摘要描述了用于植入电子系统的生物相容性包装过程,将生物相容性和密封性与极端微型化结合在一起。在总包装序列的第1阶段中,所有芯片均已封装,以实现双向扩散屏障,防止体液将体液浸入包装中,从而导致腐蚀,并防止Cu(例如CU)(例如Cu扩散到体内),这会导致各种不良影响。对于成本效益,这种密封芯片密封是通过标准清洁室(CR)制造技术的修改作为晶圆级的后处理步骤进行的。众所周知的导电和绝缘Cr材料在其生物相容性,扩散屏障特性和对腐蚀的敏感性方面进行了研究。在包装过程的第2阶段中,最终设备的所有芯片均应进行电连接,并使用例如金或铂的生物相容性金属 - 亮液方案。植入后直接与组织直接接触的电极,提出了iRox金属化。设备组件的第3阶段是最终的包装步骤,在此步骤中,所有系统组件(例如电子,被动,蝙蝠等)都将互连。为了提供足够的机械支持,所有这些组件均使用生物相容性弹性体(如PDM)嵌入。
摘要:压电效应在生物系统中被广泛观察到,其在生物医学领域的应用也正在兴起。可穿戴和可植入生物医学设备的最新进展为压电材料构件带来了希望,也提出了要求。由于其生物相容性、生物安全性和环境可持续性,天然压电生物材料被认为是这一新兴领域的有前途的候选材料,有可能取代传统的压电陶瓷和合成聚合物。在此,我们全面回顾了五种主要类型的压电生物材料(包括氨基酸、肽、蛋白质、病毒和多糖)的最新研究进展。我们的讨论重点是它们与结构和相相关的压电性能以及实现所需压电相的制造策略。我们比较和分析了它们的压电性能,并进一步介绍和评论了改善其压电性能的方法。我们还讨论了这组功能生物材料的代表性生物医学应用,包括能量收集、传感和组织工程。我们设想,从分子水平上理解压电效应、压电响应改进和大规模制造是这一有前途的跨学科领域的三大挑战,也是研发机会。关键词:压电、天然生物材料、可持续材料、生物医学设备、纳米发电机、灵活性、氨基酸、蛋白质、多糖
摘要:分子识别在几种医疗保健应用中至关重要,例如感应,药物输送和治疗剂。分子印迹聚合物(MIP)提出了一种有趣的替代品(例如抗体,酶),因为合成受体克服了自然识别元素的有限鲁棒性,柔韧性,高成本和抑制的潜力。然而,货架MIP产品仍然有限,这可能是由于缺乏可扩展的生产方法,该方法可以以高产量和狭窄而定义的尺寸分布来制造这些材料以完全控制其性能。从这个角度来看,我们将授予MIP设计,制造和绩效评估自动化的突破将如何加速(商业)医疗保健技术中MIP的实施。此外,我们将讨论使用无动物技术(例如3D组织模型)对MIP的体内行为的预测对于评估其临床潜力至关重要。
这是以下研究文章的同行评审,被接受的作者手稿:O'Connor,S.,Dennany,L。,&O'Reilly,E。(2023)。纳米材料电化学发光透明度的进化向生物相容性材料。生物电化学,149,[108286]。https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2022.108286
近年来,生物医学已广泛地集中在开发具有反应性行为和可自定义特性的生物学用途药物输送系统上。在药物载体中,水凝胶可以是合适的选择。由于它们具有特定的表面和结构,可以选择性地维护和运输药物到操作区域,因此它们以有利的时间范围释放,以提供更高的治疗作用。在这里,我们宣布在高内相乳液(HIPES)中宣布聚(藻酸钠(ALG)和2-羟基乙基甲基丙烯酸酯(HEMA))的共聚合物的合成,以产生高度多孔的水凝胶,以产生高度的多孔水凝胶,这些水凝胶已发育为化学疗法药物额肌蛋白(Dox)。可以随着聚合物合成程序中涉及的变量而改变孔隙率的百分比。发达的珠的特征是通过傅立叶变换红外光谱(FTIR),热重分析(TGA)和扫描电子显微镜(SEM)进行表征。在37和42°C的pH 5.4和7.4中研究了体外释放研究,这表明DOX有效地掺入了多孔水凝胶中,并通过pH调节和溶胀损失过程以控制的方式释放。在合成的聚螺旋结构中存在羟基和羧酸基团,增强了所得水凝胶的pH敏感性和肿胀行为,可以选择为响应肿瘤的酸性释放药物,以应对肿瘤的酸性状况,从而为局部局部和有效的癌症治疗提供了有希望的策略和有效的癌症治疗。
评估生物相容性是将新材料作为脑机接口候选材料引入的一个核心必要步骤。异物反应通常会导致神经胶质疤痕,从而阻碍接口的性能。石墨烯具有高导电性和大的电化学窗口,是用于视网膜假体电刺激的候选材料。在本研究中,制造了由嵌入聚酰亚胺/SU-8 基底上的化学气相沉积 (CVD) 石墨烯组成的非功能性装置,用于生物相容性研究。这些装置被植入盲 P23H 大鼠的视网膜下方。通过光学相干断层扫描 (OCT) 和眼底监测植入物,结果表明在进行组织学研究前长达 3 个月内,植入物在体内具有高度稳定性。通过共聚焦成像进行的小胶质细胞重建表明,与单独的聚酰亚胺相比,聚酰亚胺上的石墨烯的存在减少了视网膜中的小胶质细胞数量,从而表明具有很高的生物相容性。这项研究强调了一种有趣的方法来评估中枢神经系统组织模型(视网膜)中的材料生物相容性,该方法易于通过光学和手术进入。
对肽作为候选肽的兴趣日益增加,用于制备抗体 - 当前治疗剂中的药物共轭物刺激了人们对新的生物缀合策略的兴趣增加。引入新方法来发现其他类型的肽和蛋白质修饰对研究人员的重要性和吸引力3 - 7。的确,以前可用于标记和修饰肽和蛋白质的氨基酸残基。然而,开发更多针对各个氨基酸的方法有望允许化学生物学,生命科学和临床医学领域的科学家将这些方法应用于特定目的3-13。例如,在最近的,有效的PD介导的方法中,该概念体现在Buchwald和Pentelute 14、15中报道的半胱氨酸的芳基化方法中。此外,靶向靶向不良的亲核,表面暴露较少的疏水氨基酸残基的生物缀合方法也吸引了研究人员在这一领域的注意。通过氧化还原反应性的蛋氨酸生物结合。在过去的几十年中,标记氨基酸残基的传统方法需要引入相对不反应性氨基酸的反应性试剂,或采用相对于半胱氨酸(Cys)或赖氨酸(Lys)(Lys)10、11、11、18、19的电力。现在已经将主动标记试剂添加到生物分子系统中,但与其选择性,毒性和生物相容性有关的问题仍然是科学家的关注点。此外,常识告诉我们
通常,皮肤界面微系统可提供生理特性的精确、连续测量,在医疗保健、军事准备和体育运动中具有潜在应用 1 – 3 。它们优于传统可穿戴系统的地方在于能够与皮肤建立舒适而亲密的界面。除了依赖无源比色传感器的设备 4 – 6 之外,所有皮肤安装平台都需要电源 7 – 10 。纽扣电池和薄膜电池仍然是最广泛使用的选择,但它们的重量、厚度和尺寸会妨碍皮肤界面的设计 11 – 13 。利用身体运动 14、15、汗水 16 – 18 或环境光 19 – 22 发电的柔性/可拉伸能量收集系统可以克服其中的一些问题。然而,能量收集方法通常产生的能量输出较低且不一致,依赖升压转换器并需要额外的组件来存储能量。使用远场或近场耦合从附近天线无线收集射频电能提供了另一种可能有用的方法 23 – 27 ,但需要靠近传输天线是一个限制。由于缺乏为皮肤界面设备供电的通用解决方案,推动了以纺织品和柔性或可拉伸片材 28 形式出现的先进电池技术的研究,主要关注锂离子 29、30 或碱性 31 – 34 化学物质。超级电容器中的类似平台依赖于由聚合物膜隔开的对称或非对称电极,通常装有碱性电解质 35、36 。这些技术克服了与能量收集方法相关的一些缺点,并在为发光二极管和简单
软机器人技术应用于临床的关键要求之一是机器人在人体内能够得到稳健的控制。这就要求机器人能够克服自身的重力、浮力和摩擦力,在内脏器官表面(可能是倾斜的、垂直的或密闭空间内的倒置表面)可靠地移动。针对上述要求,已经研究了几种提高粘附力的方法。受自然界生物的启发,人们研究并证实特殊结构和材料能够提高在干燥或潮湿条件下表面的粘附力。[20–22] 例如,受壁虎趾启发而设计的定向蘑菇尖微纤维已被证实在光滑干燥的表面上具有很强的粘附力和摩擦力。 [23] 据报道,受蜘蛛丝启发的复合材料在 4 至 −196°C 的湿冷基底上具有可靠的粘附力。 [24] 为了实现软机器人的可控粘附和分离,有人提出了一种受章鱼启发的水凝胶粘合剂,以增强机器人在体外生物组织上操作的稳定性。 [25] 此外,磁场梯度产生的力已被用来产生束缚力,以粘附软机器人。 [26]
1 吉林大学电子科学与工程学院集成光电子国家重点实验室,长春 130012 2 中国科学院半导体研究所超晶格与微结构国家重点实验室,北京 100083 3 吉林大学物理学院中俄清洁能源与能源转换技术国际联合实验室,长春 130012 4 吉林大学理论化学研究所理论与计算化学实验室,长春 130012 5 吉林大学国际未来科学中心,长春 130012 6 中国人民解放军医学院、中国人民解放军总医院肝胆外科研究所、全军数字肝胆外科重点实验室,北京 100853
