赛事动态 - 第 11 页 - Regeneron ISEF 国际科学与工程大奖赛

2025 Regeneron ISEF大奖-CHEM化学获奖作品汇总-1

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-CHEM化学2025的获奖作品方便学习

CHEM化学获奖作品集合

CHEM003 - 增强TPA-BT衍生物的激基复合物形成

本研究设计合成了一系列供体（D）分子，尝试与已知的受体（A）分子形成激基复合物，并探究单体化学结构对激基复合物光物理性质的影响。合成的五种供体分子表现出分子内电荷转移效应。利用Lippert-Mataga模型分析了跃迁偶极矩的变化。此外，通过分子模拟和电化学势测量估算了这五种分子的电子能级，得到了D分子的基态能量，该能量介于A分子的基态能量和激发态能量之间，从而有利于激基复合物的形成。DA对分子的聚集导致了新的发射谱带的形成，表明激基复合物的存在。控制电子供体分子的电子能级可以调控所形成激基复合物的发射波长。此外，具有三角形结构的D分子比棒状分子更容易形成激基复合物。选择这些三角形给体组装固体薄膜，并制备了初步的光电器件。本报告深入探讨了单体设计及其对激基复合物所需光物理性质的影响，为面向应用的产品开发中的分子设计提供了蓝图和指导。

CHEM004 - 用于伤口护理的碳点嵌入智能水凝胶

每年，伤口导致500万至600万人死亡，而目前的治疗方法仍然不足，这凸显了对先进伤口护理系统的需求。本研究旨在通过开发智能生物传感器绷带来解决这一问题。为此，作者利用透明质酸、甲基纤维素和丙烯酰胺，通过自由基聚合合成了一种具有互穿网络的新型水凝胶 (PHG)。PHG 中掺杂了一种富含酚的提取物，该提取物取自葡萄渣的索氏提取液。葡萄渣是一种未被充分利用的农作物废料 (95%)，经过升级再造，此前从未使用过。将生物活性外用剂掺入的水凝胶 EHG 生物打印成绷带支架。为了引入生物传感功能，研究人员将新合成的 pH 响应碳点 (CD) 嵌入支架中，从而能够实时比色监测伤口状态。该功能与基于人工智能的检测监测移动应用程序 (INTEHG) 集成，形成了一个智能绷带系统。采用傅立叶变换红外光谱 (FTIR)、扫描电镜 (SEM)、热重分析 (TGA) 和流变学方法对 EHG 支架进行表征，采用透射电镜 (TEM)、动态光散射 (DLS)、zeta 电位和荧光光谱法对 CDs 进行分析。通过结构（透气性、细菌渗透、膨胀、降解）、外用药物相关（酚含量、抗氧化活性、释放曲线、细胞毒性、细胞迁移、划痕）和生物传感器相关（pH 响应性）分析评估伤口愈合性能。结果证实，EHG 是一种生物相容性、可生物降解、具有抗菌屏障和透气性生物传感器的水凝胶。它具有高膨胀性、pH 敏感释放、强抗氧化活性、显著的增殖作用，并能促进细胞迁移和加速伤口闭合。它还可用作智能绷带，通过颜色变化和 INTEHG 应用程序集成进行实时检测和监控。

CHEM007 - 利用染料敏化太阳能电池中的农产品损失

农产品损失是一个全球性重大问题，既影响环境，又影响经济。染料敏化太阳能电池 (DSSC) 是第三代太阳能技术，利用光敏染料吸收阳光。这种染料通常由合成材料制成，在制造过程中可能对人体产生毒性，在处置时也可能对环境产生毒性。将农产品损失用作 DSSC 中的有机染料，可以实现农产品浪费的循环利用，并成为一种环保且经济高效的传统光伏电池替代品。本研究使用富含芦丁、天竺葵色素、矢车菊色素、甜菜苷和柠檬酸的农产品，例如青苹果、草莓、樱桃、甜菜根和柠檬，来制造单独的光敏染料。这些染料被应用于 DSSC 原型，并在 14 天内测试了其吸收特性、多种光照条件下的电压和电流输出以及降解模式。尽管最初的电压和电流输出很高，但樱桃染料仍显示出快速降解的迹象，凸显了稳定性方面的挑战。单一染料实验的结果促成了苹果和草莓染料组合的开发，之所以选择这种染料组合，是因为它们的光吸收和电子转移特性互补。结果表明，共敏化染料的功率转换效率 (PCE) 比单一染料的平均效率提高了 52%。此外，对电流密度-电压 (JV) 曲线的详细分析显示，最大功率输出有所提升。这项研究表明，利用互补染料特性可以提高 DSSC 的性能，从而进一步推动 DSSC 成为一种可行的农产品损耗再利用方法。

CHEM010 - 利用强制对流改进电解器

随着2024年全球氢气需求达到2000万吨，电解（将水分解成氢和氧的化学过程）仍然是最有前景的清洁制氢方法之一。虽然碱性电解的材料和生产成本相对较低，但也存在电极腐蚀和能源效率低下等挑战。为了解决这些问题，本项目采用了一种名为强制对流的新型方法，通过直接海水碱性电解，加速氢气泡浮出水面。强制对流是通过在另一个盐水腔内建造电解室来实现的，当氢气离开时，产生的真空力将更多的水吸入电解室。在强制对流的情况下，气泡的平均速度为0.143米/秒，而在未强制对流的情况下，气泡的平均速度仅为0.0248米/秒，这是因为水流的吸入有助于改变气泡的方向并加速气泡的运动。此外，强制对流使电极的使用寿命比原始寿命延长了20%。更高的气泡速度可以减少气泡附着，从而确保更高的电解整体效率。该设计进一步测试了在电极上生长的不同电催化剂，并最终由太阳能电池板供电，从而产生了真正的绿色氢气。虽然还需要对孔径和位置的变化进行更多测试，但该项目首次在不依赖外部能量的情况下成功降低了气泡粘附，证实了强制对流能够提高氢气效率。

CHEM011 - 用于直接空气捕获二氧化碳的MOF技术

人类活动和化石燃料消耗持续导致大气中二氧化碳 (CO2) 含量异常升高，加剧了温室气体效应，并加剧了全球变暖。这迫切需要开发可持续的降低二氧化碳污染水平的技术：即直接从环境空气中捕获二氧化碳 (DAC) 的技术。本项目旨在扩大金属有机骨架 NbOFFIVE-Ni-1 的规模并进行工业优化，以用于新型 DAC 和利用系统。为此，我们采用了纳米多孔金属有机骨架 NbOFFIVE-Ni-1 的合成和纯化新技术，以提高其二氧化碳吸收性能，这与现有文献中的报道一致。然后，我们优化了将粉末产品制粒成大规模、与反应器兼容形式的压制压力。通过粉末 X 射线衍射监测了骨架结构的完整性，并通过二氧化碳吸附测量考察了制粒后对吸收性能的影响。之后，我们优化了颗粒的形状和尺寸，以提高空间效率和表面积与体积的比值。在找到优化条件后，设计并建造了一个两公斤的NbOFFIVE-Ni-1反应器系统原型，并设计出一种有效的批量处理系统，用于从污染的大气中过滤二氧化碳。随后，对该原型进行了循环性能和吸附-解吸性能测试。这验证了其作为直接空气捕获技术的优势，有利于大规模实施，并证实其将为碳负排放解决方案做出重大贡献，并有望在2050年前实现美国的净零排放目标。

CHEM014 - 利用食物垃圾银纳米粒子增强染料去除

全球超过一半的人口（约44亿人）无法获得清洁安全的饮用水。这部分是由于合成有机染料的污染。合成有机染料是纺织工业中使用的化学污染物，占全球水污染总量的20%以上。亚甲蓝是一种常见的合成有机染料，具有毒性、致癌性且不可生物降解，对人类健康和环境构成重大风险。银纳米颗粒（AgNP）是一种很有前景的解决方案，可作为有机染料降解的催化剂。然而，目前合成AgNP的方法成本高昂且耗能。本研究旨在开发一种绿色且经济有效的方法，利用厨余垃圾合成AgNP，并用硼氢化钠（NaBH4）催化亚甲蓝的还原。将鳄梨、香蕉和柠檬皮提取物分别与 10 mM 硝酸银 (AgNO3) 溶液混合以合成 AgNP，并使用紫外可见光谱法确定 60 分钟内染料降解动力学。所有样品均重复运行三次。进行双尾 t 检验后发现，由鳄梨 (69.8%)、香蕉 (93.4%) 和柠檬 (89.6%) 制成的 AgNP 去除的亚甲蓝染料量均高于 (P< 0.05) 对照组，而对照组仅去除了 18.4% 的染料。这些反应也非常快，例如，香蕉 AgNP 仅用五分钟就去除了 80.7% 的亚甲蓝染料。这是已知的第一项使用鳄梨、香蕉和柠檬皮合成 AgNP 以增强染料降解的研究。食物垃圾不会被填埋并排放温室气体，而是可以被重新利用，以可持续的方式降解有毒染料。

CHEM020T - Ag-TiO2@HNT复合材料用于污染物降解

有机污染物，例如合成染料和石油基污染物，由于其化学稳定性和抗生物降解性，会造成生态风险。纳米技术为修复提供了解决方案，但复杂且昂贵的制造工艺阻碍了其进展。这项研究提出了一种高效的 Ag-TiO₂ 纳米复合材料，它粘附在埃洛石纳米管 (HNT) 上，可快速降解污染物并分散溢油。HNT 是天然丰富的铝硅酸盐粘土，具有富含羟基的表面。TiO₂ 是一种广泛使用的光催化剂，经紫外线活化后可产生活性氧，而 Ag 纳米粒子则通过局部表面等离子体共振增强电荷分离和光吸收。使用 FTIR 和 XRD 确认了功能化和结构完整性。Ag-TiO₂@HNT 在 60 分钟内对亚甲蓝、甲基橙和靛蓝胭脂红的降解率分别达到 91.7%、45.8% 和 96.2% (p<0.01)；三次循环后效率保持>85%。降解遵循拟一级动力学，朗缪尔等温线模型显示污染物之间存在强烈的相互作用。加入卵磷脂-吐温80表面活性剂可实现油滴乳化和分散，在25毫克/克浓度下效率达到91.5%。该纳米复合材料的生产成本为0.22美元/克，且副产物（水和二氧化碳）无害，为废水修复和溢油回收提供了一种环保、可扩展的解决方案。食品级表面活性剂和天然粘土的使用符合绿色化学和可持续性原则。未来的研究可以探索其在复杂废水基质中的性能，并优化工业可扩展性，以实现工业和沿海环境中的可持续环境应用。

CHEM025 - 优化催化剂将塑料转化为燃料

每年产生超过 3.5 亿吨塑料废弃物，而回收利用率不足 10%。通过催化氢解，塑料废弃物可用钛酸锶转化为柴油，用铂碳 (Pt/C) 转化为航空燃料。然而，Pt/C 非常昂贵。本研究调查了替代催化剂，以确定性能与 Pt/C 相当且经济高效的方案，同时尝试从石油和废弃物中生产燃料。为了制造塑料燃料，将氢气、催化剂和塑料废弃物放入密封反应器中，并在 300℃ 下运行 6 小时。GC-MS 分析表明，钴、镧、铑和带有硅铝的 Pt/C 在统计上并不显著，这意味着它们与 Pt/C 相当。镧、钴和铑的产率均高于 Pt/C，但铑价格昂贵，是 Pt/C 的两倍多。考虑到价格和质量，镧和钴是最有前景且最具成本效益的催化剂。在研究不同的反应物时，大多数反应物的产率都很高，但除了与航空燃料相当的液体废物外，其他物质都太重。目前，柴油和航空燃料的生产工艺完整、清洁、经济高效，但必须扩大规模才能被社会广泛使用。塑料燃料的规模扩大后，其价格也将低于目前的燃料价格。塑料燃料的广泛使用将为化石燃料提供一种更便宜、更环保的替代品，同时减少塑料污染和温室气体排放。

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2025 Regeneron ISEF大奖-CELL细胞与分子生物学获奖作品汇总-2

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。

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CELL细胞与分子生物学获奖作品集合

CELL030 - Midkine 作为胰腺癌治疗的靶点

引言：胰腺导管腺癌 (PDA) 因其诊断晚、转移广、治疗方案有限等特点，仍然是最致命的恶性肿瘤之一。多功能生长因子中期因子 (MK) 在 PDA 中显著上调，并参与多种致癌信号通路。本研究旨在阐明 MK 在 PDA 肿瘤微环境 (TME) 中的机制作用，并评估其作为癌症疫苗开发靶点的潜力。\n方法：使用 RStudio 对单细胞 RNA 测序和空间转录组学数据集进行转录组学分析。数据预处理和分析采用 Seurat 软件包工作流程进行，并使用 CellChat 和 NicheNet 识别 MK 介导的细胞间和细胞内信号传导机制。 MK疫苗的设计采用了反向疫苗学表位预测、结构建模以及计算机模拟免疫和分子对接模拟。\n结果：MK由粘液上皮细胞和癌症相关成纤维细胞分泌，并通过自分泌和旁分泌信号发挥作用。通过激活NF-kB、MAPK/ERK、JAK/STAT、Notch和PI3K-Akt通路，MK促进CD8+T细胞和B细胞耗竭，同时诱导调节性T细胞和肿瘤相关巨噬细胞分化，从而促进免疫逃逸。计算疫苗设计表明，MK疫苗结构稳定、抗原性强、无致敏性且无毒性，能够诱导强烈的Th1型免疫应答，并与免疫细胞受体具有高结合亲和力。\n结论：本研究首次证明MK是PDA免疫逃逸的驱动因素。 MK 疫苗代表了一种有前途的新型免疫治疗策略，应该与当前的 PDA 疗法进行协同测试。、

CELL031 - 转化为骨骼：探索FOP的细胞信号传导

进行性骨化性纤维发育不良 (FOP) 是一种罕见的骨骼疾病，由 ACVR1 受体突变引起，其下游信号传导导致骨骼过度生长。FOP 的典型特征是严重的异位骨化，即骨骼在骨骼外形成，逐渐使患者无法活动。目前，除 Palovarotene 外，尚无 FDA 批准的有效治疗方法，但 Palovarotene 价格昂贵且副作用大。目前尚无直接靶向 ACVR1 受体的药物，无法从源头上抑制症状并提高疗效。最近，ACVR1 和激活素 A 之间发现了一种新型非信号复合物。在将其作为药物靶点之前，必须探究该复合物的作用机制。本项目旨在研究激活素 A 在 ACVR1 信号传导中的作用，特别是其内化和非信号复合物，这可能在 FOP 中发挥关键作用。将结合 ACVR1 和已确定的信号受体 ACVR1B 不同结构域的嵌合受体整合到 HEK293 细胞系中。建立了六个亚细胞系。利用Western印迹和共聚焦显微镜测量磷酸化和内化，以确定哪些结构域驱动内化。结果表明，ACVR1B跨膜嵌合体缺乏主动内化，而含有ACVR1跨膜结构域的构建体则表现出内化显著增加。本研究首次确立了ACVR1跨膜结构域在激活素A驱动的内化中的关键作用，表明利用嵌合体受体研究受体的可行性。本研究提供了新的证据，强调了ACVR1跨膜结构域在信号传导中的重要性，该结构域可能在FOP病理中也起着关键作用，并且可能是一个潜在的治疗靶点。

CELL035 - 治疗重症肌无力的Fc融合蛋白

重症肌无力 (MG) 是一种影响神经肌肉接头的自身免疫性疾病，影响超过一百万人，并可能导致危及生命的肌肉无力。与大多数自身免疫性疾病一样，目前针对 MG 的治疗方法会导致非特异性且有害的免疫抑制，因此需要一种仅针对疾病根源——自身抗体和自身反应性免疫细胞——的方法。\n为了解决这个问题，我设计了一种新型抗原偶联的 Fc 融合蛋白，用于选择性清除 MG 患者的自身抗体和自身反应性免疫细胞，并在计算机模拟中评估了该蛋白的特性和功能。该抗原是烟碱乙酰胆碱受体的常见靶向部分，通过柔性连接子与人 IgG1 Fc 的修饰版本连接。\nProtParam 发现，最终形成的异二聚体蛋白的分子量为 73.14737 千道尔顿，第一链有 423 个残基，第二链有 223 个残基。使用 AlphaFold 生成的 3D 构建体经过 MolProbity Ramachandran 分析和 ERRAT2 评估，结果显示 96.4% 的残基位于优势区域，而 ERRAT2 则使融合构建体的整体质量因子 (OQF) >80。使用 GROMACS 进行的 50 ns MD 模拟显示出相对稳定性，RMSD 在 25 ns 后仅波动 +- 1 埃。Cluspro 对接模拟和随后的 PRODIGY 结合亲和力计算表明抗原部分对 MG 自身抗体 Fab 具有选择性亲和力。Fc 修饰增加了对 Fc 受体 IIa 和 IIIa 的结合亲和力。\n这些分析描绘了一种适用于下游体外实验的功能性蛋白质，以及一种治疗 MG 和其他自身免疫性疾病（目前困扰着全球约 10% 的人口）的潜在令人兴奋的新方法。

CELL037 - 虚拟细胞

体外药物敏感性测试对于鉴定有效的癌症治疗方法至关重要。然而，由于潜在的单一疗法和联合疗法种类繁多，体外测试因时间、成本和可扩展性方面的低效而受到阻碍。此外，使用计算机模拟的解决方案主要集中在纯人工智能方法上，缺乏训练数据之外的可扩展性。为了应对这些挑战，我开发了“虚拟细胞”（The Virtual Cell），这是一个由人工智能驱动的模拟模型，它通过整合基因组学、蛋白质组学和基于速率定律的生化模拟来预测细胞药物反应。该模型采用一种新颖的基本反应预测算法，从文献支持的蛋白质信号通路中创建内部反应网络，从而模拟细胞内的生化相互作用。“虚拟细胞”使用功能基因组数据和定量蛋白质组学数据进行初始化，以运行模拟药物敏感性实验来测量计算机模拟的可行性。在 MCF-7、T-47D、MDA-MB-231 和 MDA-MB-468 乳腺癌细胞系中，对 Capivasertib、Alpelisib、他莫昔芬和氟维司群进行了体外动力学药物单药治疗实验。该模型的反应参数通过机器学习进行校准，以使计算机模拟预测结果与体外生存能力相一致。校准后，虚拟细胞 (The Virtual Cell) 用于预测新型联合疗法，并在体外进行验证。虚拟细胞在模拟联合疗法方面表现出卓越的准确性，从而提高了识别新型协同组合的效率。总而言之，虚拟细胞有望通过减少对昂贵体外测试的依赖、推进个性化和精准治疗策略以及改善患者预后来改变肿瘤学。

CELL038 - 频率调谐的光遗传神经可塑性工具

神经退行性疾病 (NDD)，例如阿尔茨海默病和帕金森病，其特征是突触可塑性受损，即大脑重新连接对认知至关重要的连接的能力。然而，研究突触可塑性的标准工具——例如双光子成像和电生理学——成本高昂、侵入性强，且不适用于高通量筛选。本研究引入了一个快速、经济高效、可重复的光遗传学平台来解决这些限制。利用在机械感受神经元中表达通道视紫红质-2 (ChR2) 的转基因秀丽隐杆线虫，通过非侵入性刺激来探测频率依赖性行为可塑性，以此作为突触调控的替代指标。在全反式视网膜 (ATR) 存在下，线虫暴露于 5、20 或 50 Hz 的 473 nm 脉冲光下 30 分钟。通过对二乙酰的趋化反应来评估突触强度。对照组包括 N2 (−ChR2/−ATR)、AML1 (ChR2/−ATR) 和 N2 (−ChR2/+ATR)，以分离 ChR2 特异性效应。20 Hz 刺激显著增强了趋化指数，使基线反应几乎翻倍（p < 0.00001），而 5 Hz 和 50 Hz 刺激则产生衰减且重叠的结果。采用 Tukey's HSD 的单因素方差分析证实 20 Hz 是行为增强的最佳测试频率 (p < 0.05)，表明体内连接的频率调谐调制。该系统验证了一种可扩展、低成本的检测方法，可用于探测神经回路可塑性，并通过时空精准刺激确定突触强化的最佳模式。未来，随着支持突触弹性的刺激条件的识别，该读出平台将成为强大的前端模型，以加速神经调节研究，包括经颅磁刺激的优化。

CELL049 - 星形胶质细胞在 AD 选择性易感性中的作用

阿尔茨海默病 (AD) 的发病机制遵循选择性易感性模式，其特征是不同脑区和神经元群体的神经退行性病变程度各异。虽然这种模式背后的机制尚不完全清楚，但神经元支持细胞可能发挥着至关重要的作用。已知星形胶质细胞通过维持血脑屏障 (BBB) 为大脑提供关键支持，而血脑屏障一旦受损，可能导致神经元死亡和 AD 相关的认知衰退。本研究利用高度多重免疫荧光技术对人源新皮质组织进行检测，通过量化星形胶质细胞-血管蛋白重叠作为 BBB 完整性的指标，来检测区域间星形胶质细胞与 AD 易感性的关联。本研究采用了一种新颖的流程，用于比较临床痴呆评分 (CDL)、Braak 和 Thal 分期中星形胶质细胞对血管的覆盖率。此外，还比较了前额叶和初级视皮层（PFC 和 V1，分别为大脑的易感区和恢复区）之间的星形胶质细胞覆盖率。结果表明，在V1区，星形胶质细胞对血管的覆盖率在整个AD进展过程中保持稳定，提示星形胶质细胞对疾病相关变化具有韧性。此外，在所有AD进展指标中，V1区IV层中胶质纤维酸性蛋白(GFAP)特异性星形胶质细胞对血管的覆盖率均显著增加(p = 0.026; p = 0.035; p = 0.043)，提示星形胶质细胞采取了保护性表型来维持神经元支持和区域对AD的韧性。了解细胞对不同区域和神经元群体AD易感性差异的贡献，可能为研究AD韧性和易感性的生物标志物提供关键见解，从而确定未来AD治疗的潜在靶点。

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2025 Regeneron ISEF大奖-CELL细胞与分子生物学获奖作品汇总-1

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。

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CELL细胞与分子生物学获奖作品集合

CELL003 - 咖啡豆外泌体的抗癌作用

在不同人群中开展的大规模流行病学研究表明，患黑色素瘤皮肤癌与饮用咖啡之间存在负相关。虽然咖啡作为饮料和化妆品成分的受欢迎程度持续上升，但其抗癌作用的研究主要集中在其消费上。为了从机制上研究咖啡对黑色素瘤的潜在抗癌作用，未烘焙和烘焙咖啡豆衍生的外泌体被用作将咖啡的生物和化学成分递送到 SK-MEL-28 黑色素瘤细胞中的载体。\n通过细胞毒性测定检测细胞活力，通过核染色和流式细胞术检测细胞凋亡，以确定咖啡外泌体对 SK-MEL-28 细胞的抗癌作用。球体形成和伤口愈合试验用于分析咖啡外泌体对 SK-MEL-28 细胞的抗肿瘤和抗迁移作用。利用转录组学和Western印迹分析了咖啡外泌体处理SK-MEL-28细胞后对细胞通路的影响。研究结果表明，未经烘焙和烘焙的咖啡外泌体均能显著诱导黑色素瘤细胞凋亡。此外，咖啡外泌体还能抑制肿瘤生长，并削弱SK-MEL-28细胞的迁移能力。咖啡外泌体对SK-MEL-28细胞抗癌作用的分子机制与丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路的抑制有关，该通路通过抑制SERPINA1的转录实现。SERPINA1是PI3K/Akt通路的激活因子，与MAPK信号通路相互作用。作为首例探讨咖啡外泌体对黑色素瘤影响的研究，本研究表明咖啡外泌体可以作为黑色素瘤治疗的天然替代疗法。

CELL007 - 通过DNA间隙诱导增强碱基编辑

碱基编辑器在遗传疾病的治疗中有着巨大的前景，因为近一半的已知致病遗传变异都是点突变。然而，尽管最近取得了进展，碱基编辑器仍然受到编辑效率低和编辑窗口窄的限制。在本研究中，我们提出了一种新型的缺口驱动碱基编辑系统，其中配对的 Cas9 D10A-sgRNA 被设计用来在 DNA 靶链上诱导缺口，而不仅仅是单个缺口，从而提高编辑效率。使用染料标记的探针，我们验证了两个 Cas9 D10A-sgRNA 在体外在靶链上产生缺口的能力。在小鼠胚胎干细胞 (ES) 中，与单碱基编辑器的最佳效率相比，缺口导向的腺嘌呤碱基编辑器 (Gap-ABE) 和缺口导向的胞嘧啶碱基编辑器 (Gap-CBE) 的编辑效率提高了约 2 倍。两个Cas9 D10A引入的间隙可以进一步扩大编辑范围，从而可能为脱氨酶修饰先前无法到达的碱基提供更广泛的靶区域。这种新颖的碱基编辑策略为进一步改进现有碱基编辑器开辟了新的途径，并推动了碱基编辑技术的发展。

CELL011 - 海洋来源：全面的FBS替代品

胎牛血清 (FBS) 是细胞培养中的重要补充剂，提供促进细胞健康和增殖的关键生长因子。自 1885 年以来，细胞培养一直是生物科学的基石，推动了基础研究和应用研究的发展。然而，FBS 面临着伦理、科学和经济方面的挑战：每年约有 2,000,000 头胎牛被宰杀以生产约 800,000 升 FBS，批次间不一致阻碍了实验的可重复性，而且 FBS 可能占细胞培养成本的 75% 以上。因此，寻找可行的 FBS 替代品对于生物科学的可持续发展至关重要。海洋来源的 FBS 替代品因其丰富的生物活性化合物和可持续的潜力而成为一条激动人心的途径。来自海胆籽 (uni) 和入侵藻类 (Gracilaria salicornia) 的新型提取物已被评估为 FBS 的替代品。提取物浓度分别为5%、10%和20%，并通过72小时内的细胞计数、MTT分析和显微镜观察评估其对HEK293细胞的影响。5%、10%的单核细胞和10%的藻类处理组表现出良好的增殖效果，细胞计数与FBS对照组具有统计学差异（p>0.05）。5%的单核细胞处理组细胞形态最为健康，细胞密度最高可达FBS对照组的84.3%。尽管增殖成功，但MTT分析显示所有处理组的细胞存活率均显著降低（p<0.001），这表明提取物可能缺乏维持细胞功能所必需的代谢因子。这些发现凸显了海洋提取物作为FBS补充剂的潜力，需要进一步改进和探索才能充分发挥其潜力。

CELL018 - 抑制前列腺癌细胞中的蛋白质

转移性前列腺癌 (mPC) 在男性癌症相关死亡中位居第二。由于目前的治疗方案大多为姑息治疗，mPC 迫切需要新的治疗靶点。先前的研究已发现受体相互作用蛋白激酶 2 (RIPK2) 是 mPC 中一个有希望的药物靶点，其通过非经典 RIPK2/MKK7/c-Myc 信号通路发挥作用。选择性靶向 RIPK2 和 MKK7 之间的蛋白质-蛋白质相互作用，具有抑制 RIPK2 驱动的前列腺癌转移并最大程度降低副作用的强大潜力，因为这种方法避免了破坏经典 RIPK2 信号通路，而该通路对免疫反应和伤口愈合至关重要。本研究在两种前列腺癌细胞系 PC3 和 22Rv1 中测试了九种候选小分子 RIPK2-MKK7 抑制剂。采用蛋白质印迹法评估其降低磷酸化c-Myc (S62)水平的效果。c-Myc (S62)是关键的致癌蛋白，也是RIPK2/MKK7/c-Myc通路活性的读数。在九种专利候选药物（AI）中，抑制剂H降低了两种细胞系中的pc-Myc-S62水平：PC3细胞中降低了24%（P=0.043），22Rv1细胞中降低了39%（P=0.042）。同样，抑制剂F使PC3细胞中的pc-Myc-S62表达降低了31%（P=0.002）。为了确定前两种抑制剂（F和H）是否能降低RIPK2-MKK7相互作用，我们进行了Duolink®邻位连接实验，该实验可以原位荧光检测RIPK2-MKK7相互作用。抑制剂F和H显著降低了RIPK2-MKK7相互作用：H导致PC3细胞中RIPK2-MKK7相互作用降低46%，22Rv1细胞中RIPK2-MKK7相互作用降低38%，而F导致两种细胞系中RIPK2-MKK7相互作用降低38%。这项研究代表了研究蛋白质-蛋白质相互作用作为mPC新靶点的重要第一步。

CELL019 - Ack sRNA 诱导 TE 沉默组蛋白标记

可移动转座子 (TE) 引起的染色体重排与人类癌症和神经系统疾病有关。在玉米（TE 研究的金标准模型生物）中发现的 Ac(Activator)/Ds(Dissociation) TE 系统中，Ac 元件可以进行转座，产生 24、22 和 21 nt 的 Ac 杀伤 (Ack) 小 RNA (sRNA)。虽然这些 sRNA 通过 DNA 甲基化靶向并沉默活性 Ac/Ds 元件，导致表型改变、致死和不育，但 Ack-sRNA、组蛋白修饰与精确沉默机制之间的关系仍不清楚。本研究提取了玉米三个发育阶段和一个生殖阶段（胚、3号叶、10号叶、花丝）的RNA、DNA和染色质，并对id1（+Ack sRNA）和9d9a（-Ack sRNA）基因型进行了RT-qPCR、qPCR、sRNA和亚硫酸氢盐测序。在id1基因型中，所有发育阶段的内部Ac元件区域均观察到H3K9me2显著富集（p<0.01），这与id1 Ac表达/活性的降低（p<0.04）一致。在id1 10号叶阶段的内部区域也观察到了H3K27me3的富集（p=0.00987248），其中Ac表达/活性最低（p<0.001）。此外，两种组蛋白修饰的显著富集（p<0.0106129）仅限于Ac内部区域（与21nt和22nt Ack sRNA同源）；相反，DNA甲基化在Ac TIR区域（与24nt Ack sRNA同源）中更高。这些发现提示存在一种新的Ac/Ds元件沉默途径，该途径通过21nt和22nt Ack sRNA诱导的H3K9me2和H3K27me3进行，从而加深了对动态TE沉默的理解，并为未来针对人类和农业中转座诱发疾病的TE靶向基因疗法铺平了道路。

CELL020 - 星形胶质细胞中的JAK2/STAT3甲基汞防御

有毒的甲基汞 (MeHg) 很容易穿过血脑屏障和胎盘屏障，导致发育迟缓和神经系统问题，尤其是在宫内暴露的情况下。暴露后，甲基汞到达大脑并选择性地在星形胶质细胞中积聚，破坏谷氨酸和钙稳态，并增加氧化应激。核因子红细胞2相关因子2 (Nrf2) 可能是治疗甲基汞毒性的靶点。然而，最近的研究表明，单靠Nrf2信号通路不足以减轻甲基汞诱导的损伤，这表明存在其他保护机制。信号转导和转录激活因子3 (STAT3) 在细胞生长和存活中发挥着重要作用。STAT3参与氧化还原调控已被充分证实，它通过调节编码电子传递复合物和抗氧化酶的核基因来防止氧化应激。这些特性表明，STAT3可能是减轻甲基汞毒性的关键机制。为了阐明STAT3信号通路在甲基汞（MeHg）神经毒性中的作用，我们利用C188-9和AG490抑制剂对暴露于10 μM甲基汞（MeHg）的星形胶质细胞系中的STAT3进行药理学抑制。细胞用两种抗氧化剂处理，即N-乙酰半胱氨酸和Trolox，以确定甲基汞诱导的活性氧（ROS）生成是否会激活STAT3。利用MTT/LDH、ROS、蛋白质印迹法、qPCR和谷胱甘肽分析表明，抑制STAT3磷酸化会加剧甲基汞诱导的细胞死亡、抗氧化反应和ROS生成。STAT3可能有助于星形胶质细胞对抗甲基汞（MeHg）暴露的神经保护作用。未来仍需进一步研究，以评估JAK2/STAT3信号通路在其他神经元细胞模型中对甲基汞（MeHg）毒性的防御反应。

CELL022T - 解码 ASXL3：NDD 的新型预测因子

神经发育障碍 (NDD) 影响着全球超过 3 亿人。在之前的研究中，我们将 ASXL3 鉴定为 NDD 的生物标志物，但对 NDD 临床严重程度谱的成因机制尚不清楚。本研究揭示 ASXL3 作为一种剂量敏感的神经发生调控因子发挥作用，为 NDD 的发病机制提供了新的见解。利用 CRISPR-Cas9 改造的 ASXL3 +/+、+/− 和 −/− 人类胚胎干细胞，我们证实 ASXL3 的缺失会导致泛素化组蛋白 H2A (H2Aub) 在 NDD 关联基因上逐步积累。这种染色质改变在 ASXL3+/− 中部分抑制神经源性转录，而在 ASXL3−/− 中完全阻断转录，从而为 ASXL3 关联的 NDD 严重程度谱提供了新的机制解释。通过分析胎儿单细胞RNA测序数据，我们发现ASXL3的表达始于妊娠13周，这确定了无创产前诊断（NIPT）的最早窗口期。我们进一步表明，FGF2治疗可恢复ASXL3+/-和-/-型脑类器官中丢失的神经元。FGF2在神经发生过程中（丢失的神经元恢复率达97%）、神经发生前（恢复率达95%，且无失控增殖）以及神经元分化后（恢复率达92%）均有效，这突显了其广泛的治疗窗口期。为了实现临床应用，我们设计了一种正在申请专利的药物胶囊和递送机制，包括一种配体功能化的纳米载体，用于宫内和体内靶向递送。总之，我们的研究结果表明ASXL3剂量是驱动NDD变异性的核心机制，并引入了首个用于早期干预的诊断和治疗相结合的平台。

CELL023 - 酒精对ATX-LPA-LPP3轴的影响

饮酒会导致脑血管并发症和生物学功能受损，但酒精如何损害这些血管尚不清楚。溶血磷脂酸 (LPA) 信号转导受自分泌运动因子 (ATX) 和脂质磷酸磷酸酶 3 (LPP3) 调控，维持酒精暴露脑部的血管完整性。了解血脑屏障 (BBB) 损伤因素和再灌注后内皮细胞通透性过高对于辅助中风治疗和控制血管通透性至关重要。我们假设高浓度酒精会加剧氧化应激，破坏内皮细胞连接，并通过 LPA 介导的信号转导改变细胞通透性。小鼠和人脑微血管内皮细胞 (MBMECs, HBMECs) 分别接受不同浓度的乙醇处理。通过蛋白质印迹法和定量 PCR 分析分子变化。使用细胞-基质阻抗传感器监测内皮通透性，通过Seahorse分析监测线粒体功能，并通过AR-2探针荧光监测ATX活性。50mM乙醇显著增加ATX活性和LPA水平，同时降低人脑微血管内皮细胞（HBMEC）中的LPP3和KLF2表达。ATX抑制剂PF8380可降低乙醇诱导的ICAM-1升高和通透性变化。LPA加剧了MBMEC通透性，并破坏了连接蛋白的连续性。LPAR1抑制剂AM095和LPAR抑制剂Ki16425可减轻这些影响。LPA降低了MBMEC的线粒体功能，缺氧再灌注增加了ATX蛋白的产生，增强了LPA的产生，并增加了内皮通透性。本研究阐明了ATX-LPA-LPP3通路在血管功能中的作用，并强调了酒精对通透性的影响。进一步探索LPA通路疗法将保护脑血管健康免受酒精的有害影响。

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2025 Regeneron ISEF大奖-ENBM生物医学工程获奖作品汇总-5

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。

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ENBM生物医学工程获奖作品集合

ENBM013T - 溃疡盾：人工智能糖尿病足部护理

糖尿病足溃疡 (DFU) 是导致下肢截肢的主要原因，美国每年有超过 16 万名糖尿病患者接受截肢手术。本项目展示了一款人工智能移动应用程序和一款智能糖尿病鞋，旨在对 DFU 进行分类、预防和早期检测。该移动应用程序集成了一套先进的成像系统，该系统使用五个基于 16,000 幅图像数据集训练的人工智能模型来分析患者上传的足部图像。这些模型可以对溃疡进行分类、评估感染状态和严重程度，并提取伤口尺寸以便进行精确评估。\n\n这款智能糖尿病鞋旨在缓解压力，并集成了用于早期溃疡检测的温度和湿度传感器、用于按摩疗法的振动电机以及用于预防的压力传感器。应用程序和鞋子协同工作，持续监测足部健康状况，并根据传感器数据提供实时警报。患者注册过程中提出的问题将启动个性化的早期检测和预防策略。\n\n通过将其结果与专家的临床观察结果进行比较，评估了该应用程序溃疡分类的准确性。五种人工智能模型的性能评估采用了各种分类、分割和深度转换指标，并证明了ROC曲线的高准确性。\n\n研究结果表明，该系统有助于患者自我评估，并通过预先对溃疡进行分类来改进临床治疗计划，从而节省时间并降低并发症风险。

ENBM012 - ClearSight：游戏化眼部肌肉锻炼系统

ClearSight 项目旨在通过有针对性的眼部锻炼来增强眼部肌肉，从而减缓近视的发展。由于遗传和生活方式因素（例如长时间使用屏幕），近视（即远距离视力模糊）在全球范围内呈上升趋势。ClearSight 提供了一种预防性、便捷且引人入胜的解决方案，利用 LED 引导的锻炼来促进眼部肌肉健康。ClearSight 系统引导用户进行游戏化的练习，包括焦点转移、扫视训练、循环追踪和 Trataka 疗法，这些练习可以促进眼球运动。最初的原型采用安装在头盔上的十字形 48 LED 矩阵，但事实证明这种矩阵不稳定，并且只能在固定的十字形图案上移动。第二个原型解决了这些问题，将头盔替换为固定的独立结构，并使用单个 Neopixel LED，该 LED 可以通过电动装置在任何方向自由移动，从而实现更动态的追踪练习。更新后的原型还使用了运行 MediaPipe 的 Raspberry Pi、Arduino 和电机驱动器，将电机运动转换为精确的 LED 位置，从而实现眼动追踪和实时数据收集。然而，该原型体积庞大，拆卸困难。考虑到这一反馈，我们开发了重量更轻、更易于组装的新原型。最新的原型在两周内再次与同样的40名参与者进行了评估。参与者发现新原型更具吸引力，并获得了类似的结果：85%的参与者报告眼部疲劳减轻，扫视速度提高了25%，眼部疲劳减少了20%。ClearSight有望成为一种改善眼部健康的非侵入式工具。

ENBM011 - 人工智能儿童眼科筛查设备

由于70%的农村医疗诊所缺乏基本的眼科设备，大多数家长往往在孩子病情恶化时才带他们去做专业的眼科检查。然而，大多数儿童眼病的本质是，发展时间越长，治疗难度就越大，费用也越高，有些情况下，儿童甚至可能终身残疾。我的研究介绍了一种人工智能筛查设备，旨在彻底改变贫困地区的儿童眼科护理。它的创新之处在于，它能够通过一种经济高效的便携式设备，通过一张照片检测出斜视、视网膜母细胞瘤和眼睑下垂等危重眼部疾病。该设备可以从一家农村诊所转移到另一家，使用方便，无需专家监督，从根本上改变了早期疾病检测的格局。该设备利用人工智能对采集到的眼部数字图像进行高精度分类，并呈现诊断的确定性，解决了农村地区眼科护理服务匮乏这一紧迫问题。目前，这一问题导致数百万儿童面临可预防性失明的风险，并可能阻碍其教育和个人发展，同时有望为医疗系统节省数百万美元的后期干预费用。通过严格的测试和现场验证，包括在农村地区开展的一项案例研究，该设备准确识别了一名幼儿的眼睑下垂。这项研究凸显了科技在预防视力障碍方面的深远影响，为未来一代人能够在需要时获得所需的眼科护理奠定了基础，并有望在未来数年内减少全国范围内重大眼病的发病率，确保子孙后代获得积极的治疗成果。

ENBM010 - 视障人士移动物体探测器

全球有 20 亿人患有视力障碍，其中 4330 万人失明。\n\n在过去 5 年中，每 12 个视力障碍者中就有 1 个卷入过道路碰撞，其中 58% 的事故涉及汽车。\n\n视力障碍者难以发现快速行驶的车辆，这大大增加了他们卷入致命道路交通事故的风险。\n\n目前的方法可以帮助视力障碍者发现静止的物体，但无法从远处发现快速移动的物体——这对于预防道路交通事故至关重要。大多数设备体积庞大、不显眼且价格昂贵。\n\n本研究旨在开发一种新颖的定制设备，旨在检测快速移动的物体及其速度，供视力障碍者使用。\n\n使用机器学习模型，开发了两种设计方法：移动应用程序和智能眼镜形式的个人可穿戴设备。 \n\n移动应用程序使用图像分类模型来警告用户快速移动的物体。智能眼镜使用在 OpenCV 框架上运行的 YOLOv8 模型来估算快速移动物体的速度。\n\n移动应用程序的物体识别准确率为 94.16%，而可穿戴设备的准确率为 82.59%，误差差异为 9.90 米/小时，展示了它们在提高视障人士的安全性和独立性方面的潜力。\n\n这项研究支持《欧洲道路安全宪章》、美国交通部的国家道路安全战略 (NRSS) 和世卫组织的《2030 年可持续发展议程》，因为它有可能在地方、区域和全球范围内减少道路事故的发生。、

ENBM009 - Therapiez：压电伤口愈合系统

每30秒就有一例慢性伤口导致截肢，其中一半患者在五年内死亡。尽管每年花费500亿美元，但无效的治疗仍使数百万人面临感染、败血症和过早死亡的风险，尤其是在5.37亿糖尿病成年人中。近期研究强调了电刺激疗法 (EST) 通过促进血液循环、氧合和血管生成来加速伤口愈合的潜力。然而，传统的 EST 系统价格昂贵、操作不便，并且需要固定电源，限制了患者的活动能力、疗效和持续治疗。为了应对这些挑战，Therapiez：一款配备优化 EST（1.5-10 V、50-250 µA、2-10 Hz）的压电伤口愈合系统应运而生。该设备将机械应力转化为定向电刺激，放大人体的生物电愈合信号。其谨慎的三层设计集成了可重复使用的新型压电材料、温湿度传感器（SHTC3 I2C）以及基于物联网的无线通信技术，可实现实时伤口监测。其混合动力方案将运动感应能量收集与无线充电相结合，可维持设备运行，并为行动不便的患者提供使用。一项为期两周、28名参与者的评估研究显示，参与者满意度高达96.4%，彰显了其舒适性和精准性。原型测试表明，其电输出控制在临床有益范围内。传感器的集成将实现实时伤口监测，并收集用于人工智能驱动的EST分析的数据库。这项研究表明，随着Therapiez在可持续再生医学和智能可穿戴设备领域的应用，其发展将开启节能、个性化的伤口愈合疗法。

ENBM008 - 呼吸扫描

间质性肺病 (ILD)、职业性和环境性肺病等呼吸系统疾病难以识别，因为它们的症状与其他肌肉骨骼和肺部疾病非常相似。传统的诊断方法主要包括肺量计、X 光和 CT 扫描，这些方法成本高昂，会使患者暴露于辐射下，并且在农村地区难以普及。本研究介绍了一种名为 RespiraScan 的便携式、非侵入式新型设备。该设备可分析胸部运动，并通过机器学习进行评估，以识别限制性肺部疾病。该设备利用惯性测量单元 (IMU) 传感器捕捉三维胸部扩张。然后对数据进行卡尔曼滤波以降低噪声和传感器漂移，并通过长短期记忆 (LSTM) 网络进行处理和分类，以检测疾病。此外，还获取一个额外的音频输入，并使用汉明窗函数和快速傅里叶变换进行处理，并将其作为模型的额外输入。结果表明，经过预处理和滤波后，该模型的疾病分类准确率可达 90%。这表明该系统能够提供可靠的实时呼吸评估。该研究凸显了机器学习驱动的诊断工具在增强呼吸系统疾病早期发现和管理方面的潜力。

ENBM007 - fMRI/AI 用于胶质瘤检测/复发预测

在美国，每年有9万人罹患胶质瘤，5年生存率低至7%，这主要是因为5年复发率高达52%-62%。目前的成像技术依靠对比增强 (CE) 来显示胶质瘤，但这存在一些局限性：(1) 肿瘤浸润通常远远超出CE边缘；(2) 术后，非对比增强的肿瘤生长无法被检测到，并在后续扫描中显示为“复发”。血氧水平依赖性 (BOLD) fMRI 测量血流，而血流可能受到肿瘤微环境的干扰。因此，结合BOLD和目前的成像技术，可以在CE定义的放射学“复发”之前实时检测出肿瘤进展。该项目名为 RecuNet，旨在 (1) 建立 BOLD、非造影增强肿瘤区域和复发之间的联系，并使用深度学习 (2) 检测非造影增强肿瘤和 (3) 在时空上预测肿瘤复发。这两种算法均以标准 (T1 + FLAIR) 扫描和 BOLD fMRI 作为输入。检测算法使用具有优化损失函数和注意力门控网络 (AGN) 的 3D-UNet 架构。预测模型是一个 CNN，它使用时空卷积层和 AGN 来提取肿瘤周围区域的特征。初步检测结果显示 IoU 为 94.1%，准确检测到非造影增强肿瘤部分。预测算法的定位准确率为 94.52%，与记录的复发时间的平均误差为 5.3 天，明显优于当前方法。 RecuNet 通过对以前看不见的肿瘤区域进行成像并准确预测肿瘤生长高风险区域，几乎消除了复发风险，从而节省了金钱、资源和生命。

ENBM006 - 用于汗液乳酸检测的生物晶体管

无需医生在场即可持续监测人体生理健康状况已成为近期的创新课题。体液分析是检测各种因素的常用方法，它能够通过与重大疾病相关的生物标志物和激素提供有价值的信息。其中，原位汗液分析因其非侵入性和便捷性而脱颖而出，在长期健康监测中展现出巨大的潜力。现有的汗液监测方法通常成本高昂，无法覆盖所有目标生物标志物，检测速度也有限。乳酸是汗液中的关键生物标志物，因其在运动医学和外科手术中的广泛应用，一直是学术界持续研究的重点。本项目展示了一种快速、高灵敏度的生物晶体管，能够持续监测人体汗液中0.1至30 mM范围内的乳酸浓度。为了实现上述目标，我们开发了一种基于有机电化学晶体管 (OECT) 的新型生物传感器，该传感器的栅极和沟道电容均较高，相比传统设计有了显著改进。该方法利用乳酸氧化酶和普鲁士蓝催化反应，高效地将乳酸转化为可检测离子，从而显著改变OECT的漏极电流。结果表明，OECT平均可在120秒内有效检测30mM乳酸，这比最先进的传感器有了显著的进步。下一步，我们将开发一款蓝牙应用程序，利用AI定制分析技术，为患者提供实时生理健康状况分析。

ENBM005 - MetaMotion 测量仪

MetaMotion Meter 是一款生物力学辅助设备，旨在通过实时反馈测量物理治疗期间手部施加的压力、肌肉力量以及康复期间的震颤频率，从而推进手部物理治疗。目前，物理治疗依赖于主观评估，这往往会妨碍对康复情况的准确测量，尤其是在关节炎、腕管综合征或中风后治疗中。该项目旨在通过集成传感器来解决这些局限性，包括用于压力测量的 MPX5050 和用于震颤追踪的 IMU6050。这些传感器可帮助物理治疗师获取关于手部稳定性和力量的准确、客观的数据。该设备的多种人体工学握把设计通过原型测试不断改进，提高了其在不同手型和握力下的可用性。经过多次手部贴合和力矢量控制功能的迭代，最终确定了三种握把形状：圆锥形、圆柱形和六边形。该仪表由热塑性聚氨酯 (TPU) 制成，其结构和弹簧刚度可根据每位患者的身体状况进行定制，通过更换弹簧来调整刚度，以测量不同的力度。此外，指尖末端还添加了 FSR，用于分别测量和量化每个手指的压力。MetaMotion 仪表已在 180 名接受物理治疗的患者身上进行了为期三个月的测试，并获得了宝贵的见解：随着弹簧张力的增加，手部稳定性下降，手部抖动频率上升。这些模式已通过统计分析得到证实，从而对手部力量和震颤控制进行了量化评估。这项物理治疗领域的创新有望实现更个性化、数据驱动的康复方法，从而实现有针对性的治疗。

ENBM004 - Paraspeak：低资源端到端构音障碍 ASR

构音障碍是一种运动性言语障碍，会损害清晰言语所需肌肉的控制，造成严重的沟通障碍，现有的辅助沟通和替代沟通系统无法完全解决。为了解决这一问题，我们使用算法数据收集脚本和基于 WebSocket 的前端，从 28 位患有各种疾病的患者那里收集了 1407 个音频样本，总计 42 分钟的印地语构音障碍语音。此次数据收集工作标志着我们构建了迄今为止最大的印地语构音障碍语音数据库。随后，我们对音频文件进行了非平稳降噪和静音修剪，并在梅尔声谱图上使用卡方检验来滤除不可用的样本。为了应对数据有限的挑战，我们采用了一种新颖的两步数据增强技术，结合语速变化和合成句子生成，将数据集扩展至超过 22.2 小时的语音数据。研究人员对三种最先进的模型进行了计算机模拟训练和评估：Whisper-medium、Wav2Vec2.0-MMS 和仅限于单词的双向长短期记忆 (LSTM)。Whisper 表现出最佳准确率，词错误率低于 10%。研究人员开发了一款基于 ESP32-SoC 的低成本设备，用于实际部署，价格低于 2000 卢比（约合 25 美元）。这款紧凑的原型设备可以录制音频，将其传输到服务器进行自动语音识别 (ASR) 处理，并合成清晰的语音进行播放，从而实现与患者的实时清晰沟通。这项研究将标志着首个针对印地语构音障碍患者的开源 ASR 框架的诞生，克服了说话人依赖、词汇量限制和数据匮乏等挑战。该系统显著增强了构音障碍患者的沟通能力，使他们能够使用母语进行有效互动。

ENBM003T - 马铃薯组织的不可逆电穿孔

不可逆电穿孔 (IRE) 是一种创新技术，它能够破坏细胞稳态，其作用机制类似于非热凋亡。该方法能够选择性地消融癌细胞，同时保留周围的健康组织。鉴于缺乏关于脉冲参数对植物组织疗效的实证证据，本研究旨在分析 IRE 方案在人类和植物细胞中的相似性。\n\n我们将薄切土豆片 (1-2 毫米) 置于两个镀金铜制成的扁平电极之间进行实验，这两个电极安装在聚合物板上。利用 EIS 获得了施加电脉冲方案 (50-200 V，5-15 个脉冲，50-200 微秒，1 Hz) 前后切片的奈奎斯特图和波特图，以便与现有的人体组织数据进行直接比较。此外，我们还检测了电穿孔样品的蓝色着色。结果表明，脉冲幅度和施加脉冲数量的变化会影响阻抗值，表明电穿孔强度与这些因素以及观察到的蓝色呈正相关。相反，脉冲持续时间与植物组织的电穿孔无关。我们观察到植物组织中的趋势与人体组织相似，唯一的区别在于绝对值。我们的研究建立了植物组织在接受IRE处理后的行为与人体组织在接受类似技术处理后的行为之间的直接关系。因此，该方法可用于研究治疗特定恶性肿瘤的新型脉冲方案，为研究人员初步评估电穿孔对人体组织的影响提供一种经济高效的方法。

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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。

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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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2025 Regeneron ISEF大奖-ENBM生物医学工程获奖作品汇总-3

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。

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ENBM生物医学工程获奖作品集合

ENBM030 - NeuroSyncNN：神经疾病诊断与监测

神经退行性疾病 (NDD) 是一种以神经系统细胞网络受损为特征的疾病，随着全球预期寿命的不断延长，其发病率也日益上升。目前，由于缺乏对时空信息的利用和多模态数据源的整合，数字分子生物标记和计算病理学等神经退行性疾病预后技术解决方案显得力不从心。\n\n本研究旨在通过早期检测和迭代参数监测来减缓认知疾病的快速发展。我们利用信誉良好、可公开访问的数据集，从各种数据流中捕获了大量医疗数据。为了解决当前结构成像局限性和特征提取信号质量方面的问题，我们开发了全面的信号处理和检测框架，利用双向长短期记忆网络 (BiLSTM) 和支持向量机 (SVM) 来增强解剖源定位和生物医学信号解读。为了增强计算框架，我们开发了一种经济高效的 IoMT 传感器网络，该网络采用电子设备和 3D 打印部件，用于优化模型提取的患者生理参数。\n\n我们通过一组通用的工业级统计指标验证了基于深度学习的综合系统 [NeuroSyncNN] 的有效性，并与当前市场技术进行了性能比较分析。信号解码模型（准确率：95%，精确率：94%）和检测模型（准确率：97%，平均绝对值：<1%）通过集成模型堆叠集成，表明该框架具有临床可行性的潜力，对神经退行性疾病的诊断具有重要意义。

ENBM029 - 家庭安全创新

根据世界卫生组织 (2021) 的数据，跌倒会导致严重伤害，甚至死亡。根据 CHUBB (2020) 的数据，大多数家庭跌倒发生在攀爬椅子或梯子时。本项目关注老年人或身高不足 160 厘米的人在厨房跌倒的情况。最近的研究表明，75% 的死亡是由于 75 岁以上成年人的意外造成的 (Caiza, 2021)。我们发明了一种安全且易于存放的台阶。它由木材和金属制成，可折叠。它可以存放在橱柜下方的地板上，可以手动从橱柜中取出，仍然作为台阶使用。我们通过对标准质量进行重量测试，然后进行人体测试来收集数据，以了解其安全性。结果令人满意，它承受了 181.437 公斤的重量而没有破碎。此外，调查显示，它100%安全，92%稳定，100%舒适，88%直观，88%美观，92%经济实惠。虽然它是手动的，但使用方便，无需费力。它可以帮助人们够到厨房高处的橱柜。它安装在厨房内，固定在地板上，以确保稳定性，无法移动。总而言之，折叠式踏脚更便于存放，而且可以安全地够到高处的橱柜。未来，它有望改进为电动踏脚，这样就不需要费力了。

ENBM028 - 镓介导的DNA晶体

镓癌疗法 (GCT) 因其能够诱导细胞凋亡、破坏细胞铁代谢，从而抑制癌细胞的快速增殖，已成为一种颇具前景的非侵入性治疗方式。尽管其具有治疗潜力，但由于目前明胶胶囊在控释和靶向递送方面存在挑战，导致镓过早释放至非癌细胞，从而诱导细胞凋亡，其临床应用受到限制。因此，基于 DNA 张拉整体三角形的晶体凭借其精确的结构设计和可编程性，或可作为构建用于靶向递送镓离子的多功能纳米结构的最佳基序。我设计了一种新型 GCT 晶体原型，利用镓介导的 B-DNA 张拉整体三角形，通过在基序内编程三个镓离子的特定结合位点，实现向癌细胞的靶向运输。仅使用高 MOPS 缓冲液作为晶体环境，我制备了 12 个平均尺寸为 45µm 的晶体，小于之前研究中含有 200µm 金属介导碱基对的晶体。由于其晶体尺寸较小，我无法使用X射线衍射进行原子级检测。因此，我利用多波长异常衍射扫描分析，通过异常模式对镓离子进行定位。我测得的最大异常波能量为10378.1 eV，与镓的识别波能量10370.0 eV（p<1*10-19）非常接近，这证实了镓在该基序中的存在。尽管晶体尺寸较小，我还是利用镓离子介导构建了第一个DNA张拉整体三角形。未来的应用可能会修改这个新的Z-DNA原型，使其逃避免疫系统的攻击，从而创造出首个镓DNA介导的癌症疗法。

ENBM027 - 重力变化对发育和健康的影响

商业太空旅行的可行性日益增强，引发了人们对航天生物效应的兴趣。暴露于重力变化，包括太空微重力、发射和模拟环境中的超重力，会带来重大的生理挑战。\n为了验证这一点，研究人员在控制环境条件的同时，使用离心机将果蝇幼虫置于超重力环境中，并使用随机定位仪模拟低重力环境。在行为追踪的同时，对发育指标（包括化蛹时间、存活率、成虫羽化和形态变化）进行了分析。随后，研究人员进行了纳米孔测序以评估基因表达，并将结果与美国宇航局的OSD-96和OSD-347心脏和一般发育数据集进行了比较。该假设被接受，证实了重力变化会在发育过程中引发显著的遗传和行为变化。\n了解重力变化的影响对于改进健康研究至关重要。虽然重力变化可以带来益处，例如增强脑瘫、骨质疏松症和脑损伤等疾病的康复，但它也可能扰乱细胞功能和发育。研究还可能揭示癌症生长和转移的新见解。这些发现可能对人类健康的未来至关重要，为医学治疗和康复策略带来潜在的突破。\n此外，了解重力变化对于确保宇航员在长期任务中的安全至关重要。虽然这项研究仍处于早期阶段，但它在开发基于重力的疾病治疗方法以及提高人类在太空和地球上的表现方面具有巨大的潜力。

ENBM026 - 糖尿病神经病变的人工智能检测与预防

每30秒，就有一人因糖尿病并发症失去下肢。全球5.37亿糖尿病患者中，约50%患有糖尿病性周围神经病变 (DPN)，其中75%发生在医疗资源匮乏的低收入地区。这种神经损伤会导致压疮、感染以及无法愈合或需要截肢的骨折。目前的诊断方法要么极其不准确，例如单丝测试的准确率仅为50-75%；要么价格高昂，例如神经传导检查的费用高达500-2,000美元；而预防措施则依赖于无效的批量生产矫形器或成本高昂的定制矫形器。本研究致力于设计低成本的压力感应鞋垫，以便及早发现DPN，并利用压力数据创建价格合理的个性化3D打印矫形器，以防止进一步的并发症。收集了 34 名神经病患者和 21 名对照者的压力数据，以训练梯度提升随机森林模型，该模型的准确率达到 83.33%，AUC 为 0.875。这个不到 100 美元的系统明显优于单丝测试，可与神经传导研究相媲美。除了检测之外，该系统还可以模拟压力模式，设计出每双约 5 美元的可变密度 3D 打印矫形器。这些矫形器提供通用选项无法提供的个性化压力重新分配，有可能预防溃疡和随后的并发症。这项研究通过提供可访问的技术来检测 DPN 并防止资源有限地区数百万例不必要的截肢，使全球医疗保健民主化，有可能改变全球糖尿病护理，并显著减少 DPN 仅在美国每年 46-137 亿美元的经济负担。

ENBM025 - 水肿治疗的新思路

Flexshoe 旨在解决足踝肿胀和血液循环问题，尤其常见于老年人，尤其适用于足部水肿、慢性静脉功能不全和糖尿病性水肿等病症。这些病症通常会导致液体积聚，从而限制活动能力和舒适度。目前的治疗方法，例如加压绷带和医疗器械，会限制活动能力，使日常活动变得困难。Flexshoe 将加压疗法与穿戴者在接受治疗的同时保持活动能力相结合。靴子内的气囊会周期性或静态地对脚踝和腿部施加压力，以减少肿胀和液体积聚，类似于目前的医疗器械。Flexshoe 内置气泵、Arduino、电机控制器、开关和电池。柔性传感器测量脚踝周长并将数据发送到 Arduino，Arduino 会调节气囊中的空气，确保压力稳定且安全（30mmHg - 80mmHg）。Flexshoe 还集成了 WiFi 连接，可通过连接的应用程序控制自定义循环。与目前的间歇性气压装置和上一代产品相比，Flex Shoe 的功能有所增强，包括更精确的柔性传感器、更轻的重量（2.67-1.17 公斤）以及可自定义的充气/放气时间，从而提升舒适度和功效。不仅如此，通过使用不同严重程度（轻度：10-15%，中度：15-20%，重度：超过 20%）的足部模型进行测试，该装置能够完全减少柔性传感器测量的踝周长，并有效排出模拟淋巴液。Flexshoe 将灵活性与治疗效益相结合，帮助患者控制足部肿胀和血液循环问题，从而促进独立生活和整体健康。

ENBM024T - 盲人

该项目的目标是设计一款利用超声波传感器为视障人士设计的导航设备。我们首先研究了计划使用的组件，然后绘制了一张可能解决方案的草图。我们的第一个草图是一副用户佩戴的耳机。耳机上装有一系列传感器，这些传感器将连接到耳机背面的Arduino开发板。Arduino的输出将被发送到一个手持接口，该接口将使用螺线管按压用户手部的不同位置，以指示物体相对于用户的位置。经过同行评审后，我们意识到将传感器和设备佩戴在用户头上并非最佳方案，因此我们绘制了一张新的草图。新的草图描绘了一条用户佩戴的背带，背带上装有传感器。我们还决定使用振动电机代替螺线管，因为螺线管的价格比振动电机高。原型设计完成后，我们开始进行实验，以评估解决方案的性能。我们通过测量传感器是否能够检测到不同角度和距离的不同类型物体来做到这一点。我们得出结论，我们的原型实际上运行正常，而且性能比预期更好。

ENBM022T - 经济高效的心脏声音传感器

该项目旨在推进技术设计和医疗应用，最终打造出一款经济高效的临时听诊器，供广泛使用。我们使用 Arduino UNO R4 和 MAX4466 声音传感器，从零开始开发了一款功能齐全的数字听诊器。之后，我们应用软件滤波和数字信号处理技术进一步降低噪音。最后，我们设计并测试了各种听诊器瓶体，以获得最佳的外壳和声学性能。无论内部材质如何，带有开口颈部的听诊器瓶体都能提供比全尺寸双面听诊器更清晰的共振。铝箔材质会造成过多的干扰，导致难以区分真实的心跳和细微的移动。该项目展示了如何将低成本、简单的组件组合起来，打造出适用于资源有限环境的功能性医疗设备。

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2025 Regeneron ISEF大奖-ENBM生物医学工程获奖作品汇总-2

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。

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ENBM生物医学工程获奖作品集合

ENBM037 - 开发可调节小腿假肢

膝下截肢 (BKA) 或小腿截肢是一种在小腿严重患病、受损或失去功能时进行的挽救生命的手术。尽管 BKA 接受者通常成功率很高，但获得适当的护理仍然是一项挑战，尤其是在资源匮乏的地区。对于小腿截肢者来说，一个重要的问题是体液潴留变化导致残肢体积波动，这会极大地影响假肢的贴合度和功能。对于肢体快速生长且需要频繁更换假肢的儿科患者来说，这个问题更为明显。遗憾的是，传统假肢开发的高成本和复杂性使得这些问题更加难以解决。本项目旨在利用先进的 3D 打印技术，开发一种能够适应体积波动的假肢，同时兼顾价格实惠、耐用性和模块化，从而解决这些问题。最终的装置有望提高全球小腿截肢者的可及性和护理质量。

ENBM036 - AutoTKT：直观的极度出血控制

无论是在平民还是战斗创伤病例中，失血过多都是可预防死亡的主要原因。我的项目“智能止血带”旨在探索一种自动止血带的开发，旨在减少失血，并减少用户培训。我假设，虽然我的自动止血带的效果不如 CAT 7 手动止血带，但它仍然可以显著地预防失血。为了验证这一点，我设计了一款电动止血带，它采用了高扭矩伺服电机和基于扎带的棘轮系统，并由 ESP32 微控制器驱动。在假肢上使用压力表后，我发现我的设备的性能比 CAT 7 低 29.70%，但压力仍然增加了 70%，这支持了我的假设。虽然我的设计不如手动止血带有效，但它为紧急情况提供了一种简单、低成本的替代方案。未来，我计划增加一个更高扭矩的电机，并改进我的设计，以便更便宜地批量生产我的止血带。

ENBM035T - 人工智能脉络膜黑色素瘤检测

脉络膜黑色素瘤是一种罕见的癌性眼部肿瘤，约每百万白人中就有六人受到影响 (Soliman et al., 2023)。约 50% 的患者会出现转移，这意味着癌症会扩散到身体的其他部位 (Durden, 2023)。由于该肿瘤与良性病变脉络膜痣 (Cheung et al., 2012) 具有相同的视觉特征和无症状倾向，因此很难检测。早期发现脉络膜黑色素瘤对于提高生存率和获得更成功的治疗结果至关重要。人工智能 (AI) 可以减少误诊，通过提高诊断准确性和促进早期分类来做出更明智的决策，这对于成功的治疗结果至关重要。本研究利用人工智能，特别是卷积神经网络 (CNN)，通过视网膜图像对脉络膜黑色素瘤进行分类。预训练模型的性能通过精确度和召回率进行评估，两者平衡以衡量整体准确度。结果显示，脉络膜黑色素瘤的检测准确率为96%，召回率为100%。同样，其他类别的准确率也很高，健康眼部为96%，其他眼部疾病为95%。该模型支持早期检测和分类的潜力展现出其高可靠性；然而，人工智能应该作为一种辅助工具，而非独立的诊断工具。通过改善早期检测并降低延迟诊断的风险，人工智能在改善患者预后和推进眼科诊断方面迈出了充满希望的一步。

ENBM075 - 综合步态捕捉

肌肉骨骼和神经系统疾病是导致残疾和疾病的最大驱动因素。目前，医生通过对可能的生物标记物和多种异常情况（例如患者在临床环境中发病很久之后的步行步态模式偏差）进行三角测量来诊断这些疾病。加速干预可以阻止病情进展，并可能降低跌倒、受伤、残疾以及随之而来的独立性丧失的发生率，从而降低生活质量。\n提出了一种无标记、不显眼的解决方案，旨在持续监测步态。与已知模式的异常和相似性有助于检测退化的早期症状。该系统测量患者行走的多个组成部分。在站立期，使用 16 点力敏阻力 (FSR) 压力传感器矩阵测量足底不同点的压力分布。在摆动期，使用 9 轴惯性测量单元测量用于计算步频、步长和运动形态的特征。通过分析时间序列读数，可以捕捉到全面的三维时空关系和姿势信息——步态参数。在未来的研究中，我们将利用云计算技术，识别与确诊患者步态模式的相似性。此外，该系统还可以利用纵向数据，检测与用户基线的偏差，并向未确诊患者发出警报。这款可穿戴设备的设计使其能够从日常生活活动中广泛收集数据，而不受受控环境的限制。这种方法可以实现更早的发现和干预，即使在难以接触到现场医生的情况下，也能获得更好的疾病预后。

ENBM034 - 神经假体：截肢者的更好解决方案

与传统假肢相比，神经假肢功能更先进，但其高昂的成本和侵入性操作限制了其普及性。本研究致力于开发一种低成本、非侵入式的神经假肢，同时保留其关键优势，例如感觉反馈和精确控制。该设备原型的成本不到 150 美元，使用表面电极检测腕桡肌伸肌和其他肌肉的活动。该设备为用户提供触觉反馈和温度反馈，使其假肢更加先进，并改善其生活质量。\n\n本研究采用了实验研究，使用两种不同的微控制器测试了原型的准确性和响应能力，并通过采访该领域的专家收集了定性研究数据。研究表明，非侵入式方法可以显著降低成本，提供有效的控制和反馈。未来的改进目标是增加触觉反馈，使假肢更加先进。本研究强调了价格实惠的神经假肢的潜力，它不仅能提高全球截肢者的可及性，还能推动假肢技术领域的发展。

ENBM033 - 用于定位和过滤声音的听诊器阵列

传统的听诊设备和方法在空间定位体音和抑制干扰方面存在固有局限性，从而限制了其诊断潜力。本项目开发了一种可穿戴多通道听诊器阵列原型，并提出了克服这些挑战的新型算法。每个原型的胸件都配备了一个数字MEMS麦克风，该麦克风安装在带有EcoFlex凝胶垫的柔性PCB上。每个胸件的性能以商用数字听诊器为基准，并在更宽的频率范围内表现出更高的功率谱密度。我们发现了一种新颖的Costas阵列胸件配置，符合听诊部位指南——优化了空间分辨率和硬件效率——并且相比其他阵列结构，其肺音定位精度更高。开发了一种新型的波束成形辅助机器学习混合定位方法，与单独使用SRP-DAS（受控响应功率延迟和求和）和单独使用机器学习方法相比，该方法可将定位误差降低34%-84%。采用新型双麦克风端射胸件的波束成形技术，可实现定向听诊，并以高空间精度消除干扰。该胸件设计的亚波长麦克风间距对于实现频率不变的波束模式至关重要，有助于解决胎儿-母亲心音混淆等医疗难题。大量的仿真和实验验证了硬件、算法和软件设计，结果证明了该系统在实现新的诊断能力和听诊可能性方面的潜力。

ENBM032 - 用于电线

肺癌 (LC) 占癌症相关死亡病例的五分之一，仍然是一项重大的公共卫生挑战 (美国肺脏协会，2024)。早期发现至关重要，因为局部性肿瘤和区域性肿瘤的 5 年生存率显著下降 (ACS，2024)。然而，CT 扫描等传统筛查方法费用超过 700 美元 (GoodRX，2024)，许多人，尤其是没有医疗保险的人，仍然难以负担。本研究探索了一种替代方案：使用由金属氧化物传感器 (MOS) 组成的电子鼻，利用人工智能驱动的呼出肺代谢物——挥发性有机化合物 (VOC) 分析。目标是开发并验证一种经济高效、非侵入式的非小细胞肺癌诊断工具。\n\n为了评估这种方法，我们基于路易斯维尔大学 Fu 博士实验室的数据集训练了一个结合长短期记忆 (LSTM) 网络和 XGBoost 的集成 AI 模型，该数据集包含 157 例肺癌病例、约 100 例良性病例和 193 例对照的挥发性有机化合物 (VOC) 谱。此外，我们还对三种挥发性化合物和 30 多只诱发肿瘤的小鼠进行了测试，以评估其统计学意义。\n\n该 AI 模型成功区分了癌性病例和非癌性病例，准确率高达 98.8%。对诱发肿瘤小鼠的体内测试结果显示，p 值小于 0.0001，证实了各组之间的 VOC 存在显著差异。这些结果以及该模型诊断肺癌 (LC) 的能力，凸显了呼吸组学作为现有 CT 筛查方法替代方案在肺癌诊断中的潜力。

ENBM031 - 评估酵母中的 p53-Mdm2 基因回路

肿瘤抑制蛋白p53在50%的人类癌症中发生突变。DNA损伤会激活激酶，通过磷酸化来稳定p53，而当p53发生突变时，激酶反而会促进癌细胞存活。目前针对p53的靶向疗法旨在递送野生型p53 (wt-p53)或抑制其负调控因子Mdm2。然而，这些疗法面临两大挑战：(1) 引导p53（可变的）下游效应导致细胞凋亡；(2) 克服抑制wt-p53活性的显性负性(dn-p53)变异。为了突破这些局限性，我设计了一种新的靶向蛋白表达的癌症治疗方法，称为基因回路疗法（GC-Therapy），并在p53反应性酿酒酵母菌株中进行了测试。该系统在两个独立启动子的作用下独立表达包含荧光报告蛋白 (EGFP) 或促凋亡蛋白 (hBAX 或 iCasp9) 的 p53 融合蛋白以及 Mdm2。我使用基于 ADE2 的比色菌落分析评估了 p53 活性，并使用荧光测量评估了 EGFP 活性。增加 Mdm2 表达可降低 p53 和 EGFP 活性，而抑制 Mdm2 表达则可恢复活性。两种促凋亡蛋白 (hBAX/iCasp9) 均无法显著降低细胞生长。较高的 p53 表达量优于 Mdm2 抑制，提示存在阈值效应。包含 EGFP 的融合蛋白均表达荧光，表明折叠正确且 p53 四聚化成功。然而，Mdm2 并未完全消除 p53-EGFP 荧光，这可能是因为 EGFP 在降解前立即激活。这表明，治疗应考虑具有延迟效应而非立即效应的 p53 融合蛋白，以便 Mdm2 有时间降解该蛋白。我的发现为设计类似的基因回路提供了初步的见解。

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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

ENBM046 - 用于抗生素输送的环糊精聚合物

药物输送，尤其是对于传染病而言，对非水溶性药物的生物利用度和溶解度提出了重大挑战。结核病 (TB) 等传染病因药物副作用大、剂量高以及患者依从性差而难以治疗。聚合物药物输送系统是一种很有前景的药物输送机制。环糊精是一种可生物降解的环状寡糖，是由葡萄糖分子连接而成的聚合物。由于环糊精是一种圆柱形分子，外部亲水，内部疏水，因此该聚合物能够提高抗生素等药物的溶解度。环糊精主要有三种类型：α-环糊精、β-环糊精和γ-环糊精，其特征是其大小。在本项目中，研究人员改变了环糊精圆盘的组成，以优化抗生素的输送。为了形成聚合物介质，圆盘的组成被改变为六种不同的组合。然后将这些圆盘浸入药物溶液中，装载利福平（一种抗结核病抗生素）。之后，将圆盘放入磷酸盐缓冲液 (PBS) 中，并每日分装和更换溶液。使用紫外分光光度计收集浓度数据，绘制每日平均吸光度图以分析药物释放速率。总体而言，我们的结果表明，改变介质成分表明抗生素具有良好的药物输送潜力。所有六种类型的圆盘均表现良好，在 24 小时内均表现出突释，随后持续释放。这表明环糊精具有良好的缓释能力，可用于治疗传染病。

ENBM045 - CRISPR sgRNA优化工具

CRISPR-Cas9 已成为治疗镰状细胞病和输血依赖性β地中海贫血等遗传疾病的催化剂。多重 CRISPR-Cas9 是 CRISPR 编辑的一个子系统，它将多个引导 RNA 序列编码到单个 CRISPR 阵列中，这对于多基因性状的高精度分析至关重要。然而，Cas9 导向的引导 RNA (gRNA) 的选择和优化仍然是当今基因治疗的最大障碍之一，而 CRISPR 阵列中多个 gRNA 的存在会成倍地增加最佳候选序列的数量。目前，用于 gRNA 阵列优化的计算技术很少，体内方法仍然成本高昂且效率低下。本研究提出了一种新型 gRNA 阵列优化工具，该工具利用混合深度学习架构和融合模块。OMEGA 使用双向长短期记忆网络与门控循环单元相结合来启用染色质上下文，从而显著提高优化精度。此外，还采用遗传算法对 gRNA 阵列进行组合优化。该混合模型基于16个实验性且功能验证的gRNA数据集进行训练，经过大量的超参数调整和反向传播优化gRNA阵列。为了方便研究人员自行判断，该模型允许用户自定义原型间隔区相邻基序、凸起以及基于细胞的计算建模。训练后，OMEGA在四个关键基准上成功超越行业标准：命中效率、脱靶预测、最小自由能和收敛时间，同时保持理想的GC含量。OMEGA是一个极具潜力的计算工具，可用于优化gRNA阵列的选择，从而提高基因靶向准确性并降低脱靶效应。

ENBM044 - OpenChip：器官芯片创新的民主化

器官芯片 (OOC) 装置有望彻底改变药物检测，成为一种符合伦理道德且可替代传统体外检测方法的方案。然而，由于当前制造方法固有的可及性、标准化和可重复性不足，进一步的研究和应用受到限制。为了解决这些问题，本研究开发并验证了一种低成本的器官芯片制造技术，该技术使用广泛可用的工具和材料。将标准熔融沉积成型 (FDM) 3D 打印技术与受控的丙酮蒸汽平滑工艺相结合，以生产高保真母模。该工艺通过调整打印参数、表面处理技术、暴露环境和蒸汽暴露时间进行迭代优化。为了进行概念验证，我们制造了一个基于 PDMS 的肺芯片装置。表面粗糙度从 7.11 µm（打印状态）降低到 0.620 µm（加工状态），COMSOL Multiphysics 仿真证实了与生理条件一致的均匀剪切应力分布。该方法将器官芯片制造的边际成本降至每芯片 0.60 美元，与传统光刻方法相比降低了约 10 倍。该制造技术中使用的所有资源均可在 OpenChip 上免费获取。OpenChip 是首个开源存储库，旨在共享可访问且经过验证的器官芯片设计、方案和性能数据，从而实现器官芯片技术的普及，并促进更广泛的生物医学创新参与。

ENBM043 - 长距离聋盲通信系统

Usher综合征是一种先天性疾病，会导致严重的听力和视力丧失。尽管全球有1.4亿聋盲患者，但相关研究和支持仍然不足。现有的辅助技术需要解放双手，价格昂贵、体积庞大且使用困难。目前，聋盲人的交流方式仅限于触觉交流，无法在近距离互动之外进行，这进一步将聋盲人与社会隔离开来。因此，我们需要一种远程交流的方法。本研究提出了一种高度个性化的实时远程可穿戴通信设备，适用于Usher综合征患者及更广泛的聋盲人群。该系统利用表面肌电图（sEMG）传感器对肌肉激活模式进行分类，并将其转化为触觉反馈，提供给远程接收者。一种新颖的、可快速定制的手势分类系统为每个用户创建小型的个性化模型。这些小型模型考虑了肌肉信号特征的变化，使系统能够应对用户特定的差异。基于云的架构降低了计算复杂度，并实现了经济高效的硬件。这款可穿戴手套内置振动马达，可根据触觉手语刺激手指，有效传达信息。经加州大学伯克利分校IRB批准，在小样本人类受试者中进行的人体测试表明，个性化模型在分类准确率方面优于跨用户模型。此外，实时测试证实端到端延迟低于一秒，凸显了该系统在远距离、可穿戴、个性化聋盲通信方面的潜力。

ENBM042 - 用于心脏辅助的人工智能驱动的HASEL执行器

心力衰竭 (HF) 是全球主要死因，影响全球 6000 万人，并导致 1790 万人死亡。传统的心室辅助装置 (VAD) 是一种常见的解决方案，但由于其设计僵硬，面临着高再住院率和血栓或内出血等并发症等挑战。本研究提出了一种人工智能驱动的心室辅助人工肌肉，它使用液压放大自修复静电 (HASEL) 执行器来治疗心力衰竭。我使用 HASEL 执行器来提高可靠性和性能，其特点是材料柔软、生物相容性强，并且在介电击穿后具有自修复能力。这些 VAD 采用 EcoFlex 00-30 和硅基炭黑电极的多材料 3D 打印技术制造，以确保精确且可重复的几何形状。该装置具有 2 Hz 的快速驱动频率，无需血液接触，可实现 32.9% 的应变和 5.49 N*mm 的最大能量输出。该系统还采用机器学习 (ML) 进行力预测和控制，以解决 HASEL 的非线性问题。有限元建模 (FEM) 用于优化执行器的控制和行为，并收集训练数据。ML 模型的相关度达到 91%，表明输入力和输出力之间具有高度相关性。执行器中集成了一个柔性压力传感器，用于实时监测力输出。该执行器已在人体模型上进行测试，以证明该设备在心脏模型上的有效性。通过结合先进的 HASEL 执行器设计和人工智能，该系统提供了一种有前景的全新解决方案，能够突破当前 VAD 技术的局限性，从而提高心力衰竭 (HF) 患者的生活质量。

ENBM041 - 用于缓释药物的明胶膜

血管损伤会引发一系列炎症反应，从而破坏组织修复，并增加血管再狭窄和血栓形成的风险。Resolvin D1 (RvD1) 是一种源自 Omega-3 脂肪酸的内源性脂质介质，有助于炎症消退和血管再生，但其临床应用受限于快速的全身清除和低效的局部递送。为了克服这些局限性，我们开发了一种 10 µm 可生物降解的明胶基薄膜，以实现 RvD1 的持续、位点特异性释放。制备工艺包括旋涂以获得均匀的厚度，以及激光切割以获得尺寸精度，并优化交联密度以控制生物吸收，并实现 56 天的释放曲线。体外评估显示，使用血管平滑肌细胞 (VSMC) 进行评估，薄膜介导的 RvD1 递送可降低 39% 的增殖、22% 的迁移和 36% 的炎症细胞因子表达。表征方法包括细胞增殖和伤口愈合试验、模拟生理剪切应力的血流室以及量化释放动力学的扩散室。扫描电子显微镜证实了形态的均匀性，降解试验验证了薄膜的可控吸收。为了预测体内性能，我们使用 COMSOL Multiphysics 模拟兔动脉模型中的药物扩散、降解和组织反应，证明了其有效的局部药物保留和治疗递送。该工程平台为调节血管炎症和增强组织再生提供了一种新颖的解决方案。其生物降解性、缓释特性和经过验证的性能表明，其在预防血管再狭窄和血管修复方面具有强大的临床应用转化潜力。

ENBM040 - IMD 的无线充电和数据检索

全球数百万患者需要使用植入式医疗设备 (IMD) 来治疗慢性疾病。这些设备使用不可充电电池，需要进行侵入性且可能存在危险性的手术来更换，这不仅会给患者带来极大的不适感，还会增加住院费用、感染风险以及潜在的心脏并发症。因此，这些设备的非侵入式充电技术已成为患者长期健康研究的关键前沿。\n\n本项目利用 IMD 的无线电力传输 (WPT) 技术，具体是通过电感耦合原理和绞合线线圈，测试植入式电池的无线充电（重点研究 IMD 为起搏器）。为了模拟真实的体内情况，我们构建了一个人体模型，测量了电力传输效率、电压要求、皮肤温升和整体使用安全性等因素，以确定其生物相容性。本项目还探索了开关键控 (OOK) 调制技术，该技术允许通过二进制编码数据从植入式传感器中检索数据（例如血压、血氧饱和度和 pH 值）。这种调制功能包含在供电系统内，无需在患者体内占用过多的额外空间。\n\n该模型仅需8小时的充电时间即可使先进的双心室起搏器运行两年。电感耦合系统引起的皮肤温度升高估计仅为可忽略不计的0.3摄氏度。OOK调制系统的测试也成功传输了一小段二进制数据序列。总而言之，该项目的模型能够演示植入式电池的无线充电，并模拟从植入式传感器检索二进制数据。

ENBM038 - 用于治疗镰状细胞病的RBC-EV

本实验旨在探究将特定的microRNA（miRNA）加载到红细胞衍生的细胞外囊泡（RBCEVs）中，是否能够降低内皮细胞活化并改善镰状细胞病（SCD）患者的血管健康。SCD是一种遗传性疾病，其特征是新月形红细胞阻碍血液流动和氧气输送，从而导致严重的健康并发症。目前的治疗方法有限，风险很高，且无法有效地解决遗传因素。\n为了探索这种潜在的治疗方法，我们采用超速离心法从全血样本中分离RBCEVs，并通过纳米粒子追踪分析（NTA）和uBCA蛋白分析来评估其大小、浓度和颗粒数量。样本来自血液浓度正常且蛋白质纯度介于两者之间的个体。\n我们假设，加载miRNA的RBCEVs可以降低内皮细胞活化。初步结果支持将RBCEVs用作治疗递送系统的可行性。然而，还需要进一步的实验来确认对内皮细胞的功能影响并优化 miRNA 的负载和递送效率。\n这项研究强调了 RBCEV 作为解决 SCD 相关并发症的新型治疗工具的潜力，为未来针对性递送系统和更广泛的治疗应用的研究铺平了道路。

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加拿大本土的 STEM 赛事！深度解读 CWSF 加拿大全国科学展，教你如何晋级 ISEF！

在全球范围内，STEM 教育的重要性日益凸显，它不仅培养学生在科学、技术、工程和数学领域的技能，更为未来的创新和发展奠定基础。加拿大作为教育强国，拥有丰富多样的 STEM 教育资源和赛事活动，其中，加拿大全国科学展（Canada-Wide Science Fair，简称 CWSF）尤为引人注目。这一赛事不仅在加拿大本土具有极高的影响力，更是通往国际科学与工程大奖赛（ISEF）的重要途径。本文将深入剖析 CWSF，为你揭开这场科学盛宴的神秘面纱，并详细介绍如何通过 CWSF 晋级 ISEF。

CWSF 赛事简介

赛事历史与背景

CWSF 始于 1962 年，是加拿大历史最为悠久且规模最大的年度青年 STEM 活动，由加拿大青年科学协会（Youth Science Canada，简称 YSC）主办。YSC 致力于将加拿大打造成为科学和创新强国，通过举办 CWSF，为全国的青少年提供了展示科研才华的平台，激发他们对 STEM 领域的兴趣和热情。

赛事宗旨与目标

CWSF 的宗旨是庆祝好奇心、创新精神以及加拿大下一代科学家的诞生。它不仅仅是一场竞赛，更是一个促进青少年成长、学习和获得启发的平台。赛事旨在挖掘和培养加拿大未来的科研之星，展示 7 至 12 年级学生在科学研究和创新方面的潜力，鼓励他们探索未知，解决现实世界中的问题。

赛事影响力

CWSF 汇聚了来自加拿大各地的顶尖青少年科技爱好者。每年，超过 100 个区域 STEM 展览会网络中的优秀学生带着他们的创新项目参与其中。例如，在 2025 年的赛事中，来自全国各地的 390 名学生入围决赛，展示了 339 个涵盖科学、技术、工程和数学（STEM）的创新项目，吸引了超过 5,000 名现场观众和逾 30,000 名线上参观者。这些项目不仅展示了学生在科学技术上的探索能力，更体现了他们关注社会、解决问题的责任意识。CWSF 已经成为加拿大本土 STEM 教育成果的集中展示窗口，对推动加拿大的科技发展和创新文化起到了积极的促进作用。

CWSF 参赛资格与流程

参赛学生资格

CWSF 面向所有在加拿大的 7 - 12 年级学生开放。这些学生需要首先在各自所在地区的 STEM 展览会上脱颖而出，才有机会晋级 CWSF 全国决赛。地区科学展览（Regional Science Fairs）是 CWSF 的基层选拔赛事，面向各地区的学生，主要考察学生的基础科学知识和实验设计能力。只有在地区赛中获得优异成绩的学生，才能代表所在地区参加全国性的 CWSF 赛事。

赛事选拔流程

学生想要参加 CWSF，首先要关注所在地区科学展览会的报名时间和要求，通常各地区的报名时间和赛事安排会有所不同。以多伦多地区为例，2025 年的区域赛在 2025 年 1 月 13 日 - 3 月 5 日开放提交材料，学生提交相关科研项目材料后等待结果颁奖，无需参加答辩，金奖项目会被选拔到 CWSF 决赛。而其他地区可能还需要学生进行现场展示和答辩等环节，经过评委评审后，选拔出晋级 CWSF 决赛的学生。

项目要求与类别

CWSF 接受的项目类别广泛，涵盖了健康科学、环境科学、工程学、计算机科学、数学等多个领域。学生的项目需要具备创新性、科学性和实用性，能够体现学生对某一科学问题的深入研究和独特见解。项目报告需要详细阐述研究背景、目的、方法、结果和结论等内容，同时要展示学生在研究过程中所运用的科学思维和实验技能。例如，在 2025 年的赛事中，有学生的项目聚焦于精神疾病治疗、AI 食物追踪、急救服务优化、食品保鲜等社会热点问题，这些项目从不同角度展示了学生对现实世界问题的关注和利用科学技术解决问题的能力。

CWSF 赛事亮点与特色

多元化的项目展示

CWSF 的项目展示区（Project Zone）是一大亮点，在这里，学生们向评委、其他参赛者、教育工作者和公众展示他们的研究成果、创新解决方案和技术发明。参观者可以看到各种令人惊叹的项目，从复杂的工程模型到前沿的科学研究，涵盖了多个学科领域。这些项目不仅展示了学生扎实的学术知识，更体现了他们的创新思维和实践能力。

丰富的互动体验活动

赛事期间还设有 CWSF STEM Expo，提供了丰富的实践互动活动。包括实验操作、手工制作、编程体验、机器人展示、本土知识介绍、精彩的演讲和激动人心的演示等，由众多公司、组织、机构、博物馆及其他 STEM 相关组织参与举办。例如，学生和观众可以亲身体验机器人编程的乐趣，了解本土文化中的科学智慧，观看各种神奇的科学演示实验，这些互动活动极大地激发了参与者对 STEM 领域的兴趣。

权威的评审与奖项设置

CWSF 的评审团队由 200 多位来自科学、工程、医疗等领域的专业评委组成，他们以严格的标准和专业的视角对学生的项目进行评估。在 2025 年的博览会上，共有 219 位学生获得了将近 130 万加元的奖学金和各类奖项。这些奖项不仅是对学生科研成果的认可，更为他们未来的学术和职业发展提供了有力支持。获得重要奖项的学生在大学申请中具有显著的竞争优势，还有机会获得科研项目资助和进入知名科研机构实习的机会。

从 CWSF 晋级 ISEF 的途径

ISEF 简介

国际科学与工程大奖赛（ISEF）是全球规模最大、最具影响力的中学生科学竞赛之一，汇聚了来自世界各地的优秀学生。能够参加 ISEF 并取得优异成绩，对于学生的学术发展和未来规划具有重大意义。

CWSF 与 ISEF 的关联

加拿大的学生可以通过 CWSF 晋级 ISEF。在 CWSF 赛事中表现出色的学生将有机会成为加拿大国家队（Team Canada）的候选人，代表加拿大参加 ISEF。例如，在 2024 CWSF 上，YSC 国家评审团确定了大约 20 名选手作为 TC-ISEF 2025 的候选人。这些候选人以及符合条件的 2024 Team Canada-ISEF 的成员，将被邀请从 10 月至 2 月接受科学和项目发展支持。

晋级 ISEF 的具体流程

以 2025 年为例，在渥太华举行的 2024 CWSF 上确定的候选人，以及符合条件的 2024 Team Canada-ISEF 成员，在经过一段时间的科学和项目发展支持后，于 3 月向 Team Canada-ISEF 选拔小组展示各自的项目。选拔小组将从中选出 8 名成员组成 2025 年代表队参加 ISEF。需要注意的是，未入选的候选人将被鼓励再次参加地区 STEM 展览会，以获得另一个获得 CWSF 资格的机会，从而争取未来能够晋级 ISEF。同时，Team ISEF 成员必须是 9 - 12 年级且加拿大籍的学生。

参加 CWSF 的建议与准备

提前规划项目

学生应尽早确定研究项目，最好在地区赛开始前数月甚至一年就开始筹备。选择一个自己真正感兴趣且具有研究价值的课题，深入研究相关领域的前沿知识，确保项目具有创新性和可行性。在项目实施过程中，要认真记录实验数据和研究过程，遇到问题及时请教老师或专业人士。

提升科研技能

参加科研培训课程或加入科研社团，学习科学研究的方法和技巧，如实验设计、数据分析、文献检索等。多阅读科学期刊和研究报告，了解科学研究的规范和流程，提高自己的科研素养。同时，积极参加各类科学活动和讲座，拓宽自己的科学视野。

寻求指导与支持

在项目研究过程中，寻求老师、科研人员或专业导师的指导至关重要。他们可以帮助学生完善研究思路，解决技术难题，提供宝贵的建议和反馈。此外，学校和家庭的支持也不可或缺，学校可以提供实验设备和资源，家长可以鼓励学生坚持研究，为学生创造良好的科研环境。

加拿大全国科学展（CWSF）为加拿大的青少年提供了一个展示自我、追求科学梦想的绝佳平台，同时也是通往国际科学舞台 ISEF 的重要阶梯。通过参与 CWSF，学生不仅能够提升自己的科研能力和创新思维，还有机会获得丰厚的奖励和宝贵的发展机遇。希望更多对 STEM 领域充满热情的加拿大学生能够积极参与到 CWSF 中来，在科学的海洋中探索前行，为加拿大的科技发展贡献自己的力量。

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想进 MIT？先拿下 ISEF！ISEF 金字塔晋级路线全解析（内附获奖论文礼包）

在近几年的科研赛事领域，ISEF 无疑占据着顶尖地位，作为 MIT 官网推荐的学生赛事，它堪称青少年科学竞赛中的 “奥林匹克”。ISEF 的含金量极高，且全年都备受关注，这主要源于它并非一个单一的科学竞赛，而是一个庞大的竞赛集合体。其独特之处在于，并非所有人都有资格直接参与，而是需要通过全球各个地区的层层选拔，最终才能站在终极对决的舞台上。

ISEF 赛事基础介绍

参赛资格

ISEF 面向全球 9 - 12 年级（大致对应 14 - 18 岁）的高中生开放。然而，要踏上 ISEF 的征程，首先必须通过各地区附属赛的选拔。这一要求确保了参与到 ISEF 总决赛的学生都是经过层层筛选的精英。例如，无论是来自美国本土，还是中国、加拿大等其他国家的学生，都需遵循这一规则。

比赛形式

比赛要求 1 - 3 人组队完成一个深入研究的科学课题。在整个过程中，团队需要制作项目海报，以此直观展示研究内容及成果。同时，还需进行现场答辩，面对专业评委的提问，清晰准确地阐述研究思路、过程及结论。此外，提交一篇高质量的研究论文也是必不可少的环节，论文需涵盖从研究背景、目的到方法、结果及讨论等各个方面，全面呈现研究的科学性和完整性。

学科赛道

ISEF 设置了 22 个学科赛道，几乎涵盖了所有科学领域。包括动物科学、行为和社会科学、生物化学、生物医药和健康科学、生物医学工程、细胞和分子生物学、化学、计算生物学和生物信息学、地球与环境科学、嵌入式系统、能源化学、能源物理、机械工程、环境工程、材料科学、数学、微生物学、物理和天文学、植物科学、机器人与智能机、系统软件、转化医学等。如此广泛的学科覆盖，为不同兴趣和专长的学生提供了广阔的展示平台。

ISEF 独特的选拔机制

ISEF 采用金字塔式选拔机制，这一机制确保了每一位参赛选手都经过严格筛选。

附属赛

附属赛是遍布全球的预选赛，由 ISEF 的合作伙伴独立承办。这些赛事并非由 ISEF 直接组织，但它们都拥有各自严谨的评审标准和颁奖资格，从而保证了比赛的公正性和权威性。比如，在美国，不同州可能有多个地区赛作为附属赛；在中国，也有特定的赛事作为通往 ISEF 的预选赛。

名额分配

每个国家和地区入围总决赛的名额并非单纯依据参赛作品数量来确定，而是基于与 ISEF 主办方的协议。这种分配方式充分考虑了地区差异，同时确保了全球代表性。以中国为例，经过多年的合作与发展，在名额分配上有特定的数量规定，这既体现了中国在青少年科学教育方面的成果，也保障了中国学生有机会在 ISEF 的舞台上展示实力。

多重筛选

大多数地区采用多轮选拔制度，从校级到区级再到国家级，层层递进。以中国为例，在传统竞赛通道中，学生需从校级选拔开始，经过区赛、市赛、省赛，最终在全国总决赛中脱颖而出，才有机会代表中国参加 ISEF。只有在每一轮选拔中都展现出卓越的研究能力和科学素养，项目才能晋级下一轮。

各热门地区 ISEF 晋级之路详解

中国大陆地区

青少年科技创新大赛 - 传统竞赛通道

作为教育部白名单赛事和 ISEF 中国区附属赛，该比赛从校级选拔开始。学生们先在学校内部展示自己的科研项目，经过学校评审团的筛选，优秀项目晋级区赛。在区赛中，来自不同学校的项目展开竞争，胜出者进入市赛。市赛的竞争更为激烈，各地市的优秀项目汇聚一堂，争夺省赛名额。省赛则是全省范围内的高水平较量，最终在省赛中名列前茅的项目进入国赛。在全国总决赛中表现优异的学生，将获得参加中国科协青少年国际科技交流项目冬令营的资格，而从冬令营中选拔出的佼佼者，将代表中国出征 ISEF 决赛。

参赛资格面向全国中小学生，学科范围涵盖数学、物理与天文学、化学、生命科学等 8 大学科。这一赛事体系为广大中小学生提供了参与科研、展示才华的机会，从基层逐步选拔出最优秀的科研苗子。

英才计划

这是中国大陆另一个通往 ISEF 的重要途径。该计划仅限现届高一学生参与，且要求学科成绩排名年级前 10%。这一高标准确保了参与学生具备扎实的学科基础。选拔过程从市级选拔开始，通过市级选拔的学生进入省级选拔。在省级选拔中表现出色的学生，将进入为期一年的培养周期。在培养周期内，每位参与者将获得大学导师的悉心指导，深入开展科研项目。培养结束后，学员们将参加国选及 ISEF 国家队选拔，最终选拔出的优秀学员将获得 ISEF 决赛资格。值得注意的是，高中阶段学生仅有这一次参赛机会，因此显得尤为珍贵。

ISEF 四川科学工程大赛

这是中国大陆唯一官方认证的 ISEF 附属赛，专为外籍学生设立。2025 年该赛事提供 3 个直通 ISEF 的名额，较以往有所缩减。比赛由学校组织报名，每校限额 3 人。这一赛事为在中国就读的外籍学生提供了参与 ISEF 的专属通道，让他们能够在自己所在地区参与选拔，有机会走向国际科研竞赛的大舞台。

美国地区

美国作为 ISEF 的主办国，拥有最为完善的选拔体系。学生首先要参加所在地区的附属赛，例如在加州，就有多个地区赛。学生们在地区赛中展示自己的科研项目，经过评审，表现优秀的项目晋级。不同地区赛的竞争程度因当地教育资源和学生参与度的不同而有所差异。各州最优秀的项目最终获得晋级 ISEF 总决赛的资格。然而，不同州的竞争激烈程度差异很大，名额分配基于人口和历年表现。像一些人口密集且教育水平较高的州，如加利福尼亚州、纽约州等，竞争往往异常激烈，而一些人口相对较少的州，竞争压力相对较小，但同样需要学生具备出色的科研实力才能脱颖而出。

加拿大地区

加拿大作为 ISEF 的重要参赛国，拥有独特的选拔体系。以下是加拿大各地区主要的 ISEF 晋级路径：在安大略省，学生可以通过参加当地的科学竞赛，如安大略省科学与工程竞赛（Ontario Science and Engineering Fair），在竞赛中获得优异成绩后，有机会晋级更高级别的赛事，最终角逐 ISEF 的参赛资格。在魁北克省，类似的省级科学竞赛也作为选拔的初始环节，学生们从校级比赛开始，逐步晋升到省级比赛，再向 ISEF 的目标迈进。不同省份的选拔机制在细节上可能有所不同，但总体都是通过多轮筛选，选拔出最具潜力的学生代表加拿大参加 ISEF。

ISEF 获奖论文汇总

为了帮助学生更好地了解 ISEF 的要求和优秀项目的标准，我们特别准备了 ISEF 获奖论文礼包。该礼包包含了历年来在 ISEF 中获得优异成绩的论文。这些论文涵盖了各个学科领域，从选题的创新性、研究方法的科学性到论文撰写的规范性，都具有极高的参考价值。学生们可以通过研读这些论文，学习如何提出有价值的研究问题，如何设计合理的实验方案，以及如何清晰准确地呈现研究成果。例如，在生物医学领域的获奖论文中，学生可以学习到如何运用前沿的生物技术进行疾病研究；在工程学的论文中，能了解到创新的设计思路和实际应用案例。通过对这些论文的学习，学生们能够更有针对性地准备自己的科研项目，提高在 ISEF 以及其他科研竞赛中的竞争力。

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