目的:开发一种应用于经自然腔道内镜手术（NOTES）机器人柔性机械手的骨架结构，以满足NOTES对手术执行器械的性能需求。方法:基于金属编织技术设计一种柔性机械手结构及对应结构的控制策略。根据柔性机械手的机械结构特征推导几何关系公式。通过链式梁约束模型（CBCM）以及机械弹簧理论建立理论模型。对机械结构建立有限元模型并分析，验证理论模型的精度；并由金属编织结构的抗弯刚度验证柔性机械手的载荷能力。结果:基于金属编织技术设计了一种柔性机械手结构及对应结构的控制策略。在设置恰当的约束条件后，金属圆环作为单个受力单元在受到0.5 N的轴向力驱动时，最大应变约为1.49%，处于线性弹性阶段。最大形变约为0.308 9 mm，比理论值高3.26%。机械手骨架的最大应变约为0.21%，处于线性弹性阶段。最大总形变约为7.135 5 mm，比理论值高6.30%。机械手骨架的抗弯刚度计算为3.19 N·mm 2，与同量级尺寸形状记忆聚合物（SMPs）制成的柔性机械手相当。 结论:开发一种应用于NOTES机器人柔性机械手的骨架结构，符合执行NOTES手术任务的支撑刚度需求。

形状记忆材料是一种具有形状记忆效应的智能材料，能够在外界刺激下记忆并恢复其原始形状，制备方法包括合金记忆材料的热处理法和激光烧结法，以及聚合物类和复合材料类形状记忆材料的热塑法。形状记忆材料在骨科领域，如骨折治疗、骨组织工程修复、脊柱矫形及关节置换等方面展现出了巨大的应用价值。形状记忆材料具有优良的生物力学性能，在骨折治疗中提供持续有效的压力、支撑力以及抗扭转力，还具有降低骨折内固定应力遮挡的优势。因环境因素变化对周围骨组织产生的持续应力作用为脊柱畸形矫正提供了持续的矫形力，在关节置换方面提高了假体的耐久性。形状记忆材料具有良好的生物相容性和可诱导细胞增殖的性能，可制作具有自拟合功能的组织工程支架，在精准填充骨缺损部位时向自体骨施加机械力，刺激骨细胞的增殖与分化，引导骨再生，加速骨修复。此外，形状记忆材料可被用于药物传递释放的载体，通过控制温度、应力等环境因素控制药物的释放，实现药物的靶向治疗。形状记忆材料伴随着4D打印技术的发展，在骨科个性化诊疗、个性化定制方面有广阔的应用前景。

3D生物打印是一种经过3D生物打印机生成人体组织的技术[1].4D生物打印在3D的基础上增加了第4个维度——时间,其关键是记忆材料,例如形状记忆聚乳酸四氧化三铁聚合物(polylactide/magnetite,PLA/Fe304)复合材料、记忆水凝胶等.骨组织4D生物打印[2-3]是一种新兴的技术,操作者可以通过软件设定模型和时间,在这期间生物材料和细胞按照预设的设计构建成复杂的三维结构,并且可以随着时间的推移自行变形或运动.时变动态4D打印模式打破了静态3D打印产品的边界.

磁响应形状记忆聚合物(Shape Memory Polymer,SMP)是在SMP的基础上,通过引入磁性粒子以实现磁响应的新型材料,其远程非接触的传导控制方式为临床治疗和新型智能医疗器材的研发提供了新的方案.本文介绍磁热效应概念,并对磁热响应形状记忆机理进行阐述,综述磁响应SMP在不同医学领域中的研究进展,尤其是与4D打印技术的创新性结合,分析磁响应SMP的优点与所面临的问题,并对今后的应用进行展望.

形状记忆聚合物(SMP)是一种可编程的智能材料,它具有一定的初级形状,可按需求被塑形为相关的次级结构,经高于其形变阈值的刺激处理后,聚合物可恢复其初级结构.由次级结构转变为初级结构的过程称为形状记忆效应(SME).触发其SME的刺激包括温度、光激发、电磁感应、酸碱度和水溶液等.该文对SMP在脑卒中疾病中的应用进行综述,包括聚氨酯基SMP的动脉瘤闭塞效应、聚氨酯/镍钛诺复合型SMP应用于血管内机械取栓,以及负载干细胞的SMP支架在继发性脑损伤中的应用等.

临床上由于创伤、肿瘤、感染、手术等所造成的骨缺损很常见,常需要植骨修复[1].传统的骨移植方法包括自体骨移植和异体骨移植两种.自体骨移植多采用患者自身髂骨,虽然免疫反应低,但供体有限,且增加患者的痛苦[2].异体骨移植虽然不受大小形状数量等限制,但存在较强免疫反应.近年来,骨组织工程作为一种重要的替代措施,它的兴起为解决这些难题提供了希望.目前,用于骨组织工程的支架材料有很多,主要有各种金属[3]、陶瓷[4]及高分子聚合物材料等[5],但这些材料在生物相容性、生物活性、生物可降解性、与宿主骨的力学匹配性和使用寿命等方面各有优缺点.金属因其高强度、高负重能力、形状记忆、惰性、超弹性等优点应用于骨组织工程,常见的金属支架有钽、钛、钛镍合金、镁等,不同的金属因其密度、强度、制作方法不同,所制作的支架性能也不同.本文现对金属骨组织支架的研究进展综述如下.

蛋白质是生命活动的执行者,除了催化数千种化学反应,蛋白质还在生物的身体结构、信息传递、生物防卫等方面起不可或缺的作用.不同的生理功能不仅需要不同的蛋白质,还需要蛋白质分子形成各自的结构和形状.而蛋白质分子是由不分支的肽链组成的,从新合成的肽链到具有特定三维结构和有生理功能的蛋白质,需要复杂精细的肽链折叠过程.由于各种折叠方式之间的能量差别甚小,许多因素,包括自身浓度的变化、分子中一部分肽链缺失或者延长、基因突变引起的氨基酸残基改变、环境中酸碱度改变、离子浓度变化、周围的分子环境变化等,都能使肽链的折叠方式发生改变.肽链折叠方式改变的后果之一,就是形成特殊的β-折叠:肽链中彼此平行而又方向相反的区段以氢键联系,形成片状结构,多个分子的这种片状结构还能逐层叠加,形成纤维状的聚合物.不仅如此,这样的“异常”结构还会使“正常”的蛋白也改变折叠方式,变成和自己一样的结构,因此这些“异常”结构的蛋白质具有“传染性”,即能复制自己的结构,统称“传染性蛋白”,词源是从英文的Prion一词意译而来.在许多情况下,这种“折叠错误”的蛋白会丧失原有的生理功能,且其聚合物对细胞有害,引起疾病,包括疯牛病、瘁羊病(Scrapie)、人类的克-雅氏病、老年痴呆、帕金森氏症、杭廷顿氏症等中枢神经系统病症.除了这些疾病,折叠错误的蛋白还可沉积在身体各处,引起各种“淀粉样变性病”(Amyloido-sis).另一方面,Prion型的蛋白由于其稳定性和特殊结构,又可获得新的生理功能,在生物材料的建造,物质储存、作为黑色素和牙釉质合成时的模板、动物的长期记忆,以及免疫系统的信息传输中发挥重要作用,即一些传染性蛋白也能发挥正常的、甚至不可替代的生理功能.本文以3个部分分别介绍传染性蛋白被发现的历史和形成机制、传染性蛋白所引起的疾病(负面),以及传染性蛋白执行的正常生理功能(正面).

蛋白质是生命活动的执行者,除了催化数千种化学反应,蛋白质还在生物的身体结构、信息传递、生物防卫等方面起不可或缺的作用.不同的生理功能不仅需要不同的蛋白质,还需要蛋白质分子形成各自的结构和形状.而蛋白质分子是由不分支的肽链组成的,从新合成的肽链到具有特定三维结构和有生理功能的蛋白质,需要复杂精细的肽链折叠过程.由于各种折叠方式之间的能量差别甚小,许多因素,包括自身浓度的变化、分子中一部分肽链缺失或者延长、基因突变引起的氨基酸残基改变、环境中酸碱度改变、离子浓度变化、周围的分子环境变化等,都能使肽链的折叠方式发生改变.肽链折叠方式改变的后果之一,就是形成特殊的β-折叠:肽链中彼此平行而又方向相反的区段以氢键联系,形成片状结构,多个分子的这种片状结构还能逐层叠加,形成纤维状的聚合物.不仅如此,这样的“异常”结构还会使“正常”的蛋白也改变折叠方式,变成和自己一样的结构,因此这些“异常”结构的蛋白质具有“传染性”,即能复制自己的结构,统称“传染性蛋白”,词源是从英文的Prion一词意译而来.在许多情况下,这种“折叠错误”的蛋白会丧失原有的生理功能,且其聚合物对细胞有害,引起疾病,包括疯牛病、痒羊病(Scrapie)、人类的克-雅氏病、老年痴呆、帕金森氏症、杭廷顿氏症等中枢神经系统病症.除了这些疾病,折叠错误的蛋白还可沉积在身体各处,引起各种“淀粉样变性病”(Amyloidosis).另一方面,Prion型的蛋白由于其稳定性和特殊结构,又可获得新的生理功能,在生物材料的建造,物质储存、作为黑色素和牙釉质合成时的模板、动物的长期记忆,以及免疫系统的信息传输中发挥重要作用,即一些传染性蛋白也能发挥正常的、甚至不可替代的生理功能.本文以3个部分分别介绍传染性蛋白被发现的历史和形成机制、传染性蛋白所引起的疾病(负面),以及传染性蛋白执行的正常生理功能(正面).

蛋白质是生命活动的执行者,除了催化数千种化学反应,蛋白质还在生物的身体结构、信息传递、生物防卫等方面起不可或缺的作用.不同的生理功能不仅需要不同的蛋白质,还需要蛋白质分子形成各自的结构和形状.而蛋白质分子是由不分支的肽链组成的,从新合成的肽链到具有特定三维结构和有生理功能的蛋白质,需要复杂精细的肽链折叠过程.由于各种折叠方式之间的能量差别甚小,许多因素,包括自身浓度的变化、分子中一部分肽链缺失或者延长、基因突变引起的氨基酸残基改变、环境中酸碱度改变、离子浓度变化、周围的分子环境变化等,都能使肽链的折叠方式发生改变.肽链折叠方式改变的后果之一,就是形成特殊的？？折叠:肽链中彼此平行而又方向相反的区段以氢键联系,形成片状结构,多个分子的这种片状结构还能逐层叠加,形成纤维状的聚合物.不仅如此,这样的“异常”结构还会使“正常”的蛋白也改变折叠方式,变成和自己一样的结构,因此这些“异常”结构的蛋白质具有“传染性”,即能复制自己的结构,统称“传染性蛋白”,词源是从英文的Prion一词意译而来.在许多情况下,这种“折叠错误”的蛋白会丧失原有的生理功能,且其聚合物对细胞有害,引起疾病,包括疯牛病、痒羊病(Scrapie)、人类的克-雅氏病、老年痴呆、帕金森氏症、杭廷顿氏症等中枢神经系统病症.除了这些疾病,折叠错误的蛋白还可沉积在身体各处,引起各种“淀粉样变性病”(Amyloidosis).另一方面,Prion型的蛋白由于其稳定性和特殊结构,又可获得新的生理功能,在生物材料的建造,物质储存、作为黑色素和牙釉质合成时的模板、动物的长期记忆,以及免疫系统的信息传输中发挥重要作用,即一些传染性蛋白也能发挥正常的、甚至不可替代的生理功能.以3个部分分别介绍传染性蛋白被发现的历史和形成机制、传染性蛋白所引起的疾病(负面),以及传染性蛋白执行的正常生理功能(正面).

蛋白质是生命活动的执行者,除了催化数千种化学反应,蛋白质还在生物的身体结构、信息传递、生物防卫等方面起不可或缺的作用.不同的生理功能不仅需要不同的蛋白质,还需要蛋白质分子形成各自的结构和形状.而蛋白质分子是由不分支的肽链组成的,从新合成的肽链到具有特定三维结构和有生理功能的蛋白质,需要复杂精细的肽链折叠过程.由于各种折叠方式之间的能量差别甚小,许多因素,包括自身浓度的变化、分子中一部分肽链缺失或者延长、基因突变引起的氨基酸残基改变、环境中酸碱度改变、离子浓度变化、周围的分子环境变化等,都能使肽链的折叠方式发生改变.肽链折叠方式改变的后果之一,就是形成特殊的β-折叠:肽链中彼此平行而又方向相反的区段以氢键联系,形成片状结构,多个分子的这种片状结构还能逐层叠加,形成纤维状的聚合物.不仅如此,这样的“异常”结构还会使“正常”的蛋白也改变折叠方式,变成和自己一样的结构,因此这些“异常”结构的蛋白质具有“传染性”,即能复制自己的结构,统称“传染性蛋白”,词源是从英文的Prion一词意译而来.在许多情况下,这种“折叠错误”的蛋白会丧失原有的生理功能,且其聚合物对细胞有害,引起痰病,包括疯牛病、痒羊病(Scrapie)、人类的克-雅氏病、老年痴呆、帕金森氏症、杭廷顿氏症等中枢神经系统病症.除了这些疾病,折叠错误的蛋白还可沉积在身体各处,引起各种“淀粉样变性病”(Amyloido-sis).另一方面,Prion型的蛋白由于其稳定性和特殊结构,又可获得新的生理功能,在生物材料的建造,物质储存、作为黑色素和牙釉质合成时的模板、动物的长期记忆,以及免疫系统的信息传输中发挥重要作用,即一些传染性蛋白也能发挥正常的、甚至不可替代的生理功能.本文以3个部分分别介绍传染性蛋白被发现的历史和形成机制、传染性蛋白所引起的疾病(负面),以及传染性蛋白执行的正常生理功能(正面).