【#1型糖尿病有望被彻底治愈# 首例化学分化胰岛细胞移植手术成功】7月11日，北京大学发布了一则有关糖尿病治疗的消息：北大干细胞研究中心与天津市第一中心医院合作，成功完成了国际首例1型糖尿病受试者化学重编程诱导多潜能干细胞分化的胰岛细胞移植手术。该治疗技术有望成为彻底治愈1型糖尿病的理想方案。接受胰岛细胞移植术的受试者是一名病史长达11年的1型糖尿病患者，在移植当天该名患者便恢复了正常活动，且胰岛细胞存活良好。移植后第10天，患者血糖稳定，每日胰岛素需要量已经降低至移植前的一半。北大干细胞研究中心主任邓宏魁揭秘，移植后的胰岛细胞功能将在患者体内得到进一步成熟，治疗效果也将在移植后数月内逐渐达到稳定状态。
“我们是最早将人多潜能干细胞转化成胰腺和肝细胞谱系的团队之一，这些分化获得的细胞正在被应用于细胞治疗和大动物模型的测试中。”邓宏魁介绍，基于对发展重编程策略的研究，团队还首次证实了完全使用化学小分子就能将成熟体细胞重编程为多潜能干细胞。今年3月，研究人员发现了新的化学小分子组合，建立了全新的人体细胞化学重编程体系，能够更加快速和高效地将人成体细胞诱导为多潜能干细胞，诱导效率也得到了大幅提升，最高可达31%。
这些被化学诱导和分化的多潜能干细胞的结构和功能与人原代胰岛相似，作为再生医学领域最关键的“种子细胞”之一，它还具有无限增殖、可高效分化等良好功能，在细胞治疗、药物筛选、疾病模型方面均具有较大的应用潜力。邓宏魁说，当前，糖尿病治疗已经进入“细胞移植时代”，化学重编程诱导多潜能干细胞这项技术有望成为彻底治愈1型糖尿病的理想方案，还可以在伴有胰岛功能衰竭的2型糖尿病患者的治疗中应用。（北京日报）更多详细内容请查看原文>>https://t.cn/A60ZGv3z
“我们是最早将人多潜能干细胞转化成胰腺和肝细胞谱系的团队之一，这些分化获得的细胞正在被应用于细胞治疗和大动物模型的测试中。”邓宏魁介绍，基于对发展重编程策略的研究，团队还首次证实了完全使用化学小分子就能将成熟体细胞重编程为多潜能干细胞。今年3月，研究人员发现了新的化学小分子组合，建立了全新的人体细胞化学重编程体系，能够更加快速和高效地将人成体细胞诱导为多潜能干细胞，诱导效率也得到了大幅提升，最高可达31%。
这些被化学诱导和分化的多潜能干细胞的结构和功能与人原代胰岛相似，作为再生医学领域最关键的“种子细胞”之一，它还具有无限增殖、可高效分化等良好功能，在细胞治疗、药物筛选、疾病模型方面均具有较大的应用潜力。邓宏魁说，当前，糖尿病治疗已经进入“细胞移植时代”，化学重编程诱导多潜能干细胞这项技术有望成为彻底治愈1型糖尿病的理想方案，还可以在伴有胰岛功能衰竭的2型糖尿病患者的治疗中应用。（北京日报）更多详细内容请查看原文>>https://t.cn/A60ZGv3z
【#1型糖尿病有望被彻底治愈# 首例化学分化胰岛细胞移植手术成功】7月11日，北京大学发布了一则有关糖尿病治疗的消息：北大干细胞研究中心与天津市第一中心医院合作，成功完成了国际首例1型糖尿病受试者化学重编程诱导多潜能干细胞分化的胰岛细胞移植手术。该治疗技术有望成为彻底治愈1型糖尿病的理想方案。接受胰岛细胞移植术的受试者是一名病史长达11年的1型糖尿病患者，在移植当天该名患者便恢复了正常活动，且胰岛细胞存活良好。移植后第10天，患者血糖稳定，每日胰岛素需要量已经降低至移植前的一半。北大干细胞研究中心主任邓宏魁揭秘，移植后的胰岛细胞功能将在患者体内得到进一步成熟，治疗效果也将在移植后数月内逐渐达到稳定状态。
“我们是最早将人多潜能干细胞转化成胰腺和肝细胞谱系的团队之一，这些分化获得的细胞正在被应用于细胞治疗和大动物模型的测试中。”邓宏魁介绍，基于对发展重编程策略的研究，团队还首次证实了完全使用化学小分子就能将成熟体细胞重编程为多潜能干细胞。今年3月，研究人员发现了新的化学小分子组合，建立了全新的人体细胞化学重编程体系，能够更加快速和高效地将人成体细胞诱导为多潜能干细胞，诱导效率也得到了大幅提升，最高可达31%。
这些被化学诱导和分化的多潜能干细胞的结构和功能与人原代胰岛相似，作为再生医学领域最关键的“种子细胞”之一，它还具有无限增殖、可高效分化等良好功能，在细胞治疗、药物筛选、疾病模型方面均具有较大的应用潜力。邓宏魁说，当前，糖尿病治疗已经进入“细胞移植时代”，化学重编程诱导多潜能干细胞这项技术有望成为彻底治愈1型糖尿病的理想方案，还可以在伴有胰岛功能衰竭的2型糖尿病患者的治疗中应用。（北京日报）更多详细内容请查看原文>>https://t.cn/A60ZGv3z
“我们是最早将人多潜能干细胞转化成胰腺和肝细胞谱系的团队之一，这些分化获得的细胞正在被应用于细胞治疗和大动物模型的测试中。”邓宏魁介绍，基于对发展重编程策略的研究，团队还首次证实了完全使用化学小分子就能将成熟体细胞重编程为多潜能干细胞。今年3月，研究人员发现了新的化学小分子组合，建立了全新的人体细胞化学重编程体系，能够更加快速和高效地将人成体细胞诱导为多潜能干细胞，诱导效率也得到了大幅提升，最高可达31%。
这些被化学诱导和分化的多潜能干细胞的结构和功能与人原代胰岛相似，作为再生医学领域最关键的“种子细胞”之一，它还具有无限增殖、可高效分化等良好功能，在细胞治疗、药物筛选、疾病模型方面均具有较大的应用潜力。邓宏魁说，当前，糖尿病治疗已经进入“细胞移植时代”，化学重编程诱导多潜能干细胞这项技术有望成为彻底治愈1型糖尿病的理想方案，还可以在伴有胰岛功能衰竭的2型糖尿病患者的治疗中应用。（北京日报）更多详细内容请查看原文>>https://t.cn/A60ZGv3z
机器人的轻量化的分析方法（一）
本文首先要对机器人小腿骨、大腿骨和足踝部的整体结构进行轻量化,而拓扑优化和衍生式设计作为两种主要的可以改善结构性能和减轻结构重量的方法,两者的优化过程有着较大不同，可以进行比较后择优使用。
1.拓扑优化
拓扑优化是一种根据给定的约束、负载,在设计域内找到一种合适的材料分布使得结构的目标性能达到最优的方法。
在拓扑优化的表达中,设计变量x为 n维向量,通常每一个元素都代表结构内一个单元的材料分布。因此,拓扑优化中最主要的连续体拓扑优化和离散结构拓扑优化都需要通过有限元方法来进行。本文需要优化的机器人结构为连续体,一般是把优化对象分离成有限个单元继而进行优化，通常依托于有限元软件来快速完成这一步。之后，通过算法确定设计域内各个单元的去除和保留，拓扑优化最终能得到一个目标函数最小的材料分布方案。常用算法一般以刚度最大化或体积最小化为目的，建立模型的特征矩阵和目标函数，通过多次迭代计算出最终的设计变量结果。
本文使用ANSYS workbench 18.0进行拓扑优化。Workbench的Topology Optimization模块可以分为有限元模型、应力仿真和拓扑优化部分,其目录树如图2.11。其中,有限元模型和应力仿真可以通过Static Structural模块来完成,直接将该模块的应力分析结果Solution导入Topology Optimization模块的设置Setup即可。该版本的拓扑优化模块可以同时导入多个模型,但只能对一个应力仿真结果进行拓扑优化。Analysis Settings用于确定迭代次数和收敛精度等基础设置, Optimization Region用于确定参与拓扑优化的几何体, Response Constraint用于确定优化目标的响应约束,此外还可以用ManufacturingConstraint添加制造方法约束。Topology Density可以查看拓扑优化过程中的模型,也能了解优化结果及其质量体积变化等信息。
2.衍生式设计
衍生式设计与普通的拓扑优化略有不同，它采用的方法具有一定的随机性，通过在设计空间中随机抽取若干个优化方向进行迭代求解，来获得多个不同的解决方案，并从中找到最优解,这种方法也叫搜寻式方法。相比普通的拓扑优化,衍生式设计不拘泥于原结构的限制,直接在给定设计约束的基础上进行更为全面的优化方案搜索,通过云计算来获取成百上千的设计方案。
目前,衍生式设计的研究有不少,但在商业设计软件中的应用并不多。Autodesk公司的Fusion360软件提供了一个衍生式设计平台。Fusion360是一款综合式三维设计平台,集三维设计、有限元仿真、制造仿真、视觉渲染以及衍生式设计为一体，广泛应用于工程机械、航空航天、汽车工程等行业。本文主要使用软件的衍生式设计(Generative Design)模块。Fusion360的衍生式设计需要先建立模型,但并不是像拓扑优化那样需要建立初始模型。衍生式设计模块使用的模型包括被优化零件中受约束、载荷的部位和不需要被优化的部位,以及可能会与被优化零件产生干涉的其他零件。在建立模型的过程中,需要注意各个零件的装配工艺,必须把零件装配所需要的空间保留出来,也就是要在模型中建立若干个代表装配工艺空间的零件。模型创建完成后转入衍生式设计模块,将模型分类为保留几何体和障碍几何体,即被优化零件部分和其他零件。对于被优化零件,需要设置设计目标、安全系数、制造方法、选用材料、载荷与约束等，才能完成设计要求的输入。之后模型进入云端的衍生式设计计算,生成多个模型,再根据设计规则和要求进行反复的迭代和筛选,给出多个可行的方案,设计者可以在方案库中选择最合适的优化模型作为最终的设计结果。衍生式设计的具体流程如图2.18。
3.点阵结构的优化
点阵原指晶体内部粒子周期性规则排列组成的总体，在结构优化中，点阵结构是指有多个支柱连接成点阵构型的微小结构单元，也可以叫做晶格。点阵结构优化是一种较为新颖的结构优化方法，是结构轻量化设计的一个新的突破点。它可以直接实现拓扑优化中的密度设计变量在0 和 1 之间的单元，也可以对整体优化后的结构进行组成单元的再优化。针对不同的受力情况,使用不同的点阵结构可以在实现结构的轻量化的同时调整结构力学性能，使结构保持足够的强度和刚性。因此，在进行点阵结构优化的同时，必须先了解不同点阵结构的轻量化效果和力学性能。
本文首先要对机器人小腿骨、大腿骨和足踝部的整体结构进行轻量化,而拓扑优化和衍生式设计作为两种主要的可以改善结构性能和减轻结构重量的方法,两者的优化过程有着较大不同，可以进行比较后择优使用。
1.拓扑优化
拓扑优化是一种根据给定的约束、负载,在设计域内找到一种合适的材料分布使得结构的目标性能达到最优的方法。
在拓扑优化的表达中,设计变量x为 n维向量,通常每一个元素都代表结构内一个单元的材料分布。因此,拓扑优化中最主要的连续体拓扑优化和离散结构拓扑优化都需要通过有限元方法来进行。本文需要优化的机器人结构为连续体,一般是把优化对象分离成有限个单元继而进行优化，通常依托于有限元软件来快速完成这一步。之后，通过算法确定设计域内各个单元的去除和保留，拓扑优化最终能得到一个目标函数最小的材料分布方案。常用算法一般以刚度最大化或体积最小化为目的，建立模型的特征矩阵和目标函数，通过多次迭代计算出最终的设计变量结果。
本文使用ANSYS workbench 18.0进行拓扑优化。Workbench的Topology Optimization模块可以分为有限元模型、应力仿真和拓扑优化部分,其目录树如图2.11。其中,有限元模型和应力仿真可以通过Static Structural模块来完成,直接将该模块的应力分析结果Solution导入Topology Optimization模块的设置Setup即可。该版本的拓扑优化模块可以同时导入多个模型,但只能对一个应力仿真结果进行拓扑优化。Analysis Settings用于确定迭代次数和收敛精度等基础设置, Optimization Region用于确定参与拓扑优化的几何体, Response Constraint用于确定优化目标的响应约束,此外还可以用ManufacturingConstraint添加制造方法约束。Topology Density可以查看拓扑优化过程中的模型,也能了解优化结果及其质量体积变化等信息。
2.衍生式设计
衍生式设计与普通的拓扑优化略有不同，它采用的方法具有一定的随机性，通过在设计空间中随机抽取若干个优化方向进行迭代求解，来获得多个不同的解决方案，并从中找到最优解,这种方法也叫搜寻式方法。相比普通的拓扑优化,衍生式设计不拘泥于原结构的限制,直接在给定设计约束的基础上进行更为全面的优化方案搜索,通过云计算来获取成百上千的设计方案。
目前,衍生式设计的研究有不少,但在商业设计软件中的应用并不多。Autodesk公司的Fusion360软件提供了一个衍生式设计平台。Fusion360是一款综合式三维设计平台,集三维设计、有限元仿真、制造仿真、视觉渲染以及衍生式设计为一体，广泛应用于工程机械、航空航天、汽车工程等行业。本文主要使用软件的衍生式设计(Generative Design)模块。Fusion360的衍生式设计需要先建立模型,但并不是像拓扑优化那样需要建立初始模型。衍生式设计模块使用的模型包括被优化零件中受约束、载荷的部位和不需要被优化的部位,以及可能会与被优化零件产生干涉的其他零件。在建立模型的过程中,需要注意各个零件的装配工艺,必须把零件装配所需要的空间保留出来,也就是要在模型中建立若干个代表装配工艺空间的零件。模型创建完成后转入衍生式设计模块,将模型分类为保留几何体和障碍几何体,即被优化零件部分和其他零件。对于被优化零件,需要设置设计目标、安全系数、制造方法、选用材料、载荷与约束等，才能完成设计要求的输入。之后模型进入云端的衍生式设计计算,生成多个模型,再根据设计规则和要求进行反复的迭代和筛选,给出多个可行的方案,设计者可以在方案库中选择最合适的优化模型作为最终的设计结果。衍生式设计的具体流程如图2.18。
3.点阵结构的优化
点阵原指晶体内部粒子周期性规则排列组成的总体，在结构优化中，点阵结构是指有多个支柱连接成点阵构型的微小结构单元，也可以叫做晶格。点阵结构优化是一种较为新颖的结构优化方法，是结构轻量化设计的一个新的突破点。它可以直接实现拓扑优化中的密度设计变量在0 和 1 之间的单元，也可以对整体优化后的结构进行组成单元的再优化。针对不同的受力情况,使用不同的点阵结构可以在实现结构的轻量化的同时调整结构力学性能，使结构保持足够的强度和刚性。因此，在进行点阵结构优化的同时，必须先了解不同点阵结构的轻量化效果和力学性能。
✋热门推荐