聚乙烯醇/丙烯酰胺接枝共聚物水凝胶的制备及表征

背景：交联水凝胶主要是使大分子链形成网状结构,网固交联基质,这样所得的水凝胶力学性能和透明性相对较差。 目的：采用自由基聚合机制制备聚乙烯醇/丙烯酰胺接枝共聚物水凝胶。 方法：以聚乙烯醇分子作为主链,聚乙烯醇分子中羟基为接枝点,共价接入丙烯酰胺单体。考察反应温度、时间、单体用量和引发剂用量对产物接枝率的影响,通过红外光谱表征聚乙烯醇/丙烯酰胺接枝共聚物共聚物的化学结构。 结果与结论：接枝聚合反应最佳反应条件：引发剂浓度0.04 mol/L、丙烯酰胺/聚乙烯醇(侧羟基)摩尔比6∶1、在40 ℃条件下反应4 h。经过FTIR分析,确认丙烯酰胺与聚乙烯醇发生了聚合反应;经过平衡溶胀测试,分析了接枝聚合物与聚乙烯醇的溶胀率随温度的变化关系,进一步证实了接枝聚合反应的发生,验证了接枝聚乙烯醇/丙烯酰胺接枝共聚物具有明显的温敏性能。      

人工髓核材料-聚乙烯醇水凝胶的溶胀性能研究

利用冷冻-解冻法制得聚乙烯醇(PVA)水凝胶弹性体,研究了其用于人工髓核材料的溶胀特性,以及聚乙烯醇浓度、溶胀温度、溶胀体系的pH值对其溶胀性能的影响,采用扫描电镜对其微观形貌进行了观察,并对其溶胀动力学进行了探讨。结果表明,聚乙烯醇水凝胶是一种多孔网状结构,网络孔径大小与水凝胶中聚乙烯醇的含量有关;增加聚乙烯醇的浓度,提高溶胀温度以及溶胀体系的pH值,其平衡溶胀率减小;通过溶胀动力学方程对其溶胀过程进行了描述,水凝胶中聚乙烯醇的含量,试样尺寸以及溶胀体系的pH值,是溶胀速率快慢的重要影响因素。     

基于光学成像的HeLa细胞摄取二氧化硅包覆的金纳米棒及细胞内定位

金纳米棒具有独特的光学特性和较高的光热转换效率,被广泛应用于生物医学成像和治疗等方面的研究中。金纳米棒用于临床治疗时,其与细胞的相互作用是研究的关键问题。研究二氧化硅包覆的金纳米棒的HeLa细胞毒性,采用双光子成像技术,观察二氧化硅包覆的金纳米棒与HeLa细胞共孵育不同时间(4、8、12、24h)时,HeLa细胞对二氧化硅包覆的金纳米棒摄取量,以及二氧化硅包覆的金纳米棒进入细胞后在细胞内的分布。研究发现,二氧化硅包覆的金纳米棒的HeLa细胞毒性具有时间和浓度依赖性,且培养液中的血清可降低二氧化硅包覆的金纳米棒的细胞毒性。二氧化硅包覆的金纳米棒与HeLa细胞共孵育12h,除了二氧化硅包覆的金纳米棒浓度高达1250μg/mL时无血清培养的二氧化硅包覆的金纳米棒的细胞成活率才降至85%左右,其他条件下的细胞存活率都接近100%;二氧化硅包覆的金纳米棒与HeLa细胞共孵育24h、二氧化硅包覆的金纳米棒浓度为50μg/mL时,有无血清培养的细胞成活率分别为99.0%和85.1%,而当二氧化硅包覆的金纳米棒浓度升高至1250μg/mL时,有无血清培养的细胞成活率分别降至58.3%和31.2%。培养液中的血清会抑制HeLa细胞对二氧化硅包覆的金纳米棒的摄取,且细胞摄取二氧化硅包覆的金纳米棒的量存在时间依赖性。二氧化硅包覆的金纳米棒与HeLa细胞共孵育12和24h后观察,发现二氧化硅包覆的金纳米棒进入到HeLa细胞后主要聚集在溶酶体,并没有进入线粒体。该研究将为今后金纳米棒用于子宫颈癌的成像和治疗提供参考。     

可降解多孔淀粉/聚乙烯醇复合膜的结构与性能

背景:针对现有材料存在的问题,课题组制备了淀粉/聚乙烯醇膜,研究其性能是否满足引导组织再生膜的要求。前期实验已经探讨制备工艺条件对膜性能的影响。目的:观察在最佳的制备工艺条件下淀粉/聚乙烯醇膜的断面结构、生物相容性和体外降解等相关性能。方法:采用溶液浇注,冷冻干燥的方法制备了可降解的多孔淀粉/聚乙烯醇膜。对在预冻温度为-30℃,溶液浓度为5%,聚乙烯醇和淀粉质量比分别为4:1和1:1时制备的淀粉/聚乙烯醇膜的性能进行表征。结果与结论:在淀粉/聚乙烯醇膜的内部都形成了相互关联的孔结构,质量比为1:1的淀粉/聚乙烯醇膜的孔径大于质量比为4:1淀粉/聚乙烯醇膜,L929细胞和MC3T3细胞都能在材料表面黏附生长,并且由于两种膜的降解速率不同,可以根据不同组织的修复速率调节淀粉/聚乙烯醇膜的降解速率,以满足组织的修复需要。     

丝素/聚乙烯醇共混膜结构与性能研究

在丝素再生溶液中加入少量聚乙烯醇以改善其性能.添加少量聚乙烯醇能够有效提高共混膜的拉伸强度和断裂伸长率,但材料的溶失率随聚乙烯醇含量的增加而增加.对添加2%的聚乙烯醇的共混膜进行研究,发现丝素与聚乙烯醇间存在一定程度的相互作用,从而诱导丝素构象发生一定程度的变化,红外光谱发现丝素由silkⅠ结晶形态向silkⅡ结晶形态转变;X光衍射图上可以发现新的结晶衍射峰;但聚乙烯醇结构单元简单,与丝素分子间的氢键作用不是很强.     

聚乙烯醇水凝胶及其复合物的研究与在人工软骨替代材料上的应用

聚乙烯醇水凝胶是一种具有良好生物相容性和力学性能的高弹性材料。本文介绍了聚乙烯醇水凝胶的成型方法，复合改性技术的研究进展，着重对聚乙烯醇水凝胶作为替代材料在关节软骨损伤修复中的研究现状和存在问题进行了综述，并概述了其应用前景和发展方向。     

阴离子化高分子包覆非病毒载体提高有血清环境下RNA干扰效率的研究

大多数阳离子化高分子载体在血清环境中会大量吸附血清蛋白而导致转染效率低下,因而难以应用于临床。设计合成羧基化葡聚糖(Dex-COOH)和羧基化葡聚糖修饰富勒烯(C60-Dex-COOH)两种阴离子化高分子,并将其包覆在精胺化普鲁兰(Ps)与siRNA形成的复合物(PS/siRNA)外层,以减少复合物对血清蛋白的吸附。采用DLS/ELS检测阴离子包覆前后复合物的颗粒粒径及Zeta电位;用QCM-D验证阴离子包覆层的形成,并评价包覆层对牛血清白蛋白(BSA)吸附的影响;同时应用cck-8试剂、流式细胞术,检测包覆前后及不同包覆比例下复合物的细胞毒性、进入细胞的情况及对Hela-EGFP细胞的干扰效率。结果表明,Dex-COOH与C60-Dex-COOH能够在PS/siRNA外部形成稳定的负电性包覆层,有效阻止BSA的吸附,并在无血清的条件下显著降低复合物的细胞毒性;在有血清的环境中,表面包覆了阴离子化高分子的复合物可以不受血清蛋白的影响而被细胞大量摄取。对包覆了C60-Dex-COOH的PS/siRNA复合物转染组施加光照,可促使复合物从溶酶体中逃逸,将血清条件下PS/siRNA的干扰效率提高20%。该策略可有效提高阳离子化高分子载体介导的RNA干扰效率。     

细菌纤维素/聚乙烯醇/聚丙烯酰胺复合水凝胶的性能表征北大核心

背景:随着高分子水凝胶材料应用领域的扩展而对其性能提出了更高要求,研制和开发性能更为优良的高分子水凝胶材料已成为目前的研究热点。目的:比较细菌纤维素改性前后的聚乙烯醇/聚丙烯酰胺水凝胶的力学性能,为其用于伤口敷料提供理论依据。方法:实验利用细菌纤维素为增强材料,采用冷冻-熔融法,在细菌纤维素网络中引入聚乙烯醇/聚丙烯酰胺水凝胶,制备了细菌纤维素/聚乙烯醇/聚丙烯酰胺复合水凝胶,采用红外光谱、扫描电镜、热重分析、力学性能测试等手段对凝胶的结构和性能进行表征。结果与结论:①通过扫描电镜和红外光谱图可以看到聚乙烯醇和聚丙烯酰胺结合到了细菌纤维素上,说明制备出了细菌纤维素/聚乙烯醇/聚丙烯酰胺复合水凝胶;②细菌纤维素增强复合凝胶的热稳定性、拉伸强度明显提高,而断裂伸长率较细菌纤维素增强前下降;③聚丙烯酰胺浓度为1.0%时,复合水凝胶的拉伸强度和断裂伸长率最大分别为331.79 kPa和105.33%,聚乙烯醇浓度为3.5%时,复合水凝胶的断裂伸长率最大为46.25%,而拉伸强度随聚乙烯醇浓度的增加而增加;④结果表明,细菌纤维素的引入明显提高了水凝胶材料的力学性能,增强了其稳定性,该复合水凝胶有望用作伤口敷料。     

纳米羟基磷灰石/明胶/聚乙烯醇生物复合材料的界面结合及机械强度

背景:纳米羟基磷灰石的化学组成接近生物体骨质的无机成分,具有良好的生物活性及生物相容性,可以用来修复损坏或者病变的硬组织,在整形外科及口腔修复方面得到了广泛的应用。但由于脆性大,限制了其在载荷骨替代方面的应用。近几年,纳米羟基磷灰石/有机物复合材料的研究受到了广泛关注。目的:对纳米羟基磷灰石/明胶/聚乙烯醇生物复合材料的研究进行综述。方法:应用计算机检索Science Direct数据库和CNKI数据库(1994-01/2009-12),以"纳米羟基磷灰石;明胶;聚乙烯醇;复合材料"或"nano-HA;Gel;PVA;Composite"为检索词进行检索。共检索126篇相关文献,排除发表时间过早,重复及类似研究,纳入24篇符合标准的文献。结果与结论:分析羟基磷灰石/明胶/聚乙烯醇复合材料中三相之间的相互作用,发现聚乙烯醇可以起到交联剂的作用。使纳米羟基磷灰石/明胶/聚乙烯醇复合材料中形成大量化学键,导致复合材料中产生复杂的网状结构,增强了纳米羟基磷灰石、明胶、聚乙烯醇三相之间的界面结合,提高了复合材料的机械强度。因此,聚乙烯醇有望逐渐替代目前研究较多的醛类交联剂,避免醛类交联剂对羟基磷灰石/明胶复合材料的毒性污染。     

聚乙烯醇-海藻酸钙组织工程复合支架的性能

背景:将不同相对分子质量及醇解度的聚乙烯醇与海藻酸钙复合,可形成具有高含水率和适宜膨胀率的组织工程支架材料,形成的多孔结构适用于组织工程支架的细胞培养。目的:采用不同成型方法分别制备聚乙烯醇-海藻酸钙复合支架材料薄膜、颗粒、海绵,探讨其作为组织工程支架材料的可行性,并找出综合性能理想的配比。方法:将不同重均分子质量和醇解度的聚乙烯醇与海藻酸钠按一定比例复合,制备聚乙烯醇-海藻酸钙复合支架。测定复合支架的含水率和膨胀率,利用扫描电镜观察样品横截面的组织形态。结果与结论:通过改变聚乙烯醇的重均分子质量、醇解度和海藻酸钠的用量,得到不同配比的复合支架,含水率在48%～93%范围,膨胀率在120%～470%范围。扫描电镜观察显示,复合材料内部组织形态结构形成多孔结构,当聚乙烯醇重均分子质量为24000,61500时,形成的孔形态结构最好。海藻酸钠用量较少时,复合支架薄膜的孔结构形态更好,以m(聚乙烯醇):m(海藻酸钠)=3:1时孔结构形态最佳;海藻酸钠用量较大时,复合支架海绵的孔结构形态更好,以m(聚乙烯醇):m(海藻酸钠)=1:4,m(聚乙烯醇):m(海藻酸钠)=1:6时最佳,材料蓬松多孔,结构规整,且孔分布均匀,满足组织工程多孔支架材料的需要。     

弹性蛋白在生物医用材料中的应用

弹性蛋白是一种极具发展潜力的天然生物材料,它的特殊的交联、疏水结构赋予它许多优良的性质:良好的弹性、延展性、生物相容性和可生物降解等.目前,弹性蛋白是生物医用材料领域中逐渐被关注的一类材料,可应用于组织工程支架、真皮代替物等生物医用材料中.本文阐述了弹性蛋白作为生物医用材料的特性,对弹性蛋白及其衍生物基生物医用材料的应用现状和发展趋势进行了综述.     

美国优秀生物医学工程教育模式探讨

我们以 2 0 0 2年度美国新闻和世界报道联合公布的院校排名为依据 ,综合分析了美国优秀生物医学工程教育模式 ,以期对我国生物医学工程教育提供参考     

A passage retrieval method based on probabilistic information retrieval model and UMLS concepts in biomedical question answering

Background and ObjectivePassage retrieval, the identification of top-ranked passages that may contain the answer for a given biomedical question, is a crucial component for any biomedical question answering (QA) system. Passage retrieval in open-domain QA is a longstanding challenge widely studied over the last decades. However, it still requires further efforts in biomedical QA. In this paper, we present a new biomedical passage retrieval method based on Stanford CoreNLP sentence/passage length, probabilistic information retrieval (IR) model and UMLS concepts.MethodsIn the proposed method, we first use our document retrieval system based on PubMed search engine and UMLS similarity to retrieve relevant documents to a given biomedical question. We then take the abstracts from the retrieved documents and use Stanford CoreNLP for sentence splitter to make a set of sentences, i.e., candidate passages. Using stemmed words and UMLS concepts as features for the BM25 model, we finally compute the similarity scores between the biomedical question and each of the candidate passages and keep the N top-ranked ones.ResultsExperimental evaluations performed on large standard datasets, provided by the BioASQ challenge, show that the proposed method achieves good performances compared with the current state-of-the-art methods. The proposed method significantly outperforms the current state-of-the-art methods by an average of 6.84% in terms of mean average precision (MAP).ConclusionWe have proposed an efficient passage retrieval method which can be used to retrieve relevant passages in biomedical QA systems with high mean average precision.     

生物医学系统模型的三维拟实仿真和信息交互

针对生物医学工程对象几何形状不规则,材料复杂等特点,提出并实现了基于多边形描述的分层次绘制的生物医学系统模型三维仿真显示和基于OpenGL选择模式的信息交互的软件方法,软件实现了三维模型的建立,随动几何变换和信息交互以及对常用有限元软件包数据文件的识别等功能,软件技术先进,界面友好,交互性强,使用方便,并具有良好的可扩展性和可移植性,为生物医学工程领域三维拟实仿真建立了一个优良的计算机图形学平台。     

生物医学信息资源的元数据描述与整合

因特网上蕴藏着丰富的生物医学信息资源．生物医学信息资源的获取越来越多地依赖于Internet网络。因此，开发新的描述和管理信息资源的方法．才能更好地满足人们对信息资源的需求。通过对数据库、搜索引擎、网站资源及元数据的分析．表明生物医学信息资源具有电子化、网络化、动态性、分布性、无序性的特点。利用元数据对医学信息资源进行开放的和计算机可识别的描述．有助于用户搜寻、选择、利用医学信息资源，尤其是网络医学资源。通过元数据的转换，将不同地域、不同语言、异构的资源有机地整合在一起，可以更有效地、系统地满足人们对信息的需求。     

Magnetically Actuated Rolling of Star‐Shaped Hydrogel Microswimmer

A magnetically powered, star‐shaped poly(vinylalcohol)/alginate (PVA/ALG) hydrogel microswimmer is described as a biodegradable motile vehicle for potential biomedical applications. The star‐shaped microswimmer is fabricated by the addition of a mixture containing PVA, ALG, and magnetic nanoparticles in the optimal ratio into the designed star‐shape silicon pattern and subsequent gelation of the mixture inside the pattern. This hydrogel microswimmer displays efficient and controllable propulsion in biological media under a vertical rotating magnetic field. Such star‐shaped hydrogel microswimmers have excellent biodegradability and mechanical capability and thus show promise in biomedical applications such as drug transport and surgery.     

The National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering: History, Status, and Potential Impact

This paper describes the history, current status, and objectives and potential impact of the new National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB). Three of the authors (Hendee, Chien, and Maynard) have been involved over several years in the effort to raise the identity of biomedical imaging and bioengineering at the National Institutes of Health. The fourth author (Dean) is the Acting Director of the newly formed NIBIB. These individuals have an extensive collective knowledge of the events that led to formation of the NIBIB, and are intimately involved in shaping its objectives and implementation strategy. This special report provides a historical record of activities leading to establishment of the NIBIB, and an accounting of present and potential advances in biomedical engineering and imaging that will be facilitated and enhanced by NIBIB. The National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering represents a coming of age of biomedical engineering and imaging, and offers great potential to expand the research frontiers of these disciplines to unparalleled heights. © 2002 Biomedical Engineering Society. PAC2002: 8762+n, 8759-e, 0178+p, 0165+g, 8761-c     

合成高分子材料诱导的细胞凋亡

在综合讨论了合成高分子材料的细胞凋亡之后认为，由于生物医用材料涉及人体疾病治疗，包括组织缺陷的替代与工程化修复、基因治疗、药物缓释等许多方面，对其诱导细胞凋亡现象应作系统深入的研究，包括凋亡机制的研究。     

Fabrication and characterization of phlorotannins/poly (vinyl alcohol) hydrogel for wound healing application

Abstract

Phlorotannins (PH) derived from brown algae have been shown to have biological effects. However, the application of PH in biomedical materials has not been investigated. Here, we investigated the effects of PH on normal human dermal fibroblast (NHDF) proliferation and fabricated a composite hydrogel consisting PH and poly (vinyl alcohol) (PVA) (PVA/PH) by a freezing-thawing method for wound healing applications. Cell proliferation was significantly higher in the PH-treated (0.01 and 0.02%) cells than in non-treated cells. Based on the mechanical properties, the PVA/PH hydrogel had a significantly increased swelling ratio and ultimate strain compared to the PVA hydrogel, but the ultimate tensile strength and tensile modulus were decreased. Additionally, cell attachment and proliferation on the composites were evaluated using NHDFs. The results showed that after 1 and 5 days, cell attachment and proliferation were significantly increased on the PVA/PH hydrogel compared with that on the PVA hydrogel. The findings from this study suggest that the PVA/PH hydrogel may be a candidate biomedical material for wound healing applications.     

Anisotropic polyvinyl alcohol hydrogel for cardiovascular applications

Polyvinyl alcohol (PVA) is a hydrophilic polymer with various characteristics desired for biomedical applications and can be transformed into a solid hydrogel by physical crosslinking, using a low-temperature thermal cycling process. As with most polymeric materials, the mechanical properties of the resultant PVA are isotropic, as oppose to most soft tissues, which are anisotropic. The objective of this research is to develop a PVA-based hydrogel that not only mimics the nonlinear mechanical properties displayed by cardiovascular tissues, but also their anisotropic behavior. By applying a controlled strain to the PVA samples, while undergoing low-temperature thermal cycling, we were able to create oriented mechanical properties in PVA hydrogels. The oriented stress-strain properties of porcine aorta were matched simultaneously by a PVA hydrogel prepared (10% PVA, cycle 3, 75% initial strain). This novel technique allows the controlled introduction of anisotropy to PVA hydrogel, and gives a broad range of control of its mechanical properties, for specific medical device applications.