液态金属生物医学研究进展

液态金属作为一种功能性材料已经广泛应用于电子、机械工程和能源等多个领域.低熔点的性质使液态金属保持金属性质的同时,具有室温流体的特性,这种特性成为了它最迷人的性质.液态金属还拥有许多其他优异的性质,如可变形、可功能化、导电导热及生物安全性,并在多种生物医学应用中拥有巨大潜力.本文首先介绍液态金属的基础结构与理化性质,如低熔点、表面自限制氧化等,这些性质为其应用奠定了基础.随后,本文从药物载体、肿瘤治疗、生物成像及医疗器械4个方面简要总结液态金属在生物医学领域的应用进展.最后,从提升液态金属纳米液滴尺寸均一性、深入研究其与生物系统和组织的相互作用、优化封端配体、基于液态金属的柔性可穿戴诊疗一体化医疗设备的发展及3D打印等领域,讨论了液态金属在生物医疗应用中未来的前景和发展方向.     

石墨烯的生物安全性研究进展

石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料,具有优异的光学、电学、力学特性,在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景,被认为是一种未来革命性的材料.随着石墨烯在实际中的大规模生产和广泛应用,其生物安全性问题也备受关注.大量报道认为石墨烯是一种生物相容性良好的碳纳米材料,部分研究却发现石墨烯具有一定的生物毒性.石墨烯的生物毒性主要依赖于其理化性质(大小、形状、表面电荷、官能团等),与其使用剂量也密切相关.近年来,研究发现石墨烯纳米材料作用于不同生物体会表现出完全迥异的生物毒性.基于此,本文综述了近年来关于石墨烯在细胞毒性、动物毒性和抗菌性方面的研究进展,以期为石墨烯生物安全性评估和生物医学应用提供参考.     

太赫兹光热电探测方法研究进展

太赫兹波拥有独特的物理特性,在安检成像、通信、无损检测和生物医学等许多领域具有广阔的应用前景.在太赫兹探测系统中,太赫兹探测器是直接影响系统性能的核心器件之一.目前,室温太赫兹探测方法主要分为电子学方法和光热探测方法两类.受制于器件的截止频率,电子学方法难以应用于中高频段太赫兹探测;受制于器件较慢的响应速度,光热效应方法通常难以应用于高速太赫兹探测.光热电探测方法是最近十几年发展的光探测方法, 2014年之后成为太赫兹探测领域的研究热点.相较于电子学方法和传统的光热探测方法,光热电探测方法具有大带宽、零偏压、高速、室温工作等明显优势,非常具有竞争力.本文综述了太赫兹光热电探测技术的最新研究进展,阐述了光热电效应的基本原理和光热电太赫兹探测器的主要性能参数,在此基础上分析总结了太赫兹光热电探测器主要实现方法和研究现状,并对其未来发展方向进行了展望.     

纳米金等离子共振特性在生物成像中的应用

随着生物医学的发展, 科学研究对生物成像技术和成像分辨率的要求越来越高, 纳米技术和材料被越来越多地应用到生物医学领域中来. 在细胞和生物组织的成像分析中, 纳米金由于其特殊的表面等离子共振特性和优良的生物相容性, 常被用作对比剂、靶向载体、增强剂、示踪剂和传感器而广泛应用于生物成像领域中. 我们将课题组的研究方向与目前该领域的研究热点相结合, 从纳米金辅助细胞及细胞内成像和动物活体成像两个方面就纳米金在生物成像、医学诊断等领域中的应用进展进行了阐述.     

碳纳米管与蛋白质相互作用的机制及其生物效应

由于碳纳米管本身具有诸多优异的物理化学性质,已经在生物学和医学领域展现出潜在的应用前景.从纳米科技的长期发展而言,碳纳米管的安全应用及其潜在的毒理学评价显得非常重要.众所周知,碳纳米管用于载药、诊断或成像等生物医学领域时,会与生物体内的各种蛋白质产生相互作用,进而会改变碳纳米管自身的理化性质和影响蛋白质的构象及功能,从而引发不同的生物反应.而通过将蛋白质连接到碳纳米管上制备的生物器件,既降低了碳纳米管潜在毒性又为其安全生物应用开拓了市场.因此深入阐述碳纳米管-蛋白质相互作用的机制及后续的生物效应,对发展碳纳米管的安全应用具有重要意义.     

基于超临界流体技术制备药物制剂的研究进展

超临界流体是温度和压力同时高于其临界值的流体,兼具气体和液体双重性质.通过改变温度和压力可对流体的理化性质进行调节,从而实现有效的分离和化学反应.基于其独特性质,目前超临界流体已广泛应用在天然有机成分萃取、颗粒制造以及化学反应等领域,由此衍生出的技术统称为超临界流体技术.本篇综述着重介绍超临界流体技术在医药领域的应用,...     

石墨烯量子点在肿瘤诊断与治疗中的应用

传统的治疗方式存在诸多缺陷,促使肿瘤治疗的研究转向纳米技术方向。利用纳米技术能够开发和制备纳米尺寸的功能材料,并将其用于疾病治疗、诊断和成像剂等方面。石墨烯量子点作为兼具石墨烯片状结构和量子点发光性质的碳基纳米材料,具有低生物毒性、高荧光量子产生率、稳定的光致发光性和优异的生物相容性等优点,被广泛应用于催化、传感、生物成像、医学诊断以及肿瘤治疗等不同的领域,也因此成为生物医药材料的研究热点。结合石墨烯量子点的制备、性质和应用等,文章主要综述了石墨烯量子点在药物递送、光动力治疗、光热治疗以及荧光成像与示踪等肿瘤诊断与治疗方面的研究。     

石墨烯量子点在肿瘤诊断与治疗中的应用

传统的治疗方式存在诸多缺陷，促使肿瘤治疗的研究转向纳米技术方向。利用纳米技术能够开发和制备纳米尺寸的功能材料，并将其用于疾病治疗、诊断和成像剂等方面。石墨烯量子点作为兼具石墨烯片状结构和量子点发光性质的碳基纳米材料，具有低生物毒性、高荧光量子产生率、稳定的光致发光性和优异的生物相容性等优点，被广泛应用于催化、传感、生物成像、医学诊断以及肿瘤治疗等不同的领域，也因此成为生物医药材料的研究热点。结合石墨烯量子点的制备、性质和应用等，文章主要综述了石墨烯量子点在药物递送、光动力治疗、光热治疗以及荧光成像与示踪等肿瘤诊断与治疗方面的研究。     

金纳米棒:性能、制备、修饰、生物成像技术及应用

随着生物医学的发展,对生物成像技术和成像分辨率的要求越来越高,纳米材料和技术被越来越多地应用到生物医学领域.各向异性的金纳米棒由于具有较高的电子密度、较大的吸收截面、特殊的表面等离子共振光学特性、优良的生物相容性和化学稳定性而被广泛应用于生物成像领域.本文结合本课题组在该领域的研究经验,综述了金纳米棒的制备方法、光学性能和表面修饰方法;并从金纳米棒局部等离子共振特性出发,综述了金纳米棒的暗场散射成像、双光子荧光成像、光声断层成像、光学相干断层扫描、X射线计算机断层扫描、表面增强拉曼散射成像等生物成像技术.同时阐述了金纳米棒在生物成像、医学诊断和联合治疗等领域中的应用进展.     

生物医学大数据的现状与展望

生物医学是一门新兴的前沿交叉学科,它综合了医学、生命科学和生物学的理论和方法而发展起来.近年来随着先进仪器装备与信息技术等越来越广泛和深入的整合到生物技术中来,生物医学研究中越来越频繁的涉及到大数据存储和分析等信息技术.大数据时代的来临对生物医学研究产生了重大影响.其中,一个重要发展趋势就是由假设驱动向数据驱动的转变.数十年来分子生物学水平上的实验目的是获得结论或者是提出一种新的假设,而现在基于海量生物医学大数据,可以对海量数据的研究来探索其中的规律,直接提出假设或得出可靠的结论.随着先进的生物分析技术的不断推出和更新,生物医学数据迅速积累.基于此类大数据一些以往不能解决的问题将有望解决,同时相关生物医学研究的新问题也层出不穷.生物医学相关的大数据技术和相关应用主要包括:基于高通量测序的个性化基因组、转录组和蛋白组研究,单细胞水平基因型和表型研究,人类健康相关微生物群落研究,生物医学图像研究等.相关生物医学大数据分析任务均具有着数据密集和计算密集的双密集性特点.要充分地利用这些大数据解决一系列生物医学问题,迫切需要高通量、高效率、高准确性的生物信息存储和分析策略.本文总结和回顾生物医学大数据的生成、管理和分析相关的一系列问题,其中重点讨论人体微生物群落、单细胞表型和基因型、生物医学图像等新近出现的生物医学大数据形式,以及相关数据分析和应用前景等.基于目前生物医学大数据的现状我们可以发现,生物医学大数据的研究正处于蓄势待发状态:适应于生物医学大数据的软硬件平台、大数据存储、大数据分析挖掘等方法等还不成熟,制约着生物大数据的研究.然而一旦相关研究获得突破并有所优化和应用,将会全方位地支撑生物医学大数据的深入解构;进而有助于对医学现象的趋势分析和预测,服务于相关的遗传疾病研究、公共卫生监控、医疗与医药开发等广泛生物医学应用.     

二维黑磷的制备及表面修饰技术研究进展

黑磷,一种与石墨烯结构相似的新型二维材料,从2014年出现伊始就受到了全世界的广泛关注.黑磷是一种直接带隙半导体,其带隙能随层数可调,具有独特的电学、光学特性和良好的生物相容性,在晶体管、光通讯、能源、生物医学等领域都具有极大的应用潜力;但其目前也存在制备方法不够完善、稳定性差等缺点.本文简单介绍了二维黑磷的结构、性质和应用研究,重点综述了二维黑磷的制备方法和表面修饰以提高稳定性的方法,并展望了二维黑磷的发展趋势和应用前景.     

磁性微纳米尺度游动机器人:现状与应用前景

微纳米机器人在生物医学、环境检测和处理等多个领域具有非常重要的潜在应用,而磁场作为一种可以驱动并控制微纳米机器人的无线操控手段,具有获取简单、调试方便、能够无损穿透生物组织等特点,因此关于如何将磁场应用在微纳米机器人领域的课题一直受到国内外研究者的广泛关注.本文对目前磁场在微纳米机器人中的应用进行了简单的分类与归纳,介绍了相关机理,阐述了磁场在微纳米机器人领域的重要地位,旨在为今后的相关研究提供参考.     

医药磁性氧化铁纳米材料的研究和发展

以氧化铁纳米颗粒为代表的医药磁性纳米材料,近年来在医学健康领域得到越来越多的重视.作为唯一得到食品药品监督管理局(FDA)批准,可临床使用的无机功能纳米材料,氧化铁纳米颗粒在纳米生物医学的研究和应用中发挥着至关重要的作用.本文将聚焦于氧化铁纳米颗粒等医药磁性纳米材料,主要基于本实验室的相关研究工作,介绍该领域的研究和发展.主要从如下几个方面进行论述:医药磁性氧化铁纳米材料的制备、医药磁性氧化铁纳米材料的磁学性质、医药磁性氧化铁纳米材料的生物效应、医药磁性氧化铁纳米材料的组装和性质调控以及医药磁性纳米材料及技术的发展趋势.     

缺陷化金属有机骨架材料的合成及其污染控制应用

金属有机框架(MOFs)由于具有高孔隙率、大比表面积以及可调的结构和组成等固有特性而在污染控制领域吸引了越来越多的关注.在MOFs的合成过程可设计和生成缺陷,其存在使材料在污染物吸附和催化降解方面具有优异的特性.本文着重于MOFs的缺陷分类,介绍了将缺陷引入MOFs的方法以及缺陷对MOFs理化性质影响方面的最新和重要进展,重点论述了缺陷MOFs作为吸附剂和催化剂在去除污染物方面的应用.基于此,提出了目前污染控制时缺陷MOFs存在的优缺点并提出了MOFs缺陷构造在环境应用方面未来的研究方向.     

纳米结构光子吸收特性的强化及调控

等离激元纳米结构具有很强的光子散射和吸收性能,在光热转换、光化学转换和光电转换等领域有重要应用.本文采用时域有限差分方法(FDTD)对金属/介质、介质/金属纳米结构的光子吸收特性进行模拟,讨论了各层相对厚度对不同组合形式纳米结构光谱特性的影响.金属表面等离激元共振效应的激发,产生强烈的近场效应,使得散射和吸收性能显著增强.通过调节粒子尺寸和各层厚度,可以实现共振吸收强度和共振位置在较宽波段范围的有效控制.同时,讨论了金属、介质两种材料的不同组合形式对光谱特性的影响,相比于金属/介质核壳结构,介质/金属复合结构的光谱特性调节作用更强.控制SiO 2/Ag核壳结构各层相对厚度,可以实现光子吸收特性在宽波段范围内的调节和控制,在光热转换领域将有重要应用.     

双光子技术及其在生物医药分析中的应用

作为近20 年来迅速发展的一门新技术, 双光子技术已被广泛应用于三维数 据存储材料、医药、军事、生物以及生命科学等领域, 并随学科交叉与融合, 在揭 示生命活动基本规律和起源的研究中发挥越来越重要的作用, 为生物医学提供了 更多、更为有效的手段. 本文从常用的双光子材料以及双光子激光扫描荧光显微镜 成像原理等方面, 结合双光子技术在生物医学研究中的应用, 探讨了这一新兴技 术在生物医药分析领域的前景.     

超分子体系中的分子识别研究Ⅲ——环糊精双核铜配合物对芳香氨基酸的手性识别

分子受体(主体)选择性键合底物(客体)形成超分子种类的研究在化学和生物化学等领域是当今一个研究热点.天然和化学修饰环糊精具有相当的刚性和良好的疏水空腔,可以作为分子受体识别各种有机和无机以及生物分子形成主-客体或超分子配合物,而且可以作为一种优良的酶底物相互作用的模型被应用于科学和技术的几个领域.我们近来对天然环糊精和各种环糊精衍生物与萘衍生物分子识别的热力学性质研究,有助于我们加深理解受体-底物之间的几种弱相互作用力,包括范德华力、氢键和疏水相互作用力,得到了有意义的结果.在目前的研究中,我们报道环糊精双核铜配合物对芳香氨基酸的分子手性识别.这样的一种     

人工合成纳米颗粒在水生食物链中的分布、传递及其影响因素

纳米技术作为一种最具有市场应用潜力的新兴科学技术,近十年来在基础理论和应用研究等方面迅猛发展,使其在化工、医疗、电子、能源、环境保护等行业得到了广泛的应用.人工合成纳米颗粒(engineered nanoparticles,ENPs)在纳米产品的整个生命周期中将不可避免地进入水环境,与水生生物直接或间接(营养传递)的接触,从而沿水生食物链进行传递和转移,并影响生物的一系列生命活动.本文以不同水生生物为对象,总结了ENPs在不同类群的生物中的分布特点,着重探讨了ENPs在淡水和海洋食物链中的传递规律,并分析了ENPs性质和水环境因素对传递过程的影响.本文最后对ENPs在水生食物链中的研究现状、前景和面临的挑战进行了分析和展望.     

硫化铋基纳米材料在癌症诊断和治疗中的应用

癌症仍然是目前威胁人类生命和健康的主要疾病.随着纳米技术的发展,集成不同诊断和治疗功能的多功能纳米材料已成为纳米研究中最活跃的领域.其中,Bi₂S₃基纳米材料由于其特殊的物理化学特性及生物相容性等,在生物医学领域引起了极大的关注.本文系统地总结了Bi₂S₃基纳米材料的形貌调控及缺陷调控策略,概述了Bi₂S₃基纳米材料最近在癌症诊断和治疗方面的研究进展.此外,强调和讨论了Bi₂S₃基纳米材料的生物安全性和生物分布,并对进一步增强Bi₂S₃基纳米材料生物相容性的方式进行了概括.最后,为设计下一代Bi₂S₃基纳米材料作为抗肿瘤药物提供了新的见解.     

浅谈人脸识别技术及其应用

人脸识别技术是一种根据人脸视觉特征进行身份鉴定的一种生物特征识别技术,是图像处理、模式识别等领域的研究热点,广泛应用于各种领域.文章对目前国内外人脸识别研究中的主要方法、发展现状、存在的问题,以及人脸识别系统的应用等作了综述报告.