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我系微流控-生物材料实验室设计开发可实现肌腱定位和肌肉损伤预防的肌电电极阵列
表面肌电图(sEMG)可以提供关于肌肉表现的多重信息。理想的sEMG电极应该是可拉伸的,并且能够多次重复使用,这才能为连续监测提供足够多的高质量数据。然而,这些特性的缺乏极大地限制了sEMG在医疗和日常生活中的广泛使用。为解决上述问题,近日,南方科技大学微流控-生物材料实验室和利兹大学Samit Chakrabarty教授等人通过使用单宁酸、聚乙烯醇和PEDOT:PSS设计了粘合剂干电极(TPP)。TPP电极具有优异的拉伸性(~200%)和粘附性(0.58 N/cm),可确保与皮肤的稳定长期接触以进行记录(>20 dB;>5天)。基于TPP,作者还开发了一种金属聚合物电极阵列贴片(MEAP)。MEAP表现出比商业阵列更好的顺应性,从而可在肌肉运动过程中产生更高的信噪比和更稳定的记录。MEAP采用可扩展丝网印刷制造,具有完全可拉伸的材料和阵列结构,能够实时监测肌肉应力、疲劳和肌腱位移。相关研究以“Stretchable surface electromyography electrode array patch for tendon location and muscle injury prevention”为题发表在《Nature Communications》上。
在研究团队先前的工作中,由共晶镓铟合金(EGaIn)制成的可打印金属聚合物导体(MPC)具有高度拉伸性和柔性、导电性和生物相容性,已被用作柔性电路、应变传感器和电穿孔电极。凭借这种柔性电路,作者可在弹性基板上实现用于高密度记录的全保形多通道sEMG电极。但是使用这种液态金属作为皮肤上的接触电极可能存在泄漏和磨损问题,这严重减少了设备的工作时间。相比较而言,聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)作为一种替代材料,由于其良好的生物相容性、高导电性和高电化学稳定性,是一种更合适的导电聚合物。然而,纯PEDOT:PSS膜只有~5%的应变,这不足以适应大多数皮肤变形。而其水溶性特性也限制了针对汗液的应用,并且其抗摩擦能力也比较差,会影响接触皮肤时的耐久性。此外,纯PEDOT:PSS膜的不粘附性也存在接触问题,可能会降低电生理信号质量。因此,如何制造保形、粘合和坚固的干电极成为一个需要解决的问题。为此,作者将单宁酸、PVA与PEDOT:PSS混合制造了粘性、可拉伸、生物相容性和无凝胶的TPP电极,并基于TPP进一步开发了贴片MEAP(图1)。
图1 MEAP
如图2所示,由于TPP的高拉伸性和粘附性,电极即使在皮肤褶皱中也能保持稳定的接触,从而提供较低的界面阻抗。作为干电极,它可以具有更长的工作时间,是Ag/AgCl电极的16倍。基于MPC电路,作者还制作了一种多通道sEMG金属聚合物电极阵列贴片,以实现高质量、高密度的sEMG信号,用于监测肌肉负荷和肌肉疲劳,其性能比商用sEMG阵列更稳定。更重要的是,MEAP可持续监测肌腱位移,将肌腱拉伸控制在安全范围内,从而降低肌肉或肌腱损伤的风险。
图2 可预防肌肉损伤的信号记录
原文链接: https://www.nature.com/articles/s41467-023-42149-x
南科大生医工系7位教授入选“2023年全球前2%科学家榜单”
近日,美国斯坦福大学发布“全球前2%顶尖科学家”榜单(World’s Top 2% Scientists),该榜单分为“年度科学影响力排行榜”和“终身科学影响力排行榜”两个榜单。
我系共有7位教授入选“2022年度科学影响力排行榜”,分别是蒋兴宇、吴德成、吴长锋、奚磊、李凯、肖凯、王文锦;同时有3位教授入选“终身科学影响力排行榜”(1960-2022),分别是蒋兴宇、吴长锋、李凯。充分展现了我系领先的科研实力和原创探索能力。
据悉,该榜单由斯坦福大学John P.A.Ioannidis教授团队发布,基于Scopus数据库的引用数据系统分析,以被引数(区分自引和他引,提供自引数据)、H-index、HM因子等6种综合指标 (composite score,C-score),根据 “生涯影响力”和“年度影响力”从近1000万名科学家中遴选出世界排名前2%的科学家,分为22个领域和174个子学科领域,为科学家长期科研表现提供了一个衡量指标,能够更客观、更真实地反映科学家的影响力。
Jesse V. Jokerst:Engineering Health with (Photo)acoustic Imaging and Nanoscale Reporters
谢粤辉:中国心脑血管医疗器械的创新突破
南科大罗智团队开发出一种创新多肽药物制剂技术并进入人体实验阶段
近日,南方科技大学生物医学工程系副教授罗智课题组在Science Translational Medicine期刊上发表了题为“Boosting systemic absorption of peptides with a bioinspired buccal-stretching patch”的研究文章。该研究受到章鱼触手吸盘结构的启发,开发了一种创新的口腔贴片技术,该研究目前已进入临床转化阶段,有望重新定义大分子药物剂型,进而在医药研发领域产生深远的影响。
近年来,越来越多的新型药物被开发用于疑难杂症的治疗,例如多肽、mRNA、单克隆抗体等。这些生物大分子药物在糖尿病、心血管疾病、癌症、病毒感染等疾病的治疗中发挥着越来越重要的作用。然而,多肽与蛋白质等药物的口服递送面临着多重挑战,例如,药物在消化道的不稳定性、低生物利用度以及肝脏首过效应等。这些挑战不仅限制了大分子药物在临床应用中的有效性,还因其复杂和不便的给药方式(如皮下注射)影响了患者的依从性和生活质量。因此,开发针对多肽药物的新型口服递送系统具有至关重要的意义。
如下图所示,该技术通过机械拉伸口腔黏膜并结合渗透增强剂,能够显著促进药物的跨膜吸收。这一设计模仿了章鱼吸盘的肌肉排列,实现了稳定而高效的粘附,能以大约100千帕的力量拉伸软组织,从而改变黏膜的细胞结构和脂质屏障,促进药物的扩散。贴片内还可以装载各种辅助剂,包括渗透增强剂、缓释剂等,实现药物的可控释放。这种机械和化学的协同作用,是一类全新的药物递送机理,能够大幅度提高大分子药物的生物利用度。
图1. 一种仿生章鱼吸盘通过口腔黏膜的机械变形来输送大分子药物的生物吸力贴片
经过一系列严格的实验验证,包括在比格犬和40名健康人体试验参与者的临床前研究,该工作证实了这种基于吸盘的贴片在提升药物生物利用度方面具有显著效果。例如,使用该贴片递送的去氨加压素(Desmopressin)的生物利用度从0.12%提升到了16.4%。近两个数量级的突破性提升在药物递送研究中具有里程碑意义。更进一步,在人体试验中(图2),大多数参与者表示,与传统的注射方式相比,他们更倾向于使用这种贴片作为常规和周期性的给药方法。
图2. 人体实验证实新剂型的安全性及高接受度
在临床实验中,研究团队发现以下优势,首先,这种贴片技术有潜力在治疗糖尿病、肥胖症以及其他需要依赖注射递送的疾病中找到广泛应用。由于其非侵入性特点,这种给药方式可以提高患者的治疗依从性,从而带来更为有效的治疗结果。其次,这种新型递送系统的开发还可以促进与之相关的药物研发,推动制药工艺的创新和优化,加强对创新药的专利保护。因此,该研究不仅在科学上具有突破性,也为未来医药研究和临床应用提供了新的方向和可能性。
罗智为论文第一作者及通讯作者,南科大为论文第一单位。合作单位苏黎世联邦理工大学教授Jean-Christophe Leroux为论文共同通讯作者。本工作得到了科技部国家重点研发计划、广东省生物材料重点实验室等项目的支持。
论文链接:https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.abq1887
王秀明:A Framework for Formulating Field Equation of Motion under the Postulate of Energy Invariant
2023年“富途锐”奖学金获奖名单
根据《生物医学工程系“富途锐奖学金”评定办法》,现将生物医学工程系2023年“富途锐”奖学金获奖名单予以公示。公示时间为2023年10月7日起至2023年10月11日止。仅公示名单,排名不分先后,对结果有异议者,请以邮件形式反馈到生物医学工程系。反映问题应本着实事求是原则,署真实姓名并提供联系方式。
联系人:王老师
办公地点:南方科技大学工学院南楼628
联系电话:0755-88015001
电子邮箱:wangd3@sustech.edu.cn
序号 | 学号 | 姓名 | 院系 | 专业 | 奖学金金额 |
1 | 12012621 | 贺廷祯 | 生物医学工程 | 生物医学工程 | 1923 |
2 | 12011119 | 卓著 | 生物医学工程 | 智能医学工程 | 1923 |
3 | 12112525 | 杨中武 | 生物医学工程 | 生物医学工程 | 1923 |
4 | 12111318 | 赵元龙 | 生物医学工程 | 生物医学工程 | 1923 |
5 | 12112317 | 牟新语 | 生物医学工程 | 智能医学工程 | 1923 |
6 | 12212859 | 黎思婕 | 生物医学工程 | 生物医学工程 | 1923 |
7 | 12211854 | 张畅洋 | 生物医学工程 | 生物医学工程 | 1923 |
8 | 12212502 | 史向涛 | 生物医学工程 | 生物医学工程 | 1923 |
9 | 12210552 | 孙一凡 | 生物医学工程 | 生物医学工程 | 1923 |
10 | 12210326 | 苏浩泽 | 生物医学工程 | 生物医学工程 | 1923 |
11 | 12210153 | 邹佳辰 | 生物医学工程 | 智能医学工程 | 1924 |
12 | 12212630 | 易舒涵 | 生物医学工程 | 智能医学工程 | 1923 |
13 | 12212659 | 马文骁 | 生物医学工程 | 智能医学工程 | 1923 |
合计 | 25000 |