研究背景 在救援任务中，为了提升搜救效率，一种新兴的解决方案是利用电子背包与昆虫的结合体——赛博昆虫（cyborg insects）。这些昆虫结合了生物与电子技术的优势，通过附加的电子背包用于通信、感应和控制。然而，附加设备会影响昆虫的平衡，尤其是在其自我摆正（self-righting）动作中。如果昆虫在执行任务时遭受摔落或意外冲击，原先的机器装置可能会导致其翻倒不能自如行动。为了应对这一挑战，本研究引入了一种仿生3D打印人工肢体，它模仿了瓢虫的自我摆正动作，提高了赛博昆虫在复杂和不可预测条件下的灵活性。 文章来源 该研究由Marc Josep Montagut Marques、Qiu Yuxuan、Hirotaka Sato和Shinjiro Umezu团队完成。作者隶属机构分别是日本早...
修整螺旋体：一种具高精度，大工作空间和顺应性相互作用的软结构 背景介绍 近年来，受生物启发，许多研究人员逐渐偏离了传统刚性机器人范式，转向包含顺应性材料和结构的设计。象鼻是这种软体机器人愿景的一个典型代表，它具备无与伦比的可控性和工作空间，同时由于其顺应性为大象提供了多功能的工具。然而，即便是迄今为止最杰出的软体机器人也未能完全匹敌这些自然界的表现，尤其是在接近或超过1米规模的系统中。 面对这一局限性，本研究通过利用建筑材料（architectured structures）提出解决方案。这些结构通过几何形状而非材料属性来调整其物理特性，不同于通过内部微结构或复合材料定制特性的超材料（meta-materials），建筑材料利用均匀材料的空间异质性，可以实现简单、低复杂度的单一材料制造，同时...
#利用机器学习和组合化学加快mRNA递送的可离子化脂质的发现 研究背景 为了释放信使RNA（mRNA）治疗的全部潜力，扩展脂质纳米颗粒（LNPs）的工具包至关重要。然而，LNPs开发的一个关键瓶颈是识别新的可离子化脂质。已有研究表明，LNPs在将mRNA递送至特定组织或细胞中表现出显著效果。经典的LNPs配方通常由一个离子脂质、胆固醇、辅助脂质和聚乙二醇化脂质（PEG脂质）组成，其中离子脂质在mRNA的加载和逃离内涵体方面起着至关重要的作用。 近年来，LNPs在临床应用方面取得了重大进展。例如，美国食品药品监督管理局（FDA）批准了首个针对遗传性淀粉样变蛋白病的短发夹RNA（siRNA）药物Onpattro，以及Moderna和Pfizer/BioNTech联合开发的两款SARS-CoV-2...
液晶病毒中的手性传递研究 手性（chirality）是自然界中普遍存在的现象，并且在生物学、化学、物理学和材料科学等多个领域具有重要影响。然而，从纳米尺度的构建块到宏观的螺旋结构的手性传递机制仍然是一个未解之谜。在这篇研究中，作者通过研究细丝状病毒在手性液晶相中的自组装，揭示了手性传递的关键机制。作者深入探讨了电荷表面模式和病毒主链的螺旋变形如何共同作用，形成病毒液晶相的螺旋结构。 研究背景 液晶相中的手性传递在许多领域都具有重要性。例如，从具有不对称碳原子的手性分子到有序螺旋超结构和手性块体装置，理解和控制手性传播对于生物学、化学、物理学以及纳米技术和材料科学等领域至关重要。尤其是被称为“胆甾相”的液晶相，更是手性组装的典型代表。在广泛的技术应用如显示器行业到智能窗户中，胆甾相结构也是生物...
一种可视化脑表面神经元活动的脑电图微显示器 背景介绍 当前脑外科手术的功能性映射主要依赖于神经外科医生与电生理学家之间的语言交流。这些过程耗时且存在有限的分辨率。此外，用于测量脑活动的电极网格分辨率较低，且难以与脑表面充分贴合。为了更有效地在手术过程中实时监测和显示脑表面神经元活动，本研究提出并开发了一种具有2048个氮化镓（GaN）发光二极管（LED）的脑内电生理学微型显示屏（iEEG microdisplay）。 研究概览 本文由Youngbin Tchoe等人所写，分别隶属于加利福尼亚大学圣地亚哥分校的电子与计算机工程系、生物医学工程系、麻醉学系、神经外科系以及其他科室。该论文发表于2024年4月24日的《Science Translational Medicine》。 研究工作流程 ...
脑部血管疾病领域的新突破：小型光学相干断层扫描成像探头的临床应用 学术背景与研究动机 近年来，脑部血管疾病如脑动脉瘤、缺血性中风、动脉夹层和颅内动脉粥样硬化病（intracranial atherosclerotic disease，ICAD）的介入治疗逐渐成为首选方法。然而，当前的成像技术在空间分辨率和对比度方面存在局限，导致准确诊断和治疗监控存在一定困难。数字减影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）、计算机断层扫描（computed tomography，CT）和磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）等常用的成像手段无法充分显示动脉壁病变、动脉瘤形态以及植入装置的详细情况。此外，术中和术后可能出现的并发症，...
闭环光遗传学神经调控实现高保真抗疲劳肌肉控制 背景介绍 骨骼肌是动物和人类几乎所有运动的生物执行器。然而，在多种神经系统条件下，中枢神经系统与神经肌肉组件之间的通信通道被切断，从而导致运动障碍如瘫痪。神经假肢(NP)可以通过人工刺激传递精确命令来替代缺失的神经输入，以恢复肌肉功能。然而，现有的功能性电刺激(FES)由于其非生理性的肌肉单位募集机制，难以准确调节肌肉力量，并表现出快速疲劳。这迫使研究人员寻找新的刺激方式，以提供可靠的长时间渐进肌肉调节。 近年来，功能性光遗传刺激(FOS)作为一种将光用于遗传修饰神经细胞的技术，展现出了按序募集运动单元的潜力，为神经假肢提供了一种新的神经调节策略。然而，刺激参数与力生成之间的关系仍不清楚，亟需研究。 论文来源 本论文由Guillermo Herr...
同步记录高达百万个神经元的皮层动态揭示神经元数量与维度性无界缩放 文章简介 这篇题为《同步记录高达百万个神经元的皮层动态揭示神经元数量与维度性无界缩放》的科学报告发表于《Neuron》期刊（112卷，第1694–1709页），由Jason Manley, Sihao Lu, Kevin Barber, Jeffrey Demas, Hyewon Kim, David Meyer, Francisca Martínez Traub 和 Alipasha Vaziri撰写。文章发布于2024年5月15日，是由Rockefeller University和The Kavli Neural Systems Institute联合研究的成果。这项研究深入探讨了神经元动态的维度性与神经元数量的关系，以及...
基于磁性粒子成像的微创成像和传感方法及其植入式电子电路的应用 学术背景 在现代医学中，微创和生物相容性的植入式生物电子电路被广泛用于长期监控体内的生理过程。然而，这些设备在体内成像和同时提取传感器信息的方法依旧稀缺且成本高。磁性粒子成像（Magnetic Particle Imaging，MPI）因其零背景信号、高对比度、高灵敏度和定量成像能力，成为解决这一问题的理想选择。与增大组织深度而不被吸收的磁信号不同，MPI不涉及辐射剂量，提供了安全有效的成像途径。 论文来源 这篇论文题为“基于磁性粒子成像的微创成像和传感方法及其植入式电子电路的应用”，由Zhiwei Tay, Han-Joon Kim, John S. Ho和Malini Olivo等作者完成。论文发表在2024年5月的IEEE ...
半监督超声视频中甲状腺结节检测的研究报告 研究背景 甲状腺结节是常见的甲状腺疾病，甲状腺结节的早期筛查和诊断通常依赖于超声检查，超声检查是一种常见的无创检测方法，可用于检测包括甲状腺结节、乳腺癌和动脉斑块在内的多种疾病。然而，由于甲状腺结节在超声图像中的分辨率低、病变形态不规则且复杂等原因，超声检查高度依赖放射科医生的经验，误诊和漏诊时有发生，特别是在欠发达地区和国家更为常见。因此，开发基于计算机辅助诊断（Computer-Aided Diagnosis，CAD）的自动化精准方法显得尤为重要。 近年来，深度学习技术被引入到超声图像的计算机辅助诊断中。尽管现有的甲状腺结节检测方法在静态超声图像上取得了一些进展，但这些方法未能充分利用诊断过程中随时间变化的空间和时间信息。在临床筛查和诊断过程中，...