆膜,并通过体内、体外实验验证其介入过程的有效性和降低炎症反应、减少应力集中的功能。结果通过微波预聚的PGD可实现快速合成,具有良好的形状记忆功能和生物相容性。亲疏水性、溶胀率和降解动力学曲线与热固化PGD一致。经过体外实验验证,该材料具有极低的溶血、凝血率。动物实验发现,本文制备的支架覆膜可实现介入过程,未发现支架及覆膜的脱落,与无覆膜支架相比,有更低的炎症反应和更快的内皮化速度。结论本文设计制备的血管支架覆膜,可以有效降低介入部位的炎症反应及应力集中作用导致的内膜增生,同时可加快支架及覆膜的内皮化速度,为血管支架设计提供新思路。

摘要：目的探明Irisin能否促进损伤肌肉再生及其分子机制。方法本研究设计了一种新的局部药物递送方法,采用水凝胶作为载体将Irisin包裹其中,并将其植入大鼠肌肉损伤部位,随着水凝胶的逐渐降解,Irisin被释放到损伤区域。本研究设置了对照组、水凝胶组、Irisin组三个实验组,利用组织学和免疫学的手段,探究Irisin对肌肉损伤部位的修复效果及分子机制。结果研究结果表明Irisin增加损伤肌肉肌纤维的横截面积和肌纤维的数量。在研究分子机制中发现损伤修复初期,Irisin组较水凝胶组有更多呈中央核分布的肌纤维;Irisin组和水凝胶组均能促进卫星细胞激活与成肌分化,Irisin作用效果略微更佳;Irisin在损伤肌肉修复均未观察到明显的神经再生;在研究Irisin对免疫细胞招募作用中发现,Irisin较水凝胶组能观察到更多M1巨噬细胞的浸润,但并未发现Irisin组中M2巨噬细胞极化数量比水凝胶组多;还发现Irisin组和水凝胶组均能促进损伤肌肉部位抗炎症因子TGF-beta和IL-10的表达,其中,Irisin对IL-10表达的促进效果更为显著。结论Irisin能促进肌肉损伤肌纤维再生;Irisin可通过激活卫星细胞来促进损伤肌肉的再生;Irisin对肌肉纤维神经连接的再生未见显著作用;Irisin对免疫细胞的招募浸润以及抗炎症因子的表达具有显著促进效果。

摘要：目的临床上肠道给药存在响应慢、药效差、量难控等问题,严重制约了口服大分子类药物的有效性,亟待寻找突破以上问题的新思路和新方法。本研究以豆荚双稳态弹射结构为灵感,提出一种新型仿豆荚肠道给药系统。方法基于豆荚弹射前后的平坦及手性螺旋荚瓣构型,该肠道给药系统由p H敏感肠溶性外壳、机械锁定水溶性包衣、互为手性的螺旋状温敏形状记忆聚合物及药物微针构成。本研究对形状记忆聚合物转变温度、力学性能进行调控,结合数值仿真模拟形状记忆聚合物弹射药物微针过程,探究形状记忆聚合物合成参数、结构参数与储能模量之间的定量化关系,并通过离体小肠及在体实验对系统的可行性和有效性进行验证。结果在体动物实验验证,系统可实现口服进入体内后,平直的条状温敏形状记忆聚合物产生变形趋势,其形状被包衣锁定,系统应力积累;进入肠道后,外壳及包衣降解,系统应力瞬间释放,两片形状记忆聚合物由条状瞬时变为螺旋状,将负载在其内部的药物微针弹射,刺入肠壁并给药。结论本文提出的仿豆荚肠道给药系统可实现肠道内的快速响应和毫秒级弹射过程,药物微针可有效刺入小肠内皮层并实现大分子药物递送。系统响应快速,给药剂量可控,可用于多种大分子药物口服oou。

摘要：本期刊载了8篇与可穿戴式设备相关的研究论文，涉及康复、生理、病理信息监测等，内容丰富、学术性强、应用前景显著。可穿戴设备，这里指的是可以直接穿戴在身上的便携式医疗或健康电子设备，在软件支持下感知、记录、分析、调控／干预甚至治疗疾病或维护健康状态。可穿戴健康设备可实现长时间动态监测，提供全面的临床诊断数据或健康信息，有利于寻找病因或感知健康状态，实现防病和早期治疗、提升诊疗水平、持续跟踪患者情况，或实现健康状态辨识和调控。随着生物医学工程、物联网和移动互联网的交叉融合发展，可穿戴设备将为人类健康、医疗提供新的模态，正在改变着我们的生活、健康和疾病防治的．Y-作模式，已显示出强劲的发展势头和市场潜力。

摘要：随着增材制造(3D打印)技术在医学领域中的应用发展,个性化植入假体将成为未来骨科康复的研究热点。本文以此为背景,分别从个性化适配设计、适宜制备技术、个性化植入体检验及监督三个方面就个性化植入假体所面临的挑战和问题进行讨论。同时,就本团队近期在3D打印个性化植入假体方面的研究探索和工作开展进行了介绍。