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從蜘蛛絲汲取靈感制作電極，軟到超乎想象

在《拾荒者統(tǒng)治》這部熱門科幻劇集中，生命科學與信息技術完美交融，共同演繹出一個“神奇生物在這里”的神秘瑰麗星球。近期，中國科學院深圳先進技術研究院深圳先進集成技術研究所神經(jīng)工程中心李光林／劉志遠研究團隊，聯(lián)合新加坡南洋理工大學、南京醫(yī)科大學學者設計出一種薄膜，為微電子生物傳感，乃至生物和電子設備之間的無縫集成提供了更多可能性。

硬質(zhì)電路中，不同電子設備的連接通常是一項簡單的任務。這是由于它們擁有成對的標準接口，形狀和尺寸匹配。但對生物界面而言，事情就沒那么簡單了。柔軟可拉伸電子器件作為新興的主要用于生物界面接口的電子設備，其器件間集成方法仍需探索，且器件與生物組織的接口無法標準化。由于生物組織柔軟、形狀和尺寸多樣，當下缺乏能夠?qū)崿F(xiàn)柔軟生物組織與復雜電子界面標準化快速集成的手段。

科研團隊從蜘蛛絲中汲取靈感，基于聚環(huán)氧乙烷和聚乙二醇—α—環(huán)糊精包合物研發(fā)出一種水響應性超收縮聚合物薄膜?；谶@種薄膜構(gòu)筑的形狀自適應電極陣列簡化了植入過程，在潤濕后可保形地包裹不同尺寸的神經(jīng)、肌肉和心臟，并應用于體內(nèi)神經(jīng)刺激和電生理信號記錄。這種新型水響應材料在塑造下一代生物組織電子界面以及拓寬形狀自適應材料的生物醫(yī)學應用方面具有潛在的重要作用。

顛覆20多年的研究范式，激光輸出效能大幅提升

膠體量子點是一種溶液中制備生長的半導體納米晶體，它具有成本低廉、發(fā)光效率高、發(fā)光波長連續(xù)可調(diào)、吸收截面大等特點。因此，膠體量子點有望取代常用的有機染料分子，成為理想的液體激光增益介質(zhì)。20多年來，研究人員往往致力于研發(fā)量子點薄膜的激光體系，這也逐漸成了主流研究范式。

近期，中國科學院大連化學物理研究所吳凱豐與杜駿團隊打破了這種研究范式，對量子點的液體光增益機制予以重新審視，并有了新的收獲。研究團隊巧妙設計合成了體積緊湊的核殼結(jié)構(gòu)量子點，該類量子點具有組分漸變的合金化結(jié)構(gòu)。該策略將量子點的雙激子壽命從常規(guī)的皮秒量級延長到了納秒量級，從而使雙激子增益壽命達到近納秒的量級。在此基礎上，基于膠體穩(wěn)定的量子點溶液即可實現(xiàn)光泵浦的放大自發(fā)輻射。

實驗表明，該量子點增益體系表現(xiàn)出超強的光穩(wěn)定性以及可放大合成的特性，且能在7納秒的固體激光泵浦下實現(xiàn)準連續(xù)的放大自發(fā)輻射。而放大自發(fā)輻射是激光輸出的“前驅(qū)體”，因此該工作有望為未來在諧振腔內(nèi)實現(xiàn)基于量子點液體的激光輸出奠定基礎。

以“三宙六紀”為尺，衡量月球演進的歷史

20世紀90年代以來，月球探測和月球科學高速發(fā)展，更先進的樣品測試分析技術以及海量高質(zhì)量探月數(shù)據(jù)的獲取和分析，極大地加深了人們對月球演化的理解。

中國科學院國家空間科學中心太陽活動與空間天氣重點實驗室劉洋研究員團隊的郭弟均博士，聯(lián)合中國科學院地球化學研究所劉建忠研究員、美國布朗大學James?W?Head教授以及其他研究所和高校研究人員，基于對月球地質(zhì)演化事件的系統(tǒng)梳理，對此前的月球地質(zhì)年代表進行了更新，提出了“三宙六紀”的月球地質(zhì)年代劃分方案。

該研究提出了三階段月球動力學演化模型，并建立了三個相應的“宙/宇”級別的年代及地層單元：冥月宙，表示內(nèi)動力地質(zhì)作用為主的巖漿洋演化時期；古月宙，表示內(nèi)、外動力地質(zhì)作用并重的時期，主要地質(zhì)事件是代表內(nèi)動力地質(zhì)作用的火山作用和代表外動力地質(zhì)作用的大型撞擊事件；新月宙，表示外動力地質(zhì)作用為主的時期，此時巖漿活動減弱，小型撞擊事件對月表的改造占主導。

“三宙六紀”月球地質(zhì)年代劃分方案能夠更清晰地表達月球內(nèi)、外動力地質(zhì)作用的發(fā)生、發(fā)展和演變過程，為刻畫月球的演化歷史提供了一個量身定做的“標尺”。該方案已在世界首幅1：250萬全月地質(zhì)圖中進行了應用，該方案對其他類地行星的地質(zhì)演化研究也具有重要的參考意義。

這種分區(qū)光學生物檢測芯片，具備診斷早期癌癥潛質(zhì)

外泌體是直徑為40nm—160nm的胞外囊泡。攜帶大量母細胞的生物信息、在細胞間通信中具有重要作用，外泌體因此被視為下一代的癌癥生物標志物。

針對傳統(tǒng)檢測外泌體方法耗時長、靈敏度低等問題，中國科學院化學研究所綠色印刷院重點實驗室宋延林課題組將印刷一維納米鏈與表面圖案化結(jié)合，設計了一種分區(qū)的光學生物檢測芯片。該研究利用酰胺反應在一維納米鏈上孵育特異性抗體，用以捕獲目標外泌體顆粒。

該研究通過設計具有親疏水圖案的基底，制備了一系列多通道分區(qū)生物檢測芯片?；谟H水、疏水差異，單個待測液滴被分割成若干互不干擾的微液滴，實現(xiàn)了快速區(qū)分正常人與膠質(zhì)瘤患者的外泌體樣本。這種分區(qū)光學生物芯片操作簡單、成本低，且在復雜生物液體環(huán)境中具有良好的特異性和穩(wěn)定性，有望成為新型的疾病診斷方式，并促進液體活檢、健康監(jiān)測等多個領域的發(fā)展。

電池“退休”后，怎么讓它“發(fā)揮余熱”

眾所周知，電池回收是一門“好生意”，特別是退役電池正極材料，往往具備極高的回收價值。但傳統(tǒng)的處理方式（火法、濕法等）通常不對正極材料進行分類，而以混合形式回收，資源利用效率低且利潤有限。相較之下，直接回收（修復）方法可以顯著提升經(jīng)濟價值，具有工藝流程短、二次能源消耗和污染低、經(jīng)濟效益高的優(yōu)點，但需要事先獲取電池的正極材料信息。這些信息涉及制造商、用戶、科研機構(gòu)等敏感數(shù)據(jù)，難以獲取和集中利用。此外，電池制造標準多樣性、歷史運行條件差異和多方協(xié)作時的數(shù)據(jù)隱私問題加劇了退役電池分類的難度，制約了回收效率的提升和回收產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展。

近日，清華大學深圳國際研究生院張璇、周光敏團隊研究人員采用聯(lián)邦學習框架，無需歷史運行數(shù)據(jù)，僅用少量現(xiàn)場測試信息即可實現(xiàn)退役電池正極材料的精確分類。該框架的建立有效利用了來自多方的本地大規(guī)模電池數(shù)據(jù)，無需在參與方之間共享數(shù)據(jù)，在實現(xiàn)高精度分類的同時充分保護了多方協(xié)作時的數(shù)據(jù)隱私，實現(xiàn)退役電池的盈利性直接回收。

預防高血壓、糖尿病血管病變，新思路來了

內(nèi)皮細胞是心血管疾病基礎研究中最重要的細胞之一，其完整性在心血管系統(tǒng)功能維持中發(fā)揮著重要作用。內(nèi)皮細胞損傷和丟失與多種心血管疾病的發(fā)生發(fā)展有著密切關系，如高血壓和糖尿病及其并發(fā)癥。

中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心（生物化學與細胞生物學研究所）周斌研究組與上海市胸科醫(yī)院何奔研究組利用雙同源重組系統(tǒng)構(gòu)建一種可以長時程不間斷捕捉體內(nèi)內(nèi)皮細胞增殖的技術，揭示了在穩(wěn)態(tài)、高血壓和糖尿病狀態(tài)下主動脈內(nèi)皮細胞的增殖情況。

通過實驗，研究團隊獲得了有趣發(fā)現(xiàn)。對照高血壓與糖尿病的示蹤鼠，其內(nèi)皮細胞增殖在高血壓組增加，而在2型糖尿病組減少。而在2型糖尿病組中，盡管內(nèi)皮增殖程度是降低的，但是Ly6C+?EC-1細胞的增殖能力仍然高于其他內(nèi)皮，恢復這群細胞的增殖分化能力的方式即可作為干預2型糖尿病血管損傷靶標。

該研究揭示了穩(wěn)態(tài)和高血壓、糖尿病狀態(tài)下大血管內(nèi)皮細胞增殖的異質(zhì)性，尋找到一群具有高增殖潛能的內(nèi)皮細胞亞群，并探討了影響其增殖的分子機制，為以后預防高血壓、糖尿病的血管病變提供新思路。

越過血腦屏障，子母機器人跨尺度遞送藥物命中“靶心”

腦膠質(zhì)瘤是嚴重危害人類健康的惡性腫瘤，患者中位生存期不到15個月，目前臨床采用的治療手段包括手術治療、放化療和靶向治療等。其中，靶向治療面臨著血腦屏障的阻隔導致大部分藥物分子無法進入腦組織的難題。中國科學院沈陽自動化研究所科研團隊與中國醫(yī)科大學附屬盛京醫(yī)院合作，研制了一套子母式微納米機器人系統(tǒng)，用“大靶套小靶”的方式，更精準地遞送藥物。

機器人系統(tǒng)由磁驅(qū)動連續(xù)體微型機器人、生物相容性微納米機器人及外部驅(qū)動、成像設備構(gòu)成。連續(xù)體微型機器人首先經(jīng)過顱骨微創(chuàng)通道進入顱內(nèi)，越過血腦屏障抵達膠質(zhì)瘤部位，實現(xiàn)宏觀尺度的一級靶向。隨后，微納米機器人經(jīng)過連續(xù)體機器人內(nèi)部通道到達膠質(zhì)瘤病灶，并在外場驅(qū)動下向腫瘤內(nèi)部運動及釋放藥物，實現(xiàn)微觀尺度的二級靶向。

科研團隊在體外膠質(zhì)瘤細胞微環(huán)境和離體豬腦組織內(nèi)分別開展試驗并獲得初步驗證，后續(xù)將在活體動物顱內(nèi)開展微納米機器人跨尺度遞送藥物的研究及治療效果評測，并結(jié)合臨床工作，進一步提升其性能。

通過編碼操控的光子路由，加速擁抱6G時代高速通信

光子信息技術是利用光信號進行信息處理、存儲與傳輸?shù)男乱淮畔⒓夹g手段，具有高效傳輸、寬帶寬、低串擾等優(yōu)點。光子路由設備可實現(xiàn)按需波前調(diào)制，通過將光信號經(jīng)由自由空間路徑分發(fā)至終端，為光子集成電路之間的光學互聯(lián)提供通信支持。所以，光子路由設備對于實現(xiàn)光子集成電路的功能整合、協(xié)同運算、光學通信以及計算效率提升至關重要。

近期，中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心微加工實驗室與納米物理與器件實驗室展開合作，提出了一種基于硫系相變材料Ge2Sb2Te5（GST）的雙層可編程超表面方案。該方案利用GST相變，調(diào)控結(jié)構(gòu)單元透射轉(zhuǎn)極化效率，進一步選取特定位置結(jié)構(gòu)單元相變，賦予透射轉(zhuǎn)極化光特定相位分布，實現(xiàn)對透射光的波前調(diào)控，進而實現(xiàn)透射式近紅外光子路由。

科學家利用相變材料超構(gòu)表面的主動可調(diào)控特性，創(chuàng)造性地引入具備四階可編程性的雙層超表面，通過編程操控，在近紅外波段實現(xiàn)透射式光子路由功能。編碼式的設計拓展了主動調(diào)控超表面所允許的傳輸通道與調(diào)制自由度，為實現(xiàn)近紅外波段無線光通信提供了解決方案，同時也為未來光子通訊技術的發(fā)展提供借鑒。