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...

改善胶质母细胞瘤治疗的成像、放疗、药物输送和治疗系统 学术背景 胶质母细胞瘤（Glioblastoma, GBM）是最常见且最具侵袭性的脑癌类型，其预后极差，患者的五年生存率不到10%。尽管几十年来在药物、放疗和手术方面进行了广泛的研究，但患者的生存期仅略有延长。目前的标准化疗方案是Stupp方案，即手术切除后结合放疗和替莫唑胺化疗。然而，Stupp方案仍然是一种姑息治疗，几乎所有患者在治疗后都会复发。因此，寻找更有效的治疗方法，尤其是通过医疗设备的创新来增强现有治疗方案，成为当前研究的重点。 本文旨在探讨如何通过改进成像技术、放疗设备、药物输送系统和治疗设备来提升胶质母细胞瘤的治疗效果。文章重点关注了如何通过医疗设备增强Stupp方案的疗效，以及如何通过直接针对肿瘤的治疗设备来改善患者预后...

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...

通过气凝胶骨水泥及远程加热实现骨植入物-骨水泥界面微创修复 背景介绍 在全球范围内，下肢骨折是最常见的骨折类型，尤其是在老年人和骨质疏松患者中发生率更高。在骨科手术中，骨水泥（bone cement）被广泛用于固定植入物，以治疗长骨骨折。然而，植入物与骨水泥之间的界面在循环载荷下容易松动，导致植入物稳定性下降，甚至可能引发植入物失效，需要进行痛苦的翻修手术。现有的骨水泥和修复方法仍然面临一个严重的挑战：修复手术通常需要开放式手术，这不仅增加了患者的痛苦，还延长了恢复时间。为了解决这一问题，研究人员提出了一种基于气凝胶骨水泥和远程加热的微创修复方法，旨在通过远程加热修复植入物与骨水泥界面的裂纹，从而提高植入物的使用寿命、稳定性和患者的舒适度。 论文来源 该研究由来自美国Vanderbilt U...

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...

多模态学习揭示基因型-表型动态关系 背景介绍 基因型与表型之间的复杂关系一直是生物学领域的核心问题之一。基因型（genotype）指生物体的遗传信息，而表型（phenotype）则是这些遗传信息在特定环境下的表现。尽管早在1909年，Wilhelm Johannsen就提出了这两个术语，并试图量化它们之间的关系，但一个多世纪以来，我们仍然无法精确地描述基因型如何通过复杂的基因表达模式塑造表型。近年来，单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）等技术的发展使得我们能够在细胞分辨率下观察基因表达的复杂动态，然而这些技术仍然无法全面映射基因型组合如何导致表型的产生。 当前的研究方法，如正向遗传学（forward genetics）和反向遗传学（r...

免疫检查点抑制剂毒性的预测与监控：DysPred深度学习框架的突破性应用 学术背景 免疫检查点抑制剂（immune checkpoint inhibitors, ICIs）是近年来癌症免疫治疗领域的重大突破，通过抑制免疫检查点信号通路，增强机体的抗肿瘤免疫反应。然而，ICIs在治疗过程中可能引发广泛的免疫相关不良反应（immune-related adverse events, irAEs），这些不良反应不仅影响患者的生活质量，甚至可能导致器官功能受损或死亡。由于irAEs在临床环境、肿瘤类型、组织特异性及患者人口统计学特征中的高度异质性，亟需一种稳健且可扩展的方法来预测和管理这些不良反应。 尽管已有研究通过临床试验和传统的药物不良反应数据集（如SIDER和OFFSIDES）对irAEs进行...

关于动态视觉刺激生成的时空风格转移算法的研究报告 学术背景 视觉信息的编码与处理一直是神经科学和视觉科学领域的重要研究方向。随着深度学习技术的快速发展，研究人工视觉系统与生物视觉系统之间的相似性成为热点。然而，视觉研究中生成适当的动态视觉刺激以测试特定假设的方法相对匮乏。现有的静态图像生成方法虽然已有较大进展，但在处理动态视觉刺激时，仍存在灵活性不足、生成结果偏离自然视觉环境统计特性等问题。为此，研究者们开发了一种名为“时空风格转移”（Spatiotemporal Style Transfer, STST）的算法，旨在生成能够匹配自然视频的低级时空特征，同时去除高级语义信息的动态视觉刺激，为研究物体识别提供了有力的工具。 此外，深度学习模型在视觉任务中的表现与生物视觉系统的比较也需要大量的可...