目的 研究超高温瞬时、臭氧与高温煮沸不同杀菌方法对饮用水的水质理化特性与微生物指标的影响.方法 2022年选择某包装公司生产线饮用水30 L纳入本研究,将纳入的水样本随机分成超高温组(n=10 L)、臭氧组(n=10 L)与煮沸组(n=10 L),进行平行检测.核磁共振波谱法测定3组水样的分子团大小,采用有机聚合物生成反应原理测定氢自由基浓度,3组水样的导电率采用电极法测定,溴酸盐含量采用离子色谱法测定,分别采用滤膜法和平板计数法对铜绿假单胞菌和大肠菌群进行检测.结果 煮沸组的水样分子团最高,为(134.47±8.21)Hz,其次为臭氧组的(120.84±9.37)Hz,最低为超高温组,为(89.52±4.95)Hz;超高温组的氢自由基为(0.365±0.021)mmol/L,其次为煮沸组的(0.321±0.019)mmol/L,最低为臭氧组,仅为(0.226±0.014)mmol/L;煮沸组水样导电率最高,为72.8％,其次为臭氧组,为52.1％,超高温组水样导电率最低,仅为48.6％;3组水样溴酸盐含量均不足0.005 mg/L;经3种杀菌方案处理后各组水样中均未发现铜绿假单胞菌和大肠菌群.结论 超高温瞬时、臭氧与高温煮沸杀菌均可对饮用水水质理化特性产生一定的影响,但超高温瞬时杀菌方案能够缩小水样分子团,提高氢自由基浓度,杀菌效果理想.

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.

基于石墨烯优异的导电性能、大的比表面积、良好的生物相容性,在传感器的构建方面,表现出比其他材料更加优良的性能.石墨烯在传感领域中的应用一般通过功能化来实现,石墨烯与聚合物或纳米粒子的结合可以显著增强传感器的响应,提高检测的灵敏性.综述了近年来石墨烯及其相关材料在临床分析、环境监测和食品安全控制等传感领域中的应用研究进展,通过灵敏度、检测限等分析数据对具有良好水分散性和生物相容性,比表面大,表面修饰灵活以及制备简单的氧化石墨烯及其衍生物(含氧基团)为基础的传感器的分析性能进行了综合评价.同时对石墨烯及其衍生物这一新型传感材料在未来的研究趋势进行了展望:精确控制石墨烯单分散片的尺寸、形状;研究催化作用下的石墨烯与分析物分子电极反应间的传感机制;减少石墨烯片的聚集,精确控制石墨烯基传感系统微结构.未来可望发展具有更加强大特性的便携式、芯片化传感器,实现更短时间内复杂环境样品的多重分析,进一步提高检测灵敏性和选择性,增强传感器的稳定性和重复使用性,克服毒性和生物不容性.

目的 观察新型导电复合材料聚吡咯壳聚糖(Ppy-Chi)对新生大鼠心室肌细胞(NRVM)钙介导的电信号传导速度的影响及可能机制.方法 通过氧化还原法合成导电复合材料Ppy-Chi;应用红外光谱成像分析Ppy-Chi化学组成;通过酶化学法分离NRVM,并应用免疫荧光染色鉴定;将NRVM与Ppy-Chi共培养,以Chi培养皿为对照组,通过DAPI染色观察细胞数量变化,了解材料的生物相容性,应用钙敏感的荧光染料Fluo-4标记NRVM检测不同组别电信号传导速度;应用半导体电阻仪分析Ppy-Chi、Chi导电率,探讨其加速NRVM间电信号传导的可能机制.结果 通过氧化还原法可以合成导电聚合物Ppy-Chi,应用复合酶消化法和密度梯度离心法可以分离出高纯度NRVM;与空白培养皿、Chi涂层培养皿比较,NRVM在Ppy-Chi涂层培养皿表面上细胞数量和心肌标记物SARC和Cx-43表达无统计学意义(P＞0.05);与Chi培养组比较,Ppy-Chi组NRVM钙介导的电信号传导速度是前者的3倍(P=0.028);在机制上分析,通过导电率测定证实Ppy-Chi导电率明显高于后者(P=0.001).结论 Ppy-Chi具有良好的生物相容性,可以加速NRVM间电信号传导速度,其机制可能是Ppy-Chi较低的电阻抗有机地与NRVM整合.

导电聚合物(Conducting polymers,CPs)的研究和发展受到生物学、临床医学和生物医学工程等领域的关注,由于其良好的导电性、稳定的电化学特性以及良好的生物相容性在生物医学领域具有广阔的应用前景,比如用作生物传感器、神经性假体、人造器官、药物的控释载体以及组织工程支架等.对导电聚合物在生物医学领域的研究进展、应用价值和未来发展动态进行综述,分别总结导电聚合物在组织工程学、再生医学和生物传感器等领域的应用研究,介绍导电聚合物在蛋白冠方面的应用价值.在组织工程学和再生医学领域,导电聚合物主要用于神经再生、治疗心血管疾病及伤口愈合等方面.在生物传感器领域,导电聚合物主要用于修复受损的神经系统、促进DNA探针定向结合、神经元再生以及用于检测乳酸、葡萄糖等一系列应激代谢标志物.作为电功能性材料,导电聚合物的研究和发展十分迅速,制备出构筑设计方法简便、应用价值高、生物相容性优异的导电聚合物是未来研究发展的方向之一.随着社会和科技的进步,关于导电聚合物的构筑设计和应用研究将大大促进功能材料领域的快速发展,在一定程度上拓展导电聚合物材料在生物医学领域的应用前景.

背景:多项研究证明人体组织与生物电有着密切的联系,因此深入研究材料在细胞和组织电学微环境建立方面的研究是实现缺损组织完美修复与再生的突破点.目的:综述电活性生物材料在组织工程研究领域的应用.方法:利用计算机检索Wiley Online Library、Web of Science、CNKI及万方数据库2006年1月至2019年3月期间发表的关于电活性生物材料(导电聚合物,压电材料,碳基材料)在组织工程研究及应用中的文章.中文检索词为“电活性生物材料,导电聚合物,压电材料,碳基材料,组织工程”,对应的英文检索词为“electroactive biomaterials,composite materials,piezoelectric materials,carbon-based materials,tissue engineering”.结果 与结论:电活性生物材料具备一定的生物相容性及良好的信号传导能力,可弥补现今生物材料在调控细胞分化和组织再生方面的缺陷,在组织工程领域具有良好的应用前景,但其存在诸如降解性能较差、力学性能欠佳等缺点,制约了其应用.因此需充分掌握电活性生物材料的特性及优缺点,才能使之最大限度地仿生天然组织的结构和功能,为细胞分化和组织再生提供良好的电生理微环境,最终智能地调控细胞分化与组织再生.

背景:近年来,多种新兴导电材料为心肌梗死转化医学治疗提供了新的方向.目的:对目前文献中提到的导电材料进行分类归纳,并综述其研究进展.方法:以"biomaterial,nanomaterial,myocardial Infarction,polypyrrole,polyaniline;生物材料,心肌梗死,心脏组织工程"等为检索词,检索PubMed、Web of science、Embase、知网、万方、维普、中国生物医学文献数据库中2015至2020年发表的相关文献.结果 与结论:目前在心肌梗死治疗领域,导电生物材料主要分为3大类:电活性聚合物(聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩)、碳纳米材料(石墨烯、碳纳米管)、金纳米材料,这些材料在动物实验中均能以水凝胶或心脏薄膜贴片的形式对梗死区域进行修补;并且同传统的材料相比,导电生物材料在体内外实验中表现出了较好的导电性能.然而,在合成材料过程中涉及到多步骤的合成反应,是否能够确保低细胞毒性、稳定性等目前还没有一个可以准确评估的方法和标准,且目前导电复合材料仅在小动物心肌梗死模型上取得了较富有前景的效果,尚需大动物模型的安全性及有效性验证.

天然高分子水凝胶是一类高生物相容性材料,与人体细胞外基质环境相近,是近年来应用于神经修复的热点医用材料,但促进神经修复的相关功能欠缺是其在神经组织工程领域应用的瓶颈.新型功能化制备策略如导电聚合物共混、聚合物涂层修饰、高取向纤维内嵌及微流控层流封装等拓宽了天然高分子水凝胶在神经组织工程领域的应用.本文从水凝胶神经组织工程医用角度对天然高分子水凝胶的神经修复机理及功能化制备策略进行评述,提出天然高分子水凝胶在治疗周围神经损伤中亟待解决的问题,为天然高分子水凝胶在神经组织工程领域的应用提供有益参考.

[目的]将厌氧的膜生物反应器(MBR)与微生物燃料电池(MFC)耦合的厌氧电辅助膜生物反应器(E-MBR)应用于实际工业焦化废水处理.[方法]通过正交实验优化了反应器进水的培养条件为PO43-14.3 mg/L、Fe2+ 0.2 mg/L、Fe3+ 0.1 mg/L、Co2+0.1 mg/L和Mn2+ 0.2 mg/L.在此条件下考察了该反应器对系统中有机污染物的去除效率及厌氧污泥的污泥特性、产电性能、胞外聚合物(EPS)、微生物群落结构及膜污染的影响.[结果]结果表明,与未优化的培养条件相比,工业焦化废水COD的去除率提高了23％;污泥浓度(MLSS)、比重、沉降速度增加,污泥体积指数(SVI)降低,表明污泥颗粒化及沉降性能提高;污泥中溶解性EPS (SMP)、松散态EPS (LB-EPS)及紧密结合态EPS (TB-EPS)这3种组分中的蛋白质与多糖的比例(P/C)分别降低0.12、0.25和0.16,表明污泥更易于被降解;厌氧污泥的产电性能增强;高通量分子测序结果表明,反应器中污泥的群落结构发生了明显的变化,优势菌群突出;经扫描电镜(SEM)对比结果表明,反应器阴极膜的污染情况也得到了一定的减缓.[结论]优化进水培养条件可以达到使反应器污水处理效率提高、清理周期缩短和运行更稳定等效果,对于工业废水处理技术的节能环保方面提供一定的理论依据.