摘要：医工交叉专业重视"厚基础、重实践、善创新"的人才培养要求,突出生物学、医学与工程的融合。对于医工交叉专业的学生,传统的免疫学教学方法已经不适合于这类专业的学生,交叉学科的新特点对免疫学的教学提出了新的要求。提出面向医工交叉专业的学生,免疫学的教学应该明确教学目标、确定相应的教学内容,并且通过专业实践、大学生创新计划和毕业设计等实践活动,实现免疫学教学中理论与实践的有效结合,从而逐步深入,凸显医工交叉特色,探索出医工交叉背景下免疫学实践教学改革的新思路和新方法。

摘要：目的提出一种用于修复上颌骨大面积骨缺损的3D打印植入体设计、优化、制造的个性化方案。方法基于患者CBCT和口腔扫描数据信息,首先进行植入体优化设计;采用有限元分析方法对植入体的结构迭代优化与材料选择。模拟植入体在口腔内的受力情况,得到植入体所受应力大小、传导方向与分布,据此对植入体结构进行优化。比较同种构型植入体在钛合金、钽金属、聚醚醚酮(polyetheretherketone,PEEK)3种不同材料下的最大等效应力、颌骨最大等效应力和钛钉总位移,确定植入体的打印材料。采用3D打印技术打印植入体,临床进行面部重塑和咬合重建。结果经过结构迭代优化得出植入体的最佳构型,并确定选择钛合金材料。将3D打印植入体应用于临床,完成了咬合重建。结论本研究描述的个性化方案具备临床可行性,适用于不同分类的上颌骨缺损病例。设计出的植入体尺寸精确、力学性能良好,不仅能恢复患者的颌面部外形,还满足了临床对颌骨缺损修复后咬合重建的需求。

摘要：【背景】真菌单细胞培养在研究细胞异质性及细胞生长特性等方面十分重要,因此需要建立简单便捷的方法对真菌单细胞进行培养与观察。【目的】基于微流控建立一种真菌单细胞的捕获及培养方法,同时直观地对单细胞进行定位和实时观察。【方法】利用L-edit设计芯片图案并利用等离子键合的方法制备微流控芯片;通过注射泵将红酵母菌溶液及里氏木霉孢子溶液进样以实现单细胞捕获;采用台盼蓝染色法测定酵母细胞的存活率;利用显微镜对酵母单细胞及木霉孢子的萌发、生长、繁殖过程进行观察。【结果】所制备的芯片形状完好,可实现酵母或孢子的单细胞捕获;酵母的捕获率为25.00%±1.38%;分别于0、2、4、6h对酵母进行观察,可看到酵母出芽过程;培养至48h,芯片上酵母细胞的存活率与游离培养条件下的存活率无显著性差异;分别于0、3、6、9 h对单个孢子进行观察,可以看到孢子萌发以及菌丝生长情况,且直至120h菌丝仍在生长。【结论】设计并制备了一种用于真菌单细胞捕获及定位培养的微流控芯片,这是此种芯片在真菌单细胞培养中的首次应用。细胞可在此微流控芯片上正常生长至少2 d,并可实现5 d及更长时间的培养,此方法可对真菌单细胞进行直观、定位的实时观察,有望用于多种微生物单细胞的生理、遗传性状研究,以及原生质体融合育种研究。

摘要：基于培养学生创新精神和实践能力的需求,结合科研实践,设计了具有研究性和开放性的综合教学实验,并进行了教学探索。该教学实验项目探究培养模式对动物细胞生长代谢的影响。实验涵盖动物细胞培养模式、细胞生长和代谢动力学参数检测分析等多个环节,综合训练学生生物反应动力学、仪器分析、数据分析等多方面的知识和技能,并且培养学生利用实验数据进行反应器设计的拓展和创新能力。在类似于现实科研工作的场景中,激发学生的科技创新兴趣、培养学生的科技创新能力、实践能力和工程意识。

摘要：植介入手术是临床治疗心血管疾病的最重要手段之一。然而,血栓形成和血管内膜增生而致的再狭窄限制了血管支架、人造血管、机械瓣膜等植介入体的手术效果。尽管这一系列事件的相关机理并不十分清楚,但是血流动力学因素在其中起着关键的作用已成为不争的事实。为此,开展植介入体与血液和血管组织之间相互作用的研究无疑将利于临床手术方案的制定、促进植介入体的发展、提高植介入效果。另外,人体心血管系统经过长期的进化,在正常生理条件下,血管结构和血流特性已趋于最优,因此,基于血流动力学原理仿生设计的植介入体将符合血管本身的结构和功能。为此,开展了血管植介入体的生物力学分析和仿生设计。首先,使用数值仿真技术,研究了血管支架植入对局部血流的影响,发现支架植入会引起血流的扰动,控制支架局部的一氧化氮的浓度,导致支架植入的区域一氧化氮浓度分布不均,且浓度较低,从而形成促血栓的力学微环境。为了消除支架植入引起的局部扰流,设计了局部带孔的支架,数值仿真结果表明该种支架能够减少涡流区域,提高近壁面的壁面剪切力,降低震荡剪切指数[1]。另一方面,由于高剪切率会促进血小板激活,而低剪切率会加速血小板聚集,一般做法是避免在血管中形成这样的促血栓形成的力学微环境。拟将这样的力学微环境应用在动脉瘤治疗中,使用多层血管支架技术,使得在心脏收缩期血流剪切率提高到激活血小板,而在舒张期降低的血流剪切率促进血小板的聚集和黏附,从而在动脉瘤中形成稳定的血栓结构,希望达到治疗动脉瘤的目的。其次,器械表面的界面设计也是解决血栓形成一个思路,为此,受血管内皮细胞糖萼结构和功能的启发,构建了一种仿糖萼的液体移动界面[2]。血管内皮细胞糖萼是位于内皮细胞顶膜的一层绒毛状多糖蛋白和血浆的复合结构,研究表明糖萼可以作为选择性通透屏障,控制进入血管壁的大分子,还可以抑制血细胞对内皮细胞的黏附。作为初步研究,使用硅润滑剂孵育在多孔膜表面,形成了液体移动界面,该液面可阻止血细胞接触膜表面,防止血栓形成。近年研究发现,动脉系统的血流形态可能大多呈旋动流态。该旋动流态是结构与功能统一在心血管系统的体现。旋动流能使血管壁得到光滑冲刷,减小血液中有害物质在血管壁沉积,增强氧气的传输,抑制血小板和单核细胞的黏附[3]。基于旋动流重要的生理功能,设计了仿生旋动流的锥型螺旋人造血管,数值仿真结果表明,通过锥度可以实现旋动流强度的控调,随着锥度的增加,旋动流强度显著增加。在旋动流强度的增加作用下,搭桥血管和吻合处等容易堵塞的区域,血流的扰动急剧减小[4]。人体器官中的血管从动脉、毛细血管到静脉,其尺寸、结构和成分会连续变化,如何实现这种动态的结构一直是个挑战。基于微流控的三维生物打印技术,仿血管从三层结构到单层结构的动态调控[5]。打印了含有内皮细胞的内膜层和平滑肌细胞的中膜层,打印过程中细胞存活率高。打印完后立即测量细胞的存活率,发现细胞存活率可达93±2%,在培养的7~14 d过程中,细胞的存活率保持在85%~97%。通过对血管细胞的细胞核和细胞骨架进行免疫荧光染色,发现血管细胞在生物墨水中能够很好地铺展和增殖。该方法为制造组织工程人造血管提供了思路,该方法不仅能打印血管,还可以应用在尿道等其他管状结构的生物打印。

摘要：目的血流动力学在维持血管正常功能过程中起着至关重要的作用,当它们发生异常时,就会引起动脉粥样硬化、高血压、动脉瘤等心血管疾病。另外,心血管疾病相关药物的开发面临着巨大的挑战。因此,如何体外构建血流动力学环境可调,同时具有药物筛选功能的微环境一直是个挑战。本研究拟开发一种功能性动脉芯片,能够较为准确的控制剪切力与应变,可以研究不同的受力学响应的相关信号分子的表达,同时,开发的芯片具有控制药物浓度的功能,能够起到药物筛选的作用。方法:使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)设计了一种动脉芯片,该芯片包括上下层通道和中间的薄膜。运用微流控技术,可控制内皮细胞受到的剪切力和应变的大小,不仅能实现定常流,还能实现个性化的生理和病理流动剪切力和应变波形。使用该芯片,研究了这些不同力学环境下Ca2+、piezo1、YAP等生物学响应情况。另外,在可控力学环境下,从浓度,时间等方面控制药物释放。结果实现了动脉芯片对血流动力学环境的调控,人脐静脉内皮细胞在静止、流动和拉伸条件下生长良好,分别测定了Ca2+、piezo1、YAP在不同力学条件下的响应,可进行药物释放的控制。结论设计的动脉芯片具有较为可靠的控制血流动力学和药物释放的功能。

摘要：目的不同器官和组织的血液循环受损是导致肢体缺血,心力衰竭和中风等心血管疾病的主要原因。因此,在复杂结构(如肝脏,肾脏及心脏)内创建血管化的网络至关重要。3D生物打印平台已经成为可在微组织结构中创建高度有序的三维血管网络的优良平台,成功应用于功能性脉管系统的制造以模拟天然血管的力学特性及生物学性能。然而目前通过3D生物打印技术构建的微血管模型存在尺寸与人体真实微血管相差过大,且血管模型成管效果差的问题。本研究拟开发一种3D生物打印技术拟解决以上问题,实现微血管网络的三维生物打印。方法本研究基于微流控的方法,设计了具有个性化的微挤出式的打印喷头并与3D打印平台进行结合,制备出具有尺寸可调的高分辨率高精度的水凝胶纤维以模拟微血管结构,打印微血管网络,而后在流动的条件下培养3D生物打印的微血管,促进人脐静脉内皮细胞自组装成血管。结果生物打印的水凝胶纤维的精度可以达到20微米左右,与人体真实毛细血管尺寸接近,并能通过3D打印平台进行精确的沉积以实现较好的成型,生物打印的人脐静脉内皮细胞存活率较高,并能快速自组装成管状结构。结论本研究提出的3D打印方法有望打印具有功能性的高精度微血管网络。

摘要：目的研究在差异性血液灌注条件下ECMO插管植入对血管内血流流态分布的影响,为后期ECMO下肢插管的优化设计及临床治疗方案的改进提供理论支持。方法使用临床心血管CT数据及临床ECMO插管数据建立ECMO心血管系统模型,以临床数据为基础设计差异性ECMO血液灌注条件(插管输出流量占比分别为100%、80%、60%、40%;20%;0%)。

摘要：目的设计一个基于相引导器的微流控芯片,构建芯片内的界面结构,在芯片内实现不同流体物质的无膜的大面积接触,对界面特征进行一系列研究,为一系列生物界面疾病模型的体外重建提供技术基础。方法利用微流控技术,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基材,设计制作了一个基于相引导器的微流控芯片,通过锯齿形相引导器结构的设计实现了无膜的大面积接触的物质界面,通过控制芯片内构建的PDMS薄膜的变形实现对界面的力学拉伸。

摘要：目的市面上手套式手部康复设备的形式和功能较为单一,具有较大的改进提升空间。区别于传统的刚性外骨骼和纯软体手套设计,本设备采用具有一定柔性的尼龙材料,在保证对手部康复动作精准控制的同时,能够实现连续体变形和良好的人体工效学适应性。方法整体结构方面,基于较为精确的手指解剖构造和尺寸参数,采用了分段式的设计和线驱动方式,将手部各关节和运动单元进行精细化划分。在此基础上,通过线驱动线走线设计和多电机协同布置,使得该设备具备多自由度运动能力,能够实现更为复杂和精确的运动形式,更准确地模拟手部在多个维度和方向上的运动,如大拇指和小指的对展运动等。控制系统方面,通过PID控制保证康复动作控制的准确性,并通过驱动线拉力传感器感受患者的主动运动趋势,引入主动康复的模式,且能对康复效果进行有效量化评估。结果本研究提出的设备具有价格低、易穿戴等优点,为患者提供更全面、高效的康复服务,显著提升了患者的使用体验。结论通过进一步优化和创新多自由度手部康复设备,有望深入探索手部肌骨力学,推动手部康复设备向更精确、更智能、更个性化的方向发展,为康复工作提供更为全面和有效的支持。