模块化脑机接口：神经记录、神经刺激与药物递送的创新突破 学术背景 脑机接口（Brain-Machine Interface, BMI）是神经科学与临床医学中的重要工具，能够实现大脑与外部世界之间的电荷、物质与信息交互，广泛应用于神经解码、神经系统疾病的诊断与治疗以及脑科学研究。随着神经科学的发展，多模态脑机接口（multimodal BMI）引起了广泛关注，这类接口能够同时支持神经记录、神经刺激和药物递送等多种功能。然而，现有的多模态脑机接口大多针对特定场景设计，具有高度集成的固定配置，难以适应不同实验需求。 针对这一问题，Sheng等人提出了一种模块化的多模态脑机接口，旨在通过灵活的模块化设计，使脑机接口能够根据不同实验需求调整配置、模态和功能。这种设计不仅提高了设备的适应性，还为需要多种...
学术背景 随着人工智能（AI）的快速发展，电子设备在现代生活中的作用日益重要。然而，这些设备在运行过程中会产生大量热量，如果不能有效管理，将会导致性能下降、寿命缩短甚至系统故障。因此，热管理成为未来电子设备发展的关键挑战之一。传统的散热技术虽然有效，但随着设备功率密度的增加，这些技术已经难以满足需求。特别是“暗硅问题”（Dark Silicon Problem）——由于热限制，芯片中并非所有晶体管都能同时工作——进一步加剧了热管理的复杂性。 为了应对这一挑战，来自Shanghai Jiao Tong University和Nanyang Technological University的研究团队在Device期刊上发表了题为《Passive Thermal Management of Ele...
实时呼吸监测用超低功耗二氧化碳传感器的研究 学术背景介绍 二氧化碳（CO₂）是人体呼吸过程中产生的重要气体，其浓度的实时监测对诊断和治疗呼吸系统疾病（如哮喘、呼吸困难、睡眠呼吸暂停）以及代谢性疾病至关重要。传统的CO₂监测方法，如动脉血气分析，具有侵入性，不适合长期连续监测。虽然非分散红外吸收（NDIR）传感器被广泛使用，但其体积大、功耗高，限制了其在便携式设备中的应用。 近年来，光化学传感器因其体积小、灵敏度高而成为非侵入性CO₂检测的潜在候选者。然而，光化学传感器的短寿命和染料光漂白问题制约了其在长期呼吸监测中的应用。为了解决这些问题，Kim等人开发了一种基于荧光pH指示剂的新型光化学CO₂传感器，其具有超低功耗和增强的稳定性，为实时呼吸监测提供了可能。 论文来源 本论文由韩国科学技术院...
锂金属电池中的压力效应：通过夹具设计优化电池性能 学术背景 随着电动汽车（EVs）和可再生能源的快速发展，高能量密度电池的需求日益增长。锂金属电池因其高理论容量（3860 mAh/g）和低电极电位（-3.04 V vs. SHE）被视为下一代电池技术的有力候选者。然而，锂金属电池的商业化面临多重挑战，包括锂枝晶生长、固体电解质界面（SEI）的不均匀形成以及电解质消耗等问题。这些问题在大尺寸电池中尤为突出，导致电池的循环寿命和安全性能下降。 为了解决这些问题，研究人员开始探索外部压力对锂金属电池性能的影响。外部压力可以改善锂的均匀沉积/剥离，减少锂枝晶的生长，并提高电解质的润湿性。然而，不同压力夹具设计对电池性能的具体影响尚未得到系统研究。本文通过设计多种外部压力夹具，深入探讨了不同压力和夹具...
实时检测痕量分析物的分子天线增强光热光谱技术 学术背景 在环境和安全监测中，实时、高选择性、高灵敏度检测痕量气态化合物是一个重要的挑战。尤其是新兴的环境污染物，如全氟和多氟烷基物质（PFAS），其在大气中的选择性检测需求日益增长。传统的微纳传感器平台虽然在灵敏度上具有潜力，但由于其表面积小、化学选择性差、响应时间长等问题，难以满足实时检测的需求。光热光谱技术结合了中红外光谱的高选择性和微机电系统（MEMS）传感器的高热灵敏度，提供了一种高选择性的检测方法。然而，由于微纳传感器的表面积有限，当环境中的分析物浓度较低时，吸附的分子密度可能低于检测限，导致检测灵敏度不足。 为了解决这些问题，研究者提出了一种新型的实时预浓缩器，结合光热分子天线（Molecular Antenna, MA）技术，能够...
基于滚轮凸轮驱动的压缩弹性热冷却装置：高冷却功率密度的突破 学术背景 随着全球气候变化的加剧，传统的蒸汽压缩（Vapor Compression, VC）制冷技术因其使用氢氟碳化物（Hydrofluorocarbons, HFCs）等制冷剂而备受争议，这些物质具有较高的全球变暖潜势（Global Warming Potential, GWP）。为了应对这一环境问题，研究人员一直在探索更环保的制冷替代方案。弹性热冷却（Elastocaloric Cooling）作为一种基于固态材料的制冷技术，因其零碳排放和高能效潜力而备受关注。弹性热冷却通过材料的应力诱导相变来实现制冷，尤其是利用形状记忆合金（Shape Memory Alloys, SMAs）如镍钛合金（NiTi）在相变过程中释放和吸收的热...
磁驱动胶囊中的自展开片剂用于靶向药物递送 背景介绍 胃肠道（Gastrointestinal, GI）疾病，如炎症性肠病、胃肠道出血和癌症，是全球范围内的重要健康问题。传统的治疗方法，如内窥镜检查和口服药物，虽然在一定程度上有效，但存在许多局限性。例如，内窥镜检查依赖于操作者的技术水平，且难以在单次检查中覆盖整个胃肠道。口服药物则面临药物在胃肠道中降解和吸收受限的问题。 为了解决这些问题，近年来，胶囊内窥镜和药物递送系统得到了广泛关注。然而，现有的胶囊系统在多个病灶的靶向治疗和主动移动能力上仍然存在不足。为此，Lee等人在2025年发表于《Device》期刊上的研究中，提出了一种新型的磁驱动胶囊系统，该系统能够将治疗片（Therapeutic Sheets, TheraS）递送到胃肠道中的特...
基于铸型微铸造3D打印的多材料仿生电子器件研究 学术背景 随着仿生电子技术的快速发展，模拟人类感知功能的电子皮肤（Electronic Skin, E-skin）和柔性传感器在机器人、医疗设备和人机交互等领域展现出广阔的应用前景。然而，现有的仿生电子器件在材料选择、结构复杂性和功能集成方面面临诸多挑战。特别是，如何在不破坏材料性能的前提下，实现多种高难度材料的自由组装和多功能集成，成为当前研究的瓶颈。 传统的制造方法，如电纺、光刻和转移印刷，往往难以同时满足材料多样性和复杂结构的需求。3D打印技术虽然为复杂结构的制造提供了可能，但在处理多种高难度材料时，仍然面临材料兼容性、结构分辨率不足等问题。为了解决这些问题，研究人员借鉴了古代失蜡铸造（Lost-wax Casting）的技术思路，提出了...
基于离子动力学的汗液指纹识别技术：喷墨打印有机电化学晶体管阵列的研究 学术背景 汗液作为一种非侵入性的生物标志物，蕴含着丰富的生理信息，能够反映人体的健康状况，如水分平衡、疾病标志物等。然而，汗液成分复杂，包含多种离子和分子，传统的汗液监测设备通常依赖于具有特定生物识别元件（如离子选择性膜和酶）的传感器，这些传感器需要通过复杂的化学修饰来选择性结合特定的离子或分子。然而，这种复杂的化学修饰过程可能导致信号漂移和干扰，限制了其广泛应用。为了解决这一问题，研究者提出了一种基于离子动力学的汗液指纹识别策略，结合喷墨打印的有机电化学晶体管（Organic Electrochemical Transistor, OECT）阵列和人工智能算法，实现了对汗液成分的高效检测和分析。 论文来源 该研究由来自P...
漂浮式全向液滴振动发电器：突破性研究 学术背景 随着物联网（IoT）设备在海洋环境监测中的广泛应用，如何在不依赖电网的情况下为这些设备提供稳定电力成为了一个亟待解决的问题。传统的风力、太阳能等可再生能源在海洋环境中存在局限性，而摩擦电纳米发电机（Triboelectric Nanogenerator, TENG）因其高效的机械能转换能力被认为是一种有潜力的解决方案。然而，现有的TENG设备大多依赖于固体-固体界面摩擦，存在磨损问题，限制了其长期使用。此外，许多液滴基TENG只能单向收集能量，无法适应海洋环境中不可预测的多向波动。 为了解决这些问题，研究团队提出了一种基于液滴的全向振动发电器（Floating Droplet-based Electricity Generator, FDEG）...