2025 Regeneron ISEF大奖-MATS材料科学获奖作品汇总-3

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-MATS材料科学2025获奖作品方便学习

MATS036 - 用于靶向药物输送的DNA纳米晶体

癌症的治疗前景极其有限；化疗药物不加区分地靶向快速分裂的细胞，对健康组织造成不利影响。尽管靶向纳米药物正在兴起，但它们依赖于无机聚合物和金属框架，从而将外来物质引入体内。本研究利用DNA的普遍生物相容性，首次设计了可编程DNA纳米结构（pDn），使其能够识别酸性肿瘤微环境，实现靶向药物递送，同时还设计了选择性结合在肿瘤区域聚集的镧系元素的结构。在专门设计了一个DNA三链体框架，该框架以标准DNA I基序为pH传感功能，并利用悬滴纯化法成功纯化和合成了晶体，证实了设计-组装的可行性。为了选择性结合镧系元素离子，对新型pDn进行了重构，用修饰的DNA适体取代了I基序，并用双胸腺嘧啶尾进行稳定。含有铀酰感应适体的孤立发夹环晶体 (Kim, 2011) 的峰面积为 34.5 rfu，证实了 pDn 与金属离子的选择性结合，并为镧系元素的分析奠定了基础。pDn 与截短的镧系元素感应 DNA 适体的合成 (Andralojc, 2022) 产生的晶体荧光峰面积为 5.1 rfu（激发波长：500 nm，发射波长：595 nm），与钕的光谱一致。额外的紫外-可见吸收光谱在铕 (415 nm)、钆 (615 nm) 和钕 (420 nm) 处产生了强烈的标准化峰，进一步支持了 pDn 与镧系元素的选择性结合。成功利用 DNA 固有的生物相容性和可编程性，为靶向治疗和生物材料不相容性的长期挑战提供了突破性的解决方案。

MATS038 - 介孔二氧化硅纳米粒子靶向治疗

介孔二氧化硅纳米粒子是亚微米粒子，具有众多孔隙，可用于装载用于治疗的药物。通过开发聚多巴胺和透明质酸包覆的介孔二氧化硅纳米粒子，研究了一种潜在的食管癌靶向治疗方案。假设如果介孔二氧化硅纳米粒子装载化疗药物阿霉素，并用聚多巴胺和透明质酸包覆，则可以显著抑制癌细胞的增殖。四丙酯正硅酸盐用作二氧化硅源，十六烷基三甲基溴化铵作为表面活性剂，充当介孔结构的模板，氢氧化钠作为碱，以维持硅酸盐前体水解和缩合所需的pH值。聚多巴胺包覆可以进行表面改性，从而使纳米粒子能够被透明质酸包覆。透明质酸可以特异性结合癌细胞上过表达的CD44受体。在食管癌细胞上进行药物选择性释放效率测试后，透明质酸和聚多巴胺包覆的纳米颗粒处理的癌细胞显著降低了细胞存活率，甚至比游离药物和仅聚多巴胺包覆的纳米颗粒处理后的癌细胞存活率还要低。此外，研究人员还在pH值为6.4（类似于肿瘤微环境）的磷酸盐缓冲盐溶液和pH值为7.5（模拟健康细胞微环境）的溶液中对纳米颗粒进行了测试。在pH值为6.4的溶液中，药物释放在一段时间内更持久。这些结果表明，透明质酸包覆的介孔二氧化硅纳米颗粒可以为癌细胞提供一种有前景的治疗策略。

MATS040 - SUSTAINWARE：更环保的陶器

本研究提出利用废玻璃和稻壳灰 (RHA) 开发环保型炻器。全球玻璃回收率较低，约为 20%，而 RHA 是世界各地利用稻壳作为燃料的生物质发电厂的重要副产品。这两种废料都具有在陶瓷行业再利用的潜力，而该行业由于能源和矿产资源消耗量高，且原材料开采对环境造成影响，可持续发展至关重要。为了评估将这些废料混合使用的可行性，研究开发了九种炻器配方。来自热电厂的 RHA 仅经过筛分，而从生活垃圾中获得的玻璃则进行了研磨。将含有这些废料的试样与由高岭土、长石和石英组成的传统炻器成分制成的参考试样进行了比较。分析考虑了烧成温度、机械强度、线性收缩、密度、吸水率、浸出率和热冲击。该方案的可持续性通过 openLCA 软件的生命周期评估 (LCA) 进行衡量。最佳配方证明了掺入高达60%废料（30% CCA和30%玻璃）的可行性，结果证实了其性能与传统陶瓷相当，且材料具有惰性。此外，生命周期评估 (LCA) 表明其减少了对环境的影响，降低了自然资源（水和土壤）的消耗，降低了能源需求，并降低了整个生产过程中的碳排放。

MATS042 - 用于肺癌呼吸分析仪的新材料

近期光子材料开发领域的努力旨在创建高性能、低成本的组件，这些组件可集成到便携式诊断系统中，尤其适用于资源匮乏的医疗环境。肺癌仍然是全球最致命的癌症之一，每年造成超过180万人死亡，新增病例240万例。然而，资源匮乏地区的检测差异巨大，可能导致超过110万例病例被低估。本项目引入了一种新型硅钽氮化物基材料ρ-SiTaN，该材料采用应变工程方法通过薄膜沉积合成。应变调制技术被用于诱导一种潜在的新型SiTaN同素异形体，其光学和结构特性得到增强。ρ-SiTaN被集成到芯片上，用于创建用于检测挥发性有机化合物(VOC)的片上频率梳谐振器，重点研究乙烷——一种氧化应激的生物标志物，也是肺癌的关键早期指标。由此产生的光学谐振器表现出830万的超高Q值，谐振波长为3.3 µm，与乙烷的光谱特征一致。轮廓仪、反射仪、原子力显微镜 (AFM) 和扫描电子显微镜 (SEM) 证实了薄膜的应变、折射率、消光系数和电子带隙。这种新型材料可实现紧凑、高灵敏度且可扩展的传感平台，能够在呼吸分析中检测挥发性有机化合物 (VOC)。这些结果支持开发下一代非侵入性筛查工具，用于诊断服务匮乏人群的肺癌，并可能降低早期干预的障碍。

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