我国科学家开发出“微型光电探针”可无线监测深层脑组织含氧量

清华大学、首都医科大学宣武医院、北京理工大学等国内多家单位研究人员，经过几年研究，开发出一种直径为300 μm 左右的植入式微型光电探针，在自由活动的动物深层脑组织中实现了无线、连续、实时、精准的脑组织氧分压监测，为深入探索脑组织中的氧气浓度变化与神经活动和脑疾病状态的关系提供了有效工具。该成果2024 年1 月24 日在线发表于国际学术期刊《自然·光子学》上。

研究团队通过设计制备微型薄膜式发光二极管（LED）和光电探测器，结合对氧气敏感的磷光涂层，加工成高度集成的植入式微型光电探针。“探针所发出的磷光信号对氧气具有高度敏感性，光强随氧分压的增加而减小，脑组织缺氧时会发强光，因此可通过光信号的强弱来测出氧气浓度，且探针响应时间小于1 s，便于实现动态响应。”论文通信作者之一、清华大学电子工程系副教授盛兴说。

此外，研究团队还开发了微型柔性电路用于无线能量与信号传输，配合微型光电探针，实现全植入式的光电氧分压传感系统。

研究人员通过微创方式将探针植入啮齿类动物（小鼠等）脑部，实现了对动物深部脑区的氧分压无线动态监测，探究脑组织氧分压的变化规律。在电刺激小鼠海马脑区诱导癫痫的模型中，也测得癫痫放电后海马、皮层等不同脑区显著的乏氧状态；同步监测癫痫过程中的神经电活动与局部组织氧分压变化，探索氧气在脑神经异常活动过程中的作用与机理。

这种新的无线脑组织氧分压监测的工具和方法具有便捷、精准、实时等优势，未来有望为患有癫痫、脑肿瘤、脑卒中、颅内创伤等疾病的患者提供健康监护管理。

中科院大连化物所全海深11 000 m 级原位荧光传感器海试成功

由中国科学院大连化学物理研究所仪器分析化学研究室微型分析仪器研究组研究员耿旭辉、关亚风团队研制的单/双通道全海深11 000 m 级原位微生物、有色溶解有机物（CDOM）和叶绿素荧光传感器，于2023 年10 月28 日至2024 年1 月12 日在“探索一号”菲律宾海公海科考航次中，搭载中国科学院深海科学与工程研究所的深渊原位科学实验站，在菲律宾海沟开展海试，先后进行了5 次海底试验，最大潜深7 731 m，测量到了从海平面到海底整个剖面的微生物（色氨酸）、CDOM和叶绿素a 的浓度，与类似海域报道的剖面数据接近，并测到了该海域特有的“双峰”现象。

此外，两个传感器在5 568 m 海底连续停留51 天零7 小时，均工作正常，获得了有效数据，表明系列全海深11 000 m 级原位荧光传感器具有优良的长期连续在极端深度深海海底工作稳定性。传感器已通过110 MPa 耐压第三方测试。

英国科学家开发机器人能以人类两倍的速度阅读盲文

近日，英国剑桥大学研究人员开发了一种机器人传感器，结合人工智能技术，它可以接近人类读者两倍的速度阅读盲文。这一机器人原本并不是作为盲人辅助技术而开发的，但其高灵敏度使它成为开发机器手或假肢的理想模型。它的灵敏度甚至与人类指尖相当。研究结果发表在新一期《IEEE 机器人与自动化快报》杂志上。

研究人员创造了一种在“指尖”装有摄像头的机器人传感器。考虑到传感器的滑动动作会导致运动模糊，团队开发了机器学习算法，以便机器人阅读器能够在传感器尝试识别字母之前对图像进行“去模糊”。他们在一组应用了假模糊的清晰盲文图像上训练了算法。在算法学会对字母进行去模糊处理后，他们使用计算机视觉模型来检测和分类每个字符。

一旦算法被合并，研究人员沿着一排盲文字符快速滑动阅读器进行测试。机器人盲文阅读器可以每分钟315 个单词的速度阅读，准确度为87%，比人类盲文阅读快两倍，准确度也相近。

美、印科学家开发3D 打印电子皮肤具弯曲和感知能力

美国和印度科学家携手，利用具有可调谐电子和热生物传感能力的纳米工程水凝胶，借助3D 打印技术，开发出一种新型电子皮肤。新皮肤可像人类皮肤一样弯曲、拉伸，并具有感知能力，有望应用于机器人、假肢、可穿戴设备、运动和健身、安全系统和人机交互等领域。相关研究论文发表于最新一期《先进功能材料》杂志。

人类皮肤是大脑与外界连接的“桥梁”，通过触摸、温度和压力为人体提供丰富的反馈。而电子皮肤未来有望应用于多个领域，比如，持续监测用户的运动、体温、心率和血压等生命体征的可穿戴设备。

最新研究负责人、得克萨斯农工大学生物医学工程系教授阿希列什·贾哈沃指出，为创建电子皮肤，必须开发出耐用材料。这些材料应兼具模仿人类皮肤的灵活性，包含生物电传感能力，以及采用适合可穿戴或植入式设备的制造技术。为此，他们开发出了一种纳米工程水凝胶。

研究人员利用二硫化钼纳米中的“原子缺陷”，使其能实现高导电性。这些专门设计的二硫化钼纳米颗粒充当交联剂，形成水凝胶，并赋予电子皮肤导电性和导热性。

研究人员在基于水凝胶的系统内引入了“三重交联”策略。水凝胶更容易处理和操作，解决了3D 打印技术开发电子皮肤遇到的一些问题，有助构建复杂的2D 和3D 电子结构。水凝胶也让新电子皮肤能更好地顺应并黏附在动态、潮湿的生物表面上，而这对医疗保健尤为重要。

谢里夫理工大学研制出用于检测湿度水平和监测乙醇变化的自供电呼气传感器

伊朗谢里夫理工大学的研究人员使用静电纺丝法合成的聚环氧乙烷/氧化亚铜复合纳米纤维（PCNF）作为传感材料，在呼气模拟器环境中测量乙醇浓度（1×10-6～200×10-6），并利用集成的接触分离式摩擦纳米发电机（TENG）为自供电的PCNF 呼气传感器供电。在相对湿度90% RH 且存在干扰气体的情况下，基于PCNF 的气体传感器检测5×10-6和200×10-6 乙醇的响应值分别为0.9 和3.2，显示出良好的结果。这种自供电的呼气传感器能够持续监测肺癌症状，并有助于检查是否符合法定饮酒限制。2024 年1 月18 日，相关研究成果以“Self-powered triboelectric nanogenerator sensor for detecting humidity level and monitoring ethanol variation in a simulated exhalation environment” 为 题 发 表 在Scientific Reports期刊上。

用于为呼气传感器供电的集成接触分离式摩擦纳米发电机（CS-TENG）由FTO 玻璃和Kapton 组成，其后面有铝带作为背接触层。集成TENG 供电传感器的示意图如下所示。研究人员预测所开发的自供电湿度传感器与FTO/Kapton TENG 相结合，将在各种频率下工作，而传感器的输出结果不会发生显著变化。

研究人员在3 种不同的环境中评估了所开发传感器的性能：高湿度、干燥空气中的纯乙醇蒸汽和90% RH 下不同浓度的乙醇蒸汽（模拟呼出气体）。通过分析PCNF 和PNF 传感器在上述环境下电阻的变化来评估传感信号。与PNF 传感器相比，PCNF 传感器在所有测试环境中都表现出优异且一致的传感信号和响应水平，这主要是由于同时利用了亲水性聚环氧乙烷纳米纤维和氧化亚铜纳米颗粒，从而产生了更多的吸收位点。PCNF 传感器在90%RH、200×10-6纯 乙 醇 和90% RH 下200×10-6乙醇中的响应值分别为9.1、2.5 和3.2。

此外，还研究了基于PCNF 的自供电呼气传感器在人体呼出气体传感环境中的性能，以在实际应用中测试传感响应值、响应/恢复时间和可重复性。

总而言之，研究人员采用聚环氧乙烷/氧化亚铜复合纳米纤维和FTO/Kapton 摩擦纳米发电机作为电源，开发了一种自供电呼气传感器，用于检测人体呼出气体中的乙醇水平。

值得注意的是，基于PCNF 的传感器表现出显著的特性，例如一致的输出信号、持久的稳定性、优异的选择性和快速的响应/恢复时间。呼气传感器通过提供一种非侵入性的快速诊断工具，有可能彻底改变疾病诊断和监测领域。该呼气传感器在各种疾病领域的应用仍在探索中，需要进一步研究以了解该技术的潜力。尽管如此，这种呼气传感器的发展代表了一个有前途的研究领域，有可能提高疾病诊断和监测的准确性、速度和便利性。