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体外肿瘤微环境芯片开发的应用和挑战
摘要 - 肿瘤微环境（TME）在肿瘤的发展和进展以及耐药性中起着至关重要但机械上难以捉摸的作用。为了更好地了解复杂TME的病理生理学，已采用还原主义方法来创建称为“肿瘤芯片”的体外微流体模型。在此，我们回顾当前正在开发的癌症研究中的肿瘤芯片的制造过程，应用和局限性。肿瘤芯片具有实时观察的功能，精确控制微环境因子（例如，基质和细胞成分），以及生理上相关的流体剪切应力和扰动的应用。肿瘤芯片的应用包括药物筛查和毒性测试，药物输送方式的评估以及免疫细胞的运输和相互作用以及与原发性肿瘤部位循环肿瘤细胞的运输和相互作用。目前，肿瘤芯片的效用受到概括肿瘤生理学细微差别的能力的限制，包括细胞外基质组成和刚度，细胞成分的异质性，缺氧性梯度以及血液细胞的纳入以及血液微生物微生物中的辅助细胞的纳入。克服这些挑战并改善体外肿瘤模型的生理相关性可以在癌症研究中提供强大的测试平台，并减少对动物和临床研究的需求。
块状聚合物可以直接降低基于贵金属的膜的直接减少和结构
高贵的金属纳米结构纤维对于包括电子，光子学，催化和光催化的各种应用具有极大的兴趣。然而，通过常规纳米制作的构成和构成贵金属，尤其是铂类群的金属，这是挑战的。在本文中，在20 nm尺度引入了基于溶液加工的方法，以获得基于金属的纤维（在存在残留有机物种的情况下）具有纳米结构化的方法。与现有方法相比，涉及惰性气氛下的结构和还原剂的块聚合物的双重功能。一组原位技术允许捕获碳热还原机制，发生在混合有机/无机界面处。与以前的文献不同，两步还原机制随着羰基中间体的形成而揭示。从技术的角度来看，可以通过将聚合物作为聚合物和同时构造并简化为金属而无需昂贵的设备或在减少气氛中的处理而大规模地处理。重要的是，基于金属的膜可以直接通过块聚合物光刻或通过在各种底物上的软纳米印刷光刻来模仿。作为应用的概念验证，作者证明了纳米结构的RUFIM可以用作H 2生成的效率催化剂，用于微流体反应器。
软多材料磁性纤维和纺织品 - 信息科学
磁响应软材料是下一代软机器人、假肢、手术工具和智能纺织品的有前途的构建模块。然而，迄今为止，制造具有极端长宽比的高度集成磁性纤维（可用作可操纵导管、内窥镜或功能性纺织品）仍然具有挑战性。本文提出了多材料热拉伸作为材料和加工平台，以实现数十米长的柔软、超可拉伸且高弹性的磁性纤维。展示了直径低至 300 μ m、长宽比为 10 5 的纤维，将纳米复合域与嵌入软弹性体基质中的铁磁微粒集成在一起。通过选择适当的填料含量，必须在磁化密度和机械刚度之间取得适当的平衡，展示了可承受 > 1000% 应变的纤维，它们可以被磁力驱动并举起高达自身重量 370 倍的重量。磁性纤维还可以集成其他功能，如微流体通道，并编织到传统纺织品中。研究表明，这种新型磁性纺织品可以清洗并承受极端的机械约束，并且在磁力驱动下可以折叠成任意形状，这为医疗纺织品和软磁系统领域的新奇机遇铺平了道路。
明胶甲基丙烯酰（Gelma）水凝胶的合成，性质和生物医学应用
明胶甲基丙烯酰基（Gelma）水凝胶由于其合适的生物学特性和可调的物理特性而被广泛用于各种生物医学应用。gelma水凝胶由于存在细胞附着和基质金属蛋白酶反应型肽基序而与天然细胞外基质（ECM）的一些必要特性相似，从而使细胞可以在基于凝胶的基础支架中增殖并扩散。gelma也是通用的。在暴露于光照射时交联，以形成具有可调机械性能的水凝胶。它也可以使用不同的方法进行微观分化，包括微块，光掩膜，生物打印，自组装和微流体技术，以生成具有控制架构的构造。杂交水凝胶系统也可以通过将凝胶与碳纳米管和氧化石墨烯等纳米颗粒混合在一起，以及其他聚合物形成具有所需的合并性能和特征性特性的网络，以实现特定的生物学应用。最近的研究表明，在各种组织工程应用中，基于凝胶的水凝胶的促进效率，包括骨骼，软骨，心脏和血管组织等。除组织工程外，凝胶水凝胶的其他应用还包括基本细胞研究，细胞信号传导，药物和基因递送以及生物传感。©2015 Elsevier Ltd.保留所有权利。
肺癌类器官：临床前研究和精准医疗的模型
肺癌是全球发病率和死亡率较高的恶性肿瘤，5年生存率仅为10%-20%。不同肺癌患者的临床表现、组织学特征、多组学表现和药物敏感性存在显著的异质性，需要制定个性化的治疗策略。目前以病理和基因组多组学检测为主的肺癌精准医疗无法满足临床难治性肺癌患者的需求。肺癌类器官（LCO）来源于肿瘤组织内的肿瘤细胞，通过三维组织培养生成，能够真实地复现体内肿瘤的特征和异质性。系列LCO生物库的建立为高效筛选和鉴定抗肿瘤药物新靶点提供了良好的平台。此外，LCO 还提供了补充决策因素以增强当前的肺癌精准医疗，从而解决了病理引导方法在治疗难治性肺癌方面的局限性。本文全面回顾了 LCO 的构建方法及其在临床前和临床研究中的潜在应用。它强调了 LCO 在生物标志物探索、耐药性调查、靶标识别、临床精准药物筛选以及基于微流控技术的高通量药物筛选策略中的重要性。此外，它还讨论了该领域目前的局限性和未来前景。
功能材料在器官移植中的生物医学应用...
器官芯片 (OOC) 是一种基于微流控的细胞培养装置，其中包含连续灌注的腔室，其中有活细胞，用于模拟组织和器官水平的生理学 ( Bhatia and Ingber，2014；Ahadian 等人，2018)。OOC 的开发源于人们认识到传统的二维静态细胞培养方法无法模拟细胞在体内所处的环境 ( Ryan 等人，2016；Duval 等人，2017)。微流控技术通过在微观层面操纵流体，提供了一种模拟时空化学梯度、动态机械力和关键组织界面的方法。已经开发出可以重现人类肺（Huh et al., 2010）、心脏（Maoz et al., 2017）、胃（Lee KK et al., 2018）、肠（Kim et al., 2016）、肝（Weng et al., 2017）、肾（Sateesh et al., 2018）、血管（Wang et al., 2015）等复杂生理微环境关键方面的 OOC 系统。此外，已经提出了多器官芯片或身体芯片系统（Sung et al., 2019；Zhao et al., 2019a）。 OOC 平台已在许多生物医学领域显示出应用潜力，例如基础生理和药理学研究（ Zhang and Radisic，2017 ； Zhang et al.，2018a ）。
能源 - 储存
摘要：为了应对能源转型带来的挑战，可再生能源应变得更加持续可用、可靠和具有成本效益。因此，本文介绍了一种称为基于流化的颗粒热能存储 (FP-TES) 的概念的中试工厂布局的分析和数值研究。FP-TES 是一种高度灵活的短期至长期流化床再生热存储，利用压力梯度进行热粉传输，从而实现最小损失、高能量密度、紧凑结构和逆流热交换。分散式设置中的此类设备（包括在能源密集型和特别是热密集型行业中，存储潜热或显热或电能转化为热能以最大限度地减少损失并补偿波动）可以帮助实现上述目标。本文的第一部分重点介绍通过利用计算粒子流体动力学 (CPFD) 的数值研究进行几何和流体设计。在此过程中，开发了一种称为 FP-TES 联合仿真的受控瞬态仿真方法，为测试台设计和进一步联合仿真的执行奠定了基础。在此过程中，开发了一种先进的旋转对称料斗设计，在热交换器 (HEX) 中带有附加挡板，并在内部管道中稳定颗粒质量流。此外，通过考虑料斗外层的隔热，提出了贡献体积热导率，以证明低热损失和有限的隔热需求。
具有 3D 微结构的数字微流体系统，用于单个...
摘要 尽管数字微流控 (DMF) 系统中的液滴样本具有精确的可控性，但它们在分离单细胞进行长期培养方面的能力仍然有限：通常，一个电极上只能捕获少量细胞。虽然在电极上制作小尺寸的亲水微贴片有助于捕获单细胞，但必须显著提高液滴运输的驱动电压，从而缩短 DMF 芯片的寿命并增加损坏细胞的风险。在本文中，提出了一种在芯片上设计 3D 微结构的 DMF 系统来形成半封闭微孔，以有效地分离单细胞和长期培养。我们的最佳结果表明，30 × 30 阵列上大约 20% 的微孔被分离的单细胞占据。此外，低蒸发温度油和表面活性剂帮助系统实现 36V 的低液滴驱动电压，这比典型的 150 V 低 4 倍，从而最大限度地减少了对液滴中细胞和 DMF 芯片的潜在损害。为了举例说明技术进步，我们在 DMF 系统中进行了药物敏感性测试，以研究乳腺癌细胞 (MDA-MB-231) 和乳腺正常细胞 (MCF-10A) 对广泛使用的化疗药物顺铂 (Cis) 的细胞反应。芯片上的结果与在传统 96 孔板中筛选的结果一致。这种新颖、简单且强大的单细胞捕获方法在单细胞水平的生物学研究中具有巨大潜力。
生物工程，标准化和安全
慢性伤口代表着一个重大的全球负担，造成数百万的并发症。尽管有标准护理，但由于持续的炎症和组织再生受损等因素，愈合受损仍然存在。间充质干细胞（MSC）衍生的细胞外囊泡（EV）提供了一种创新的再生医学方法，可在工程的纳米级输送系统中提供干细胞衍生的治疗货物。本综述研究了开创性的生物工程策略，以将MSC-EV纳入精确的纳米治疗药的慢性伤口。诸如CRISPR基因编辑，微流体制造和仿生递送系统等新兴技术的潜力，以增强MSC-EV靶向，优化治疗性货物富集并确保一致的临床级产生。然而，仍然存在关键障碍，包括批处理变异性，潜在肿瘤性，免疫原性和生物分布的严格安全评估。至关重要的是，协作框架与生物工程和患者的倡导协同统一的构图是加快全球临床翻译的关键。通过克服这些挑战，工程的MSC-EVS可以催化现成的再生疗法的新时代，恢复了不抗衡伤口的数百万肥胖的希望和康复。©2024作者。由Elsevier BV代表日本再生医学学会出版。这是CC BY-NC-ND许可（http://creativecommons.org/lice nses/by-nc-nc-nd/4.0/）下的开放访问文章。
便携式和基于核酸生物传感器的超敏HR-HPV测试
宫颈癌是全球危害女性健康的第三大最常见的癌症，高风险的人乳头瘤病毒（HR-HPV）感染是全球宫颈癌的主要原因。鉴于HR-HPV感染的复发性，准确的筛选对于其控制至关重要。由于常用的聚合酶链反应（PCR）技术受专业设备和人员的限制，因此仍然非常需要HR-HPV的方便和超敏感检测方法。作为新的分子检测方法，基于核酸扩增的生物传感器具有高灵敏度，快速运行和可移植性的优势，这有助于农村和偏远地区的护理点测试。这篇综述总结了基于改进的PCR，LOOP介导的等热放大，重物组合聚合酶放大酶放大，杂交链反应，杂化链序列，催化的毛发蛋白和CRIS的系统，促进的核酸扩增策略，用于HR-HPV筛查，用于HR-HPV筛选。与微流体技术，侧流测定，电化学分析和其他感应技术结合使用，HR-HPV核酸生物传感器具有高吞吐量，短响应时间，高灵敏度和易于操作的优势。尽管仍然存在缺点，例如高成本和差的可重复性，但这种方法适用于对HR-HPV感染或宫颈癌的现场筛查，以及未来复杂环境和较差地区的辅助临床诊断。