6月安卓手機(jī)性價(jià)比榜：Note 12 Turbo斷層式碾壓
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2023 年 10 月，東南大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在精準(zhǔn)醫(yī)療領(lǐng)域取得了一項(xiàng)引人注目的突破：成功研發(fā)出了先進(jìn)的“人體器官芯片”。
早在 2016 年，人體器官芯片方面的生物醫(yī)學(xué)技術(shù)就被達(dá)沃斯世界經(jīng)濟(jì)論壇評(píng)選為“十大新興技術(shù)之一”，而且被認(rèn)為是中國在生物醫(yī)藥領(lǐng)域需要攻克的關(guān)鍵核心技術(shù)。
人體器官芯片技術(shù)是什么？
“人體器官芯片”不是單一的科學(xué)成就，而是由諸如干細(xì)胞科學(xué)、生物材料工程、納米加工技術(shù)等多個(gè)前沿技術(shù)交叉集成而成。
這些芯片是一種在體外構(gòu)建的高度復(fù)雜的器官微生理系統(tǒng)，可以模仿人體組織的各種功能。
這樣的設(shè)計(jì)不僅減少了對(duì)動(dòng)物和人體實(shí)驗(yàn)的需求，而且能夠更有效地篩選和評(píng)估潛在的新藥，從而極大地加速了藥物研發(fā)進(jìn)程。
在這一技術(shù)的突破過程中，納米材料發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。
納米材料由于其極小的尺寸和高度特定的物理化學(xué)性質(zhì)，可以在生物系統(tǒng)中模擬細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能。
這些納米材料通常以多種方式被用于構(gòu)建和支撐人體器官芯片的微結(jié)構(gòu)，提供了更接近于生物體內(nèi)環(huán)境的條件，因而使得藥物測(cè)試結(jié)果更加準(zhǔn)確。
圖1多室淋巴結(jié)芯片能夠測(cè)量免疫細(xì)胞對(duì)藥物反應(yīng)的運(yùn)動(dòng)性。圖片來源：參考文獻(xiàn)[1]
納米材料：微觀世界的魔石
納米材料，一種在尺寸上處于納米級(jí)別的先進(jìn)材料，已經(jīng)引起了科學(xué)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。
納米是一個(gè)極其微小的長(zhǎng)度單位，只有一米的十億分之一。由于它的尺度如此之小，以至于它完全超出了人類視覺的檢測(cè)能力。
電鏡下的納米粉末形貌。圖片來源：參考文獻(xiàn)[2]
人的頭發(fā)絲大約有 80000~100000 納米寬，所以納米尺度只有頭發(fā)絲寬度的十萬分之一；普通的紙張大約有 100000 納米厚，這意味著納米尺度只有它的十萬分之一；人的指甲每秒鐘生長(zhǎng)大約 1 納米。
當(dāng)物質(zhì)縮小到納米尺度時(shí)，其性質(zhì)，如顏色、強(qiáng)度、電導(dǎo)率和化學(xué)反應(yīng)性等，往往會(huì)發(fā)生顯著變化。
這些變化主要是因?yàn)樵诩{米尺度上，物質(zhì)的表面積與體積的比率大大增加，同時(shí)量子效應(yīng)也開始變得顯著。
這種現(xiàn)象賦予了納米材料在包括醫(yī)療、能源和信息技術(shù)等眾多領(lǐng)域巨大的應(yīng)用潛力。
器官芯片的設(shè)計(jì)理念
器官芯片不僅是一種生物工程的奇跡，也是細(xì)胞生物學(xué)和材料科學(xué)交匯的產(chǎn)物。
這些芯片并不旨在復(fù)制一個(gè)完整的、活體的器官，而是通過將培養(yǎng)細(xì)胞組裝成三維組織結(jié)構(gòu)，來模擬人體器官的基本功能，核心目標(biāo)是建立一個(gè)模擬人體生理狀態(tài)的可控最小功能單元。
器官芯片集合了傳統(tǒng)的人體細(xì)胞培養(yǎng)方法的便捷性和器官系統(tǒng)的高度生物保真性。
通過簡(jiǎn)單但精密的工程技術(shù)，這些芯片能夠構(gòu)建出能預(yù)測(cè)器官功能的最小單位。
使用器官芯片技術(shù)，科學(xué)家和醫(yī)生不僅可以收集關(guān)于人類遺傳學(xué)、生理學(xué)、病理學(xué)的多樣性信息，還可以大大降低藥物研發(fā)過程中的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步推動(dòng)精準(zhǔn)醫(yī)療的實(shí)施。
器官芯片相互連接示意圖。圖片來源：參考文獻(xiàn)[3]
納米材料在科技領(lǐng)域的多元應(yīng)用
納米材料在多個(gè)科技領(lǐng)域發(fā)揮著日益重要的作用，不僅帶來了革命性的變革，還解決了一系列長(zhǎng)期存在的問題。
在材料科學(xué)中，納米技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了前所未有的突破。
例如，碳納米管不僅超級(jí)耐用，而且質(zhì)量極輕。這種卓越性能使它在飛機(jī)、高端汽車和精密科學(xué)儀器等設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。
碳納米管能顯著降低這些設(shè)備的整體重量，從而大幅提高其運(yùn)行效率和性能。
不僅如此，在日常生活中，納米陶瓷刀也受到了廣泛關(guān)注，其質(zhì)量?jī)H為鋼的六分之一，但硬度卻是鋼的百倍。
納米材料在醫(yī)療領(lǐng)域中同樣具有巨大的潛力。這些材料不僅能助力于更有效的藥物制造，還可以通過納米級(jí)的精密輸送，將治療藥物直接送達(dá)病變部位。
這一技術(shù)顯著提高了藥物的治療效果，同時(shí)也大大減少了對(duì)患者的副作用。
例如，研究表明，使用仿生納米材料進(jìn)行藥物遞送能夠提高納米結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少藥物的滲漏問題，從而實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)和高效的腫瘤治療。
此外，納米技術(shù)也正在用于生產(chǎn)仿生醫(yī)學(xué)材料，例如人工關(guān)節(jié)和人工器官等，為醫(yī)療領(lǐng)域帶來了新的創(chuàng)新機(jī)會(huì)。
納米材料在能源和環(huán)境保護(hù)方面也表現(xiàn)出色。例如，蘭州大學(xué)和俄羅斯人民友誼大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種納米混合催化劑，該催化劑可以在沒有任何強(qiáng)侵蝕性溶劑的情況下，快速去除水中的污染物。
這種納米材料能在短短幾分鐘內(nèi)高效地去除水溶液中的各種染料，從而大幅提升水處理的效率，為我們的環(huán)境保護(hù)做出了積極貢獻(xiàn)。
納米材料如同科技界的“樂高”，在各個(gè)領(lǐng)域都展現(xiàn)出了令人矚目的應(yīng)用前景。從高性能設(shè)備到醫(yī)療研究，再到環(huán)境保護(hù)，納米材料的應(yīng)用都在為我們的生活帶來深遠(yuǎn)的影響和積極的變化。
總的來說，納米材料的應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大，為人類社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域帶來了巨大的好處。
未來，隨著科技的不斷進(jìn)步，相信納米材料的應(yīng)用前景將更加廣闊，為我們的生活帶來更多的可能性。
參考文獻(xiàn)
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