科研资讯

美国研究人员开发出用钽制造致动器和传感器

2021年6月26日，美国卡内基梅隆大学的研究人员开发出一种用于微机电系统（MEMS）热致动器和传感器的有效替代材料。研究人员用钽制造微机电热致动器，这既降低了操作温度，也降低了驱动所需的能量消耗。研究结果发表在《自然微系统与纳米工程》上。

钽是一种稀有的难熔金属，常用于合金中以增加强度和耐久性。研究人员推断，钽热致动器与硅衬底相比，热膨胀系数较大，在相同的力和位移下，需要的功率比多晶硅少一半。钽的工作电压低于其他热致动器，与互补金属氧化物半导体（CMOS）电路直接兼容。钽器件也可以在接近室温下进行加工。从而证明，使用钽不仅可以制造热致动器，而且可以用于制造多种传感器，以用于广泛的集成纳米电子器件的可行性。

研究团队认为，钽作为一种 MEMS 结构材料，可以消除对两个独立芯片的需求以及在它们之间发送信号的额外布线，这将导致用更少的材料制造更高效的设备，从而降低制造成本并带来更高的性能。

浙江大学宁波科创中心与国外团队合作开发出智能隐形眼镜可检测血糖

常见的血糖仪大多需要刺破手指采血，且多为一次性检测，测得的血糖数据具有一定的局限性，为解决这些难题，浙江大学宁波科创中心（宁波校区）的张晟团队和来自哈佛大学、英国国家物理实验室以及乔治华盛顿大学的合作团队共同研发了智能隐形眼镜，不仅能实现24小时不间断检测血糖，而且对人体无害，是一种理想的可穿戴血糖仪。

新型隐形眼镜生物传感器系统包含3个探测器，分别是用于接收光学信息的光电探测器、用于诊断潜在角膜疾病的温度传感器和用于直接监测泪液中葡萄糖水平的葡萄糖传感器。与传统的传感器和夹在透镜基板中的电路芯片不同，特殊设计的蛇形网状传感器系统可以直接安装在透镜上并与泪液保持直接接触，从而提供高检测灵敏度，同时，机械坚固且不会干扰眨眼或视力。此外，智能隐形眼镜的体外细胞毒性测试显示出良好的生物相容性，戴上之后不会有异物感，这一特性使它有望成为医疗保健和医疗应用的下一代软电子产品。

这一国际合作研究成果发表在《Matter》（2021,4,969-985)上。张晟表示，这种新型多功能隐形眼镜可以获得来自眼球的多种信号，这些信号可以与先进的数据分析算法相结合，为用户提供个性化和精确的医疗分析。

中国科学家开发新型胰岛素分泌监测荧光探针

2021年8月23日，北京大学科研团队在Angewandte Chemie-International Edition杂志上在线发表了题为“Red- and Far-Red-Emitting Zinc Probes with Minimal Phototoxicity for Multiplexed Recording of Orchestrated Insulin Secretion”的研究论文。

胰岛素在β细胞内与高浓度锌离子形成晶体结构，因此采用不透膜的锌离子荧光探针可标记胰岛素/Zn2+晶体，从而指示胰岛素囊泡分泌。但目前已开发的锌离子荧光探针存在的一些问题限制了该技术在生理、病理情况下的应用：一是探针亲和力过高，导致胰岛内非囊泡分泌信号较强；二是探针发射波长较短，无法与其他荧光探针联用；三是探针生物相容性差、光毒性较强，无法长时间记录胰岛素分泌过程。

研究团队通过对传统不透膜锌离子探针进行基团替换、化学结构调整，并采用全新的late-stage N-alkylation（在最后的合成阶段进行N-烷基化）合成策略，开发了一系列低亲和力、不透膜的红色和远红发射的锌离子探针，实现多色、多维、长时程胰岛素分泌监测。

该研究为胰岛内分泌和2型糖尿病生理、病理机制研究，以及治疗胰岛素分泌异常疾病药物的高通量筛选提供了新的工具和技术。

美国科学家研制出牙齿传感器，可实时记录进食数据

2021年9月6日，美国塔夫茨大学的研究人员宣布开发出一种可放置在牙齿上跟踪进食的实时数据的微型传感器。该传感器体积非常小，只有2 mm ×2 mm的占地面积，并且可以灵活地与牙齿的曲率完美结合，传感器响应射频信号以无线方式传输数据。

这种生物传感器由3部分组成：一个中央生物响应层，吸收营养物质和其他要检测的化学物质，两个外层由两个方形金环组成。这样的系统形成一个天线、收集和传输射频频谱中的波。

根据传感器内层检测到的化合物种类，确定射频波的频谱和强度。此外，由于它利用了我们周围已经存在的环境射频信号，因此不需要电源。

当波击中传感器时，它只会接收到其中的一部分，从而消除了不必要的波。通过这种方式，传感器可以针对它们特别寻找的任何东西进行调整——可能是盐、酒精或糖的摄入量。

该传感器包可以动态读取和传输有关其环境的信息，无论是贴在牙齿、皮肤还是任何其他表面上。