2025 Regeneron ISEF大奖-ENBM生物医学工程获奖作品汇总-4

最新官方消息！全球科创天花板赛事——国际科学与工程大奖赛（Regeneron ISEF），现已正式公布了2026年总决赛的举办时间和地点。这场汇聚全球青年创新力量的科技盛宴，将于2026年5月9日至15日，在美国亚利桑那州凤凰城会议中心（Phoenix Convention Center, Arizona）璀璨启幕。

2026ISEF赛事安排

参赛资格

年龄与年级：9-12年级学生（或同等学历），参赛时年龄不超过20岁。

地区选拔：必须通过附属赛（Affiliated Fair）晋级，无法直接报名。中国学生需先参加国内选拔赛（如青创赛、明天小小科学家等）。

团队项目：最多3人，所有成员需满足资格且共同参赛。

项目要求

原创性：项目必须由学生独立完成，允许在专家指导下进行，但不得代劳。

学科范围：涵盖21个学科类别，包括工程、生物、化学、计算机、环境科学等。

伦理限制：涉及人类、脊椎动物、病原体等研究需提前提交额外审查表（如ISEF Forms）。

关键文件与截止时间

ISEF表格：根据研究类型提交相应表格（如1C、2、3等），需在地区赛前完成审核。

摘要与研究论文：英文撰写，清晰描述研究目的、方法、结论。

地区赛截止：2026年3-4月

其他注意事项

展示材料：展板需符合ISEF尺寸要求（通常宽48英寸、深30英寸、高108英寸），禁止活体样本或危险品。

知识产权：部分研究可能需申请专利后再参赛，避免披露风险。

为了方便同学们更好的备赛，特别整理了ISEF-ENBM生物医学工程2025的获奖作品方便学习

ENBM生物医学工程获奖作品集合

ENBM021T - 轻松扩张腭部

本次实验的目的是研发一款比标准RPE型号更易用的腭扩张器。腭扩张器对于青春期早期的儿童来说至关重要，因为他们的腭部形状不规则，这会导致呼吸问题，并使佩戴牙套变得困难。目前的腭扩张器，RPE和Quad Helix，要么需要很长时间才能见效，要么个人操作起来非常困难。我们的限制因素包括安全扩张、精准移动和易用性。我们最初的原型“V1”是一个基于齿条和小齿轮的系统，它使用一个中心齿轮和两个齿条，根据圆形齿轮的输入驱动线性齿轮，每转扩张0.77毫米，并且与我们的自动旋转装置兼容。原型“V2”是一个基于螺丝扣的系统，使用一个中心旋转底盘和两个反向螺纹螺钉。底盘围绕螺钉旋转，将其向外推，每转扩张0.7毫米，但遗憾的是，它与我们的设备不兼容。原型“V3”是一个基于现有RPE设计的系统。两个反向螺纹螺钉连接到一个中心齿轮，该齿轮将动力送入两个螺纹块，这两个螺纹块被两根支撑杆阻止旋转。它每旋转一圈就能扩张0.7毫米，并且与我们的旋转装置兼容。在打印我们的设计时遇到了一些问题，因为我们的打印机无法达到足够的精度。但我们相信，只要使用合适的材料，这些设计就能发挥作用，并提高腭扩张器的易用性。

ENBM020T - Benham 的顶级幻觉与人造眼睛

本汉姆陀螺以黑白图案为特征，在旋转过程中会产生一种视觉错觉，使人感知到黑白以外的颜色。本研究旨在利用人造眼球探究这一现象。我们设计了一个圆柱形的本汉姆陀螺，用于生成各种图案排列，并揭示感知到的颜色与图案布局相对应。基于这一观察，我们的目标是成功控制由这种错觉产生的主观色彩。视网膜包含三种视锥细胞，每种细胞的敏感度和响应时间各不相同。考虑到这些特性，我们建议开发一种以人眼为模型的人造眼球进行定量分析。为此，我们研究了铝酸锶（一种在光刺激下发光的材料），并设计了一种包含这种胶体溶液的人造塑料眼球。该装置能够精确复制视锥细胞的敏感度和响应时间，从而能够精确模拟这种错觉的潜在机制。我们的研究结果表明，主观色彩并非由大脑中的神经过程（例如涉及丘脑的神经过程）产生，而是由视网膜细胞反应延迟引起的后像产生的。我们的研究结果证实了本汉姆陀螺的黑白图案与感知到的色彩之间存在直接关联。为了进一步验证这些结果，我们开发了一个数学模型。未来的研究将专注于改进人工眼球，使其更好地模拟人类视觉。

ENBM019 - 一种治疗小肠动力障碍的可摄入装置

小肠动力障碍是临床上一个重大难题，会导致消化系统并发症，进而影响生活质量。现有的诊断和治疗方法往往受限于副作用、疗效参差不齐以及缺乏针对个体动力模式的定制化。为了突破这些局限性，我们开发了一种可摄取的电生理装置，用于实时记录和刺激小肠电生理。摄取后，该装置会展开与肠黏膜贴合的柔性电极，从而持续监测患者特定的动力模式。利用这些实时数据，该装置采用基于反馈的控制回路来调整电刺激参数，并根据记录的肠道活动调节动力。在麻醉猪模型中进行的体内测试表明，该装置能够准确记录小肠的特征慢波频率，记录的主频率范围为0.143至0.161 Hz，与预期的0.133至0.2 Hz范围完全一致。在体内靶向刺激过程中，该装置使肌肉收缩频率提高了100.014%，恢复至正常范围；肠道电生理学结果显示，收缩力增强了138.373%。功能性运动能力显著改善，水凝胶珠的传输距离从基线的5厘米增加到刺激后的18.4厘米，提高了3.68倍。这些发现凸显了该装置作为一种能够进行个性化运动调节的自适应非侵入式治疗工具的潜力。通过根据每位患者独特的运动特征动态调整电刺激，该装置为治疗胃肠道运动障碍提供了一种颇具前景的新方法。

ENBM018 - 帕金森病震颤稳定手套

帕金森病 (PD) 是一种神经退行性疾病，据估计在美国影响着约 100 万人。它也是增长最快的神经退行性疾病，其增长速度堪比传染病。目前，PD 仍无法治愈。\nPD 会导致患者手部出现震颤，即不自主的颤抖。这些震颤会严重影响患者的生活质量。即使是像倒水这样简单的事情，由于患者无法稳稳地握住杯子并倒满水，也几乎无法完成。喝水也是个问题，因为患者的手抖得非常厉害，水会洒得到处都是。\n本研究提出了一种新型手套原型，旨在通过陀螺仪、减震器、振动马达和加速度计来减轻这些震颤的影响。研究结果表明，加速度计和振动马达是检测和缓解震颤的合适且有效的方法。随后，本研究在实验环境中测试了陀螺仪和减震器，并使用了模拟人体震颤的测试台。\n最终发现，陀螺仪和减震器系统可以为人体手部提供相当于额外 50% 至 75% 瓦特的阻力。然而，由于陀螺仪并非全速运行，因此需要进行额外的测试。

ENBM017 - 使用原装 ACD 设备改善 CPR 按压

该项目的主要目标是开发一种用于心肺复苏 (CPR) 的主动按压-减压 (ACD) 装置，该装置能够可靠地进行胸部按压，并最大限度地降低微生物传播风险。\n该方法包括设计和构建一个改进的原始 ACD-CPR 装置，使用修订后的 FDA 评估标准进行测试，并与成年参与者进行对比性能测试，分别在使用该装置和不使用该装置的情况下进行胸部按压。在装置构建之后，进行了三项关键性能测试：确定硅胶杯在施加小于 4.5 公斤的力时减压的能力，评估该装置在至少 49.9 公斤的力下压缩时的功能，最后，评估该装置在跌落后的操作完整性。结果表明，按压产生的力在 51 公斤到 61 公斤之间。\n与标准 CPR (S-CPR) 相比，ACD-CPR 技术表现出了积极的性能结果。 12名参与者（年龄从22岁到60岁不等）中，8人持有心肺复苏术（CPR）认证，4人此前未接受过任何培训。个人表现分析显示，ACD-CPR的按压准确率比S-CPR高出2%到6%。完成CPR程序后，66.7%的参与者表示，相比S-CPR，ACD-CPR更倾向于选择S-CPR，因为ACD-CPR的疲劳感更轻，且卫生防护更好。旁观者实施ACD-CPR的研究尚存在空白，但参与者对设备改进的积极反馈表明，有必要开展更多涉及更大群体和真实模拟环境的研究，以证实其有效性并提高旁观者CPR的存活率。

ENBM016 - 可生物降解抗菌骨支架

可生物降解骨支架有望成为骨移植的替代疗法。注入抗菌因子可为靶向药物输送提供可控释放机制，并减轻口服抗生素的不良反应。本研究合成并分析了注入载有万古霉素 (VAN) 的β-环糊精 (β-CD) 纳米粒子的壳聚糖 (CS)-羟基磷灰石 (HAp) 基复合支架。该支架采用自由基交联法制备，测试了两种交联引发剂：二苯甲酮 (Bp) 和偶氮二异丁腈 (AIBN)。抗压强度受 CS:HAp 比例以及交联剂类型和比例的影响。抗压强度随 HAp 含量的增加而降低，且 AIBN CS/HAp 支架的抗压强度高于 Bp 支架。在模拟体液 (SBF) 中对支架的生物降解进行了为期 8 周的分析，结果显示支架在 SBF 中成功降解，且 AIBN 支架的降解速度快于二苯甲酮支架。支架中注入了载有 VAN 的 β-环糊精纳米粒子，并通过抑菌圈试验测试了其抗菌性能。注入纳米粒子的支架与未注入纳米粒子的支架相比，表现出了更佳的抗菌活性。合成支架的抗压强度达到或超过典型骨移植材料的水平，且在体内具有生物降解性，并具有抗菌性能，表明其有望替代骨移植进行治疗，同时可作为药物输送机制，防止支架部位感染。

ENBM015 - 儿科枪击急救出血控制

自哥伦拜恩高中惨案发生以来，已有383名儿童在校园枪击事件中丧生。失血性出血是枪伤致死的主要原因。目前的止血方法无法有效、高效地控制出血，也难以轻松控制。本工程项目旨在研发一种名为HOPE（儿童枪击急救出血控制装置）的新型装置。该装置能够比现有方法更快速、更有效地控制失血性出血，并且方便旁观者稳定任何枪伤。\n\n该装置由三个组件组成：(1) 一个控制盒，内含微控制器、气泵、压力传感器和视听元件；(2) 一个多用途贴片，可通过导管和气囊施加负压、直压或内压；(3) 一个机器视觉摄像头，可识别特定类型的枪伤并激活贴片上的相应组件。 \n\n该装置在三种不同的紧急医疗队 (EMT) 伤口模拟器上进行了测试。我们使用 Mann-Whitney U 检验法，将该装置稳定伤口的时间效率和施加均匀压力的能力与现有止血方法进行了比较。此外，我们还根据在三种伤口模型上测试 HOPE 和现有方法的参与者的调查结果，使用 Wilcoxon 符号秩检验法测量了易用性。\n\n上述试验的数据强烈表明，HOPE 是一种比现有止血方法更高效、更有效且更易于使用的替代方案。

ENBM014 - 基于机器学习的化疗白细胞监测

每天，成千上万的人被诊断出患有癌症。癌症是一种常见疾病，由体内异常细胞不受控制地增殖引起。所有不同类型的细胞都容易患上癌症。根据《临床医生癌症杂志》的数据，截至 2022 年，每天新增 5,250 例癌症病例，包括白血病、淋巴瘤、肺癌等。所有类型的癌症都被认为危及生命，尤其是在未经治疗的情况下。即使接受治疗，患者仍需接受多项危及生命的治疗，其中化疗位列首位。在任何化疗疗程之前或之后，白细胞 (WBC) 评估被广泛应用于各种临床程序，作为免疫状态的一项指标。目前，白细胞计数是通过临床实验室对全血样本进行分析获得的。麻省理工学院的一项研究证明了一种非侵入式设备无需抽血即可进行即时白细胞分析的可行性，该研究重点关注化疗环境中患者的中性粒细胞（最常见的白细胞类型）数量会变得非常低的情况。具体来说，他们构建了一个便携式光学原型，并用它收集化疗患者的微循环视频数据集。在这里，我们提供了一个基本框架，通过分析化疗前后细胞的流速来分析白细胞计数。获得每个事件的位移和时间，并计算线性回归模型来预测流速。得出的结论是，化疗前的白细胞流速低于化疗后。然而，化疗前报告的事件（白细胞）更多。为了验证获得的结果，已经利用计算机视觉算法来进一步验证结果。

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