功能醫學的案例
基于多肽的多功能納米材料用于腫瘤成像和治療
R基團的差異決定了多肽結構與功能的多樣性。因此，具有不同R基團的氨基酸通過排列組合能產生多種功能型多肽，這些功能肽在生物醫用領域具有良好的應用潛力。自然界中，多肽是天然蛋白的功能性片段，通常是在研究者們通過分子生物學技術分析天然蛋白時發現的。這些功能性片段雖然體積小，結構簡單，但是通常具有與天然蛋白類似的生物學功能。例如，通過對HIV - 1病毒中TAT蛋白的研究，首例細胞穿透肽(CPPs)被發現并廣泛應用于細胞內的藥物傳遞。與蛋白相比，多肽通常具有合成方法簡單、易于化學修飾、在儲存過程中穩定性好不易變質、易于同其他方法或技術結合等優點。因此，近年來多肽材料在生物醫學領域具有強大的應用前景。
迄今為止，雖然大量的生物醫學難題已經取得了重大的突破，但是腫瘤作為世界范圍內人類死亡的主要原因仍舊無法得到徹底的解決。許多科學家和研究人員在開發腫瘤診斷與治療的新型生物材料方面做出了很多努力與嘗試。多肽基于其優異的生物安全性、潛在的生物降解性和多樣化的生物功能，在生物醫學領域，特別是腫瘤的診斷與治療，具有強大的體內應用潛力，同時展現了其用于開發多功能生物醫用納米材料的優勢。根據多肽的長短以及氨基酸的排列順序，特定的多肽序列具有獨特的生物功能，可用于制備各種不同的多功能納米材料，用于臨床生物醫學研究與應用。這些基于多肽的新型生物材料同時繼承了多肽和傳統生物材料的優點，在開發并設計高效的腫瘤診斷治療策略中發揮著重要的作用。
【成果簡介】
在過去十年中，基于多肽的納米材料被認為是腫瘤成像和治療的新型生物醫學材料。多肽和多肽衍生物基于其優異的生物相容性、多樣化的生物活性、潛在的生物降解性、特定的生物識別能力和易于化學修飾的特性得到了快速的發展。
展開 加州理工學院魏璐《自然·通訊》超分辨率無標記體積振動成像（水凝膠擴大成像）
因此，VISTA 可以為多功能生物醫學研究開辟新的途徑。
相關論文以題為
Super-resolution label-free volumetric vibrational imaging
發表在《
N
ature Communciations
》上。
【主圖導讀】
圖
1：擴展和蛋白質保留樣品的高分辨率無標記振動成像。
圖
2：細胞和組織的超分辨率三維 VISTA 成像。
圖
3：在小鼠腦組織上使用熒光標記驗證 VISTA 成像特征。
圖
4：用于腦海馬組織特定和多分量成像的無標記 VISTA 預測。
參考文獻
：
doi.org/10.1038/s41467-021-23951-x
版權聲明
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高分子材料科學
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展開 東華大學武培怡教授課題組《Acc. Mater. Res.》：生物啟發的準固態離子導體綜述
在實際的應用場景中，準固態離子導體有很多 機會，例如，為軟體機器人提供軟體傳感器和軟體致動單元，為人機交互提供力學適應的無縫界面，多功能醫學智能貼片，持續供電系統等。
值得注意的是，盡管取得了重大成就，但生物啟發的準固態離子導體的發展仍處于起步階段。值得人們投入更多的精力來進一步了解分子機制，探索合適的材料，并尋找新的應用。對于未來的商業化，最大的挑戰之一是開發可與離子材料相兼容的封裝集成技術。此外，對于長期的人機交互應用，也需要更多的研究來關注準固態離子導體的抗疲勞特性和電信號的無線傳輸等。
圖9. 生物啟發的準固態離子導體的總結與展望。
課題得到了國家自然科學基金重點項目 (51733003) 的資助與支持，通訊作者為武培怡教授。
文章鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.1c00165
展開 上海國際醫學園區國際社區城市設計│華東建筑設計研究總院
上海國際醫學園區國際社區城市設計
查君
華東建筑設計研究總院
一、項目背景
上海國際醫學園區是集“醫、教、研、產”為一體的醫學新概念科技園區，也是國家自主創新示范區——張江高科技園區核心園的重要組成部分。目前，園區已初步形成國際醫院、國際康復、醫學研發、醫學院校、醫療器械及生物醫藥產業、國際商務六大功能分區。醫學園區國際社區是園區的重要組成部分，它將以更高的國際建設標準和更精確的人群需求為導向，為醫學園區乃至張江科學城的精英人才提供人性化的居住服務和完善的公共配套服務。上海國際醫學園區國際社區除了要滿足基本的硬性建設條件外，還應著重考慮兩大發展趨勢：第一，園區高端服務與精英人才的醫療專業化；第二，國際人才與高房價的矛盾，租賃式住宅成為新的開發趨勢。
地塊詳細設計平面
二、設計發展
基地占地332 hm2，位于張江科學城南部，西鄰上海國際醫學園區，距離浦東國際機場15 km，距張江高科技園區6 km，距陸家嘴金融中心18 km，區位優勢明顯，交通便捷。本次設計擴大研究視野范圍，通過對國際醫學園區范圍內的交通條件、功能關系、生態基礎等區域要素的分析，挖掘本地區潛在的發展動力，使其可與醫學園乃至科學城的整體框架完美地匹配。在功能發展上，依托高新河打造區域級的特色文化景觀帶，通過大型的公共活動空間及綠廊連接醫學園區和國際社區兩大區域。同時加強社區綜合服務核心區與南部公共活動核心區的聯系，并在功能上形成差異化發展。國際社區內部加強南北聯系。最終，規劃形成“一帶兩軸、三片三心、多廊串聯”的功能結構。
功能結構
總平面
三、設計特色
1．開放共享、彈性適應的居住服務體系
基地明確服務人群為在醫學園區內工作、學習的醫務工作人員、創業人員、科研人員、管理人員，同時還承擔部分張江中部國際人才的居住需求。
展開 
基于 COMSOL-MATLAB 聯合仿真的參數化三維心臟電阻抗成像模型
摘要：電阻抗成像（Electrical Impedance Tomography, EIT）是一種無創的體內電導率分布重建技術，廣泛應用于心肺功能監測等生物醫學領域。為實現更貼近生理狀態的心臟動態仿真，本研究構建了一個可參數化的三維心臟模型，并通過 COMSOL Multiphysics 與 MATLAB 平臺聯合實現仿真。模型在心臟表面布置了24個電極，支持多組電流激勵與電壓采集；同時，通過正弦函數表達式實現對心臟收縮周期的模擬。借助 COMSOL API 與 MATLAB 腳本，完成了24組電流注入下的電場、電壓與電流密度仿真計算。進一步，提取了電場各方向分量并構建了靈敏度矩陣（Jacobian matrix），為后續電導率反演與圖像重建提供基礎。該平臺可用于動態心臟 EIT 正問題研究，并支持圖像反演算法訓練及病變模擬拓展。
關鍵詞：電阻抗成像；心臟模型；三維參數化；COMSOL；MATLAB；靈敏度矩陣；電極仿真；電導率重建
一、任務描述
本任務旨在構建一個三維參數化心臟模型，基于 COMSOL Multiphysics 與 MATLAB 聯合仿真平臺，進行24電極電阻抗掃描，實現電導率圖像重建和電流密度場可視化，為心臟功能建模與EIT成像研究提供高精度模擬平臺，如圖1所示。
圖1 三維參數化心臟模型
二、子任務細分
a) 心臟幾何建模與參數化運動
目標：構建含時間參數化收縮的心臟模型，實現隨時間變化的生理形態模擬。
步驟：在 COMSOL 中定義變量 L0, f, Lt 控制心臟收縮；使用拉伸 + 橢球構建心臟主體；添加24個電極柱體，進行鏡像與移動；實現形變表達式 Lt = L0*(1 - 0.1*sin(2*pi*f*time))。
展開 3D打印前途光明，它需要怎樣的進化？
目前，3D生物打印技術方興未艾，目標是實現醫學、工程學、電子學和生物學的大融合，最終打印出人體器官的替代品，要么一模一樣，要么有更優越的性能，使得未來人類能更輕松地更換“身體零件”。
現在，研究人員已經可以打印出人體皮膚的碎片，但這項技術仍未進入臨床階段，而最終的器官打印則是一項更為艱巨的任務，研究人員要考慮多種細胞組成以及血管和神經如何做出類似人的組合。通過大量的試驗和現代材料科技知識，3D打印研究人員已確定在微重力的環境中，可以制造出一些地球上無法制造出來的材料，而3D生物打印現在面對的最大題就是“材料問題”，用于生物打印的材料需要保證細胞活性和組織功能，需要符合醫學上的無菌標準，需要大量的試驗來知曉生物材料、細胞和生長因子的最佳組合。
另外，地球上含有復雜的大氣層，相關事實已經證明，有些人體細胞是沒有辦法在“地球環境”中培養出來的，更不要說要長時間保持活性。在這種背景下，3D生物打印沖向太空,是必須要嘗試的一條路，況且在太空中，我們可以觀察骨骼、肝臟類的表現，細胞也能在高強度紫外線或者其他惡劣條件下進行擇優篩選，由此建立起來的3D生物打印系統，可能真會制造出“性能更加優越”的人體器官，供自然人類挑選，正如挑選衣服一樣。
大概是浸潤在科技界太久的緣故，筆者的科技觀一直是“偉大人物創造出革命性科技，而革命性科技再普渡眾生”。現如今，前沿的3D打印科研人員有希望成為這種偉大的人，他們的努力勢必會成為制造業、建筑業、醫學界的變革力量，也勢必會帶給全人類更加美好的生活，試想一下，24小時打印一棟房子，就如同搭一頂帳篷；自己按照程式打印一個肝臟，再也不用擔心脂肪肝了…毫無疑問，當3D打印完成進化，大面積普及之后，人類的生產資料、房地產資源、醫療技術都會有質的飛躍，生活也將更加美好。
展開 中科院深圳先進院杜學敏研究員團隊等發展出天然高分子水凝膠材料三維形態可控編輯新策略
原文鏈接：
https://spj.sciencemag.org/journals/research/2021/9786128/
來源：深圳先進院醫工所納米調控中心
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中科院深圳先進院杜學敏團隊誠聘副研究員與博士后
受章魚啟發，中科院深圳先進院杜學敏團隊與吳新宇、徐天添團隊合作研發出多功能微型軟體機器人
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中科院深圳先進院杜學敏副研究員團隊和吳天準研究員團隊合作：基于形狀記憶高分子的可自展開柔性電極陣列
中國科學院深圳先進技術研究院杜學敏團隊誠聘博后
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中科院深圳先進院杜學敏副研究員團隊構建仿生形狀記憶支架可促進人工血管三維內皮化
展開 2017最具潛力20大新材料
突破性：特種纖維分別具有不同的特殊性能，如耐強腐蝕、低磨損、耐高溫、耐輻射、抗燃、耐高電壓、高強度高模量、高彈性、反滲透、高效過濾、吸附、離子交換、導光、導電以及多種醫學功能。例如，Teflon TFE?，Nomex?，Kermel?，Kevlar?，Torayca?。
發展趨勢：航空航天，交通，裝備，體育休閑，通信，機械，化工，國防軍工等領域。
主要研究機構（公司）：杜邦，東麗，帝人，東洋紡，東華大學，天津工業大學大學，北京化學研究所。
突破性：目前萬物智能的發展方向來說，穿戴式設備將會越來越普及，開發一種導電性和拉伸性極佳的高分子材料，可用于可拉伸塑料電極。這種柔性電極也可作為可穿戴電子器件。也就是說，如果成功，以后，我們帶有「智能」的衣服或者體內的供電設備就不會再被僵硬的電路掣肘了。
發展趨勢：觸摸屏、顯示器、薄膜太陽能電池。
主要研究機構（公司）：斯坦福大學，東華大學，華南先進光電子研究院先進材料研究所，大連化物所。
突破性：“量子隱形”材料制作成衣服，透過反射穿衣者身邊的光波，可以使得穿著這種衣服的人達到“隱形”的效果。通過折射周圍光線來實現“完全隱形”。“量子隱形”材料完全可以在不借助其他技術的情況下實現隱形，甚至可逃過紅外望遠鏡和熱力學設備的追蹤。
發展趨勢：觸摸屏、顯示器、薄膜太陽能電池。
主要研究機構（公司）：Hyperstealth Biotechnology，中國科技大學，清華大學。
突破性：可提供空中動態顯示，清晰顯像的同時，能讓觀眾透過投影膜看見背后景物，又能與互動軟件組合，產生三位立體互動影像，是觀者產生身臨其境，玩轉空間的感覺，具有高清晰、耐強光、超輕薄、抗老化等無可比擬的眾多優勢。
展開 2018最具潛力20大新材料
特種纖維
特種纖維是具有特殊的物理化學結構、性能和用途，或具有特殊功能的化學纖維。這些纖維大都應用于工業、國防、醫療、環境保護和尖端科學各方面。
特種纖維分別具有不同的特殊性能，如耐強腐蝕、低磨損、耐高溫、耐輻射、抗燃、耐高電壓、高強度高模量、高彈性、反滲透、高效過濾、吸附、離子交換、導光、導電以及多種醫學功能。
柔性電極材料
柔性電極是將電子器件制作在柔性或可延性塑料或薄金屬基板上的電子技術。柔性電極可作為可穿戴電子器件。也就是說，如果成功，以后，我們帶有「智能」的衣服或者體內的供電設備就不會再被僵硬的電路掣肘了。
全息膜
透明全息投影膜擁有獨一無二的透明特性，在保持清晰顯像的同時，能讓觀眾透過投影膜看見背后景物。畫質100%清晰亮麗，非凡超薄境界，絕無空間設限。有此神奇效果，得益于在國際市場上首次發表的綜合衍射圖(hologram)技術的實際應用，是國際上首次實現在無論光源是否充足的情況下，皆能透過正面及背面兩側同時、多角度直接觀看影像的劃時代專利技術投影膜。
全像彩色濾光板結晶體（HCFC）為核心材料，融合納米技術，材料學、光學、高分子等多學科成果和制備加工技術，以有機材料、無機納米粉體和精細金屬粉體為原料，生產而成。輕薄內部蘊含先進的精密光學結構，以達致高清晰、高亮度的完美顯像。
展開 2018年最具潛力的20種新材料
特種纖維
特種纖維是具有特殊的物理化學結構、性能和用途，或具有特殊功能的化學纖維。這些纖維大都應用于工業、國防、醫療、環境保護和尖端科學各方面。
特種纖維分別具有不同的特殊性能，如耐強腐蝕、低磨損、耐高溫、耐輻射、抗燃、耐高電壓、高強度高模量、高彈性、反滲透、高效過濾、吸附、離子交換、導光、導電以及多種醫學功能。
柔性電極材料
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