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石墨烯及其衍生物在骨修复中的应用及展望

中国修复重建外科杂志 2025年

作者：杜志坡马艺展王存阳张瑞红李晓明保定市第四中心医院骨科北京航空航天大学生物与医学工程学院生物力学与力生物学教育部重点实验室北京市生物医学工程高精尖创新中心保定市第四中心医院科教处

目的总结石墨烯及其衍生物（graphene and its derivatives,GDs）在骨修复领域的最新研究进展。方法广泛查阅近年来国内外相关研究文献，对GDs在骨修复材料中的性能表现（包括力学性能、导电性能和抗菌性能等）进行系统总结，探讨其... 详细信息

目的总结石墨烯及其衍生物（graphene and its derivatives,GDs）在骨修复领域的最新研究进展。方法广泛查阅近年来国内外相关研究文献，对GDs在骨修复材料中的性能表现（包括力学性能、导电性能和抗菌性能等）进行系统总结，探讨其在材料制备、功能化和应用方面的独特优势，以及对骨组织工程的贡献和挑战。结果 GDs在骨修复材料中的应用具有广泛前景，功能化和改性技术有效提升了GDs的成骨活性和材料性能。GDs可通过特定信号通路诱导干细胞成骨分化，并通过免疫调节机制促进成骨活性。此外，GDs的参数对细胞毒性和降解行为具有显著影响。结论 GDs凭借优异的物理化学特性和生物学性能，在骨修复领域具有巨大潜力。然而，仍需针对其细胞毒性、生物降解性及功能化策略展开进一步研究，以实现GDs在骨组织工程领域的更广泛应用。

关键词：石墨烯及其衍生物氧化石墨烯骨修复信号通路

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低氧与氧化还原平衡耦合在组织再生中的作用

生命科学 2025年

作者：柳瑞璇周炳北京航空航天大学医学科学与工程学院北京航空航天大学生物与医学工程学院北京航空航天大学北京大数据精准医学先进创新中心

神经系统中，中枢神经或周围神经损伤引发线粒体功能障碍，导致能量代谢紊乱，继而出现氧化应激和炎症反应，使神经再生极为困难。研究表明，低氧环境广泛存在于组织再生、伤口愈合、免疫反应和肿瘤生长中。在低氧条件下，细胞通过代谢... 详细信息

神经系统中，中枢神经或周围神经损伤引发线粒体功能障碍，导致能量代谢紊乱，继而出现氧化应激和炎症反应，使神经再生极为困难。研究表明，低氧环境广泛存在于组织再生、伤口愈合、免疫反应和肿瘤生长中。在低氧条件下，细胞通过代谢重编程适应能量需求和代谢物的重新分配，并调节关键代谢物来维持氧化还原平衡。因此，低氧环境下的代谢适应与氧化还原平衡是组织再生的关键。本文综述了低氧与氧化还原平衡在再生过程中的代谢耦合机制，为组织再生，尤其是神经再生的研究提供了新思路。

关键词：低氧代谢重编程氧化还原平衡代谢耦合再生

一种基于超声共振谱的低Q值材料共振频率提取方法

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力学学报 2019年第5期51卷 1500-1506页

作者：张强樊璠王蕊沈飞牛海军北京航空航天大学生物医学工程高精尖创新中心生物与医学工程学院

超声共振谱技术通过测量样本在超声激励下产生的固有共振频率来计算弹性参数,而共振频率的提取是整个测量过程的关键.低Q值(品质因数)材料由于其衰减特性,导致共振谱平缓并无法直观地从谱图上观察得到共振频率,为从中提取更为有效的共... 详细信息

超声共振谱技术通过测量样本在超声激励下产生的固有共振频率来计算弹性参数,而共振频率的提取是整个测量过程的关键.低Q值(品质因数)材料由于其衰减特性,导致共振谱平缓并无法直观地从谱图上观察得到共振频率,为从中提取更为有效的共振频率,本文提出了一种新的共振频率提取方法.采用经验模态分解法将材料频率响应自适应分解为有限个具有特殊振荡特性的固有模态函数分量,根据材料的超声共振谱先验信息选择具有共振频率特性的固有模态函数分量,并从中提取共振频率.以短切纤维环氧树脂材料(仿骨材料, Q≈25)为例,通过实验与传统线性预测方法进行对比,计算弹性系数和工程模量.实验结果表明新方法的计算效率高,对弱激发模态更为敏感,共振频率的匹配数量(26)多于传统方法 (21)且满足5倍于弹性系数的估计要求,优化后的弹性模量更接近标准值.新方法可从低Q值材料平缓的频谱中提取数量足够且有效的共振频率,不仅有效提升了力学参数估计的可靠性,而且拓展了超声共振谱技术的应用范围.

关键词：超声共振谱低Q值材料共振频率提取弹性

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共聚焦内窥显微成像技术及其应用

中国激光 2022年第19期49卷 211-225页

作者：杨雪芳刘哲晰王璞北京航空航天大学生物与医学工程学院北京市生物医学工程高精尖创新中心北京100083

在过去的几十年中,内窥镜已被用于以微创或无创的方式观察人体内空腔内部或人体内部器官表面,以进行诊断或治疗。然而,临床上常用的普通白光内窥镜和放大内窥镜的分辨率低、对比度差,需要通过病理活检来确诊。近年来,新应用于临床的窄... 详细信息

在过去的几十年中,内窥镜已被用于以微创或无创的方式观察人体内空腔内部或人体内部器官表面,以进行诊断或治疗。然而,临床上常用的普通白光内窥镜和放大内窥镜的分辨率低、对比度差,需要通过病理活检来确诊。近年来,新应用于临床的窄谱技术通过光学或数字滤波的方式利用蓝光照射组织,以强化黏膜表面的细微结构和微血管形态,提高成像对比度,但仍未解决成像分辨率低的问题。因此,白光和窄带光内窥镜无法实现真正的光学活检,严重降低了诊断的准确性。共聚焦内窥镜由于分辨率可达亚微米量级并且具有光学切片的能力,可以呈现出与病理活检高度一致的细胞形态。共聚焦内窥显微成像技术在消化道、皮肤、眼部等疾病的诊断方面具有重要作用。本文对共聚焦内窥显微成像技术进行了简述,主要对荧光共聚焦显微成像和反射式共聚焦显微成像、探头式共聚焦内窥成像技术和整合式共聚焦内窥成像技术进行介绍,讨论了共聚焦内窥显微成像技术在生物医学领域的应用。

关键词：显微内窥镜共聚焦显微成像分辨率光学活检

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光学显微成像助力肿瘤精准医疗

中国激光 2024年第9期51卷 42-60页

作者：杨彬岳蜀华王璞北京航空航天大学生物与医学工程学院北京市生物医学工程高精尖创新中心北京100083

精准医疗是当下肿瘤诊疗的核心问题,即针对不同的病人定制治疗方案,以获得更好的治疗效果和预后。因肿瘤生物机制及诊疗方案的复杂性,现行基于基因测序和传统表型功能检测的肿瘤精准医疗临床实践,难以有效制定可覆盖大部分病患和药物选... 详细信息

精准医疗是当下肿瘤诊疗的核心问题,即针对不同的病人定制治疗方案,以获得更好的治疗效果和预后。因肿瘤生物机制及诊疗方案的复杂性,现行基于基因测序和传统表型功能检测的肿瘤精准医疗临床实践,难以有效制定可覆盖大部分病患和药物选择的治疗方案。光学显微成像技术能够对肿瘤组织和细胞中的基因组、蛋白组和代谢组信息进行定量分析和空间定位,识别特定病患肿瘤分子特征和生化反应异常,从而建立起肿瘤基因组和表型组的认知桥梁。本文介绍了不同光学显微成像技术在肿瘤精准医疗领域的相关研究和应用,包括多重免疫荧光(mIF)、荧光原位杂交(FISH)和相干拉曼散射(CRS)等光学显微成像技术。这些技术可以从肿瘤微环境、分子特征和代谢组学等角度进行深入洞察,在肿瘤精准医疗领域发挥着重要作用.

关键词：肿瘤精准医疗二代测序表型功能检测光学显微成像相干拉曼散射中红外光热成像

基于超声共振谱法的非规则固体材料弹性常数估计方法

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中国科学：技术科学 2019年第12期49卷 1534-1540页

作者：王蕊樊璠张强侯永威沈飞牛海军北京航空航天大学生物与医学工程学院北京100083 北京航空航天大学生物医学工程高精尖创新中心北京100083

超声共振谱是一种测量固体材料弹性性质的成熟方法.其中,待测样本的固有频率通常使用瑞利-里兹法来计算,该方法要求将样本加工成特定的形状,这对于某些尺寸小或者具有特殊理化性质的材料来说是非常困难的.基于此,本文提出了一种结合有... 详细信息

超声共振谱是一种测量固体材料弹性性质的成熟方法.其中,待测样本的固有频率通常使用瑞利-里兹法来计算,该方法要求将样本加工成特定的形状,这对于某些尺寸小或者具有特殊理化性质的材料来说是非常困难的.基于此,本文提出了一种结合有限元方法的超声共振谱技术来估计非规则固体材料的弹性常数.该方法首先测量待测材料样本在超声激励下进行自由振动时的实验共振频率;随后采用Micro-CT扫描获得样本的三维形状信息,建立有限元模型计算其理论共振频率;最后利用Levenberg-Marquardt算法优化有限元模型中的弹性常数直到模型输出的共振频率与实验共振频率的均方和误差达到最小值.方法的可行性利用非规则钛样本进行了验证.结果显示利用该方法估计出的非规则钛样本的弹性常数与利用传统超声共振谱方法估计出的长方体钛样本的弹性常数具有很好的一致性,相对差异在4%以内.本研究避免了传统测量方法中规则样本的加工过程,使非规则固体材料的弹性性质测量成为可能.

关键词：超声共振谱有限元方法非规则固体材料弹性性质

基于小动物荧光成像研究生物材料体内降解的实验方法

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复合材料学报 2021年第2期38卷 487-495页

作者：刘秀芸陈丹藜关淇峰刘田杨丰合牛旭锋北京航空航天大学生物与医学工程学院北京100083 北京航空航天大学生物医学工程高精尖创新中心北京100083

可降解材料作为生物材料的重要组成部分,其体内降解性能的好坏往往决定着材料植入后的成败。因此,对材料体内降解的评价显得尤为重要。传统的生物材料体内降解评价方法需要在各取样点取出不同批次的降解样品,阻止了对同一个实验样品降... 详细信息

可降解材料作为生物材料的重要组成部分,其体内降解性能的好坏往往决定着材料植入后的成败。因此,对材料体内降解的评价显得尤为重要。传统的生物材料体内降解评价方法需要在各取样点取出不同批次的降解样品,阻止了对同一个实验样品降解过程的连续测量,并且存在样品需求量大的问题。小动物活体成像系统(in vivo imaging system,IVIS)具有非侵入性、操作性强等特点,为解决上述问题提供了思路。本研究旨在建立一种利用小动物荧光成像系统检测可降解材料降解性能的方法,通过将近红外荧光染料经化学反应标记到可降解材料上,由荧光强度的变化反应材料的降解程度。体内降解实验表明此方法制得的荧光标记材料,荧光稳定性高,材料降解过程中荧光强度变化与质量损失拟合效果良好(R2=0.9994)。综上,该方法解决了测量材料降解样品量大的问题,并且提高了实验过程的连贯性。

关键词：可降解医用高分子材料体内降解小动物活体成像系统荧光标记评价方法

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靶向PD-L1蛋白的计算机辅助药物筛选

物理学报 2023年第24期72卷 58-70页

作者：林开东林晓倩林绪波北京航空航天大学医学科学与工程学院/生物与医学工程学院北京市生物医学工程高精尖创新中心北京100191 北京航空航天大学沈元学院北京100191

针对PD-1/PD-L1免疫检查点的单克隆抗体抑制剂逐渐进入市场并在多种类型的肿瘤治疗中取得一定的积极效果.然而,随着应用范围的不断扩展,抗体药物的局限性以及过多同质化研究等问题逐渐显现出来,小分子化合物抑制剂成为了研究者们关注的... 详细信息

针对PD-1/PD-L1免疫检查点的单克隆抗体抑制剂逐渐进入市场并在多种类型的肿瘤治疗中取得一定的积极效果.然而,随着应用范围的不断扩展,抗体药物的局限性以及过多同质化研究等问题逐渐显现出来,小分子化合物抑制剂成为了研究者们关注的新焦点.本文旨在利用基于配体和基于结构的结合活性预测方法实现针对PD-L1靶点的小分子化合物虚拟筛选,从而帮助加速小分子药物的开发.通过从相关研究文献及专利收集PD-L1小分子抑制活性数据集,根据不同分子表征方法和算法构建机器学习活性判定分类模型和活性强度预测回归模型,两类模型从大型类药小分子库(ZINC15)中筛选获得68种高PD-L1抑制活性候选化合物.其中10种化合物不仅具备良好的药物相似性和药代动力学,还在分子对接中与已报道的热点化合物表现出同等水平的结合强度和相似的作用机制,这一现象在后续分子动力学模拟和结合自由能估计中得到进一步验证.本文提出了一个融合基于配体方法和基于结构方法的计算机辅助药物研发工作流程,其在大型化合物数据库中有效筛选出有潜力的PD-L1小分子抑制剂,有望助力加速肿瘤免疫治疗的应用.

关键词： PD-1/PD-L1 虚拟筛选机器学习分子动力学模拟

溴化乙锭诱导的短暂脱髓鞘增强PRV的逆行转导效率

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中国生物工程杂志 2019年第12期39卷 35-41页

作者：刘法东段红梅郝鹏赵文高钰丹杨朝阳李晓光北京航空航天大学生物与医学工程学院生物材料与神经再生北京市重点实验室北京100083 首都医科大学神经生物学系北京100069 北京航空航天大学生物医学工程高精尖创新中心生物材料与神经再生北京市国际科技合作基地北京100083

目的:改进伪狂犬病病毒(Pseudorabies virus,PRV)的注射方法,通过溴化乙锭(ethidium bromide,EB)诱导的短暂脱髓鞘提高PRV的转导效率。方法:选用18只正常成年Wistar大鼠,随机分为肌肉组、NS组和EB组(n=6)。肌肉组将2μl滴度为2×10~9的... 详细信息

目的:改进伪狂犬病病毒(Pseudorabies virus,PRV)的注射方法,通过溴化乙锭(ethidium bromide,EB)诱导的短暂脱髓鞘提高PRV的转导效率。方法:选用18只正常成年Wistar大鼠,随机分为肌肉组、NS组和EB组(n=6)。肌肉组将2μl滴度为2×10~9的PRV工具病毒注射到胫骨前肌和腓肠肌上;NS组将2μl生理盐水(normal saline,NS)注射到坐骨神经上,1周后相同位置注射2μl滴度为2×10~9的PRV;EB组将2μl 0. 1%的EB注射到坐骨神经上,1周后相同位置注射2μl滴度为2×109的PRV。大鼠注射PRV 5天后,灌流取材并制作冰冻切片,观察各级神经元的感染情况。结果:EB组大鼠L4-L5脊髓前角神经元和背根神经节(DRG)、T8脊髓中间神经元、C4脊髓中间神经元、延髓、中脑、大脑皮层均有大量神经元被PRV标记。肌肉组和NS组各级神经元仅有少量被PRV标记。结论:EB诱导坐骨神经脱髓鞘后能够显著提高PRV的逆行转导效率。

关键词：溴化乙锭脱髓鞘伪狂犬病病毒效率