新研发的生物传感器让检测脑瘤只需一滴血

新研发的生物传感器让检测脑瘤只需一滴血加拿大研究人员在美国化学会《ACS纳米》上发表论文称，他们已开发出一种生物传感器，可帮助医生从微小的血液样本中精确诊断出脑癌。根据美国国家癌症研究所的数据，脑肿瘤的死亡率很高，5年生存率仅为36%。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1322793.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1322793.htm

研究人员实现用飞秒激光进行石墨烯纳米加工

研究人员实现用飞秒激光进行石墨烯纳米加工石墨烯于2004年被发现，它已经彻底改变了各种科学领域。它拥有高电子迁移率、机械强度和热导率等显著特性。人们投入了大量的时间和精力来探索它作为下一代半导体材料的潜力，催生了基于石墨烯的晶体管、透明电极和传感器等一系列有用部件。但是，为了使这些设备进入实际应用，关键是要有高效的加工技术，可以在微米和纳米尺度上构造石墨烯薄膜。通常，微/纳米尺度的材料加工和设备制造采用纳米光刻技术和聚焦离子束方法。然而，由于需要大规模的设备、冗长的制造时间和复杂的操作，这些都给实验室研究人员带来了长期的挑战。早在一月份，东北大学的研究人员创造了一种技术，可以对厚度为5至50纳米的氮化硅薄片进行微/纳米制造。该方法采用了飞秒激光，它发射出极短的快速光脉冲。事实证明，它能够在没有真空环境的情况下快速、方便地加工薄型材料。(a)激光加工系统的示意图。(b)石墨烯薄膜上32个激光点的形成。(c)经过多点钻孔的石墨烯薄膜的图像。通过将这种方法应用于石墨烯的超薄原子层，同一小组现在已经成功地进行了多点钻孔而不损坏石墨烯薄膜。他们的突破性细节于2023年5月16日在《纳米通讯》杂志上报道。东北大学先进材料多学科研究所的助理教授、该论文的共同作者YuukiUesugi说："通过对输入能量和激光射击次数的适当控制，我们能够执行精确的加工并创造出直径从70纳米--远小于520纳米的激光波长--到超过1毫米的孔。"通过扫描透射电子显微镜观察到的激光加工的石墨烯薄膜的图像。黑色区域表示打孔。白色物体表示表面污染物。资料来源：YuukiUesugi等人。在通过高性能电子显微镜仔细检查用低能量激光脉冲照射的区域时，上杉和他的同事发现，石墨烯上的污染物也已被清除。进一步的放大观察发现了直径小于10纳米的纳米孔和原子级缺陷，在石墨烯的晶体结构中缺少几个碳原子。石墨烯中的原子缺陷既是有害的也是有利的，这取决于应用。虽然缺陷有时会降低某些特性，但它们也会引入新的功能或增强特定的特性。通过高倍率透射电子显微镜获得的图像。红色区域表示纳米孔。蓝色区域表示污染物。箭头所指的位置存在原子缺陷。"观察到纳米孔和缺陷的密度随着激光射击的能量和数量成比例增加的趋势，使我们得出结论，纳米孔和缺陷的形成可以通过使用飞秒激光照射来操纵，"Uesugi补充说。"通过在石墨烯中形成纳米孔和原子级缺陷，不仅可以控制导电性，还可以控制量子级特性，如自旋和谷值。此外，这项研究中发现的通过飞秒激光照射去除污染物的方法可以开发出一种非破坏性和清洁地清洗高纯度石墨烯的新方法。"展望未来，该团队旨在建立一种使用激光的清洗技术，并对如何进行原子缺陷的形成进行详细调查。进一步的突破将对从量子材料研究到生物传感器开发等领域产生巨大影响。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1363301.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1363301.htm

用于脑机接口的工程石墨烯界面有望改变神经科学

用于脑机接口的工程石墨烯界面有望改变神经科学这项研究由加泰罗尼亚纳米科学和纳米技术研究所（ICN2）与巴塞罗那自治大学（UAB）及其他国内外合作伙伴共同发起，目前正通过衍生公司INBRAINNeuroelectronics开发治疗应用。石墨烯技术的主要特点在欧洲石墨烯旗舰项目（EuropeanGrapheneFlagshipproject）的多年研究之后，ICN2与曼彻斯特大学（UniversityofManchester）合作，率先开发出EGNITE（EngineeredGrapheneforNeuralInterfaces，用于神经接口的工程石墨烯），这是一类新型的基于石墨烯的灵活、高分辨率、高精度植入式神经技术。该成果最近发表在《自然-神经技术》（NatureNeurotechnology）杂志上，旨在通过创新技术为神经电子学和脑机接口的蓬勃发展做出贡献。EGNITE以其发明者在碳纳米材料制造和医学转化方面的丰富经验为基础。这项基于纳米多孔石墨烯的创新技术集成了半导体行业的标准制造工艺，可组装直径仅为25微米的石墨烯微电极。这种石墨烯微电极具有低阻抗和高电荷注入的特性，是灵活高效的神经接口的基本属性。临床前功能验证与ICN2合作的多位神经科学和生物医学专家利用中枢神经系统和周围神经系统的不同模型进行了临床前研究，结果表明EGNITE能够异常清晰和精确地记录高保真神经信号，更重要的是，它还能提供高度针对性的神经调节。EGNITE技术将高保真信号记录和精确神经刺激独特地结合在一起，可能是神经电子疗法的一个重要进步。这一创新方法填补了神经技术领域的一个重要空白，而在过去二十年中，神经技术领域的材料几乎没有取得任何进展。EGNITE电极的开发有能力将石墨烯置于神经技术材料的最前沿。国际合作与科学领导力石墨烯旗舰项目是欧洲在过去十年间提出的一项倡议，旨在推动欧洲在依靠石墨烯和其他二维材料的技术领域取得战略领先地位。这一科学突破的背后是ICN2研究人员DamiàViana（现就职于INBRAINNeuroelectronics）、StevenT.Walston（现就职于南加州大学）和EduardMasvidal-Codina在ICREA领导人JoseA.Garrido的指导下共同努力的结果。Garrido和ICREAKostasKostarelos（ICN2纳米医学实验室和英国曼彻斯特大学生物、医学与健康学院的负责人）的指导下进行。巴塞罗那自治大学（UAB）神经科学研究所和细胞生物学、生理学与免疫学系的泽维尔-纳瓦罗（XavierNavarro）、娜塔莉亚-德拉-奥利瓦（NatàliadelaOliva）、布鲁诺-罗德里格斯-梅阿纳（BrunoRodríguez-Meana）和豪梅-德尔-瓦莱（JaumedelValle）也参与了这项研究。这项合作得到了巴塞罗那微电子研究所（IMB-CNM）、英国曼彻斯特国家石墨烯研究所、法国格勒诺布尔阿尔卑斯大学格勒诺布尔神经科学研究所和巴塞罗那大学等国内外知名机构的大力支持。在CIBER研究员XaviIlla博士的指导下，在IMB-CNM（CSIC）的微米和纳米加工洁净室进行了与标准半导体制造工艺的技术整合。临床转化：下一步行动文章中描述的EGNITE技术已获得专利，并授权给INBRAINNeuroelectronics公司使用，该公司是ICN2和ICREA在中船重工集团IMB-CNM支持下在巴塞罗那分拆出来的公司。该公司也是石墨烯旗舰项目的合作伙伴，目前正在牵头将这项技术转化为临床应用和产品。在首席执行官卡罗琳娜-阿吉拉尔（CarolinaAguilar）的领导下，INBRAINNeuroelectronics公司正在为这项创新石墨烯技术的首次人体临床试验做准备。加泰罗尼亚在半导体工程方面的产业和创新前景广阔，其雄心勃勃的国家战略计划建设最先进的设施，以生产基于新兴材料的半导体技术，这为加快将今天介绍的这些成果转化为临床应用提供了前所未有的机会。《自然-纳米技术》这篇文章介绍了一种基于石墨烯的创新神经技术，该技术可利用现有的半导体制造工艺进行升级，具有产生变革性影响的潜力。ICN2及其合作伙伴将继续推进和成熟所述技术，以期将其转化为真正有效和创新的神经治疗技术。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423775.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423775.htm

可穿戴式无创传感器可通过监测汗液确定是否有炎症迹象

可穿戴式无创传感器可通过监测汗液确定是否有炎症迹象虽然急性炎症反应是人体抵抗感染和加速愈合的自然方式，但长期或慢性炎症可能会导致不可逆的组织损伤。而能够快速、轻松地检测炎症是治疗的关键。测量血液中C反应蛋白(CRP)的水平通常用作炎症的生物标志物，但需要复杂的实验室设备和人员来分析血液样本。现在，加州理工学院的研究人员开发了一种新型可穿戴传感器，称为InflaStat，通过测量人体汗液中的CRP水平来无线、无创地监测炎症。研究人员在开始制造他们的第一个汗液分析传感器之前必须克服一些障碍。主要难题是CRP比其他分子更难检测，它在血液中的浓度比其他生物标志物低得多，而且它的分子更大，这意味着将它们从血液中分泌到汗液中更加困难。“这些是以前阻止人们进行可穿戴CRP传感的主要问题，”该研究的通讯作者高伟说。“我们需要高灵敏度来自动监测皮肤上极低浓度的CRP。”InflaStat由激光雕刻的石墨烯制成，石墨烯含有微小的孔，可形成较大的表面积。这些孔含有与CRP结合的抗体和称为氧化还原分子的特殊分子，能够在某些条件下产生小电流。传感器结构中融入了金纳米颗粒，每个纳米颗粒都携带一组独立的CRP检测抗体。当佩戴者汗液中的CRP分子进入传感器时，它们会附着在检测器抗体和石墨烯孔中的抗体上。然后纳米颗粒附着在石墨烯上并触发氧化还原分子产生电流，该电流由附着在传感器上的电子元件读取。由于每个金纳米粒子都含有许多检测抗体，因此信号（非常小）被放大得远远超过单个CRP分子产生的信号。研究人员在健康参与者、慢性阻塞性肺病患者和从新冠病毒感染中康复的参与者身上测试了InflaStat。他们发现该传感器佩戴舒适，并且可以无创、无线地获取炎症生物标志物信息。数据实时显示在定制的智能手机应用程序上。正如预期的那样，慢性阻塞性肺病患者和新冠病毒感染后患者的CRP水平显着高于健康参与者。研究人员发现，该传感器可以准确检测汗液中与血液水平相关的CRP水平。研究人员表示，他们的研究结果表明，他们的传感器可用于无创、家庭监测炎症性肠病或慢性阻塞性肺病等慢性疾病。更重要的是，他们表示它可以适用于测试其他痕量水平和疾病相关的生物标志物。“这是一个通用平台，可以让我们监测体液中极低水平的分子，”高说。“我们希望扩展这个平台来监测其他临床相关的蛋白质和激素分子。我们还想看看这是否可以用于慢性病管理。炎症对许多患者来说意味着风险。如果能够在家对他们进行监测，就可以识别他们的风险，并及时给予治疗。”该研究发表在《自然生物医学工程》杂志上，下面由加州理工学院制作的视频展示了传感器如何检测CRP。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1366975.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1366975.htm

研究人员开发颈戴式“绷带”传感器 可更好地警告脑震荡的发生

研究人员开发颈戴式“绷带”传感器可更好地警告脑震荡的发生据NewAtlas报道，与运动有关的脑震荡的一个危险因素是，运动员可能没有意识到他们有脑震荡，所以他们没有寻求急需的医疗护理。一种新的传感器可以让他们（或他们的教练）知道，而且它将安装在他们的脖子上，而不是他们的头上。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1314609.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1314609.htm

非线性电路利用石墨烯获取清洁电力 长期被认为不可能实现的技术成为现实

非线性电路利用石墨烯获取清洁电力长期被认为不可能实现的技术成为现实研究人员发现了一种利用石墨烯从环境热量中获取能量的方法，颠覆了长期以来形成的物理学理论。这一突破具有巨大的商业潜力，特别是在无线传感器方面。然而，费曼忽略了一些重要的东西，发表在《物理评论E》杂志上的一项题为"利用二极管的热波动为电容器充电"的新研究证明了这一点。论文的五位作者中有三位来自阿肯色大学物理系。据第一作者保罗-蒂巴多（PaulThibado）介绍，他们的研究严格证明了独立石墨烯的热波动在连接到具有非线性电阻的二极管和存储电容器的电路时，确实能通过给存储电容器充电产生有用功。支持这一发现的经验证据科学家们发现，当存储电容器的初始电荷为零时，电路会从热环境中汲取能量为其充电。研究小组随后证明，该系统在整个充电过程中都符合热力学第一和第二定律。他们还发现，较大的存储电容器可产生更多的存储电荷，而较小的石墨烯电容可提供更高的初始充电速率和更长的放电时间。这些特性非常重要，因为它们可以在净电荷损失之前，让存储电容器有时间与能量收集电路断开连接。这篇最新论文是在该研究小组之前两项研究的基础上发表的。第一项研究发表在2016年《物理评论快报》上，题为"独立石墨烯薄膜的反常动力行为"（AnomalousDynamicalBehaviorofFreestandingGrapheneMembranes）。在该研究中，Thibado和他的合著者确定了石墨烯独特的振动特性及其能量收集潜力。第二项研究发表在2020年的《物理评论E》上，题为"来自独立石墨烯的波动诱导电流"，他们在文章中讨论了一种使用石墨烯的电路，这种电路可以为小型设备或传感器提供清洁、无限的电力。这项最新研究更进一步，从数学上确定了一种电路的设计，这种电路能够从地球的热量中收集能量，并将其储存在电容器中，以供日后使用。蒂巴多解释说："从理论上讲，这就是我们要证明的。"有一些众所周知的能量来源，如动能、太阳能、环境辐射能、声能和热梯度能。现在还有非线性热能。通常，人们认为热能需要温度梯度。这当然是一种重要的实用动力源，但我们发现的是一种前所未有的新动力源。这种新动力不需要两种不同的温度，因为它只存在于一个温度下。"除蒂巴多外，共同作者还包括PradeepKumar、JohnNeu、SurendraSingh和LuisBonilla。库马尔和辛格是阿肯色大学的物理学教授，诺伊是加州大学伯克利分校的物理学教授，博尼利亚是马德里卡洛斯三世大学的物理学教授。十年探索这项研究代表了蒂巴多十多年来一直在研究的问题的解决方案，当时他和库马尔首次在原子水平上跟踪了独立石墨烯中波纹的动态运动。石墨烯于2004年被发现，是一种一原子厚的石墨薄片。二人观察到，独立石墨烯具有波纹结构，每个波纹都会随着环境温度的变化而上下翻转。蒂巴多说："越薄的东西越灵活。只有一个原子厚度的材料，没有比它更柔韧的了。它就像一个蹦床，不断地上下移动。如果你想阻止它移动，就必须把它冷却到20开尔文。"他目前开发这项技术的重点是制造一种他称之为石墨烯能量收集器（或GEH）的设备。GEH使用的是悬浮在两个金属电极之间的带负电的石墨烯薄片。当石墨烯向上翻转时，会在顶部电极中产生正电荷。当石墨烯向下翻转时，它在底部电极中产生正电荷，从而产生交变电流。将二极管反向接线，让电流双向流动，就能在电路中提供单独的路径，产生脉动直流电流，对负载电阻器做功。商业应用NTSInnovations是一家专门从事纳米技术的公司，拥有将GEH开发成商业产品的独家许可。由于GEH电路非常小，只有纳米大小，因此非常适合在硅芯片上大规模复制。当多个GEH电路以阵列形式嵌入芯片时，可以产生更大的功率。它们还可以在多种环境下工作，因此对于在更换电池不方便或昂贵的地方（如地下管道系统或飞机内部电缆管道）安装无线传感器特别有吸引力。NTSInnovations公司创始人兼首席执行官唐纳德-迈耶（DonaldMeyer）在谈到蒂巴多的最新研究成果时说道："保罗的研究让我们更加坚信，我们在石墨烯能量收集领域的发展方向是正确的。我们感谢与阿肯色大学的合作，将这项技术推向市场。"NTSInnovations的销售和营销副总裁RyanMcCoy补充说："电子行业对缩小外形尺寸、减少对电池和有线电源的依赖有着广泛的需求。我们相信石墨烯能量收集技术将对这两方面产生深远影响。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1378571.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1378571.htm