摘要：目的基于人肾类器官建立顺铂诱导急性肾损伤(AKI)模型。方法①基于人多能干细胞(hiPSC)诱导技术设计并构建含有多种细胞类型的肾类器官,利用HE染色法和免疫荧光技术鉴定组织结构和细胞类型。②基于构建的人肾类器官模型,将顺铂20,50和75μmol·L^(-1)分别作用于人肾类器官模型48 h,观察肾类器官形态变化,Live/Dead染色法检测细胞存活率,实时荧光定量PCR(RT-qPCR)法检测肾损伤因子1(Kim-1)和炎症细胞因子白细胞介素8(IL-8)mRNA表达水平。结果①组织学和免疫荧光实验结果表明,hiPSC诱导分化后可产生成熟的人肾类器官,该类器官具有原始肾小管样结构,并包含近端肾小管、远端肾小管、足细胞、肾间质内皮细胞和肾小管上皮细胞在内的多种细胞类型。②单次给顺铂20,50和75μmol·L^(-1)均造成细胞形态结构的破坏,管状结构大量消失;Live/Dead染色结果表明,顺铂可引起肾类器官细胞凋亡,20μmol·L^(-1)组细胞存活率<50%,75μmol·L^(-1)组存活率接近0。与正常对照组比较,Kim-1和IL-8 mRNA水平在不同浓度顺铂致AKI模型中均显著升高(P<0.01)。结论成功构建人肾类器官模型,验证了使用人肾类器官体外模拟化疗药物致AKI的可行性,Kim-1联合IL-8有望为临床预测药物引发AKI的可能性和不良反应的应对措施提供科学依据和判断标准。

摘要：目的为更好评价踝足矫形器(ankle⁃foot orthosis,AFO)的人机工效,提出一种AFO人机耦合仿真刚度对步态生物力学影响的评价方法。方法首先,评测两种AFO的力学特性并量化其刚度;其次,采集30名受试者在正常与穿戴两种不同刚度AFO行走条件下的运动学及动力学数据;最后,通过仿真计算,定量对比分析AFO刚度对行走中下肢关节角度、关节力矩与肌肉力的影响。结果在穿戴两种刚度AFO情况下,支撑相踝关节背屈峰值角度、膝关节屈曲峰值角度和髋关节伸展峰值角度均显著增加(P<0.05),比目鱼肌与腓肠肌峰值肌肉力呈现增加趋势。踝关节跖屈峰值角度、髋关节屈曲峰值角度与髋关节屈曲峰值力矩均显著降低(P<0.05)。结论本文所提出的AFO人机耦合仿真方法可以有效实现不同刚度对步态生物力学影响的定量评估,该方法同样也适用于评估和优化其他辅助器具的人机工效,可以为AFO的选配、适配、优化设计提供方法指导。

摘要：器官芯片是一种将生物体活细胞植入精准设计的微流体芯片内,可特定再现生物体组织器官功能的仿生的微生理系统,在疾病模拟、毒性检测、新药研发、精准医疗等许多方面具有独特应用前景。3D生物打印技术与器官芯片技术相结合制作3D打印器官芯片,可实现芯片制造工艺的简易化和低成本化,同时满足对复杂异质三维微环境的精细需求。综述3D打印器官芯片在打印方式、打印墨水等方面的研究进展,阐述其最新生物医学应用,总结器官芯片结构和功能单元的打印方式和打印墨水,探讨基于现有打印工艺实现器官芯片一体化制造的潜在可行性,概述3D打印器官芯片技术在心、肝、肺、肾、神经、肿瘤等组织和器官结构和功能仿生方面的最新进展,最后展望3D打印器官芯片技术领域的发展趋势和有待解决的关键问题。

摘要：生物传感器是近年来的热点研究方向,其中基于折射率变化的光学传感器在灵敏度方面具有很大优势.本文基于α-MoO3设计了一种集成微流腔的法布里-珀罗谐振腔比色生物传感器.理论分析了BK7/Ag/SiO2作为谐振腔反射面的可行性,并进一步用传输矩阵法分析了所设计的比色生物传感器的透射光谱.当微流腔通过不同浓度的NaCl溶液时,比色生物传感器显示出明显的颜色变化.该比色生物传感器灵敏度最高可达600 nm/RIU,可分辨NaCl溶液9‰的浓度变化.由于α-MoO3具有独特的各向异性的光学性质,该比色传感器可以通过简单的旋转设备实现工作波长的调节以更好地适应人眼的光敏感区.另一方面,调节微流腔的厚度也改变该比色生物传感器的工作波长.该比色生物传感器具有结构简单、易于集成、操作成本低、实时检测等优点,为以后设计可调谐比色传感器提供了一种新的选择.

摘要：微小颗粒的分离在生物、医学、化学及环境等领域具有重要应用。基于微流控技术和铁磁流体的颗粒操控受到广泛关注,但现有研究普遍关注微尺度颗粒,亚微米及纳米尺度颗粒的操控技术仍不成熟。因此,该文旨在研究基于鞘流和负磁泳机制的亚微米颗粒分离。采用数值模拟方法对所设计微通道中铁磁流体中的二元抗磁颗粒分离进行系统研究;考察磁场和流场对颗粒分离的影响,分析规律并阐明力学机制;调节相关参数,实现了微米与微米、亚微米与微米、亚微米与亚微米颗粒的有效分离。该工作可为基于铁磁流体的生物颗粒分离装置的设计和优化提供参考。

摘要：细胞划痕尺寸的定量控制是探究细胞迁移过程的先决条件。该文基于微流控技术,设计了一种利用胰蛋白酶消化法制造细胞划痕的微流控芯片,提出了基于流量控制定量调控细胞划痕尺寸的方法,并通过数值仿真、荧光素可视化实验以及细胞实验对该方法进行了分析和验证。荧光粉实验与数值仿真结果表明,荧光粉溶液宽度,等效于划痕宽度,与荧光粉溶液流量比成正比例线性关系。在总流量一定情况下(Q0=100μl/min),增加荧光粉溶液流量(Q2=50μl/min)可减小分子横向扩散的影响,维持主通道内划痕宽度的一致性。内皮细胞划痕实验结果有效证明了基于流量控制胰蛋白酶消化产生细胞划痕方法的可行性,且与数值仿真和荧光粉可视化实验结果吻合良好。该文设计的微流控芯片及细胞划痕尺寸定量控制方法为研究细胞迁移和开展内皮细胞划痕愈合实验提供了有效的实验平台。

摘要：设计了一种可从自由空间激发布鲁斯特模式的可调谐双曲超材料生物传感器,采用相变材料二氧化钒(VO_(2))作为电介质,并使用传输矩阵方法仿真计算了其布鲁斯特角下的GH shift。在可见光波段低浓度溶液检测计算结果中得到了最高为6.75×10^(6)nm RIU;的灵敏度,并且通过改变VO_(2)的相态可以让传感器在两种不同灵敏度的工作模式中切换。这个设计思路为可见光高灵敏度可调谐生物传感器的发展应用提供了新的方向。

摘要：目的基于动物骨小梁结构设计多孔植入物,阐述骨小梁结构的力学性能特点,说明使用仿骨小梁多孔结构植入物在临床治疗中的重要意义。方法基于动物骨小梁结构的各向异性力学性能,利用拓扑优化技术进行多孔结构设计。根据骨功能原理提出分区、分块重建原则,利用Micro-CT图像重建动物骨小梁模型结构;根据代表体元法对模型施加边界约束和外载荷,以求解的力学性能作为优化的目标函数,利用拓扑优化中的变密度法和均匀化方法进行多孔结构设计及优化。结果骨小梁结构具有各向异性的力学特点。求解发现,松质骨的体积分数在同一截面的边缘到中间主压力位置呈现递增趋势;泊松比无明显变化规律,均匀分布在0. 17-0. 30之间;而弹性模量和剪切模量在松质骨主压力位置明显大于其他位置;基于上述结果进行拓扑优化设计,结果显示,优化后模型的泊松比分布在0. 17-0. 30,弹性模量误差在14%以下,最小的仅为3%,剪切模量误差范围在8%以下,基本符合最初的设计目标。结论利用拓扑优化方法设计的多孔结构具有与动物松质骨相同的各向异性特点,同时减少应力集中现象,可以实现特定性能的多孔结构设计,为后续设计临床应用的多孔植入物提供一种合理有效的方法。

摘要：太赫兹超材料具有非电离辐射特性,且对弱共振敏感,在生物传感应用中具有优异的性能。针对目前太赫兹波段生物传感器灵敏度仍需提高的需求,提出了一种在柔性聚酰亚胺电介质上制备的平面阵列法诺不对称开口环谐振器。该传感器对附着其表面的待测生物样本高度敏感。仿真结果表明,该柔性超材料生物传感器的灵敏度可达1018 GHz/RIU,质量因子可达21,品质因数可达2.21,表现出了较高质量因子与超高灵敏度的特性,在太赫兹超灵敏生物医学传感器的设计中具有重要的应用价值。该传感器基于可多次折叠的柔性电介质,可集成于可穿戴式电子设备。

摘要：为了实现脑机接口系统需要有效的特征提取算法。针对二维主成分分析(2DPCA)的特征提取方法忽略脑电信号(EEG)频域特征的缺点和基于小波分解构建EEG高阶张量时小波参数难以确定的局限性,提出了基于集合经验模态分解(EEMD)构建高阶张量结合多线性主成分分析(MPCA)降维的特征提取方法。设计了3种不同特征提取方法的对照实验,并结合Fisher线性判别分析分类方法取得分类准确率。结果表明:新提出的方法相比基于小波分解构建高阶张量结合MPCA进行降维和2DPCA的特征提取方法,平均识别准确率分别提高4.75%和2.6%,且识别准确率的方差分别减小72.69%和23.86%。该方法在提高单次运动想象脑电信号识别准确率的同时还具有更好的适用性,为实现运动想象脑电信号解码奠定了基础。