多功能Cu₂O/g-C₃N₄异质结：高性能SERS传感器与光催化自清洁系统在水污染检测与修复中的应用 学术背景 随着工业化和农业活动的快速发展，水污染已成为全球性的重大环境问题。大量的有害物质，如染料、抗生素和农药，持续被排放到水体中，直接或间接地破坏了水生生态系统，并对人类健康构成严重威胁。传统的污水处理技术难以完全消除或降解这些持久性、隐蔽性和复杂性的污染物。因此，开发能够高效检测和修复水污染的多功能设备变得尤为重要。 表面增强拉曼散射（Surface-Enhanced Raman Scattering, SERS）技术因其高灵敏度和广谱检测能力，已成为痕量污染物检测的有效方法。然而，传统的SERS基底依赖于贵金属（如金或银），这些材料成本高且易腐蚀，限制了其大规模应用。相比之下，基于半...
基于低噪声振荡读出电路的高分辨率MEMS石英谐振加速度计研究 学术背景 微机电系统（MEMS）加速度计在惯性导航、地震检测、可穿戴设备和智能机器人等领域有着广泛的应用。特别是在卫星控制和无人水下航行器等应用中，高分辨率和低漂移的加速度测量是至关重要的性能指标。MEMS谐振加速度计通过将输入加速度信号调制到载波频率，并输出敏感元件的谐振频率作为测量值，相较于幅度输出型加速度计（如MEMS电容加速度计）具有更低的噪声水平。此外，谐振加速度计还具有高分辨率、宽量程、大动态范围和良好的环境适应性等优点，逐渐成为高分辨率MEMS加速度计的研究热点。 然而，MEMS谐振加速度计在静态输入条件下（通常为0 g加载）的加速度输出波动主要源于温度场波动或背景噪声等环境因素。虽然温度引入的趋势可以通过多项式拟合...
基于压电纳米发电机的声能收集技术进展 学术背景 随着物联网（IoT）设备的普及，对可持续能源的需求日益增加。传统的电池供电方式存在寿命有限、维护成本高等问题，因此，研究人员开始探索从环境中收集能量的创新方法。声能收集（Acoustic Energy Harvesting）作为一种新兴技术，利用环境中的噪声通过压电效应将其转化为电能，具有广泛的应用前景。压电纳米发电机（Piezoelectric Nanogenerators, PENGs）是声能收集的核心技术之一，其通过压电材料将机械振动转化为电能。本文综述了PENG技术在声能收集中的最新进展，探讨了材料选择、结构设计以及实际应用中的挑战与解决方案。 论文来源 本文由Fandi Jean、Muhammad Umair Khan、Anas Al...
基于电热驱动的Al-SiO₂双材料微夹持器的研究 学术背景 微夹持器（microgripper）在微米和纳米尺度的组装与操作中扮演着至关重要的角色，广泛应用于微电子、MEMS（微机电系统）和生物医学工程等领域。为了确保对脆弱材料和微小物体的安全操作，微夹持器需要具备高精度、快速响应、易于操作、强可靠性和低功耗等特性。尽管已有多种驱动机制的微夹持器被开发出来，如静电驱动、电磁驱动、光驱动等，但这些技术仍存在一些局限性，例如光驱动微夹持器需要特定的光源和光学路径，静电驱动微夹持器需要高电压，电磁驱动微夹持器则涉及复杂的磁场生成系统。因此，开发一种高性能、小型化、易于操作且广泛适用的微夹持器仍然具有重要意义。 电热驱动微夹持器因其结构简单、驱动电压低且能够实现显著的结构变形而备受关注。本文研究团队...
微型鸭嘴阀在脑积水治疗中的制造与体内测试 学术背景 脑积水（Hydrocephalus）是一种由于脑脊液（Cerebrospinal Fluid, CSF）产生与吸收失衡导致颅内脑脊液积聚的复杂病理状态。脑脊液的积聚会导致颅内压（Intracranial Pressure, ICP）升高，进而对大脑造成损害。目前，脑积水的标准治疗方法是植入分流管（Shunt），将多余的脑脊液引流至腹腔。然而，分流管在长期使用中存在较高的故障率，导致患者需要多次手术修复或更换分流管。分流管故障的主要原因包括阻塞、感染、过度引流或引流不足等。因此，开发一种更可靠、性能更优的替代方案成为当前研究的重点。 本研究提出了一种微型鸭嘴阀（Duckbill Valve），旨在模拟蛛网膜颗粒（Arachnoid Granu...
零阻力流体隐身技术的突破 学术背景 在现代微流体和纳米工程领域，隐身特性（invisibility characteristics）对于确保侵入物体与周围环境之间的无干扰相互作用至关重要。例如，在微流控芯片中运输生物分子或精确控制药物释放时，隐身特性能够显著提高操作的准确性和效率。此外，隐身特性在实现流体动力学零阻力（hydrodynamic zero-drag）性能方面也具有重要意义，这有助于缓解全球能源危机。然而，长期以来，达朗贝尔悖论（d’alembert paradox）和未解决的纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes equations）阻碍了零阻力流体隐身技术的发展。达朗贝尔悖论指出，在理想流体中，物体运动时不会受到阻力，但在实际流体中，阻力始终存在。这一悖论使得在广泛的...
超高场动物磁共振成像系统的技术更新 学术背景 动物磁共振成像（MRI）系统在临床前研究中具有重要地位，通常比传统的人类MRI系统提供更优越的成像性能。然而，由于系统组件的多样性和集成调试的复杂性，实现这些系统的高性能具有挑战性。特别是，超高场动物MRI系统需要生成极高的磁场强度和梯度磁场，同时确保磁场的均匀性和稳定性。此外，系统的安装、维护和调试也需要考虑磁场屏蔽、机械耦合和热管理等多个方面。尽管市场上已有一些商业化的动物MRI系统，但关于硬件性能（如超导磁体和梯度线圈）的最新技术更新仍然缺乏详细的报道。 本文由Yaohui Wang、Guyue Zhou、Haoran Chen、Pengfei Wu、Wenhui Yang、Feng Liu和Qiuliang Wang共同撰写，发表于202...
学术背景 电压成像（voltage imaging）是一种用于研究神经元活动的强大技术，但其有效性通常受到低信噪比（SNR）的限制。传统的去噪方法，如矩阵分解，对噪声和信号结构施加了严格的假设，而现有的深度学习方法未能完全捕捉电压成像数据中固有的快速动态和复杂依赖关系。为了解决这些问题，本文提出了一种名为CellMincer的新型自监督深度学习方法，专门用于去噪电压成像数据集。CellMincer通过掩码和预测短时间窗口内的稀疏像素集，并结合预计算的时空自相关来有效建模长程依赖关系，从而显著提高了去噪效果。 电压成像利用荧光报告分子（如小分子染料或基因编码的蛋白质）来测量电活性细胞的膜电位。与传统的膜片钳电生理学（patch-clamp electrophysiology, EP）相比，电压...
学术背景 杜氏肌营养不良症（Duchenne Muscular Dystrophy, DMD）是一种遗传性肌肉疾病，是日本最常见的肌营养不良类型。DMD 由 X 染色体上的 dystrophin 基因突变引起，导致肌肉纤维中缺乏或缺陷的 dystrophin 蛋白，进而引发肌肉纤维膜通透性增加、钙离子内流、活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）产生以及细胞坏死等一系列复杂事件。慢性肌肉退化导致炎症细胞持续积累，进一步加剧疾病进展。目前，DMD 的诊断主要依赖于体格检查、家族史和实验室检测，分子诊断技术如微阵列和肌肉活检也被广泛应用。然而，DMD 的病理生理机制复杂，涉及炎症、线粒体功能障碍和氧化还原状态失调等多个方面，因此，如何非侵入性地评估 DMD 患者的局部炎...
随机结构照明显微镜（S2IM）：无扫描超分辨率成像技术的研究报告 学术背景 在超分辨率显微镜领域，传统的结构照明显微镜（Structured Illumination Microscopy, SIM）技术依赖于精确的机械控制和微米级的光学对准，以实现高分辨率成像。然而，这种技术要求复杂的硬件设备和高精度的操作，限制了其在某些应用场景中的使用，尤其是在需要长工作距离或非侵入性成像的环境中，如眼科检查、天文观测或活性物质研究。为了解决这些问题，意大利理工学院（Italian Institute of Technology）的研究团队提出了一种新的超分辨率成像方法——随机结构照明显微镜（Stochastically Structured Illumination Microscopy, S2IM）...