一周前沿科技盘点71丨从蜘蛛丝汲取灵感制作电极，软到超想象；颠覆20多年的研究范式，激光输出效能大幅提升

科研“不走寻常路”的故事常讲常新。近期，中国科学院大连化学物理研究所科学家颠覆了近20多年来量子点薄膜制备思路，对量子点的液体光增益机制予以重新审视，并有了新的收获。

基于国际科技创新中心网络服务平台科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，为大家带来第七十一期。

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《Nature》丨从蜘蛛丝汲取灵感制作电极，软到超乎想象

用于生物组织接口界面的水响应超收缩聚合物膜

在《拾荒者统治》这部热门科幻剧集中，生命科学术与信息技术完美交融，共同演绎出一个“神奇生物在这里”的神秘瑰丽星球。近期，中国科学院深圳先进技术研究院深圳先进集成技术研究所神经工程中心李光林／刘志远研究团队，联合新加坡南洋理工大学、南京医科大学学者设计出一种薄膜，为微电子生物传感，乃至生物和电子设备之间的无缝集成提供了更多可能性。

硬质电路中，不同电子设备的连接通常是一项简单的任务。这是由于它们拥有成对的标准接口，形状和尺寸匹配。但对生物界面而言，事情就没那么简单了。柔软可拉伸电子器件作为新兴的主要用于生物界面接口的电子设备，其器件间集成方法仍需探索，且器件与生物组织的接口无法标准化。由于生物组织柔软、形状和尺寸多样，当下缺乏能够实现柔软生物组织与复杂电子界面标准化快速集成的手段。 

科研团队从蜘蛛丝中汲取灵感，基于聚环氧乙烷和聚乙二醇－α－环糊精包合物研发出一种水响应性超收缩聚合物薄膜。基于这种薄膜构筑的形状自适应电极阵列简化了植入过程，在润湿后可保形地包裹不同尺寸的神经、肌肉和心脏，并应用于体内神经刺激和电生理信号记录。这种新型水响应材料在塑造下一代生物组织电子界面以及拓宽形状自适应材料的生物医学应用方面具有潜在的重要作用。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06732-y

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《Advanced Materials》丨颠覆20多年的研究范式，激光输出效能大幅提升

胶体量子点是一种溶液中制备生长的半导体纳米晶体，它具有成本低廉、发光效率高、发光波长连续可调、吸收截面大等特点。因此，胶体量子点有望取代常用的有机染料分子，成为理想的液体激光增益介质。近20多年来，研究人员往往致力于研发量子点薄膜的激光体系，这也逐渐成了主流研究范式。

近期，中国科学院大连化学物理研究所吴凯丰与杜骏团队打破了这种研究范式，对量子点的液体光增益机制予以重新审视，并有了新的收获。研究团队巧妙设计合成了体积紧凑的核壳结构量子点，该类量子点具有组分渐变的合金化结构。该策略将量子点的双激子寿命从常规的皮秒量级延长到了纳秒量级，从而使双激子增益寿命达到近纳秒的量级。在此基础上，基于胶体稳定的量子点溶液即可实现光泵浦的放大自发辐射。

实验表明，该量子点增益体系表现出超强的光稳定性以及可放大合成的特性，且能在7纳秒的固体激光泵浦下实现准连续的放大自发辐射。而放大自发辐射是激光输出的“前驱体”，因此该工作有望为未来在谐振腔内实现基于量子点液体的激光输出奠定基础。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202308979

3

《Advanced Materials》丨这种分区光学生物检测芯片，具备诊断早期癌症潜质

印刷分区光学生物芯片进行多种外泌体的同时可视化检测

外泌体是直径为40nm－160nm的胞外囊泡。携带大量母细胞的生物信息、在细胞间通讯中具有重要作用，外泌体因此被视为下一代的癌症生物标志物。

针对传统检测外泌体方法耗时长、灵敏度低等问题，中国科学院化学研究所绿色印刷院重点实验室宋延林课题组将印刷一维纳米链与表面图案化结合，设计了一种分区的光学生物检测芯片。该研究利用酰胺反应在一维纳米链上孵育特异性抗体，用以捕获目标外泌体颗粒。

该研究通过设计具有亲疏水图案的基底，制备了一系列多通道分区生物检测芯片。基于亲水、疏水差异，单个待测液滴被分割成若干互不干扰的微液滴，实现了快速区分正常人与胶质瘤患者的外泌体样本。这种分区光学生物芯片操作简单、成本低，且在复杂生物液体环境中具有良好的特异性和稳定性，有望成为新型的疾病诊断方式，并促进液体活检、健康监测等多个领域的发展。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202304935

4

《Nature Communications》丨电池“退休”后，怎么让它“发挥余热”？

基于联邦学习的电池回收分类框架

众所周知，电池回收是一门“好生意”，特别是退役电池正极材料，往往具备极高的回收价值。但传统的处理方式（火法、湿法等）通常不对正极材料进行分类，而以混合形式回收，资源利用效率低且利润有限。相较之下，直接回收（修复）方法可以显著提升经济价值，具有工艺流程短、二次能源消耗和污染低、经济效益高的优点，但需要事先获取电池的正极材料信息。这些信息涉及制造商、用户、科研机构等敏感数据，难以获取和集中利用。此外，电池制造标准多样性、历史运行条件差异和多方协作时的数据隐私问题加剧了退役电池分类的难度，制约了回收效率的提升和回收产业的规模化发展。

近日，清华大学深圳国际研究生院张璇、周光敏团队研究人员采用联邦学习框架，无需历史运行数据，仅用少量现场测试信息即可实现退役电池正极材料的精确分类。该框架的建立有效利用了来自多方的本地大规模电池数据，无需在参与方之间共享数据，在实现高精度分类的同时充分保护了多方协作时的数据隐私，实现退役电池的盈利性直接回收。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-43883-y

5

《Circulation》丨预防高血压、糖尿病血管病变，新思路来了

传统Ki67示踪和ProTracer示踪细胞增殖效率对比

内皮细胞是心血管疾病基础研究中最重要的细胞之一，其完整性在心血管系统功能维持中发挥着重要作用。内皮细胞损伤和丢失与多种心血管疾病的发生发展有着密切关系，如高血压和糖尿病及其并发症。

中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）周斌研究组与上海市胸科医院何奔研究组利用双同源重组系统构建一种可以长时程不间断捕捉体内内皮细胞增殖的技术，揭示了在稳态、高血压和糖尿病状态下主动脉内皮细胞的增殖情况。

通过实验，研究团队获得了有趣发现。对照高血压与糖尿病的示踪鼠，其内皮细胞增殖在高血压组增加，而在2型糖尿病组减少。而在2型糖尿病组中，尽管内皮增殖程度是降低的，但是Ly6C+ EC-1细胞的增殖能力仍然高于其他内皮，恢复这群细胞的增殖分化能力的方式即可作为干预2型糖尿病血管损伤靶标。

该研究揭示了稳态和高血压、糖尿病状态下大血管内皮细胞增殖的异质性，寻找到一群具有高增殖潜能的内皮细胞亚群，并探讨了影响其增殖的分子机制，为以后预防高血压、糖尿病的血管病变提供新思路。

原文链接：

https://www.ahajournals.org/doi/abs/10.1161/CIRCULATIONAHA.123.064301

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