人工超材料是指亚波长尺度单元按一定的宏观排列方式形成的人工复合电磁结构。由于其基本单元和排列方式都可任意设计，因此能构造出传统材料与传统技术不能实现的超常规媒质参数，进而对电磁波进行高效灵活调控，实现一系列自然界不存在的新奇物理特性和应用。然而，传统的电磁超材料和超表面都是基于连续变化的媒质参数，很难实时地操控电磁波。 以程强教授为核心团队的课题组在国际上首次提出“数字编码与可编程超材料”，提出用二进制数字编码来表征超材料的思想，通过改变数字编码单元“0”和“1”的空间排布来控制电磁波。这一概念的提出不仅简化了超材料的设计难度和优化流程，构建了超材料由物理空间通往数字空间的桥梁，使人们能够从信息科学的角度来理解和探索超材料。更重要地是，超材料的数字化编码表征方式非常有利于结合一些有源器件（例如二极管和MEMS开关等），在现场可编程门阵列（FPGA）等电路系统的控制下实时地数字化调控电磁波，动态地实现多种完全不同的功能。 在该工作中，作者利用优化算法，设计相应的时空三维编码矩阵，超表面将入射波能量分散到空间任意方向和任意谐波频谱上，这一特性很好地缩减了雷达散射截面（RCS），未来有望应用于新型的计算成像系统。更重要的是，引入时间维度的编码之后，可以扩展传统的空间编码比特数，降低了实现高比特可编程超表面的系统复杂度。例如，一款2比特的可编程超表面，只要设计相应的时空编码矩阵，就可以在中心频率和谐波频率实现等效的360度相位覆盖，这是传统可编程超表面无法实现的，可用于实现波束塑形等一系列实用功能。 本工作得到了国家科技部重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项“微波毫米波数字编码和现场可编程超构材料的理论体系与关键技术”，以及国家自然科学基金等项目的资助，相关实验测试工作在东南大学毫米波国家重点实验室完成。

本实用新型公开了一种人工气道，特别是一种应用于医疗卫生领域的人工气道。本实用新型提供一种可以简化对人工气道封闭气囊压力进行监测，并能实时对封闭气囊的压力进行自动安全调节，同时防止误操作，使其可以安全且稳定维持在理想压力值的人工气道，包括导管、主接头、封闭气囊和充气管，所述主接头设置在导管的端部；所述充气管一端与封闭气囊相通，另一端与压力指示气囊相通，还包括压力安全阀。当临床医务人员在充气接头处注射气体，随着注射气体的增加压力指示气囊压力，封闭气囊以及压力接口处的压力也随之增加，一旦封闭气囊和外侧压力指示气囊压力过高超过压力安全阀安全值，压力安全阀打开漏气释放压力。

嗓音显微外科是结合显微镜和支撑喉内镜、CO2激光及冷器械等设备的多设备融合微创手术。 一、项目分类 重大科学前沿创新 二、成果简介 嗓音显微外科是结合显微镜和支撑喉内镜、CO2激光及冷器械等设备的多设备融合微创手术。嗓音是人类“第二张脸”，患者期望值高，但声带解剖结构精细、发声生理复杂。另外喉气管所在位置深、手术空间狭小、路径狭长，操作困难；再者多种高精度设备配合应用不易，因此，嗓音显微外科对于嗓音外科医生有着很高的技术要求，以往咽喉嗓音显微外科只可“言传”不可“身教”，医生培养时间长，“十年难培养一个专家”。对于医疗资源匮乏的基层地区，难有喉科医生成长的土壤；即使是有较好培训体系的大型医院，低年资医生的实际操作教学也往往只能通过电视录像观察或在上级医师指导下对患者进行有限的操作。这是造成低年资医生技术成长慢、学习曲线、周期长的主要原因之一。有鉴于此，提出一种可供不同年资医生模拟操作的设备，以提高咽喉嗓音外科医生的手术技巧是很有必要的。 模拟医学作为一门利用模拟技术创设模拟患者和临床情景来替代真实患者进行医学实践教学的学科，在国际上已经逐渐成为医学教育一项基本教育方式。上世纪90年代有训练功能的模拟人进入国内，随后随着虚拟现实技术的推广，在腹腔镜等微创手术培训中得到长足发展。 目前耳鼻喉科的模拟医学教育还处于发展阶段。咽喉微创领域的模拟医学教育国内外都基本是空白的状态，2019年我科自主研发了一种喉显微外科手术模拟训练装置，其包括用于固定离体喉（猪喉）标本的喉体固定模块、以及用于固定喉镜的喉镜固定模块。该训练模拟器采用了动物（猪）喉标本（市场上可以批量购买，极容易获得）及专业显微外科手术设备器械模拟手术环境，防真度高，操作者使用显微镜通过支撑喉镜观察声带，并可使用实际手术器械、CO2激光等进行模拟手术。实现了在真实的生物咽喉结构中进行粘膜下注射、微瓣制作、声带病变处理、显微缝合、CO2激光手术等模拟操作，通过“无风险”的重复模拟操作培训，缩短学习曲线，熟练掌握技巧，提升医生的信心，改善医疗质量及安全，减少医疗失误；近乎全流程模拟，有效提升对流程与程序的熟练程度；“让学员数十次的反反复复练习，使他们闭上眼睛也能完成操作”，迅速掌握嗓音显微外科得的高难度精细化技术操作，开创该领域全新的教学培训模式。 我们的模拟系统高度重现了真实咽喉微创手术场景，由可旋转调节铝铁合金底座（①）、可伸缩旋转喉镜固定架（②）、以及可移动固定的PVC塑胶底板（③），三大模块协同模拟完成真实手术世界中的支撑喉镜暴露及固定。而模拟系统里的另一重要模块——可灵活调节的托手架（④），则是适应人体工程力学及咽喉手术特点、提高术者手操作稳定性的重要组成部分。 我科前期在咽喉微创领域做了系列创新技术探索和研究，开展及发表相关创新技术高质量SCI论著10余篇。如率先开展Hopkins镜下气管支气管异物取出术，大大降低手术难度及风险 ( Eur Arch Otorhinolaryngol. 2012;269(3):911-916.) (Annals of Otology. Rhinology & Laryngology 120(7):484-488).。应用CO2激光的黏膜下剥离治疗喉乳头状瘤，减少手术创伤及降低肿瘤的复发（Acta Oto-Laryngologica, 2010; 130: 281–285）（中华耳鼻咽喉头颈外科杂志 51.10(2016):727-732.）（山东大学耳鼻喉眼学报2018 年11 月第32 卷第6 期）等。针对CO2激光技术应用发表“CO2 激光在咽喉科疾病治疗中的应用进展”（临床耳鼻咽喉头颈外科杂志2018第32卷19期1447-1449）；主持的“早期前联合累喉癌的开放及和内镜微创术式对比”的全国多中心前瞻性临床研究正在顺利进行（中山大学5010项目，项目编号：2017004·科研 [2017]71号；10年200万）。针对微创手术技巧，我科团队主编的人卫重点书刊：《咽喉微创手术的策略及技巧》，即将出版。同时，培训班也有《咽喉微创技术模拟培训手册》指导学员操作，也即将出版，为咽喉微创模拟培训积累的大量的经验，方案及教材，已形成较为完善的模拟培训体系。

XM-523鼻、口、咽、喉腔模型   XM-523鼻、口、咽、喉腔模型由头颈部、喉腔正中矢状切面左、右侧半，上、下两部分，以及游离的舌和咬肌、咽缩肌等10个部件组成，并显示表情肌肉、颅骨、鼻、口、咽、喉腔正中矢状切面、鼻中隔、面肌、咽肌、游离舌等结构。 尺寸：放大约2倍，36×30×23cm 材质：PVC材料

XM-523鼻、口、咽、喉腔模型   XM-523鼻、口、咽、喉腔模型由头颈部、喉腔正中矢状切面左、右侧半，上、下两部分，以及游离的舌和咬肌、咽缩肌等10个部件组成，并显示表情肌肉、颅骨、鼻、口、咽、喉腔正中矢状切面、鼻中隔、面肌、咽肌、游离舌等结构。 尺寸：放大约2倍，36×30×23cm 材质：PVC材料

类风湿性关节炎是世界三大难治病之一。常累及掌指关节和腕掌关节，关节被破坏，导致疼痛，畸形及功能障碍，生活不能自理。在手术方法上，关节融合，滑膜切除，韧带修复，关节切除成形等有一定疗、但在缓解疼痛及功能重建方面均不及人工关节置换术疗效可靠，所以我们研制了人工掌指关节。

角膜（Cornea）作为眼部的重要组织之一，不仅承担着屈光、维持眼部正常结构的功能，对外界的病原体及尘埃颗粒也起到阻挡作用。然而，角膜同时也容易受到诸如细菌或病毒导致的眼部感染、化学或机械性损伤，以及肿瘤和自身免疫性疾病等影响。因角膜而引起的失明已成为全球第四大致盲原因，主要治疗方法就是角膜移植。当今全球单侧角膜失明人数约2300万，双侧角膜失明人数约490万，但每年角膜供体供应量只有约10万。此外，如果受体患者出现角膜血管化或先前排斥史,移植失败率可高达70%。因此，寻找临床上可大量获得并且具有良好的生物相容性人工角膜，是当前亟待解决的问题。 郭琼玉与约翰·霍普金斯大学助理教授Anirudha Singh，美国工程院、医学院两院院士Jennifer H. Elisseeff合作，在国际上率先提出并实现了蛋白多糖类似物对胶原蛋白纳米纤维结构的有效调控（图2）。 据悉，角膜胶原纤维的直径大小与排列方式对角膜材料的透光率和机械性能起着决定性的作用。该研究发现，环糊精类环状低聚糖能够调节胶原纤维的玻璃化、排列和超微结构，尤其是β－环糊精添加到I型胶原蛋白中后产生了与供体角膜相似的纤维层状结构，从而得以获得一种具有优越透明性和机械韧性的人工角膜植入物，并且在体外和兔角膜部分切除术模型上验证了该仿生人工角膜的生物相容性和手术性能。这项工作为体外制备具有临床转化前景的仿生人工角膜研究奠定了基础。

本成果面向国家/地方植入医疗器械的重大战略需求，紧跟国际研究前沿， 围绕生物材料生物功能性及植入体药械结合的研发主线，基于细胞外微环境原理, 探究生物材料界面微环境特征如何调控骨/骨关节修复的核心科学问题，系统地 研究生物材料界面微环境特征与细施相互作用规律及分子机制，提供生物材料表 面功能化关键技术，最终为骨/骨关节修复提供新材料。 植入体与宿主的生物反应首先发生在材料界面，诱发细胞粘附到组织形成的 生物级联反应。如何构建生物功能性界面并赋予植入体主动刺激细胞/组织功能 的性能，提高其使用寿命，是医疗器械研发关键科学问题之一。本项目创建生物 功能性界面与骨髓基质干细施双向“交流"调控的理论假说。利用双酸腐蚀及阳 极氧化等技术制备系列钛基多尺度微米、微/纳米、纳米结构，揭示微/纳米结构〉 纳米结构〉微米结构的生物学响应规律。率先将层层组装技术（LBL）技术引入到钛 基生物材料界面工程，获专利授权。进而，利用LBL技术构建生物因子插层多层 结构，调控骨髓间充质干细胞的分化，并促进植入体的骨整合性。首次在钛材表 面构建“三明治”界面结构，调控成骨细施/破骨细施动态生长平衡，开发出具有骨质疏松治疗功效的钛基新型植入器械。