研究人员开发出可再生骨骼的"骨绷带"

研究人员开发出可再生骨骼的"骨绷带"压电材料在施加机械应力时会产生电荷。骨骼就是一种压电材料。由于骨具有电微环境，电信号在骨修复过程中发挥着重要作用，可有效促进骨再生。然而，骨再生是一个复杂的过程，依赖于机械、电气和生物成分。目前的骨再生策略，如释放生长因子的移植物或支架，都有其局限性，如供体部位的并发症、有限的可用性和高昂的成本。现在，韩国科学技术院（KAIST）的研究人员开发出了一种开创性的骨再生方法，它将压电和一种天然存在于骨骼中的矿物质结合在一起。羟基磷灰石（HAp）是骨骼和牙齿中的一种矿物质，在骨骼结构强度和再生中发挥作用。它通常被添加到牙膏中，用于重新矿化牙釉质和强化牙齿。研究发现，HAp能促进成骨（骨形成），为新骨生长提供支架。它还具有压电特性和粗糙的表面，是制作骨生长支架的理想材料。因此，研究人员制作了一个独立的仿生物支架，将HAp集成到聚合物薄膜聚偏氟乙烯-三氟乙烯（P(VDF-TrFE)）的压电框架中。这种独立的支架在施加压力时会产生电信号，这使得这种方法有别于以往将HAp和P(VDF-TrFE)结合在一起的研究，后者仅限于金属假体的涂层。他们说，研究人员的新方法为骨再生提供了一个多功能平台，超越了表面结合应用。对含有和不含HAp的支架进行体外比较后发现，HAp支架上的细胞附着率要高出10%至15%。细胞培养五天后，HAp支架上的细胞增殖率提高了20%至30%，成骨水平提高了约30%至40%。研究结果表明，HAp最大限度地提高了支架的压电特性，并创造了一种类似于人体细胞外基质的环境，细胞外基质是所有组织的非细胞成分，它提供了组织再生所需的基本物理结构和重要线索。(d）显微CT图像显示使用不同支架的小鼠头骨的骨再生情况；（e）支架植入后2、4和6周的骨量和面积Joo等人研究人员随后在小鼠身上测试了他们的HAp/P(VDF-TrFE)支架，将其置于动物头骨（小腿骨）的缺损处。支架维持了六周，没有发生变形。所有小鼠都存活了下来；没有观察到任何不良反应，包括感染或炎症反应。植入两周、四周和六周后，与对照组没有骨形成相比，安装了HAp支架的小鼠的骨再生能力明显增强。该研究的通讯作者之一SeungbumHong说："我们开发出了一种基于HAp的压电复合材料，它可以像'骨绷带'一样加速骨再生。这项研究不仅为生物材料的设计提出了新的方向，而且在探索压电性和表面特性对骨再生的影响方面也具有重要意义。"这项研究发表在《ACS应用材料与界面》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1415739.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1415739.htm

科学家发明用于填充和愈合断骨的植入式复合材料

科学家发明用于填充和愈合断骨的植入式复合材料该效果图显示了如何使用这种材料临时替代断裂处缺失的骨头合作小组包括海德堡大学医院创伤与整形外科、医疗工程公司BellaSeno以及弗劳恩霍夫制造技术与先进材料研究所。该项目一开始的想法是，当发生可能有问题的骨折时，医务人员将首先对骨折部位进行CT扫描。根据扫描结果，用新型复合材料打印出定制的三维支架。然后，该结构将通过手术应用于断裂部位，从而填补骨组织缺失的区域。最后，支架将由从患者髋部或其他大块骨骼中提取的骨髓填充。由项目合作伙伴BellaSenoBellaSeno三维打印的支架复合材料本身是生物活性玻璃和一种名为聚己内酯的生物可降解聚合物的组合，后者能增强支架的结构强度。据弗劳恩霍夫公司称，生物活性玻璃能将断裂处的pH值提高到碱性水平，从而抑制细菌生长。此外，当玻璃与体液接触时，会转化为一种非常类似骨骼的化合物，即羟基磷灰石。海德堡大学医院创伤外科医生兼实验创伤外科主任托比亚斯-格罗斯纳博士说："六到七年后，支架将完全生物降解并转化为骨骼。"科学家们已经开始在临床前试验中试用这项技术。他们还在调整复合材料的配方，以便最大限度地提高生物活性玻璃的含量，同时保持足够的强度。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1395505.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1395505.htm

中国科学家研制出高性能超长寿命锌离子水电池

中国科学家研制出高性能超长寿命锌离子水电池一个研究小组利用弱磁场和一种新型VS2材料开发出了一种先进的锌离子水电池，该电池的循环寿命更长。这一突破解决了锌枝晶生长和阴极材料限制的难题。资料来源：毛云杰锌离子水电池是锂离子电池的一种低成本、安全的替代品，具有很高的理论容量。然而，阴极材料有限的电化学性能和阳极上锌枝晶的生长降低了锌离子水电池的能量密度和循环寿命。要开发出更好的水性锌离子电池，设计高能量密度的阴极和抑制锌枝晶的生长非常重要。Zn-VS2AZIB的示意图和电化学性能。(b)富空位Zn-VS2AZIB的超长循环性能。(c)与其他阴极相比，富空位VS2的Ragone图。(d)由Zn-VS2电池供电的LED灯的光学照片。资料来源：毛云杰在这项研究中，研究小组克服了现有阴极材料的局限性和锌枝晶的生长问题。他们采用一步水热法和原位电化学缺陷工程来制造VS2材料。这种材料具有丰富的缺陷，能有效减少锌离子与VS2之间的静电作用。它允许Zn2+沿ab平面和c轴进行三维传输，因而具有出色的速率能力。虽然由于枝晶的生长，循环稳定性仍然是一个问题，但研究小组发现，引入外部磁场可以抑制枝晶的生长，并显著提高电池的使用寿命。在弱磁场下工作的高性能Zn-VS2电池显示出超长的循环寿命，并提供了高能量密度和功率密度。研究小组表示，这项工作可能会对未来的储能技术产生重大影响。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1377317.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1377317.htm

科学家研制出能将糖尿病伤口愈合速度提高3倍的新型凝胶

科学家研制出能将糖尿病伤口愈合速度提高3倍的新型凝胶糖尿病患者的自然伤口愈合过程常常受到影响，导致伤口久治不愈，有时会造成严重感染，甚至截肢。为了应对这一全球性的医疗挑战，新加坡国立大学（NUS）的一组科学家开发出了一种突破性的磁性凝胶，旨在加快糖尿病患者伤口的愈合。这种新方法不仅有望加快伤口恢复，还能降低伤口复发和随后截肢的可能性。每次治疗都需要在绷带上预先涂上含有促进伤口愈合的皮肤细胞和磁性颗粒的水凝胶。为了最大限度地提高治疗效果，会使用一个无线外磁装置来激活皮肤细胞，加速伤口愈合过程。理想的磁刺激持续时间约为一到两个小时。EzoicLab实验室的测试表明，与目前的传统方法相比，磁刺激治疗糖尿病伤口的愈合速度要快三倍左右。此外，虽然研究的重点是治愈糖尿病足溃疡，但该技术有可能治疗烧伤等各种复杂伤口。郑安迪助理教授（中）与新加坡国立大学的寿宇峰博士（右）和乐志成博士（左）共同开发了一种创新的磁性伤口愈合凝胶，有望加速糖尿病伤口的愈合。郑副教授拿着预装磁性凝胶的石膏，寿博士拿着磁刺激装置。图片来源：新加坡国立大学新加坡国立大学设计与工程学院生物医学工程系助理教授安迪-郑（AndyTay）带领由新加坡国立大学健康创新与技术研究所（NUSInstituteforHealthInnovation&Technology）的研究人员组成的团队说："传统的敷料在伤口愈合方面并没有发挥积极作用。敷料只是防止伤口恶化，患者需要每两三天换一次敷料。这给我们的医疗系统带来了巨大的成本，也给病人带来了不便。"相比之下，新加坡国立大学的独特发明采用了一种全面的'一体化'伤口愈合方法，从多个方面加速了伤口愈合过程。郑助教解释说："我们的技术解决了与糖尿病伤口相关的多个关键因素，同时控制伤口区域升高的葡萄糖水平，激活伤口附近休眠的皮肤细胞，恢复受损的血管，修复伤口内被破坏的血管网络。"新加坡国立大学团队在最近发表在科学杂志《先进材料》上的一篇论文中介绍了他们的创新成果。这项研究由新加坡科学技术研究局、南洋理工大学、中山大学和武汉理工大学的科学家合作完成。慢性糖尿病伤口：重大医疗挑战目前，全球有超过5亿人患有糖尿病，预计这一数字还将大幅上升。因此，慢性糖尿病伤口，如足部溃疡（最常见、最难治疗的伤口之一），已成为全球医疗保健的一大挑战。这些伤口的传统治疗方法往往不能令人满意，导致健康问题反复发作、久治不愈，在很多情况下还会导致截肢。全世界每年约有910万到2610万例糖尿病足溃疡，约15%到25%的糖尿病患者在一生中会患上糖尿病足溃疡。新加坡是全球糖尿病下肢截肢率最高的国家之一，平均每天约有四例。新加坡国立大学的一个研究小组开发出一种创新的磁性伤口愈合凝胶，有望加速糖尿病伤口的愈合，降低复发率，进而减少截肢事件的发生。将预先装有磁性水凝胶的绷带贴在伤口上，然后使用外部设备加速伤口愈合。资料来源：新加坡国立大学温和地"锻炼"皮肤细胞皮肤细胞在日常活动中不断受到机械力的作用。然而，伤口患者通常被建议不要进行剧烈活动，如行走，这可能会杀死对愈合至关重要的剩余细胞。郑副教授说："我们团队所取得的成果是，通过施加温和的机械刺激，确定了一个甜蜜点。其结果是，剩余的皮肤细胞得到了'锻炼'以愈合伤口，但并没有达到杀死它们的程度。"这种专门设计的伤口愈合凝胶含有两种美国食品和药物管理局批准的皮肤细胞--角质形成细胞（对皮肤修复至关重要）和成纤维细胞（用于形成结缔组织）--以及微小的磁性颗粒。当与外部设备产生的动态磁场相结合时，凝胶的机械刺激会促使真皮成纤维细胞变得更加活跃。这种创新型磁性水凝胶由新加坡国立大学的一个研究小组开发，它含有促进伤口愈合的皮肤细胞和磁性微粒，采用了一种"一体化"的综合伤口愈合方法，从多个方面加速了伤口愈合过程。资料来源：新加坡国立大学实验室测试表明，磁性伤口愈合凝胶增强了成纤维细胞的活性，使细胞的生长速度提高了约240%，胶原蛋白的产量增加了一倍多，胶原蛋白是伤口愈合的关键蛋白质。磁性伤口愈合凝胶还能改善与角质细胞的交流，促进新血管的形成。郑副教授补充说："我们采取的方法不仅能加快伤口愈合，还能促进伤口的整体健康，降低复发几率。"新加坡国立大学团队从2021年到2023年一直致力于该项目，以证明这种新方法的可行性。这项创新已经申请了专利。磁性伤口愈合凝胶在改善糖尿病伤口愈合方面显示出巨大的前景，它还可以彻底改变其他复杂类型伤口的治疗。研究论文的共同第一作者、新加坡国立大学设计与工程学院生物医学工程系研究员寿宇峰博士说："磁响应水凝胶与无线磁诱导动态机械刺激相结合，解决了伤口愈合的基本挑战，如创造有利的微环境和促进组织再生。这些原理和我们技术的适应性，以及它对病人的普遍易用性，意味着它可以应用于改善糖尿病以外的各种情况下的伤口愈合，包括烧伤和慢性非糖尿病溃疡。"研究人员正在进行更多测试，以进一步改进磁性伤口愈合凝胶，提高其有效性。他们还在与临床合作伙伴合作，利用糖尿病人体组织测试凝胶的有效性。郑副教授说："这是在主动伤口护理方面迈出的重要一步。"我们的目标是提供一种有效、方便的伤口愈合解决方案，改善全球数百万人的治疗效果。""伤口愈合，尤其是糖尿病足溃疡领域的伤口愈合，一直是一个具有挑战性的领域。"盛港综合医院骨科外科顾问FrancisWongKengLin助理教授说："糖尿病足患者的伤口愈合情况不如正常患者，他们的愈合过程往往需要很长时间。伤口愈合技术的进步将缩短患者的疗程，使他们能够尽快恢复生活，从而提高工作效率和生活质量。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1392189.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1392189.htm

科学家研制出世界上首个3D打印 "大脑模型"

科学家研制出世界上首个3D打印"大脑模型"在维也纳医科大学和维也纳工业大学的一个联合项目中，开发出了世界上第一个三维打印的"大脑模型"，该模型以脑部纤维结构为模型，可以使用一种特殊的磁共振成像（dMRI）进行成像。由维也纳医科大学和维也纳工业大学领导的科研团队在一项研究中表明，这些大脑模型可用于推进神经退行性疾病（如阿尔茨海默氏症、帕金森氏症和多发性硬化症）的研究。这项研究成果发表在《先进材料技术》（AdvancedMaterialsTechnologies）杂志上。磁共振成像（MRI）是一种广泛使用的诊断成像技术，主要用于检查大脑。核磁共振成像可在不使用电离辐射的情况下检查大脑的结构和功能。在磁共振成像的一种特殊变体--扩散加权磁共振成像（dMRI）中，还可以确定大脑中神经纤维的方向。然而，在神经纤维束的交叉点很难正确确定神经纤维的方向，因为不同方向的神经纤维会在那里重叠。为了进一步改进流程以及测试分析和评估方法，一个国际团队与维也纳医科大学和维也纳工业大学合作开发了一个所谓的"大脑模型"，该模型是利用高分辨率三维打印工艺制作的。带有微通道的小立方体维也纳医科大学的研究人员作为核磁共振成像专家，维也纳工业大学的研究人员作为三维打印专家，与苏黎世大学和汉堡大学医疗中心的同事密切合作。早在2017年，维也纳工业大学就开发出了一种双光子聚合打印机，可以实现升级打印。在此过程中，还与维也纳医科大学和苏黎世大学共同开展了脑模型的使用案例研究。由此产生的专利构成了脑模型的基础，该模型现已开发完成，并由维也纳工业大学的研究与转让支持团队负责监督。从外观上看，这个幻影与真正的大脑并无太大区别。它要小得多，形状像一个立方体。它的内部是非常细小的、充满水的微通道，大小与单个颅神经相当。这些通道的直径比人的头发丝还要细五倍。为了模仿大脑中精细的神经细胞网络，第一作者迈克尔-沃莱茨（MichaelWoletz）（维也纳医科大学医学物理和生物医学工程中心）和弗兰兹斯卡-查鲁帕-甘特纳（FranziskaChalupa-Gantner）（维也纳工业大学3D打印和生物制造研究小组）领导的研究小组使用了一种相当不寻常的3D打印方法：双光子聚合。这种高分辨率方法主要用于打印纳米和微米级的微结构，而不是打印立方毫米级的三维结构。为了为dMRI制作合适尺寸的模型，维也纳科技大学的研究人员一直在努力扩大三维打印工艺的规模，以便能够打印出具有高分辨率细节的更大物体。高比例三维打印为研究人员提供了非常好的模型，在dMRI下观察时，可以确定各种神经结构。MichaelWoletz将这种提高dMRI诊断能力的方法与手机相机的工作方式进行了比较："我们看到，手机相机在摄影方面取得的最大进步并不一定是新的、更好的镜头，而是改进所拍摄图像的软件。dMRI的情况也类似：利用新开发的大脑模型，我们可以更精确地调整分析软件，从而提高测量数据的质量，更准确地重建大脑神经结构。"改进dMRI分析软件因此，真实再现大脑中的特征神经结构对于"训练"dMRI分析软件非常重要。使用三维打印技术可以创建可修改和定制的各种复杂设计。因此，大脑模型描绘的是大脑中产生特别复杂信号并因此难以分析的区域，如交叉的神经通路。因此，为了校准分析软件，需要使用dMRI对大脑模型进行检查，并像分析真实大脑一样分析测量数据。由于采用了三维打印技术，模型的设计是精确可知的，分析结果也可以检查。作为联合研究工作的一部分，维也纳医科大学和维也纳理工大学已经证明了这一点。所开发的模型可用于改进dMRI，从而有利于手术规划和神经退行性疾病（如阿尔茨海默氏症、帕金森氏症和多发性硬化症）的研究。尽管概念得到了验证，但团队仍然面临着挑战。目前最大的挑战是扩大这种方法的规模："双光子聚合的高分辨率使得打印微米和纳米范围的细节成为可能，因此非常适合颅神经成像。但与此同时，使用这种技术打印一个几立方厘米大小的立方体也需要相应的时间，"Chalupa-Gantner解释说。"因此，我们不仅要开发更复杂的设计，还要进一步优化打印过程本身"。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424851.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1424851.htm

常见的蛋壳可能成为下一种骨移植材料

常见的蛋壳可能成为下一种骨移植材料骨移植材料有不同的来源。自体移植物使用接受移植物的人的骨头。异体移植物使用在外科手术（如髋关节置换）中收获的供体骨，经过消毒后用于其他手术。异体骨来自另一物种的非活体骨，通常是牛或猪，并在高温下处理以避免免疫排斥和污染。由于其生成新骨的能力，自体和异体移植物仍然是金标准。虽然异体移植物是一种可行的替代方法，但它们依赖于以动物为基础的材料的可用性，其环境成本很高，并引起了伦理问题。为了想出一种安全和有效的异体移植材料，研究人员转向了简陋而丰富的鸡蛋。研究人员开发了一种新的溶解-沉淀方法，从鸡蛋壳中制造无定形磷酸钙（ACP）颗粒。ACP对于形成矿化的--即坚硬和牢固的--骨骼是必不可少的，并且由于其成分，以前被用作骨骼替代品。"蛋壳是合成骨移植材料的理想原料，因为它含有大量的钙和磷成分，"该研究的主要作者马倩丽说。"此外，一些与骨骼再生有关的微量元素，如镁和锶，也在蛋壳中发现。"为了制造他们的"蛋壳ACP"，研究人员首先将蛋壳在1652°F（900°C）下加热一小时，以分解有机物并将碳酸钙转化为氧化钙。将氧化钙加入蒸馏水中，形成白色悬浮液。磷酸被搅拌到悬浮液中，ACP沉淀物被过滤并用蒸馏水清洗，然后被浸入液氮中。在另一个首次中，研究人员将ACP颗粒嵌入到一个三维球体中，通过宿主骨组织和移植材料之间的相互作用，更好地分析颗粒的成骨（成骨）活性。他们发现，在体外蛋壳ACP颗粒与成骨细胞（构建骨骼的细胞）进行了真实的互动。此外，它们是无毒的，具有免疫相容性，并能有效促进骨骼再生。该研究的通讯作者HåvardJosteinHaugen说："这项技术有望创造出无限的生物活性和可持续的骨移植材料，同时减少环境污染。研究中构建的成骨细胞球状体提供了一个更实用的生物材料研究模型，反映了细胞和生物材料之间的三维互动。"研究人员希望，他们的发现将鼓励更多关于使用普通食物垃圾作为生物材料的研究。该研究发表在《医学中的智能材料》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1356763.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1356763.htm