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Small——AI-Guided Droplet Microreactors Enable Rapid and Reproducible Protein Crystallization
近日，本实验室成功开发出一种基于人工智能引导的液滴浓度控制与视觉（DCCV）平台，可在20小时内获得X射线衍射质量的蛋白质晶体。尚广主为论文第一作者，相关研究成果以“AI-Guided Droplet Microreactors Enable Rapid and Reproducible Protein Crystallization”为题发表在Small上。蛋白质结晶是结构生物学中的关键瓶颈，传统方法存在样品消耗大、周期长、可重复性差等问题。该研究提出的DCCV平台，采用半透性双乳液滴作为微反应器，利用内外水相的渗透压梯度，实现液滴形成后溶质浓度的动态调控。结合基于深度学习的自动液滴分析系统，实现了高通量、无标记的结晶过程实时监测。研究系统评估了不同渗透压梯度下液滴体积与内部溶质浓度的变化规律，建立了渗透输运的理论模型。在溶菌酶结晶实验中，DCCV平台在20小时内成功获得分辨率达1.6 Å的X射线衍射质量晶体。该研究首次将AI引导的自动视觉分析、渗透压动态调控与双乳液滴微反应器相结合，为蛋白质结晶提供了一种快速、可控、可扩展的解决方案，可广泛应用于结构生物学与微尺度反应工程。
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Advanced Materials--Electrothermal Lattice Metamaterials for Concurrent Electric and Thermal Fields Control of Dual-Functional Meta-Devices
近日，赵刚教授与何立群教授、叶宏教授团队合作，成功开发出一种基于电热晶格超材料（ETLM）的可编程调控平台，实现了对电场与热场的同步、几何逻辑驱动式操控。李佳昌、曹先荣、张子昂为论文共同第一作者，相关研究成果以“Electrothermal Lattice Metamaterials for Concurrent Electric and Thermal Fields Control of Dual-Functional Meta-Devices”为题发表在Advanced Materials上。在经典输运理论中，热场与电场的调控通常依赖材料本征属性且二者相互耦合。该研究提出的ETLM系统，通过模块化晶格结构的几何重配置，在统一拓扑框架下实现了热场与电场的隐身、集中与旋转三大典型功能。研究采用金属3D打印技术制备了多种ETLM构型，并通过有限元仿真与实验进行了系统验证。研究结果显示，ETLM在热隐身区域实现了近乎为零的温度梯度与热流密度，在热集中区域实现了约四倍的热流增强。电场调控同样表现出优异的隐身与集中效果。此外，研究还成功实现了心形、五角星形等复杂几何构型下的双场隐身功能。该研究
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Advanced Functional Materials -- Transparent Alumina Ceramics-Based Microfluidic Chip Enables on-Chip Cryopreservation for Mouse Oocyte
近日，中国科学技术大学赵刚教授团队联合安徽医科大学研究人员，在卵母细胞生育力保存领域取得重要突破，成功研发基于透明氧化铝陶瓷的新型微流控芯片，实现从冷冻保护剂添加、冻存、复温到去除的全流程片上完成。相关研究成果以“Transparent Alumina Ceramics-Based Microfluidic Chip Enables on-Chip Cryopreservation for Mouse Oocyte”为题发表于材料领域顶级期刊《Advanced Functional Materials》。陈中嵘教授、赵刚教授、程跃教授为该研究共同通讯作者。卵母细胞冷冻保存是肿瘤患者、高龄女性生育力保护的关键手段。传统玻璃化冷冻步骤繁琐、操作变异性高，高浓度保护剂易引发严重渗透损伤与细胞毒性，导致存活率与发育潜力偏低。针对这一临床痛点，研究团队创新采用高导热透明氧化铝陶瓷作为芯片基底，结合蛇形混合流道与微柱捕获结构，构建半自动化、标准化的片上冷冻平台。该芯片可实现冷冻保护剂浓度线性平稳升降，避免浓度骤变造成的渗透冲击与细胞结构损伤；陶瓷基底显著提升冷热交换速率，可在25 秒内快速降温至−
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Advanced Functional Materials -- V-Shaped 3D Electrothermal Dual-Function Metamaterials: Dynamic Dual-Field Cloak Through Geometric Transformation
近日，赵刚教授与安徽cryopioneer生物科技公司的研究团队合作，成功研发出一种V型3D电热双功能超材料（V-ETDFM），通过几何重构实现对电场和热场的动态协同控制。相关研究成果以“V-Shaped 3D Electrothermal Dual-Function Metamaterials: Dynamic Dual-Field Cloak Through Geometric Transformation”为题发表在Advanced Functional Materials 上。该研究利用热传导与电传导的数学同构性，设计了独特的V型三维结构，将导电路径扩展到三维空间。通过拉伸或压缩V型框架，可以逆向调节材料的有效热导率和电导率。实验证明，该材料能构建出动态可调的“隐身 cloak”，在保持背景场不受干扰的同时，将热流和电流完美绕过遮蔽区域。这种基于几何重构而非材料复合的设计方法，克服了传统二维超材料功能单一、难以适应复杂多场环境的难题。这种新型V-ETDFM 架构具有极高的重构灵活性，能够实现对遮蔽区域尺寸、形状及空间位置的实时动态控制。与传统的静态平面架构相比，该技术为下一代柔
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Materials Horizons -- Magnetothermal nanocomposite scaffolds with dual stimulation for synergistic drug delivery and cellular modulation in wound healing
近日，本实验室与中国科学技术大学附属第一医院的研究团队合作开发出一种新型磁热纳米复合（MNC）支架，通过磁致热效应提供双重刺激，在动物实验中实现了14天内85%的伤口闭合率。Muhammad Azam Fareed、张兵教授、Kashan Memon为共同第一作者，赵刚教授为通讯作者，相关研究成果以“Magnetothermal nanocomposite scaffolds with dual stimulation for synergistic drug delivery and cellular modulation in wound healing”为题发表在Materials Horizons上。 该支架采用同轴静电纺丝技术制备，内部封装了Fe3O4纳米颗粒。在交变磁场作用下，该材料不仅能产生温和的热疗（约42℃），还能产生纳米级的机械应变。这种“双重刺激”协同激活了细胞内的 HSP70 保护通路，显著提升了细胞在热环境下的存活率。同时，磁热效应作为“开关”，实现了抗生素（环丙沙星）的按需脉冲式释放，其抗菌效率显著优于单一热刺激。 这种新型MNC支架具有非侵入式控制的优势
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体外仿生保护与发育技术
发展了多种生物启发的仿生技术：1、提出了源于天然抗冻生命现象的活细胞程式化冷冻保存方法，实现了10种以上活细胞、活细胞微载体、小尺度生物组织等的高效深低温冷冻保存；2、源于人体卵母细胞的透明带结构，从结构仿生角度，实现了多种应力环境下活细胞的高效保护，如渗透压、温度急剧变化等；3、实现了基于微流控的体外仿生发育微环境的构建，可用于多种类型活细胞的3D培养和体外发育研究，如干细胞、卵泡、胚胎等。
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生物医学仪器与智能医疗仪器
研制成功膜式低温保护剂处理仪、程序降温盒、便携式人工肾、全自动细胞灌流仪、可编程高精度注射泵和注射系统、磁共振兼容型冷热疗系统、多功能微尺度观测与操控仪器等多款生物医学仪器或智能医疗仪器（授权发明专利近20多项、转让1项）。 相关工作发表于International Journal of Heat and Mass Transfer, International Communications in Heat and Mass Transfer, Applied Thermal Engineering和Cryobiology等期刊。
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微纳操控与感知技术
基于微流体力学与微尺度传热传质理论，设计并制备了多款微米和纳米尺度器件、装置和系统，实现了单细胞尺度的流场、温度场和浓度场的精准操控。相关研究结果被成功应用于：1、活细胞低温保存——实现了活细胞与低温保护剂的动态可控、程式化加载和去除过程，最大程度降低了低温保护剂毒性和渗透性损伤；2、细胞生物力学——实现了单细胞、微米尺度生物样本的动态力学性能测试；3、仿生3D培养——突破性地实现了干细胞向神经管的体外定向发育。 相关研究结果先后发表在Science Advances、Small、Biosensors Bioelectronics、ACS Sensors、Lab on a Chip等期刊。
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先进低成本深低温冷冻保存技术
我实验室低温生物医学工程方向由我校77级杰出校友创始于90年代末，经过近20年的积累，在国内外均具有较高的学术影响力。我校校友和我实验室主任先后担任国际低温生物学会常务理事、主席等主要领导职务，同时担任该领域Cryobiology、Biopreservation and Biobanking等著名国际期刊的副主编或编委，对该学科在国内外的发展起到了显著的推动作用。实验室顺利承办“2017年世界低温生物科技与生命资源库大会”暨“2017年国际低温生物学会年会(CRYO2017)”。 近年来，实验室先后主持或参与国家自然科学基金国家重大科研仪器研制项目、国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目、安徽省杰出青年科学基金等多项科研基金项目。在Nature Nanotechnology, Nature Communications, Science Advances, Advanced Science, Biotechnology Advances, Small, ACS Nano, Lab on a Chip等重要国际期刊发表多篇高质量学术论文。获授权发明专利数十项。