戴太强 1,2,3,4马英 5杜宇轩 1,2,3,4侯燕 1,2,3,4[ ... ]孔亮 1,2,3,4,*
1 口颌系统重建与再生全国重点实验室，陕西 西安 710032
2 国家口腔疾病临床医学研究中心，陕西 西安 710032
3 陕西省口腔疾病临床医学研究中心，陕西 西安 710032
4 第四军医大学口腔医院颌面外科，陕西 西安 710032
5 西安电子科技大学物理学院，陕西 西安 710171
6 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室，陕西 西安 710119
分离培养SD大鼠骨髓间充质干细胞，传代纯化后接种至共聚焦培养皿，置于自主研发搭建的平场定量相位显微镜下，利用荧光及相位双通道证实线粒体特征后，进行长时间无标记观察，分析平场定量相位显微镜观察到的线粒体分裂、融合过程，以及细胞凋亡过程中的线粒体变化。平场定量相位显微镜无标记观察到的线粒体可与荧光标记的线粒体完全重叠，表明平场定量相位显微镜可以清晰观察线粒体并进行无标记高分辨率成像。同时，平场定量相位显微镜可以对培养条件下的骨髓间充质干细胞进行长时间无标记观察，并高分辨率记录线粒体分裂、融合过程。此外，还利用平场定量相位显微镜首次完整记录了CCCP作用下线粒体的变化，该变化直观地呈现了线粒体途径的细胞凋亡过程。平场定量相位显微镜可以对培养的细胞进行长时间无标记高分辨率观察，为线粒体动力学的研究提供了一种新的观察手段。
无标记成像 平场定量相位显微镜 骨髓间充质干细胞 线粒体动力学 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618020
刘妍 1,2,3张宇帆 1,2,3王茜蔓 1,2,3李婷 1,2,3[ ... ]严小琴 1,2,3
1 1.西北大学 中国-中亚人类与环境“一带一路”联合实验室, 西安 710127
2 2.西北大学 文化遗产研究与保护技术教育部重点实验室, 西安 710127
3 3.西北大学 文化遗产学院, 西安 710127
考古发掘出土的风化骨质文物通常疏松多孔、力学强度低、质地脆弱, 易出现翘曲、开裂、酥粉化等现象,亟需探索脆弱骨质文物加固保护的新方法。本研究采用羟基磷灰石前驱材料氧化钙-磷酸氢钙的醇分散液渗入脆弱骨质内部, 再用蒸馏水渗入引发氧化钙与磷酸氢钙反应而生成羟基磷灰石连续相。该连续相能填充脆弱骨内部的孔隙和裂缝, 并通过桥连黏接而加固骨质。利用电镜、能谱、XRD、色差、质量、孔隙率、密度和断面强度等研究考察了悬浮分散液中氧化钙与磷酸氢钙的质量配比(1 : 1、1 : 3、1 : 4、1 : 5、1 : 6、1 : 7)和施加方式(刷涂、滴渗和浸泡)对加固效果的影响，结果表明, 悬浮分散液中氧化钙和磷酸氢钙的质量配比为1 : 3, 且施加方式为刷涂时, 加固处理效果最佳。经加固处理后, 脆弱骨的孔隙率下降了17.3%, 质量、密度和表面强度分别提高了38.39%、34.49%和16.32%, 且其色差∆E也小于3.0, 符合文物保护要求。本研究为脆弱骨质文物的加固保护提供了新的有效方法。
脆弱考古骨 加固保护 加固剂 加固方式 羟基磷灰石 fragile archaeological bone consolidation consolidant consolidation way hydroxyapatite
同济大学 材料科学与工程学院, 上海 201804
聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥因具有良好的力学性能、适宜的凝固时间和低毒性等优点而在骨科手术中作为可注射型人工骨修复材料受到广泛的应用。然而，其生物惰性可能导致假体长期植入后产生无菌性松动。本研究采用模板法制备了介孔硼硅酸盐生物玻璃微球(MBGS), 并用硅烷偶联剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(γ-MPS)对其进行改性, 制备了MBGSSI。再将硅烷化介孔硼硅酸盐生物玻璃微球(MBGSSI)与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥复合, 制备了一种具有良好生物活性和力学性能的复合骨水泥。实验结果表明, 由于γ-MPS与MBGS的结合主要发生在介孔微球的近表面, MBGSSI比MBGS具有更大的比表面积和更小的孔容积。与MBGS/PMMA复合骨水泥相比, γ-MPS可以改善复合材料中无机相和有机相之间的结合, 因此MBGSSI/PMMA复合骨水泥的力学性能得到了改善, 符合ISO 5833:2002对丙烯酸类骨水泥的力学性能要求。此外, 在SBF溶液中浸泡42 d后, MBGS/PMMA和MBGSSI/PMMA复合骨水泥的表面均生成了羟基磷灰石(HA), 证明复合骨水泥具有良好的生物活性。因此, MBGSSI/PMMA复合骨水泥是一种潜在的骨修复材料。
生物玻璃 硅烷化 PMMA骨水泥 生物活性 力学性能 bioglass silanization PMMA bone cement bioactivity mechanical property
1 1.武汉理工大学 深圳研究院, 深圳 518000
2 2.武汉理工大学 材料复合新技术国家重点实验室, 湖北省生物材料工程研究中心, 武汉 430070
3 3.姆贝亚科技大学 医学科学与技术系, 姆贝亚, 坦桑尼亚
磷酸三钙(β-TCP)陶瓷替代材料由于其与骨矿物成分相近及良好的生物相容性和骨传导性, 近年来被广泛关注, 常以纳米颗粒、支架和微球等形式用于骨修复。本研究制备了五种不同的磷酸三钙/磷酸三镁(TMP) (TCP、25% TMP、50% TMP、75% TMP和TMP)复合微球并作了相应表征。随着复合微球中TMP含量增加, 微球释放的Mg2+和Ca2+的累积浓度增加, 且TMP可以调节复合微球的降解速率。以小鼠胚胎成骨细胞前体细胞(MC3T3-E1)和人脐静脉内皮细胞(HUVECs)为模型, 评价了该复合微球的生物相容性、成血管和成骨作用。结果表明, 与TCP、TMP和75% TMP相比, 25% TMP和50% TMP复合微球具有更好的细胞相容性, 对HUVECs有一定的促增殖作用。因此, 含25% TMP和50% TMP的复合微球对血管生成和成骨具有更积极的作用。
β-TCP TMP 骨缺损 陶瓷 微球 β-TCP TMP bone defect ceramics microsphere
1 1.江苏大学 医学院 检验系, 镇江 212013
2 2.四川大学 国家生物医学材料工程技术研究中心, 成都 610064
天然骨组织由有机纳米材料胶原纤维和无机纳米材料羟基磷灰石组成, 具有独特的微纳米结构以及传统人工合成材料无法比拟的生物功能和力学性能优势。在组织工程和再生医学的研究中, 模拟天然骨组织层次特征的微纳米结构生物材料是研究热点之一。近年来, 研究人员发现微纳米结构生物材料能有效调节细胞增殖、分化和迁移, 促进细胞成骨分化, 进而促进体内骨组织再生。本文综述了利用天然骨组织层次特征指导材料分层设计的研究进展以及微纳米结构生物材料的细胞相互作用特性和在骨组织工程中的应用, 以期为生物材料的设计提供新思路。
微纳米结构 骨再生 生物材料 micro-/nano-structure bone regeneration biomaterial
1 浙江大学材料科学与工程学院，杭州 310030
2 浙江大学医学院附属口腔医院，杭州 310016
在骨修复领域中，通过构建天然骨再生微环境可加速骨修复进程。细胞微环境中的重要一环是生物电信号，它广泛存在于人体各种组织中，对干细胞分化、组织修复等具有关键调控作用。而电活性材料具有独特的电学特性，因此可借助电活性组织工程材料在骨缺损处模拟再生电学微环境，激发人体固有修复潜力，加速骨缺损的修复。本文根据所应用电学特性的区别，按铁电、压电、驻极效应和导电特性等类型，系统地综述了采用各种类型电活性材料促进骨修复的研究状况，为进一步研究提供了新思路。
骨组织工程 电活性 铁电 压电 驻极体 电刺激 bone tissue engineering electroactive ferroelectric piezoelectric electret electrical stimulation
1 中国科学院深圳先进技术研究院，广东 深圳 518055
2 深圳市中科海世御生物科技有限公司，广东 深圳 518055
针对硼硅酸盐生物活性玻璃(BBG)临床应用的瓶颈问题，对比不同硼硅比(样品0B、样品1.5B、样品3B)生物活性玻璃与30% (质量分数)柠檬酸混合形成的骨水泥浸提液在体外对人骨髓间充质干细胞(hBMSCs)增殖活性与成骨分化的影响，及该骨水泥体内移植后对大鼠股骨缺损的修复效果。结果表明：骨水泥的降解速率随生物玻璃中B元素含量的增加而增快，同时其浸提液在体外对hBMSCs增殖活性与成骨分化的抑制效果更明显；然而，含最高浓度B的骨水泥(样品3B)在体内诱导更多新骨生成，展示出更好的骨修复性能。基于BBG在体内外生物学效应的显著性差异，本工作为硼基生物活性材料特性的优化设计及其体外有效性评价体系的构建提出了思考和建议。
硼硅酸盐生物活性玻璃 骨髓间充质干细胞 成骨分化 骨缺损 硼 borosilicate bioactive glass bone marrow mesenchymal stem cells osteogenic differentiation bone defect boron
南京航空航天大学材料科学与技术学院，南京 211106
本文以氧化镁(MgO)和磷酸二氢钾(KH2PO4)作为磷酸镁骨水泥的固相成分，并引入不同含量的植酸改性羟基磷灰石(IP6-HA)粉末，制备多种不同镁磷比的磷酸镁基复合骨水泥。通过调整磷酸镁粉末中MgO和KH2PO4的比例和IP6-HA含量，改善了骨水泥的力学性能和固化时间，并研究了骨水泥的固化机理。结果表明，当镁磷比为4且固相中的IP6-HA含量为5%(质量分数)时，鸟粪石晶体(MgKPO4·6H2O)的生长效果最好，固化时间为7.5 min，抗压强度可达49 MPa，固化四周后强度可达69.3 MPa。试验所得的IP6-HA改性磷酸镁基复合骨水泥力学性能较好且固化时间适宜，具有潜在的生物医学应用前景。
骨水泥 磷酸盐 氧化镁 羟基磷灰石 固化时间 力学性能 bone cement phosphate magnesium oxide hydroxyapatite curing time mechanical property
1 西安建筑科技大学 信息与控制工程学院，陕西 西安 710055
2 中国社会科学院 考古研究所，北京 100101
3 陕西省文物保护研究院，陕西 西安 710075
骨签是记载西汉时期地方工官向中央上缴产品的重要文物，准确检测其文字内容具有重要意义。针对复杂纹理背景下骨签文字特征难以提取及文字密集、粘连导致检测框冗余的问题，提出融合自注意力卷积和改进损失函数的骨签文字检测算法。首先，在YOLOv5特征提取端加入自注意力卷积模块，增强网络对骨签文字特征的注意，同时使模型捕捉更丰富的全局信息，抑制裂痕对文字特征提取的干扰。其次，使用Focal-EIOU损失函数替换原网络的CIOU进行优化，Focal-EIOU使用宽高损失降低预测框与真实框的宽高差距，剔除大于真实框的预测框，解决文字密集与粘连产生的检测框冗余问题，进而提高模型精准预测能力。实验结果表明，本文算法的平均精确率达到93.35%，相比YOLOv5提高了3.08%，对于复杂纹理背景下的密集粘连骨签文字检测任务更为适用。
文字检测 骨签 注意力机制 YOLOv5 损失函数 text detection bone stick attention mechanism YOLOv5 loss function 
1 安徽建筑大学工程机械智能制造重点实验室，安徽 合肥 230601
2 安徽春谷3D打印智能装备产业技术研究院，安徽 芜湖 241000
Finally, the limitations of laser processing at present are summarized, and the application and development of laser micromachining technology in the field of medical equipment in the future are prospected. Although laser microprocessing technology can micro-process a new generation of implantable medical devices with extremely fine structure, making the commercial use of the next generation of implantable medical devices feasible, the development of laser micro-processing technology in the biomedical field is not mature enough, the production efficiency is low, and the work stability needs to be improved. For the laser micromachining process, a complete set of theories has not yet been formed to explain the physical nature of the interaction between the laser and material under the extreme conditions of ultra-fast, ultra-short, and ultra-strong, nor can the impact of laser micromachining on the material structure and physical and chemical properties be well evaluated. The next work still needs a lot of basic and regular research. At the same time, according to the characteristics of laser micromachining and the properties of the processed materials, it is also necessary to develop simulation analysis software to simulate the micromachining process and optimize the parameters of the laser micromachining process.
激光微细加工 血管支架 骨支架 生物材料 抗菌性 laser micromachining vascular stent bone stent biological materials antibacterial
