近期产品库收录的生物医用材料领域新材料、新方法如下：

注：产品介绍部分来源于对应高校官网相关介绍。

二维卟啉MOF(CuTCPP)

对于由多种口腔病原体引起的牙周炎等慢性疾病，传统的手术干预和抗生素治疗效果差，甚至无效，往往导致组织的进行性破坏，甚至牙齿脱落，以及全身性疾病。在此，天津大学吴水林、MIT张兴才、湖北大学刘香梅等人通过原子层沉积设计了一种原子层Fe2O3修饰的二维卟啉MOF(CuTCPP)系统(CuTCPP- Fe2O3)，将其掺入聚乙二醇基质中以形成光响应软膏。经过原子层沉积表面工程后，增强了二维光催化活性，MOF异质界面具有较低的吸附能和较高的电荷转移量，这主要是由于金属-连接键桥接单元的协同作用、丰富的活性位点和良好的聚光网络。这使得这种表面工程化的二维MOF异质结通过局部活性氧（ROS）和释放离子的协同作用对多种口腔病原体具有广泛的抗菌活性。这种光动力离子疗法具有快速的抗菌活性，缓解炎症，改善血管生成，比临床报道的牙周炎治疗具有更好的治疗效果。相关研究以“2D MOF Periodontitis Photodynamic Ion Therapy”为题目，发表在JACS上。

3D 打印仿生耳蜗

来自剑桥大学的学者提出了3D打印-神经网络联合建模来解释人工耳蜗植入患者的电场成像剖面。通过可调的电子解剖学，3D打印耳蜗可以在非刺激位置复制电场成像轮廓的临床场景。联合建模框架展示了对患者概况或耳蜗几何形状的自主和强大的预测，揭示了导致电流扩散的电解剖因素，辅助按需打印进行植入测试，并推断出患者体内的耳蜗组织电阻率(估计平均值=6.6kΩcm)。本文预计该框架将促进神经调节植入物的物理建模和数字孪生创新。3PNN被证明可以预测非刺激EFI和从临床患者CT收集的几何参数之间的关系，而不需要模型调整和重新校准。用4种不同CI类型的临床EFI资料进行了验证，31个预测中有28个预测准确率较好，MAPE<12%。因此，联合建模框架具有预测不同制造商的CI刺激性能的潜在能力，从而辅助开发适合患者耳蜗解剖的CI电极阵列。与传统的动物和身体模型相比，这里提出的“打印和学习”的建模概念提供了一种物理可操作、符合伦理和经济的方法，这可能有助于减少对动物实验的需求。与FEM互补，3PNN可以为未来用于CI测试的耳蜗数字双胞胎奠定基础。随着神经调节型电子植入物的使用越来越多，“打印-学习”联合建模概念可以促进其他生物电子植入物原型的物理建模和数字孪生创新。相关工作以题为“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上发表。

人工视觉神经系统

河北大学闫小兵团队联合复旦大学刘琦教授团队受生物视觉系统工作模式的启发，提出了一种完全基于忆阻器的人工视觉感知神经系统（AVPNS），它由光电忆阻器和阈值开关（TS）忆阻器组成，分别来模拟神经系统的神经突触和神经元。该系统成功模仿了生物视觉系统的基本功能，实现了图像感知。此外，该系统概念性地应用在了无人驾驶汽车中，模拟了无人驾驶汽车会车过程中的汽车速度调节过程。该成果表明基于忆阻器的硬件系统可以准确的模拟生物视觉神经系统的功能，从而扩展忆阻器在AI中的应用范围，为人工神经系统的研究提供了全新的思路。该成果以“Artificial Visual Perception Nervous System Based on Low-dimensional Material Photoelectric Memristors”为题在知名期刊ACS Nano在线发表。

Pt单原子纳米酶

清华大学王定胜副教授和北京理工大学梁敏敏教授（共同通讯作者）等人报道了一种新颖而有效的策略，即通过逆转热烧结过程将铂纳米颗粒（Pt NPs）直接雾化成单原子，从而获得热稳定的高性能Pt单原子纳米酶（PtTS-SAzyme）。将Pt NPs原子化为单原子使金属催化位点充分暴露，并且产生可调控的原子结构和电子性质，从而显著提高酶的性能。实验测试发现，所制备的热稳定Pt单原子纳米酶（PtTS-SAzyme）表现出显著的类过氧化物酶催化活性和动力学，远远超过了Pt纳米颗粒纳米酶。通过密度泛函理论（DFT）计算表明，经过改造的P和S原子不仅促进了从Pt NPs到PtTS-SAzyme的原子化过程，而且由于P原子的给电子性以及N和S原子的吸电子性，使得单原子Pt催化位点具有独特的电子结构，有助于大幅提高PtTS-SAzyme的类酶催化性能。该工作表明，将金属纳米颗粒热原子化为单原子纳米酶是构建高性能纳米酶的有效策略，为合理设计和优化模拟天然酶开辟了一条新途径。研究成果以题为“Thermal Atomization of Platinum Nanoparticles into Single Atoms: An Effffective Strategy for Engineering High-Performance Nanozymes”发布在国际著名期刊 J. Am. Chem. Soc.。

可降解多孔骨修复生物材料

广东省科学院生物与医学工程研究所吴婷婷博士与广东省人民医院研究员陈元峰、暨南大学附属第一医院副研究员张还添等研究团队研究发现一种负载微量元素（锶）和中药单体（人参皂苷Rg1）的可降解多孔骨修复生物材料，并发现其能促进骨质疏松（osteoporosis，OP）大鼠临界尺寸颅骨缺损修复。他们将该生物材料与机械和降解性能可调的丝素蛋白—明胶复合生物材料一起构建仿生骨组成的多孔支架。植入OP大鼠临界尺寸颅骨缺损时，支架能在骨修复的同时发生降解，降解速度与骨再生速度较为匹配，并明显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”为题发表于Materials Today Bio。

微生物催化生物陶瓷

中国科学院上海硅酸盐研究所吴成铁研究员带领的研究团队提出微生物催化活性矿物诱导成骨的思想，并利用微生物催化作用构建生物陶瓷支架表面微纳米结构用于骨组织再生。受自然界中微生物矿化现象的启发，研究团队通过微生物催化作用在传统陶瓷材料（硅酸盐）表面生长出具有生物活性的纳米碳酸钙矿物，将传统陶瓷材料与微生物基活性材料相结合用于骨组织工程。研究团队利用产脲酶菌（S.cohnii）的代谢作用在陶瓷材料表面诱导出均匀的生物矿化层 。在这个过程中，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环境中的pH与CO32-浓度。同时，细菌细胞壁表面的负电性基团吸附Ca2+，促进碳酸钙颗粒的结核与生长。微生物在陶瓷材料表面构建的纳米碳酸钙矿物明显抑制了硅酸钙陶瓷的快速降解，并对骨髓间充质干细胞的粘附、铺展、增殖、迁移和分化等细胞生物活性具有更好的促进作用。在皮下植入和大块骨缺损修复动物实验中，微生物催化的表面生物材料具有良好的生物相容性，表现出显著的促骨组织再生的优良生物活性。综上所述，微生物催化的生物活性材料用于骨组织再生是一种微生物与组织工程相结合的新方法，这种策略为生物医学材料的制备提供了新思路。该研究成果以“Microbially Catalyzed Biomaterials for Bone Regeneration”为题发表在Advanced Materials上，并申请专利一项。

紫杉醇的高效全合成

紫杉醇（Taxol）是目前市场上最优秀的天然抗肿瘤药物之一，被认为人类未来20年内最有效的抗癌药物之一，然而，紫杉醇原料匮乏，目前主要通过植物提取分离、然后采用半合成的方法来获得，因而该药品的价格昂贵。从结构上来看，紫杉醇具有高度氧化的、复杂的[6-8-6]桥环体系和11个手性中心（包括多个季碳中心），被化学界公认为是有机合成历史上最具挑战性的天然产物分子之一。南方科技大学李闯创团队一直致力于具有高张力桥环体系的天然产物全合成研究。该团队前后历经8年，发展了新的合成策略，于近期完成了紫杉醇的不对称全合成。研究团队经过巧妙的底物设计，采用二碘化钐介导的频哪醇偶联反应为关键策略，首次在分子的底部成功关上合成挑战性很大的八元环。研究团队通过21步，实现紫杉醇的高效不对称全合成，这也是目前为止国际上最短的紫杉醇全合成路线。此外，该研究还发展了光照条件下仿生的单线态氧气的烯反应构建C4-C20环外双键与C5-羟基，还发明了一锅法C2-位苯甲酸酯合成/引入C13位侧链的串联反应。这些新发展的反应，极大地提高了合成的效率。该全合成采用汇聚式的多样性合成策略，所有的中间体都是新的化合物，为开发更优秀的紫杉烷类抗肿瘤药物提供了物质基础，为开发高效低毒的抗癌药物提供了新的机遇。研究成果以题为“Asymmetric Total Synthesis of Taxol”发表于JACS。

水凝胶粘合剂

上海交通大学朱麟勇教授、林秋宁研究员团队与上海交通大学口腔医学院蒋欣泉教授研究团队合作，借鉴了体内蛋白亚硝基化（SNO化，一种蛋白翻译后修饰）反应具有瞬时完成的特点，发展了一种快速、非自由基的光偶联反应——光诱导巯基与亚硝基交联反应构建水凝胶粘合剂用于口腔黏膜修复。该水凝胶粘合剂由环状邻硝基苄基化合物修饰的透明质酸大分子单组份构成。光照时，环状邻硝基苄基化合物光释放巯基、亚硝基、醛基三个活性基团，其中巯基与亚硝基交联快速成胶，醛基则与组织表面的蛋白氨基键合实现胶层与组织的粘附固定。该非自由基光偶联反应规避了自由基聚合体系的氧阻聚问题，但交联速度可完全媲美自由基聚合体系（成胶时间<5s），所构建的水凝胶粘合剂具有薄（厚度<0.4 mm）、粘(组织粘合强度>40 kPa)、弹（140%形变范围内可任意循环拉伸）、可降解的特性，能够长效（超过24小时）保护粘膜伤口不受液体冲洗、口腔运动和摩擦等干扰。该新型水凝胶粘合剂具有简便的操作性，优异的湿性组织粘附力和适配的机械强度，可适应于口腔黏膜所处的复杂生理环境，为口腔黏膜病局部治疗提供了新材料与新策略，有望帮助患者摆脱口腔溃疡等疾病带来的困扰。相关成果以“Promoting Oral Mucosal Wound Healing with a Hydrogel Adhesive Based on a Phototriggered S-Nitrosylation Coupling Reaction”为题发表在Advanced Materials上。