周围神经再生是世界难题。理想的组织工程神经支架材料需具备良好的降解性、组织相容性及一定的导电性能 [1,2,3]。文献报道显示，甲壳素、壳聚糖相对较为理想，但两者皆不具备导电性。为赋予支架材料导电性，规避甲壳素溶解性差等问题，发挥低脱乙酰度壳聚糖降解性能好的特点 [3]，本研究制备了纳米聚吡咯/不同乙酰度壳聚糖复合材料神经导管，桥接大鼠坐骨神经缺损，观察各导管修复神经缺损的效果。

临床上骨与软骨组织的缺损非常常见,目前骨缺损的临床治疗方法主要包括植骨术、Masquelet技术、Ilizarov技术,而软骨缺损的临床治疗方法主要包括微骨折术、自体软骨移植术、同种异体软骨移植术,然而这些治疗方法均有一定局限性.近些年来,黑磷作为一种新兴的纳米材料正被广泛研究,由于它拥有优越的机械性能、导电性、光热性能和生物相容性等,黑磷被认为在电极、场效应晶体管、电子学和生物医学等多个领域有良好的应用前景.本文综述骨与软骨缺损的治疗方法现状以及黑磷纳米片用于治疗骨与软骨缺损的临床前研究进展.

外伤、感染、肿瘤等导致的骨缺损是临床治疗难点,而目前自体或异体骨移植的治疗方法应用受限,使得骨缺损临床疗效不佳,寻找新的治疗方法迫在眉睫.氧化石墨烯是一种导电性能良好、高比表面积、力学性能优异、材料稳定,以及具有良好生物相容性和低毒性的新型材料,将其与天然材料如明胶、丝素蛋白、胶原蛋白等或者人工合成材料如聚乳酸、聚醚醚酮、生物玻璃等结合形成性能独特的骨缺损修复材料,将会为骨缺损患者带来福音.

背景:骨具有生物电效应,然而骨缺损的发生会导致骨骼内源性生物电的缺失.具有生物电效应的骨组织工程支架植入骨缺损处会补足缺失的电信号,加速骨缺损的修复.目的:文章介绍了骨组织的生物电效应,阐述了电刺激对骨缺损的修复作用,总结了生物电效应应用于骨组织工程的研究进展,以期为骨组织工程的研究提供新的思路.方法:以"bioelectrical effect,bioelectrical materials,electrical stimulation,bone tissue engineering,bone scaffold,bone defect,bone repair,osteogenesis"为英文检索词,以"生物电效应,生物电支架,电刺激,骨组织工程,骨支架,骨缺损,骨修复,骨再生"为中文检索词,在中国知网、万方、PubMed、Web of Science和ScienceDirect数据库检索与生物电效应骨组织工程支架相关的文献,最终纳入87篇进行系统归纳、总结和分析.结果与结论:①生物电效应结合体外电刺激设计骨组织工程支架是一种理想可行的方法,主要涉及的材料包括金属材料、石墨烯材料、天然生物衍生材料以及人工合成生物材料;目前运用最广泛的导电材料是石墨烯材料,得益于自身的超强导电性能、大比表面积、同细胞及骨骼的良好生物相容性以及优异的力学性能.②石墨烯材料主要是作为修饰材料引入支架以增强整体支架的电导率,同时其大表面积和丰富的官能团能够促进生物活性物质的装载和释放.③然而生物电效应的骨组织工程支架尚存一些重大挑战需要克服:满足导电性能的同时还需考虑支架的综合性能;缺乏统一、标准化的生物电效应骨组织工程支架的制备方式;体外电刺激干预系统尚不够成熟;缺乏个体化指导支架的选择以实现针对不同病理情况的患者选择并设计最适宜的支架.④研究者们在设计导电支架时,要深入考虑支架的综合效应,譬如生物相容性、力学性能以及生物降解性能等,而此种综合性能可以通过多种材料的复合来实现.⑤除此之外,临床转化应该是导电支架设计的最终考量,在评估出电刺激作用于人体且有利于骨缺损修复的安全电流阈值的基础之上,设计动物实验以及基础实验,然后应用于临床,从而在未来实现生物电效应骨组织工程支架应用于临床的终极目标.

针对日常生活中对可穿戴、低噪声心电检测以及复杂心律失常的院前、院后监测管理的迫切需求,本研究探讨了一种新型基于多层丝网印刷柔性生物电干电极的单导联心电胸带.首先,分析了基于导电银浆聚合物的柔性干电极材料与皮肤接触的生物电检测等效电路模型;然后,采用丝网印刷技术将热塑性聚氨酯(TPU)、导电墨水(银浆)及可拉伸密封材料等分层印刷在普通织物基底上,并制备形成由两个测量电极和一个参考电极构成的单导联条形心电采集胸带.为了评估该单导联心电胸带的信号检测性能,本研究设计实验对5名健康受试者在行走、上楼、静息及扭腰等4种运动状态下进行5 min的体表心电信号监测,并量化测试了的R波峰值检测、信噪比(SNR)、信号伪影比(SAR)及阳性预测值(PPV)等4项指标值.实验结果显示,静息状态下的体表心电检测的平均R波峰值振幅为1.36 mV,SNR为2.05 dB,SAR为5.53,阳性预测值为99.81％,而运动状态下的运动伪迹则可通过心电胸带内置的运动状态监测器实现主动降噪,验证了所研制的基于柔性生物电干电极的单导联心电胸带具有良好的生物相容性及抗干扰能力.

具有生理信号智能传感功能的电子皮肤(e-skins),因其在智能机器人、人机界面和可穿戴医疗系统等方面的广泛应用前景而备受关注.因此,构建具有各向异性导电性能的电子皮肤,从而拓宽柔性传感电子皮肤的应用范围至关重要.本研究以柔性聚乙烯醇(PVA)为水凝胶基底材料,利用磁感应技术诱导具有电、磁性能的纳米复合物Fe3O4@MXene在PVA网络中取向排列,构筑了具有各向异性导电性能的Fe3O4@MXene/PVA复合水凝胶.结果表明,当PVA聚合物的交联度为1.5％,PVA质量分数为8 wt％时,Fe3O4@MXene/PVA复合水凝胶的拉伸模量达到19.49 kPa,断裂应变达到237％,所得凝胶的力学性能最优;当Fe3O4@MXene的质量分数为0.064 wt％时,所得凝胶的导电性能最优,且该凝胶在平行于纳米复合物取向方向的电导率达到0.415 S/m,垂直于纳米复合物取向方向的电导率为0.319S/m.最后,验证了该复合水凝胶作为电子皮肤,用于实现人体手腕关节弯曲角度实时监测的可行性.该电子皮肤接近人体组织的各向异性形态及结构,在生物医学和电子传感等相关领域具有广阔的应用前景.

背景:基于医工结合理念和中医药治疗的优势,将中药有效活性成分单体负载于组织工程材料构建新型复合材料在损伤局部递送药物,是修复脊髓损伤的研究热点,有望成为解决这一难题的有效手段.目的:观察携川芎嗪超分子导电水凝胶修复大鼠脊髓损伤的效果.方法:制备携川芎嗪超分子导电水凝胶,表征其微观结构、电导率、流变性、溶胀率及体外缓释性能.采用随机数字表法将45只SD大鼠分为3组,每组15只:假手术组不损伤脊髓,模型组建立脊髓损伤模型,水凝胶组建立脊髓损伤模型后向脊髓损伤区域注射携川芎嗪超分子导电水凝胶.造模前及造模后1,7,14,21,28 d,采用BBB评分评估大鼠后肢运动功能恢复情况;造模后28 d取损伤处脊髓组织,分别进行苏木精-伊红染色、免疫组化染色及Western blot检测.结果与结论:①扫描电镜下可见,携川芎嗪超分子导电水凝胶呈现出三维微米尺度的多孔网络结构,具有较高的孔隙率,孔径约为100 μm;该水凝胶的电导率为7.66 S/m、溶胀率为3 764.42%,具备一定的力学稳定性能,同时具有可注射性;体外缓释实验显示,携川芎嗪超分子导电水凝胶可持续释放川芎嗪达800 h以上,且随着时间延长,药物累计释放量呈上升趋势.②随着造模时间的延长,模型组、导电水凝胶组大鼠后肢运动功能逐渐恢复,水凝胶组造模后14,21,28 d的后肢运动功能优于模型组(P<0.05).苏木精-伊红染色显示,模型组脊髓组织出现空洞,残端可见大量炎性细胞浸润;水凝胶组脊髓损伤区可见部分炎性细胞浸润,损伤区域空洞面积缩小,交接区出现神经元细胞,组织排列较为整齐.免疫组化染色及Western blot检测显示,水凝胶组大鼠脊髓组织中肿瘤坏死因子α、白细胞介素6蛋白表达低于模型组(P<0.05),神经元核抗原蛋白表达高于模型组(P<0.05).③结果显示,携川芎嗪超分子导电水凝胶可促进损伤脊髓组织的修复.

背景:MXene纳米粒子由于其独特的导电性、亲水性、抗菌性和生物相容性等特性使其作为皮肤伤口敷料有效功能成分具有非常可观的应用前景.目的:就MXene纳米粒子的合成方法、功能特性及其在皮肤损伤修复中的应用作一综述.方法:以"MXene,纳米粒子,纳米材料,生物活性纳米粒子""伤口敷料,创面敷料,创面修复材料""创面修复,伤口愈合,创面"为中文检索词检索万方和中国知网数据库,以"MXene,nanoparticles,nano-materials,Bioactive nanoparticles""wound dressing,Wound healing material""wound healing,wound repair,wound"为英文检索词检索PubMed数据库,最终纳入88篇文献进行综述分析.结果与结论:①MXene合成可分为自下而上合成和自上而下合成两种方法.合成后的MXene可以通过进一步表面修饰来增强生物相容性以便更好地应用于生物医学中.②MXene 拥有一系列优异的特性如亲水性、抗菌性、光热性能、导电性及良好的生物相容性,这些特性都是使其成为出色的皮肤修复材料的基础.③目前已有许多学者开发出了用于制作伤口敷料的新型复合材料,目前来看这些复合材料基于MXene纳米材料并充分利用了其如前所述的优异特性,在皮肤创口局部起到了杀菌、载药缓释及主动调节细胞因子等作用,能够综合其他多种生物活性剂的优点,在伤口愈合中发挥了更好的作用,尤其适用于复杂慢性伤口的治疗.④以MXene的各种性能为基础研发出的各种复合材料如MXene@PVA水凝胶和MXene@CH海绵等,在改善组织修复性能、作为药物载体修复皮肤损伤方面展现出良好的作用,其在促进皮肤修复领域正处于发展的初始阶段且具有巨大的发展前景;目前MXenes纳米粒子的特性研究及表面改性研究已较为充分,但其剂量依赖的生物毒性分子机制研究相对不全面.

抗运动伪迹是动态心电监测设备最重要的性能之一,当前缺乏能够规范化测试抗运动伪迹性能的手段.采用心电模拟仪和特制导电皮革构建模拟人体皮肤的装置,为贴附在上面的心电监测设备产生心电信号输入.采用机械臂和固定支架来搭建运动模拟系统,将导电皮革固定上去,对机械臂编程实现人体各种运动状态的模拟,让心电监测设备产生相应的运动伪迹.采用无线方式对读取采集到的心电信号进行观察、分析、对比,评价心电监测设备的抗运动伪迹性能.试验结果显示,为了给两组动态心电监测设备人为制造出微小差异,系统可以精准测试出在拉伸、扭转等可控运动条件下引入的干扰信号,并比较优劣.研究证明,该测试系统可为优化抗运动干扰的研究提供方便、准确的验证手段,可帮助持续提升心电产品抗运动伪迹性能.

目的 基于稳态视觉诱发电位(steady-state visual evoked potential,SSVEP)范式的脑机接口(brain-computer interface,BCI)主要信号响应位于枕叶区,因而通常需要使用者洗头、佩戴脑电帽并辅助使用导电膏,给实际应用带来不便.耳后区域虽然可直接通过电极贴的方式快速开展SSVEP-BCI应用,但由于SSVEP在耳后区域的响应信号较弱,最终的系统性能受限.为提升SSVEP-BCI的耳后应用性能,本研究引入左右视野刺激范式,设计耳机与凝胶电极结合的采集方式,开发了一套便携性的耳后SSVEP脑机接口应用系统.方法 系统由刺激与反馈端、数据采集端、数据处理系统3 部分构成,其中刺激与反馈端实时进行SSVEP刺激及结果显示;数据采集端可实时获取耳后区域 8 通道的脑电数据,分别支持贴片湿电极及凝胶电极方案;数据处理系统对采集到的信号实时处理识别,并将结果反馈至刺激与反馈端.最终,为验证系统性能,研究分别采用湿电极与凝胶电极的系统方案在开放环境进行了标准SSVEP刺激与左右视野SSVEP刺激的在线对照试验.结果 在线验证试验中,凝胶电极的采集方式达到95.8%±5.3%的识别正确率及(22.9±3.0)bits/min的信息传输速率,与耳后湿电极方案效果接近.且左右视野刺激范式较标准范式的识别正确率提高了 40.9%,信息传输速率提高了 14.3 bits/min.结论 以上结果表明,基于左右视野刺激范式的耳后SSVEP-BCI系统取得了很好的应用效果,使用者可快速开展脑机交互应用,有望将SSVEP-BCI推广至更广泛的应用场景.