近期產品庫收錄的生物醫用材料領域新材料、新方法如下：

注：產品介紹部分來源于對應高校官網相關介紹。

二維卟啉MOF(CuTCPP)

對于由多種口腔病原體引起的牙周炎等慢性疾病，傳統的手術干預和抗生素治療效果差，甚至無效，往往導致組織的進行性破壞，甚至牙齒脫落，以及全身性疾病。在此，天津大學吳水林、MIT張興才、湖北大學劉香梅等人通過原子層沉積設計了一種原子層Fe2O3修飾的二維卟啉MOF(CuTCPP)系統(CuTCPP- Fe2O3)，將其摻入聚乙二醇基質中以形成光響應軟膏。經過原子層沉積表面工程后，增強了二維光催化活性，MOF異質界面具有較低的吸附能和較高的電荷轉移量，這主要是由于金屬-連接鍵橋接單元的協同作用、豐富的活性位點和良好的聚光網絡。這使得這種表面工程化的二維MOF異質結通過局部活性氧（ROS）和釋放離子的協同作用對多種口腔病原體具有廣泛的抗菌活性。這種光動力離子療法具有快速的抗菌活性，緩解炎癥，改善血管生成，比臨床報道的牙周炎治療具有更好的治療效果。相關研究以“2D MOF Periodontitis Photodynamic Ion Therapy”為題目，發表在JACS上。

3D 打印仿生耳蝸

來自劍橋大學的學者提出了3D打印-神經網絡聯合建模來解釋人工耳蝸植入患者的電場成像剖面。通過可調的電子解剖學，3D打印耳蝸可以在非刺激位置復制電場成像輪廓的臨床場景。聯合建模框架展示了對患者概況或耳蝸幾何形狀的自主和強大的預測，揭示了導致電流擴散的電解剖因素，輔助按需打印進行植入測試，并推斷出患者體內的耳蝸組織電阻率(估計平均值=6.6kΩcm)。本文預計該框架將促進神經調節植入物的物理建模和數字孿生創新。3PNN被證明可以預測非刺激EFI和從臨床患者CT收集的幾何參數之間的關系，而不需要模型調整和重新校準。用4種不同CI類型的臨床EFI資料進行了驗證，31個預測中有28個預測準確率較好，MAPE<12%。因此，聯合建模框架具有預測不同制造商的CI刺激性能的潛在能力，從而輔助開發適合患者耳蝸解剖的CI電極陣列。與傳統的動物和身體模型相比，這里提出的“打印和學習”的建模概念提供了一種物理可操作、符合倫理和經濟的方法，這可能有助于減少對動物實驗的需求。與FEM互補，3PNN可以為未來用于CI測試的耳蝸數字雙胞胎奠定基礎。隨著神經調節型電子植入物的使用越來越多，“打印-學習”聯合建模概念可以促進其他生物電子植入物原型的物理建模和數字孿生創新。相關工作以題為“3D printed biomimetic cochleae and machine learning co-modelling provides clinical informatics for cochlear implant patients”的研究性文章在Nature Communications上發表。

人工視覺神經系統

河北大學閆小兵團隊聯合復旦大學劉琦教授團隊受生物視覺系統工作模式的啟發，提出了一種完全基于憶阻器的人工視覺感知神經系統（AVPNS），它由光電憶阻器和閾值開關（TS）憶阻器組成，分別來模擬神經系統的神經突觸和神經元。該系統成功模仿了生物視覺系統的基本功能，實現了圖像感知。此外，該系統概念性地應用在了無人駕駛汽車中，模擬了無人駕駛汽車會車過程中的汽車速度調節過程。該成果表明基于憶阻器的硬件系統可以準確的模擬生物視覺神經系統的功能，從而擴展憶阻器在AI中的應用范圍，為人工神經系統的研究提供了全新的思路。該成果以“Artificial Visual Perception Nervous System Based on Low-dimensional Material Photoelectric Memristors”為題在知名期刊ACS Nano在線發表。

Pt單原子納米酶

清華大學王定勝副教授和北京理工大學梁敏敏教授（共同通訊作者）等人報道了一種新穎而有效的策略，即通過逆轉熱燒結過程將鉑納米顆粒（Pt NPs）直接霧化成單原子，從而獲得熱穩定的高性能Pt單原子納米酶（PtTS-SAzyme）。將Pt NPs原子化為單原子使金屬催化位點充分暴露，并且產生可調控的原子結構和電子性質，從而顯著提高酶的性能。實驗測試發現，所制備的熱穩定Pt單原子納米酶（PtTS-SAzyme）表現出顯著的類過氧化物酶催化活性和動力學，遠遠超過了Pt納米顆粒納米酶。通過密度泛函理論（DFT）計算表明，經過改造的P和S原子不僅促進了從Pt NPs到PtTS-SAzyme的原子化過程，而且由于P原子的給電子性以及N和S原子的吸電子性，使得單原子Pt催化位點具有獨特的電子結構，有助于大幅提高PtTS-SAzyme的類酶催化性能。該工作表明，將金屬納米顆粒熱原子化為單原子納米酶是構建高性能納米酶的有效策略，為合理設計和優化模擬天然酶開辟了一條新途徑。研究成果以題為“Thermal Atomization of Platinum Nanoparticles into Single Atoms: An Effffective Strategy for Engineering High-Performance Nanozymes”發布在國際著名期刊 J. Am. Chem. Soc.。

可降解多孔骨修復生物材料

廣東省科學院生物與醫學工程研究所吳婷婷博士與廣東省人民醫院研究員陳元峰、暨南大學附屬第一醫院副研究員張還添等研究團隊研究發現一種負載微量元素（鍶）和中藥單體（人參皂苷Rg1）的可降解多孔骨修復生物材料，并發現其能促進骨質疏松（osteoporosis，OP）大鼠臨界尺寸顱骨缺損修復。他們將該生物材料與機械和降解性能可調的絲素蛋白—明膠復合生物材料一起構建仿生骨組成的多孔支架。植入OP大鼠臨界尺寸顱骨缺損時，支架能在骨修復的同時發生降解，降解速度與骨再生速度較為匹配，并明顯提高了新生骨量和骨密度。研究成果以“Bioactive strontium ions/ginsenoside Rg1–incorporated biodegradable silk ?broin-gelatin scaffold promoted challenging osteoporotic bone regeneration”為題發表于Materials Today Bio。

微生物催化生物陶瓷

中國科學院上海硅酸鹽研究所吳成鐵研究員帶領的研究團隊提出微生物催化活性礦物誘導成骨的思想，并利用微生物催化作用構建生物陶瓷支架表面微納米結構用于骨組織再生。受自然界中微生物礦化現象的啟發，研究團隊通過微生物催化作用在傳統陶瓷材料（硅酸鹽）表面生長出具有生物活性的納米碳酸鈣礦物，將傳統陶瓷材料與微生物基活性材料相結合用于骨組織工程。研究團隊利用產脲酶菌（S.cohnii）的代謝作用在陶瓷材料表面誘導出均勻的生物礦化層 。在這個過程中，微生物首先粘附在基底陶瓷表面，在脲酶和碳酸酐酶的催化下提升微環境中的pH與CO32-濃度。同時，細菌細胞壁表面的負電性基團吸附Ca2+，促進碳酸鈣顆粒的結核與生長。微生物在陶瓷材料表面構建的納米碳酸鈣礦物明顯抑制了硅酸鈣陶瓷的快速降解，并對骨髓間充質干細胞的粘附、鋪展、增殖、遷移和分化等細胞生物活性具有更好的促進作用。在皮下植入和大塊骨缺損修復動物實驗中，微生物催化的表面生物材料具有良好的生物相容性，表現出顯著的促骨組織再生的優良生物活性。綜上所述，微生物催化的生物活性材料用于骨組織再生是一種微生物與組織工程相結合的新方法，這種策略為生物醫學材料的制備提供了新思路。該研究成果以“Microbially Catalyzed Biomaterials for Bone Regeneration”為題發表在Advanced Materials上，并申請專利一項。

紫杉醇的高效全合成

紫杉醇（Taxol）是目前市場上最優秀的天然抗腫瘤藥物之一，被認為人類未來20年內最有效的抗癌藥物之一，然而，紫杉醇原料匱乏，目前主要通過植物提取分離、然后采用半合成的方法來獲得，因而該藥品的價格昂貴。從結構上來看，紫杉醇具有高度氧化的、復雜的[6-8-6]橋環體系和11個手性中心（包括多個季碳中心），被化學界公認為是有機合成歷史上最具挑戰性的天然產物分子之一。南方科技大學李闖創團隊一直致力于具有高張力橋環體系的天然產物全合成研究。該團隊前后歷經8年，發展了新的合成策略，于近期完成了紫杉醇的不對稱全合成。研究團隊經過巧妙的底物設計，采用二碘化釤介導的頻哪醇偶聯反應為關鍵策略，首次在分子的底部成功關上合成挑戰性很大的八元環。研究團隊通過21步，實現紫杉醇的高效不對稱全合成，這也是目前為止國際上最短的紫杉醇全合成路線。此外，該研究還發展了光照條件下仿生的單線態氧氣的烯反應構建C4-C20環外雙鍵與C5-羥基，還發明了一鍋法C2-位苯甲酸酯合成/引入C13位側鏈的串聯反應。這些新發展的反應，極大地提高了合成的效率。該全合成采用匯聚式的多樣性合成策略，所有的中間體都是新的化合物，為開發更優秀的紫杉烷類抗腫瘤藥物提供了物質基礎，為開發高效低毒的抗癌藥物提供了新的機遇。研究成果以題為“Asymmetric Total Synthesis of Taxol”發表于JACS。

水凝膠粘合劑

上海交通大學朱麟勇教授、林秋寧研究員團隊與上海交通大學口腔醫學院蔣欣泉教授研究團隊合作，借鑒了體內蛋白亞硝基化（SNO化，一種蛋白翻譯后修飾）反應具有瞬時完成的特點，發展了一種快速、非自由基的光偶聯反應——光誘導巰基與亞硝基交聯反應構建水凝膠粘合劑用于口腔黏膜修復。該水凝膠粘合劑由環狀鄰硝基芐基化合物修飾的透明質酸大分子單組份構成。光照時，環狀鄰硝基芐基化合物光釋放巰基、亞硝基、醛基三個活性基團，其中巰基與亞硝基交聯快速成膠，醛基則與組織表面的蛋白氨基鍵合實現膠層與組織的粘附固定。該非自由基光偶聯反應規避了自由基聚合體系的氧阻聚問題，但交聯速度可完全媲美自由基聚合體系（成膠時間<5s），所構建的水凝膠粘合劑具有薄（厚度<0.4 mm）、粘(組織粘合強度>40 kPa)、彈（140%形變范圍內可任意循環拉伸）、可降解的特性，能夠長效（超過24小時）保護粘膜傷口不受液體沖洗、口腔運動和摩擦等干擾。該新型水凝膠粘合劑具有簡便的操作性，優異的濕性組織粘附力和適配的機械強度，可適應于口腔黏膜所處的復雜生理環境，為口腔黏膜病局部治療提供了新材料與新策略，有望幫助患者擺脫口腔潰瘍等疾病帶來的困擾。相關成果以“Promoting Oral Mucosal Wound Healing with a Hydrogel Adhesive Based on a Phototriggered S-Nitrosylation Coupling Reaction”為題發表在Advanced Materials上。