利用高密度表面肌电图改进M波的定位与测量 学术背景 表面肌电图（surface electromyography, sEMG）是一种用于研究肌肉功能和控制假肢的重要工具。然而，由于附近肌肉的信号干扰（cross talk），sEMG的有效性常常受到限制。特别是在前臂等肌肉密集的区域，信号干扰问题尤为突出。为了解决这一问题，研究人员引入了高密度表面肌电图（high-density sEMG, HD-sEMG）技术，该技术通过提高空间分辨率，能够更好地隔离目标肌肉的M波（肌肉动作电位）。本研究旨在评估HD-sEMG在M波定位中的表现，并探讨空间滤波器在减少信号干扰方面的作用。 论文来源 本论文由Ernesto H. Bedoy、Efrain A. Guirola Diaz等多名研究人员共同撰写，...
自动化体外模型在脑积水研究中的应用 背景介绍 脑积水（Hydrocephalus）是一种由于脑室内脑脊液（Cerebrospinal Fluid, CSF）积聚引起的神经系统疾病，若不及时治疗，可能导致严重的并发症和永久性脑损伤。据统计，每500名新生儿中就有1人患有脑积水。尽管过去60年中有大量努力改进脑积水的治疗方法，但脑室分流管（shunt）的失败率仍然居高不下，50%的分流管在两年内失效，85%在十年内失效。分流管失效的主要原因是导管阻塞，导致患者需要多次手术修复，这不仅增加了患者的痛苦，还带来了巨大的医疗成本。美国每年因脑积水治疗的费用高达20亿美元。 然而，目前缺乏一个能够模拟临床相关参数的长期体外模型，这限制了基于假设的研究，进而阻碍了对分流管阻塞机制的深入理解。为了解决这一问...
脑脊液流动动力学及其在药物输送中的应用研究 背景介绍 脑脊液（Cerebrospinal Fluid, CSF）在人类脊髓腔中扮演着至关重要的角色，负责运输溶解的营养物质和废物。由于其脉动性，CSF的流动受到心脏和呼吸周期的影响。近年来，随着对中枢神经系统（Central Nervous System, CNS）疾病治疗需求的增加，如何优化鞘内（Intrathecal, IT）药物输送成为了研究热点。鞘内注射通过利用CSF的流体动力学特性，能够将治疗分子直接输送到中枢神经系统，从而提高治疗效果。 然而，现有的计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）模型大多基于个体或小群体，由于脊髓腔几何形状的显著变异性，这些研究结果可能无法推广到更广泛的人群。因此...
基因组医学中的CRISPR引导序列再注释：EXORCISE算法的应用与验证 学术背景 CRISPR-Cas9技术自问世以来，彻底改变了基因筛选领域，尤其是在研究基因必需性和化学-遗传相互作用方面。通过设计针对特定基因的引导RNA（guide RNA, gRNA），CRISPR-Cas9系统能够在细胞中引入精确的基因敲除，从而帮助研究人员理解基因功能及其在疾病中的作用。然而，CRISPR库的设计通常基于参考基因组，而实际研究的细胞系（尤其是癌症细胞系）往往存在基因组变异，这可能导致CRISPR引导序列的错配或偏差，进而影响实验结果的准确性。 为了解决这一问题，Simon Lam等人开发了一种名为EXORCISE（Exome-Guided Re-annotation of Nucleotide ...
研究亮点：胞内代谢物如何调控蓝藻从代谢休眠中苏醒 研究标题：“Metabolite-level regulation of enzymatic activity controls awakening of cyanobacteria from metabolic dormancy” 该研究发表于《Current Biology》 (2025年1月6日)，由Sofía Doello领导完成，来自德国图宾根大学、卡塞尔大学及其他研究机构的多位学者参与。本文揭示了胞内代谢物如何通过调控关键酶的活性，控制蓝藻从代谢休眠状态转变为活跃状态的过程。文章强调了代谢物水平调控（metabolite-level regulation）在微生物环境适应中的关键作用。 背景：氮饥饿与蓝藻代谢休眠 蓝藻（Cyano...
基于粒子吞噬打印的软电子器件研究 学术背景 随着可穿戴设备、健康监测、医疗设备和人机交互等领域的快速发展，软电子器件（soft electronics）因其能够与生物系统无缝集成而备受关注。传统的刚性电子器件与生物组织之间存在机械性能不匹配的问题，这限制了其在生物医学领域的应用。为了解决这一问题，研究人员提出了多种策略，例如通过微结构设计（如蛇形图案和剪纸结构）赋予刚性器件宏观可拉伸性。然而，这些方法通常以牺牲电子性能为代价来换取可拉伸性。 近年来，基于聚合物电子材料的本征可拉伸器件因其高组件密度和优异的机械延展性而成为研究热点。然而，现有的材料通常需要在电子性能和可拉伸性之间进行权衡。为了克服这一挑战，研究人员尝试将功能性粒子与软聚合物结合，以创建具有类组织特性的高性能电子器件。然而，现有...
穿戴式单一声波肌电图系统的创新突破：从肌肉动态监测到复杂手势跟踪 学术背景与研究意义 近年来，穿戴式电子设备因其在健康监测和人机交互领域中的巨大潜力而备受关注。其中，表面肌电图（Electromyography，EMG）作为一种能够测量肌肉活动的技术，已成为研究的热点。然而，EMG 信号存在诸多限制：信号强度弱且不稳定，空间分辨率较低，且信噪比不佳。其随机性和低同步性的问题导致测量结果的不一致，使得难以实现对特定肌肉纤维贡献的有效分离。此外，为提高信号质量所采用的大型电极会进一步降低空间分辨率。 相比之下，超声波肌电图（Echomyography，ECMG）是一种利用超声波来测量肌肉活动的技术，具有安全、稳定、灵敏度高等特点。然而，目前依赖刚性或柔性传感器阵列的 ECMG 系统需要复杂的线路...
数字化刺绣超材料生物传感器：运动环境中的无接触生物信号监测 近年来，随着智能汽车、航空安全及健康监测需求的增加，各类传感器技术得到了飞速发展。然而，在动态环境中，尤其是涉及生理信号监测时，传统传感器技术面临许多挑战，例如信号干扰、振动影响以及隐私问题。为此，本文提出一种使用数字刺绣制造的超材料生物传感器，能够在运动环境下无接触地采集高质量心肺信号，为解决上述难题提供了新思路。 研究背景及动机 根据统计数据，仅在美国，每年由驾驶员因疲劳、注意力不集中等因素引发的交通事故超过10万起。为减少此类事故，汽车生物传感器被视为一种潜在的解决方案，它们可用于检测驾驶员疲劳状态、压力水平以及健康风险。然而，目前的传感技术在动态环境中面临多重挑战，例如车内振动、身体运动干扰及封闭空间内的多路径信号反射等。此...
柔性电子中的液态金属微滴快速三维组装与电气连接研究 简介：研究背景与意义 随着柔性电子技术在软体机器人、可穿戴电子设备、柔性显示屏等领域的广泛应用，如何实现柔性和可拉伸电路的层间电气连接成为该领域的核心挑战之一。传统刚性电子设备中，通过化学或等离子蚀刻等成熟技术完成硅片上的微米至纳米级贯通孔(via)制备。然而，在柔性电子中，这种方法存在流体材料黏度、力学性能失配以及填孔过程低效复杂等问题。尤其是，由于柔性器件的机械动态特性，传统刚性导体制作的贯通孔易成为应力集中区域，从而导致器件的结构性缺陷乃至失效。 为解决这一系列挑战，本研究提出了一种基于液态金属微滴（Liquid Metal Microdroplets, LMMDs）层化沉积的快速制造方法，用以形成柔性电子应用中的三维电气互连。液态金...
高声压压电微机械超声换能器的研究进展 学术背景 超声换能器在物体检测、无损检测、生物医学成像和治疗等领域有着广泛的应用。与传统的体超声换能器相比，压电微机械超声换能器（PMUTs）具有体积小、功耗低、带宽宽等优势，适用于消费电子和物联网（IoT）中的测距、手势识别、指纹传感和3D成像等应用。然而，这些小型传感器的输出压力相对较低，限制了其在多种应用中的信号传输能力。例如，目前最先进的基于氮化铝（AlN）的PMUT阵列仅能实现4米的传输距离。为了扩展PMUT在诸如空中触觉反馈、扬声器和声学镊子等应用中的使用，主要挑战在于实现高声压级（SPL）。 PMUT的传输特性主要由机械结构设计和活性压电材料决定，因此寻找新的材料以提升性能成为研究重点。尽管AlN是最常用的压电材料，但其压电系数较低（e31...