1 1.上海交通大学医学院附属同仁医院, 口腔科, 上海 200336
2 2.海军军医大学第一附属医院(长海医院), 口腔科, 上海 200433
盖髓剂对于保存牙髓和治疗龋病具有重要作用。临床常用的三种盖髓剂的治疗效果存在较大差异, 如何依据病情选择恰当的盖髓剂亟需相关对比研究予以指导。本研究旨在对临床常用的三种盖髓剂: 齿科氧化锌丁香酚水门汀(ZnO)、自固化氢氧化钙(Dycal)和光固化氢氧化钙间接盖髓剂(Calcimol)的形貌、成分以及理化性能进行表征, 并通过体外细菌和细胞培养实验对其抗菌性和生物相容性进行对比评价。实验结果表明, 齿科氧化锌丁香酚的疏水性能较强, 其有效成分ZnO可持续释放Zn离子, 呈现出优异的抗菌性能; Dycal和Calcimol具有相似的结构形貌和成分, 但Dycal相对疏水, 能持续释放Ca离子, 在周围形成碱性微环境, 从而赋予其抗菌性和较好的生物相容性; Calcimol为亲水材料, 便于临床操作, 钙离子释放量少, 抗菌性稍弱, 但生物相容性优异。本研究结果为临床上以龋病程度及牙髓健康状况为依据，选择合适的盖髓剂提供了实验基础。
盖髓剂 结构表征 抗菌性 生物相容性 pulp capping agent microstructure characterization antibacterial property biocompatibility
1 中国科学院理化技术研究所仿生材料与界面科学重点实验室，有机纳米光子学实验室，北京 100190
2 中国科学院大学，北京 101407
双光子聚合加工技术是基于双光子吸收效应的一种新型的微纳制造技术，已被广泛应用于微纳光子学、微机电系统、组织工程等领域。采用双光子聚合加工技术制备的3D水凝胶微结构形貌可控，而且具有高精度、适当的刚度以及良好的生物相容性等优势，可以更好地在体外模拟体内微环境，因而在生物医学领域展现出了巨大的应用潜力。本文简要介绍了双光子聚合加工技术的原理，综述了水溶性光引发剂的研究进展，着重介绍了双光子聚合加工技术制备水凝胶的研究现状及其在仿生学、生物医学等领域的应用。
材料 双光子聚合 水凝胶 生物相容性 微结构 细胞支架 组织工程 中国激光
2023, 50(21): 2107401
Author Affiliations
Abstract
1 College of Materials Science and Engineering, School of Physics and Electronics, Hunan University, Changsha 410072, China
2 Hunan Aerospace Magnet & Magneto Co., LTD, Changsha 410200, China
3 State Key Laboratory of Precision Electronic Manufacturing Technology and Equipment, Guangzhou 510006, China
4 Jihua Laboratory, Foshan 528251, China
There is growing recognition that the developments in piezoresistive devices from personal healthcare to artificial intelligence, will emerge as de novo translational success in electronic skin. Here, we review the updates with regard to piezoresistive sensors including basic fundamentals, design and fabrication, and device performance. We also discuss the prosperous advances in piezoresistive sensor application, which offer perspectives for future electronic skin. There is growing recognition that the developments in piezoresistive devices from personal healthcare to artificial intelligence, will emerge as de novo translational success in electronic skin. Here, we review the updates with regard to piezoresistive sensors including basic fundamentals, design and fabrication, and device performance. We also discuss the prosperous advances in piezoresistive sensor application, which offer perspectives for future electronic skin.
electronic skin piezoresistive sensor biocompatibility Opto-Electronic Advances
2022, 5(8): 210029
1 北京航空航天大学机械工程与自动化学院，北京 100083
2 北京航空航天大学大型金属构件增材制造国家工程实验室，北京 100083
3 北京航空航天大学国际交叉科学研究院，北京 100083
4 北京航空航天大学宁波创新研究院，浙江 宁波 315800
随着社会发展和医疗健康事业的进步，医用金属植入物等医疗器械在临床应用中出现的细菌感染、生物相容性不佳等瓶颈亟待解决。近年来，飞秒激光以其加工精度高、适用材料广、热效应低、灵活可靠等优势，成为医用材料表面改性备受关注的新技术。本文针对体液光谱检测、植入物表面细胞行为调控、口腔抗菌这三个具体临床应用场景，简述了制备表面微纳复合结构实现生物功能的基本原理，以及多功能微纳复合结构的制备原理，梳理了飞秒激光诱导微纳结构的应用进展及研究现状，以期为相关研究人员提供线索和依据。
中国激光
2022, 49(10): 1002601
1 山东大学机械工程学院先进射流工程技术研究中心，山东 济南 250061
2 高效洁净机械制造教育部重点实验室，山东 济南 250061
3 山东大学口腔医学院修复科，山东省口腔组织再生重点实验室，山东 济南 250012
4 山东大学第二医院口腔颌面外科，山东 济南 250033
5 燕山大学机械工程学院，河北 秦皇岛 066004
钛以其优异的力学性能和良好的生物相容性而被广泛用于制造医疗植入体。为提高钛在人体内的稳定性、抗菌性等，需对其表面进行修饰改性。本研究采用飞秒和皮秒激光在钛表面加工出微凹槽和微凸起结构，对比了两种激光技术在钛表面加工的微凸起和微凹槽结构在表面形貌、亲疏水性和生物相容性等方面的差异。表面形貌、轮廓、元素的表征结果表明两种激光加工结构的尺寸主要受能量密度的影响，而形状受光斑重叠率的影响较大，皮秒激光加工表面的氧含量较高。由于飞秒和皮秒激光改性钛表面微织构形貌的差异，水接触角(以下简称“接触角”)从初始的40.25°分别降为9.88°和0°。通过对比样品在空气、真空、生理盐水中保存3 d后的表面接触角发现，皮秒激光加工样品表面能保持稳定的超亲水性；经硅烷处理后，飞秒激光改性表面的接触角可达152.80°，而皮秒激光改性表面的接触角为146.38°。细胞黏附和增殖的实验结果表明飞秒激光加工的微凸起或微凹槽线阵有利于细胞的黏附和排列，而皮秒激光加工的微凸起或微凹槽线阵有利于促进细胞的铺展和迁移。
激光技术 钛 微凸起 微凹槽 润湿性 生物相容性 中国激光
2022, 49(10): 1002605
中山大学 电子与信息工程学院 光电材料与技术国家重点实验室, 广州 510006
光遗传学是一门涉及神经科学、光学、半导体光电子学及生物医学的交叉科学。把光作为一种遗传学的研究工具, 可为神经科学研究提供更高效、精准的神经调控手段, 也为临床精神疾病的研究和治疗提供了新的思路。集成式注入型生物光电极是一种集刺激神经元的光源与采集生物电信号的微电极于一体的多功能生物微探针, 在利用活体生物进行的光遗传学研究中有着重要的应用。文章回顾了光遗传学的历史, 对集成式注入型生物光电极器件的分类和发展进行了分析, 详细比较了不同类型光电极器件在结构和性能上的差异, 从电学特性、噪声信号、生物兼容性及可靠性等方面进行评价。最后, 对光电极器件的未来发展进行了初步的探讨。
光遗传学 光电极 噪声信号 生物兼容性 optogenetics optorde noise signal biocompatibility
1 中国科学院理化技术研究所仿生智能界面科学中心有机纳米光子学实验室, 北京 100190
2 中国科学院大学未来技术学院, 北京 101407
对双光子引发剂的设计合成和飞秒激光双光子聚合技术的基本原理进行了简单介绍。着重介绍了用于水凝胶双光子聚合的引发剂的研究进展,主要包括通过扩大共轭链长度、引入强供/吸电子基团、加入共引发体系等来增大双光子吸收截面,引入自由基淬灭基团以降低荧光量子产率,增加引发剂的水溶性来降低微结构细胞毒性等方面。这些研究为生物相容性三维水凝胶微纳结构的制备及应用提供了科学基础,是更好地模拟体内细胞生长微环境的必要条件。接着,介绍双光子聚合制备的水凝胶微纳结构及其在组织工程领域中的应用。最后,对生物相容性水凝胶微结构在应用中存在的问题与未来发展趋势进行总结和展望。
材料 双光子引发剂 水凝胶 双光子聚合 微结构 生物相容性 组织工程
1 华南师范大学物理与电信工程学院，广州 510006
2 广东工业大学物理与光电工程学院，广州 510006
为了增强光敏剂光动力治疗白血病的效果，研究由肿瘤靶向性分子叶酸(FA)修饰、壳聚糖纳米粒子(CS-NP)包裹 Fe-TiO2形成的复合纳米颗粒 FA-CS@Fe-TiO2对 HL60细胞的光催化灭活作用。通过溶胶 -凝胶法、两步法以及表面修饰等方法制备了 FA-CS@Fe-TiO2纳米颗粒，并利用 X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱等分析手段对纳米颗粒进行了表征。使用 CCK-8法、活性氧含量分析法对复合纳米颗粒 FA-CS@Fe-TiO2光催化灭活 HL60细胞的作用机理进行了分析。细胞试验结果表明，在非光照条件下，壳聚糖(CS)本身对细胞的生长无明显抑制作用，且在低质量浓度(5 μg/mL)时对细胞生长有一定的促进作用。相比 Fe-TiO2和 FA-CS@ Fe-TiO2纳米材料， CS@Fe-TiO2的毒性要明显降低，即使在 160 μg/mL的高质量浓度作用下， CS@Fe-TiO2(3:2)作用后的 HL60细胞相对存活率仍可高达 85%，说明 CS的包裹能提高 Fe-TiO2的生物相容性。光动力疗法(PDT)试验表明， FA的修饰可以显著提高 HL60细胞对复合纳米颗粒的摄取，增强复合纳米颗粒对 HL60细胞的灭活效率， FA-CS@Fe-TiO2的最高 PDT灭活效率为 78.75%。该研究为光动力疗法治疗白血病肿瘤细胞的临床应用提供了参考。
肿瘤分子靶向 生物相容性 光动力疗法 HL60细胞 FA-CS@Fe-TiO2 FA-CS@Fe-TiO2 tumor molecular targeting biocompatibility photodynamic therapy HL60 cells
1 中国科学院 上海硅酸盐研究所, 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 200050
2 中国科学院大学 材料科学与光电子工程中心, 北京 100049
医用钛及其合金被广泛用作骨组织替换材料, 但缺乏抗菌性, 易导致细菌感染。铜具有良好的抗菌性能, 将其引入到钛表面, 可改善医用钛的抗菌性能; 然而铜含量过高对细胞具有毒性。因此, 需要调节铜的含量, 实现铜的抗菌性能和细胞相容性之间的平衡。本研究采用等离子体浸没离子注入技术对医用钛进行表面改性, 获得表面含铜量不同的样品, 并研究改性钛表面对细菌和细胞行为的影响。结果表明, 钛表面含铜量较低的样品能够促进大鼠骨髓间充质干细胞(rBMSCs)和人脐静脉内皮细胞(HUVECs)的增殖, 但对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌没有抑制能力; 随着离子注入时间的延长, 钛表面含铜量较高的样品抗菌能力显著提高, 同时也未产生明显细胞毒性。因此, 通过控制钛表面的铜含量, 可以获得兼具良好抗菌性能和生物相容性的钛植入材料。
离子注入 生物相容性 铜 抗菌 ion implantation biocompatibility copper antibacterial
武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室和材料科学与工程化国际示范学院, 湖北 武汉 430070
自驱动微纳米马达能够自主运动, 在药物运输、生物传感、细胞分离、微手术和环境治理等方面有着重要的变革性应用前景。在简要介绍我们自驱动微纳米马达的基本概念、驱动机理、构建策略和研究现状的基础上, 重点介绍首次提出的生物相容性镁基微马达和在生物和环境介质中具有本征趋化运动行为的功能化精子微马达。然后, 演示了包括双面神粒子、单层管状和各向同性粒子等各种结构的光控微纳米马达及其独特的运动控制性能, 表明它们具备作为灵活的平台, 以高度复杂的方式操纵和组装微型/纳米货物。最后, 展望了应用于生物体中的微纳米马达应该具有强大的推力、特异性感知能力、外部跟踪能力和在血管等生理环境中的自我定位能力。
微纳米马达 生物相容性 镁基微马达 功能化精子微马达 光控微马达 micro-/nanomotors biocompatibility Mg-based micromotors functionalized sperm micromotors light-controlled MNMs
