美國(guó)研究人員開發(fā)出用鉭制造致動(dòng)器和傳感器

2021年6月26日，美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種用于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）熱致動(dòng)器和傳感器的有效替代材料。研究人員用鉭制造微機(jī)電熱致動(dòng)器，這既降低了操作溫度，也降低了驅(qū)動(dòng)所需的能量消耗。研究結(jié)果發(fā)表在《自然微系統(tǒng)與納米工程》上。

鉭是一種稀有的難熔金屬，常用于合金中以增加強(qiáng)度和耐久性。研究人員推斷，鉭熱致動(dòng)器與硅襯底相比，熱膨脹系數(shù)較大，在相同的力和位移下，需要的功率比多晶硅少一半。鉭的工作電壓低于其他熱致動(dòng)器，與互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）電路直接兼容。鉭器件也可以在接近室溫下進(jìn)行加工。從而證明，使用鉭不僅可以制造熱致動(dòng)器，而且可以用于制造多種傳感器，以用于廣泛的集成納米電子器件的可行性。

研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，鉭作為一種 MEMS 結(jié)構(gòu)材料，可以消除對(duì)兩個(gè)獨(dú)立芯片的需求以及在它們之間發(fā)送信號(hào)的額外布線，這將導(dǎo)致用更少的材料制造更高效的設(shè)備，從而降低制造成本并帶來(lái)更高的性能。

浙江大學(xué)寧波科創(chuàng)中心與國(guó)外團(tuán)隊(duì)合作開發(fā)出智能隱形眼鏡可檢測(cè)血糖

常見的血糖儀大多需要刺破手指采血，且多為一次性檢測(cè)，測(cè)得的血糖數(shù)據(jù)具有一定的局限性，為解決這些難題，浙江大學(xué)寧波科創(chuàng)中心（寧波校區(qū)）的張晟團(tuán)隊(duì)和來(lái)自哈佛大學(xué)、英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室以及喬治華盛頓大學(xué)的合作團(tuán)隊(duì)共同研發(fā)了智能隱形眼鏡，不僅能實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷檢測(cè)血糖，而且對(duì)人體無(wú)害，是一種理想的可穿戴血糖儀。

新型隱形眼鏡生物傳感器系統(tǒng)包含3個(gè)探測(cè)器，分別是用于接收光學(xué)信息的光電探測(cè)器、用于診斷潛在角膜疾病的溫度傳感器和用于直接監(jiān)測(cè)淚液中葡萄糖水平的葡萄糖傳感器。與傳統(tǒng)的傳感器和夾在透鏡基板中的電路芯片不同，特殊設(shè)計(jì)的蛇形網(wǎng)狀傳感器系統(tǒng)可以直接安裝在透鏡上并與淚液保持直接接觸，從而提供高檢測(cè)靈敏度，同時(shí)，機(jī)械堅(jiān)固且不會(huì)干擾眨眼或視力。此外，智能隱形眼鏡的體外細(xì)胞毒性測(cè)試顯示出良好的生物相容性，戴上之后不會(huì)有異物感，這一特性使它有望成為醫(yī)療保健和醫(yī)療應(yīng)用的下一代軟電子產(chǎn)品。

這一國(guó)際合作研究成果發(fā)表在《Matter》（2021,4,969-985)上。張晟表示，這種新型多功能隱形眼鏡可以獲得來(lái)自眼球的多種信號(hào)，這些信號(hào)可以與先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析算法相結(jié)合，為用戶提供個(gè)性化和精確的醫(yī)療分析。

中國(guó)科學(xué)家開發(fā)新型胰島素分泌監(jiān)測(cè)熒光探針

2021年8月23日，北京大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在Angewandte Chemie-International Edition雜志上在線發(fā)表了題為“Red- and Far-Red-Emitting Zinc Probes with Minimal Phototoxicity for Multiplexed Recording of Orchestrated Insulin Secretion”的研究論文。

胰島素在β細(xì)胞內(nèi)與高濃度鋅離子形成晶體結(jié)構(gòu)，因此采用不透膜的鋅離子熒光探針可標(biāo)記胰島素/Zn2+晶體，從而指示胰島素囊泡分泌。但目前已開發(fā)的鋅離子熒光探針存在的一些問題限制了該技術(shù)在生理、病理情況下的應(yīng)用：一是探針親和力過高，導(dǎo)致胰島內(nèi)非囊泡分泌信號(hào)較強(qiáng)；二是探針發(fā)射波長(zhǎng)較短，無(wú)法與其他熒光探針聯(lián)用；三是探針生物相容性差、光毒性較強(qiáng)，無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間記錄胰島素分泌過程。

研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)傳統(tǒng)不透膜鋅離子探針進(jìn)行基團(tuán)替換、化學(xué)結(jié)構(gòu)調(diào)整，并采用全新的late-stage N-alkylation（在最后的合成階段進(jìn)行N-烷基化）合成策略，開發(fā)了一系列低親和力、不透膜的紅色和遠(yuǎn)紅發(fā)射的鋅離子探針，實(shí)現(xiàn)多色、多維、長(zhǎng)時(shí)程胰島素分泌監(jiān)測(cè)。

該研究為胰島內(nèi)分泌和2型糖尿病生理、病理機(jī)制研究，以及治療胰島素分泌異常疾病藥物的高通量篩選提供了新的工具和技術(shù)。

美國(guó)科學(xué)家研制出牙齒傳感器，可實(shí)時(shí)記錄進(jìn)食數(shù)據(jù)

2021年9月6日，美國(guó)塔夫茨大學(xué)的研究人員宣布開發(fā)出一種可放置在牙齒上跟蹤進(jìn)食的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的微型傳感器。該傳感器體積非常小，只有2 mm ×2 mm的占地面積，并且可以靈活地與牙齒的曲率完美結(jié)合，傳感器響應(yīng)射頻信號(hào)以無(wú)線方式傳輸數(shù)據(jù)。

這種生物傳感器由3部分組成：一個(gè)中央生物響應(yīng)層，吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和其他要檢測(cè)的化學(xué)物質(zhì)，兩個(gè)外層由兩個(gè)方形金環(huán)組成。這樣的系統(tǒng)形成一個(gè)天線、收集和傳輸射頻頻譜中的波。

根據(jù)傳感器內(nèi)層檢測(cè)到的化合物種類，確定射頻波的頻譜和強(qiáng)度。此外，由于它利用了我們周圍已經(jīng)存在的環(huán)境射頻信號(hào)，因此不需要電源。

當(dāng)波擊中傳感器時(shí)，它只會(huì)接收到其中的一部分，從而消除了不必要的波。通過這種方式，傳感器可以針對(duì)它們特別尋找的任何東西進(jìn)行調(diào)整——可能是鹽、酒精或糖的攝入量。

該傳感器包可以動(dòng)態(tài)讀取和傳輸有關(guān)其環(huán)境的信息，無(wú)論是貼在牙齒、皮膚還是任何其他表面上。