研究人员开发出一种能再现触感的超薄纹身

研究人员开发出一种能再现触感的超薄纹身触觉对于抓握和操纵物体、体验世界以及实现机器与人类之间的交流至关重要。通过可穿戴设备复制触觉有多种重要用途，例如为截肢者的机械臂提供反馈或为视障人士提供信息，以及在虚拟现实和游戏中使用。意大利技术研究所（IIT）的研究人员开发了一种超薄可穿戴电子纹身，能够通过热、电和机械刺激提供局部触觉。他们选择临时转印纹身纸作为制作设备的基底，因为这种纸能有效地转印到非平面表面，并能制作出与人体皮肤贴合良好的电极和电通路。在纹身纸上涂上一层1微米厚的对二甲苯以增强机械强度，然后直接在上面印上超薄导电银墨薄膜。然后再添加布线，接着是聚苯乙烯微粒，这种微粒能产生微小的空隙，用于吸附空气，最后在上面再涂一层聚对二甲苯。图片显示构成该装置的各层成分马佐塔和马托利/意大利技术研究所该装置的全部厚度只有几微米，通过电热气动刺激发挥作用。快速而局部的电加热会在两层聚对二甲苯之间产生少量空气。当空气膨胀时，接触装置的皮肤就能感受到空气产生的力量。在玻璃载玻片上测试完成的装置后，研究人员将电子纹身放在人的指尖上，以证明它能够引起触觉。在10次刺激中，受试者感觉到了9次，并且在测试过程中没有疼痛或温度升高。此外，该装置使用极小的电池供电，电压很低（低于300毫瓦），因此对佩戴者很安全。这项工作展示了单个taxel或TActile像素的功能，这是一种能识别与实物接触压力的传感器。研究人员正致力于开发更大型的触觉显示器，其中包含多个可相互独立激活的taxel，这样就能在皮肤上再现字母、数字和图案。研究人员说："在这项工作中，我们的重点是开发和表征单个分类单元。然而，这种方法、材料和制造技术可以扩展到实现更复杂的设备，如更大的可纹身触觉显示器。"他们认为，他们的方法有望用于开发轻便、便携的触觉显示器和设备。这项研究发表在《先进电子材料》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1400233.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1400233.htm

研究人员发现了大脑进化保守区域的新功能

研究人员发现了大脑进化保守区域的新功能动物如何知道它们在环境中的位置，以及这如何决定它们随后的选择？霍华德-休斯医学研究所Janelia研究基地的研究人员发现，后脑--大脑后部的一个进化保守或"古老"的区域--帮助动物计算它们的位置，并利用这些信息来计算它们接下来需要去的地方。最近发表在《细胞》杂志上的这项新研究发现了"进化保守区域"部分的新功能，这些发现可能适用于其他脊椎动物。这段视频显示了幼年斑马鱼在虚拟现实环境中时的全脑记录。资料来源：MishaAhrens全脑成像揭示了新的网络为了弄清楚动物如何理解它们在环境中的位置，由阿伦斯实验室的博士后杨恩领导的研究人员，将几乎没有半厘米长的半透明小斑马鱼放在一个模拟水流的虚拟现实环境中。当水流出乎意料地转变时，鱼儿最初会被推离航线，然而，它们能够纠正这种运动并回到它们的起点。当斑马鱼在虚拟现实环境中游泳时，研究人员使用Janelia公司开发的全脑成像技术来测量鱼的大脑中正在发生的事情。这种技术使科学家们能够搜索整个大脑，看哪些电路在它们的航向纠正行为中被激活，并分解出所涉及的单个组件。研究人员预计会在前脑看到激活，因为掌管记忆的海马体位于那里，它包含了一个动物环境的"认知地图"。令他们惊讶的是，他们在延髓的几个区域看到了激活，关于动物位置的信息正从一个新确定的电路通过一个叫做下橄榄的后脑结构传递到小脑的运动电路，使鱼能够按自己的意图移动，而当这些通路被阻断时，鱼就无法导航回到它原来的位置。幼年斑马鱼的虚拟现实环境，鱼在模拟水流的情况下穿越二维环境这些发现表明，脑干区域会记住斑马鱼的原始位置，并根据其当前和过去的位置产生一个错误信号。这一信息被转达给小脑，使鱼能够游回它的起点。这项研究揭示了下橄榄和小脑的新功能，已知它们参与了伸手和运动等动作，但没有参与这种类型的导航。新研究的第一作者杨说："我们发现，鱼正试图计算其当前位置和其首选位置之间的差异，并利用这一差异产生一个错误信号。大脑将该错误信号发送到其运动控制中心，因此鱼在被流动无意中移动后可以进行纠正，甚至在许多秒后。"一个新的多区域后脑回路目前还不清楚这些相同的网络是否参与了其他动物的类似行为。但研究人员希望研究哺乳动物的实验室现在将开始研究后脑中用于导航的同源电路。研究人员说，这种后脑网络也可能是其他导航技能的基础，例如当一条鱼游到一个特定的地方避难时。Janelia高级组长MishaAhrens说："这是一个未知的电路，用于这种形式的导航，我们认为它可能是探索和基于地标的导航的高阶海马体电路的基础。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1342259.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1342259.htm

研究人员开发出大视场高速超分辨率显微镜

研究人员开发出大视场高速超分辨率显微镜研究人员开发了一种荧光显微镜，利用结构照明在宽视场范围内进行快速超分辨率成像。它还可用于多色和高速成像。图片来源：比勒费尔德大学HenningOrtkrass德国比勒费尔德大学的亨宁-奥特克拉斯（HenningOrtkrass）说："通常开给慢性病患者或老年人的多种药物组合的影响可能导致危险的相互作用，并正在成为一个主要问题。我们开发的这款显微镜是EICPathfinderOpenProjectDeLIVERy项目的一部分，该项目旨在开发一个平台，用于研究个体患者的多重用药情况。"研究人员使用新的显微镜装置对固定的多色染色肝细胞进行成像。图像显示了细胞的微小膜结构，这些结构小于光的衍射极限。图片来源：比勒费尔德大学HenningOrtkrass在Optica出版集团的《光学快报》（OpticsExpress）杂志上，研究人员介绍了他们的新型显微镜，该显微镜利用光纤传输激发光，在非常大的视野范围内实现了非常高的图像质量，并具有多色和高速功能。研究表明，该仪器可用于肝细胞成像，视场可达150x150μm²，成像速率高达44Hz，同时保持小于100nm的时空分辨率。Ortkrass说："使用这种新型显微镜，可以在离体细胞上测试单个药物组合，然后进行超分辨率成像，观察细胞膜特征或细胞器的动态变化。大视场可以提供有关细胞反应的统计信息，这些信息可用于改善个性化医疗保健。由于该系统的潜在尺寸较小，它还可用于高分辨率非常重要的临床应用。"新型荧光显微镜采用结构照明，可在宽视场范围内快速进行超分辨率成像。还可以进行多色成像，如视频所示。图片来源：比勒费尔德大学HenningOrtkrass这种新型显微镜基于超分辨结构照明显微镜（SR-SIM），利用结构化的光模式激发样品中的荧光，实现超越光衍射极限的空间分辨率。SR-SIM特别适合活细胞成像，因为它使用低功耗激发，不会伤害样本，同时还能生成高度精细的图像。为了实现宽视场的高分辨率，新型显微镜从一组原始图像中重建超分辨图像。这些原始图像是通过使用一组六根光纤，以正弦条纹图案照射样品获得的。这样，分辨率提高了两倍，同时还能实现快速成像，并与活细胞成像兼容。得益于显微镜的大视野，可以同时获取多个细胞的超分辨率图像。图片来源：HenningOrtkrass，比勒费尔德大学Ortkrass说："光纤选择和相移是通过基于振镜和MEMS镜的全新设计的光纤开关实现的。为此我们还定制设计了一个六边形支架，可将六根光纤的光束准直并重新聚焦到显微镜中，以照亮一个大的FOV并对所有光束进行精确调整。这使得该装置可用于全内反射荧光激发（TIRF）-SIM，从而将荧光激发和检测限制在样品的薄区域内。"由于肝脏是参与药物代谢的主要器官，研究人员使用固定的多色染色大鼠肝细胞样本对该装置进行了测试。利用新型显微镜生成的重建图像可以观察到小于光衍射极限的微小膜结构。Ortkrass说："这种紧凑型系统独特地将大视野、快速图案切换速度与多色、高能效激发结合在一起。此外，该装置还能获得极高的图像质量，并可进行调整，以执行2D-SIM或TIRF-SIM。"下一步，研究人员计划将该显微镜装置应用于肝细胞的活细胞研究，以观察接受多种药物治疗的细胞的动态变化。他们还计划改进图像重建过程，以完成对获取的原始数据进行实时重建。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1382739.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1382739.htm

研究人员发现了脂肪细胞跟大脑直接对话的新方式

研究人员发现了脂肪细胞跟大脑直接对话的新方式由斯克里普斯研究所的一个团队领导的一项新研究发现了脂肪细胞和大脑之间的一种新型通信途径。研究结果显示，大脑并不只是通过缓慢响应血液中的荷尔蒙信号来调节脂肪燃烧，而是可以直接向脂肪组织发送信息并影响代谢过程。关于新陈代谢的传统观点认为身体使用各种信号分子如荷尔蒙来调节其能量生产。脂肪组织就像身体的能量储存系统，当我们在大量体力活动或压力大的时候需要利用这些供应来获得额外的燃料时，某些信号会触发交感神经系统开始与这些脂肪细胞对话。到目前为止，人们认为延伸到脂肪组织的神经大多跟这种交感神经系统的途径有关。但了解这种组织中到底有哪些类型的神经元一直是难以研究的。因此，为了获得这项研究的结果，研究小组需要开发全新的成像方法。在这项研究中，部署了两种新的方法：一种被称为HYBRiD，它使脂肪组织变得透明，让研究人员有了一个了解神经元路径的独特窗口；另一种方法被称为ROOT，它使研究人员能准确地研究位于脂肪组织中的某些神经元如何与身体的其他部分沟通。该研究的论文第一作者YuWang介绍称：“这项研究确实是通过这些新方法的结合而实现的。当我们刚开始这个项目时，还没有现成的工具来回答这些问题。”该研究的最大发现是发现了从脊柱分支到脂肪组织的感觉神经元。这些感觉神经元直接跟大脑中一个叫做背根神经节的部分进行交流。“这些神经元的发现首次表明，你的大脑正在积极地调查你的脂肪，而不仅仅是被动地接收关于它的信息，”共同资深作者LiYe说道，“这一发现的影响是深远的。”那么，从这些感觉神经元向大脑发送的是什么类型的信息？对此，研究人员阻断了这些感觉神经元的通讯并发现脂肪组织的代谢活动增加。当感觉神经元的通信被沉默时，交感神经系统启动了并开始将白色脂肪细胞转化为棕色脂肪。这一机制加强了身体的脂肪燃烧过程。研究人员推测，这两个对立的神经信号可能协同工作，以此来维持一种新陈代谢的平衡。交感神经系统将燃烧脂肪的过程打开，而感觉神经元通路则将这一过程关闭。“这告诉我们，大脑向脂肪组织发出的指令并不是一刀切的。它比这更细微，这两类神经元的作用就像燃烧脂肪的油门和刹车，”Li说道。基础性发现往往会导致一大堆需要进一步研究的新问题，而这项研究也不例外。这一发现在现阶段所能明确的是，新发现的感觉神经元通信途径对保持脂肪组织健康至关重要。但从那里开始，问题迅速开始堆积起来。如这些来自脂肪组织的感觉神经元信号如何跟交感神经系统信号进行机械性的互动？或者更有说服力的是，究竟什么样的信息是通过这些脂肪组织的感觉神经元进出大脑的？背根神经节的不同部分是否指导脂肪组织的不同代谢功能？最重要的是，这些途径能否被治疗性地调节，以治疗肥胖症或代谢性疾病？PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1311083.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1311083.htm

研究人员开发出可再生骨骼的"骨绷带"

研究人员开发出可再生骨骼的"骨绷带"压电材料在施加机械应力时会产生电荷。骨骼就是一种压电材料。由于骨具有电微环境，电信号在骨修复过程中发挥着重要作用，可有效促进骨再生。然而，骨再生是一个复杂的过程，依赖于机械、电气和生物成分。目前的骨再生策略，如释放生长因子的移植物或支架，都有其局限性，如供体部位的并发症、有限的可用性和高昂的成本。现在，韩国科学技术院（KAIST）的研究人员开发出了一种开创性的骨再生方法，它将压电和一种天然存在于骨骼中的矿物质结合在一起。羟基磷灰石（HAp）是骨骼和牙齿中的一种矿物质，在骨骼结构强度和再生中发挥作用。它通常被添加到牙膏中，用于重新矿化牙釉质和强化牙齿。研究发现，HAp能促进成骨（骨形成），为新骨生长提供支架。它还具有压电特性和粗糙的表面，是制作骨生长支架的理想材料。因此，研究人员制作了一个独立的仿生物支架，将HAp集成到聚合物薄膜聚偏氟乙烯-三氟乙烯（P(VDF-TrFE)）的压电框架中。这种独立的支架在施加压力时会产生电信号，这使得这种方法有别于以往将HAp和P(VDF-TrFE)结合在一起的研究，后者仅限于金属假体的涂层。他们说，研究人员的新方法为骨再生提供了一个多功能平台，超越了表面结合应用。对含有和不含HAp的支架进行体外比较后发现，HAp支架上的细胞附着率要高出10%至15%。细胞培养五天后，HAp支架上的细胞增殖率提高了20%至30%，成骨水平提高了约30%至40%。研究结果表明，HAp最大限度地提高了支架的压电特性，并创造了一种类似于人体细胞外基质的环境，细胞外基质是所有组织的非细胞成分，它提供了组织再生所需的基本物理结构和重要线索。(d）显微CT图像显示使用不同支架的小鼠头骨的骨再生情况；（e）支架植入后2、4和6周的骨量和面积Joo等人研究人员随后在小鼠身上测试了他们的HAp/P(VDF-TrFE)支架，将其置于动物头骨（小腿骨）的缺损处。支架维持了六周，没有发生变形。所有小鼠都存活了下来；没有观察到任何不良反应，包括感染或炎症反应。植入两周、四周和六周后，与对照组没有骨形成相比，安装了HAp支架的小鼠的骨再生能力明显增强。该研究的通讯作者之一SeungbumHong说："我们开发出了一种基于HAp的压电复合材料，它可以像'骨绷带'一样加速骨再生。这项研究不仅为生物材料的设计提出了新的方向，而且在探索压电性和表面特性对骨再生的影响方面也具有重要意义。"这项研究发表在《ACS应用材料与界面》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1415739.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1415739.htm

研究人员开发出受撞击后会硬化的非牛顿流体[弹力导电材料

研究人员开发出受撞击后会硬化的非牛顿流体[弹力导电材料该项目的主要研究人员王跃（Jessica）指出，当玉米淀粉和水慢慢搅拌在一起时，搅拌勺很容易在混合物中移动。当你移开勺子并试图用力将其重新插入时，却会得到不同的结果，这就是非牛顿流体的特性。王说："这就像在一个坚硬的表面上捅了一刀，勺子再也进不去了。"团队的目标是在固体导电材料中模拟这种奇特的性质。为了实现目标，研究小组必须确定共轭聚合物的正确组合，共轭聚合物是一种长条状导电分子，形状就像一串串意大利面条，大多数柔性聚合物在受到反复、快速或剧烈冲击时会断裂。研究人员首先使用由四种聚合物组成的水溶液：意大利面条状的聚（2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸）、较短的聚苯胺分子和称为聚（3,4-乙烯二氧噻吩）聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）的导电组合。他们调整了配方以提高导电性和自适应耐久性。例如，在混合物中增加10%的PEDOT:PSS可提高导电性和自适应耐久性。研究小组还尝试在混合物中添加小分子，注意每种添加剂如何改变聚合物的特性。最终，带正电荷的纳米粒子添加剂最能改善适应性功能。实验室的博士后研究员吴迪说："在我们的材料中加入带正电荷的分子，使其在更高的拉伸速率下更加坚固。"实际应用可能包括用于智能手表的集成表带和背面传感器，可以轻松承受人类手腕上日常生活的恶劣环境。这种柔性材料还可以应用于医疗领域，也许可以集成到心血管传感器或血糖监测仪等可穿戴设备中。吴和团队甚至改良了适合3D打印的早期材料版本，并制作了一只人手的复制品，以展示其作为假肢使用的潜力。王说："它有许多潜在的应用领域，我们很高兴看到这一全新的、非传统的特性将把我们带向何方。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424697.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1424697.htm