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回顧 | 深圳先進院一周科研進展速覽 2020-10-22 10:02:35

近期,中國科學院深圳先進技術研究院取得了這些科研進展,讓我們來一覽近期的科研成果。

01

光電催化水分解研究方面取得進展

近日,中國科學院深圳先進技術研究院材料所(籌)光子信息與能源材料研究中心等在光電催化水分解研究方面獲得新進展。相關成果發表于催化領域重要期刊Journal of Catalysis。研究團隊闡明了一種在BiVO4光陽極表面通過氧化過程沉積Bi2O4顆粒的方法,并將其應用到光電催化分解水實驗中。由于Bi2O4有著與BiVO4相似的晶體結構,它可以良好的促進兩種材料界面間的電荷傳輸。同時,團隊通過增加Mo摻雜、碳量子點負載以及Ni-FeOOH助催化劑負載,使得BiVO4光陽極獲得了6.7mA/cm2(1.23 V vs. RHE)的光電流響應,以及2.35%的偏壓轉化效率(ABPE,0.70 V vs. RHE)。

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TEM掃描圖、能帶計算結果及XPS圖譜

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02

醫工所微創中心在基于穿戴式生理信息的糖尿病早期無創篩查獲得進展

醫工所微創中心聶澤東、王磊團隊利用可穿戴ECG和EEG信號等多模生理信號,采用醫學人工智能算法,在糖尿病早期的可穿戴無創篩查的研究取得了新進展。相關研究成果發表在Knowledge-Based Systems(中科院一區,影響因子:5.921)上。研究團隊采集了40名志愿者的2個半小時的OGTT數據,采用深度學習方法,發現了ECG信號中的HRV、QT和ST信號,右半腦的alpha、beta 和theta信號和左枕骨部的 alpha 和 delta 信號與血糖濃度波動具有關聯性,同時,提出了一種多模態的融合算法,實現多特征的融合。研究結果表明,采用融合了ECG和EEG信號的糖尿病前期篩查精度達到了92.0%,采用單獨ECG信號和EEG信號對糖尿病前期的篩查精度也分別達到了88.8%和 82.7%。鑒于生理信號采集的連續性與穿戴性,本研究應用成果在糖尿病前期篩查、糖尿病人篩查、連續血糖監測、高低血糖預警等領域具有廣闊的應用前景。 

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血糖變化與人體主要器官的相互影響 


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03

磁共振快速三維成像領域取得新進展

近日,中國科學院深圳先進技術研究院勞特伯生物醫學成像中心的王海峰副研究員和醫學人工智能中心的梁棟研究員合作在磁共振快速三維成像領域取得新進展。研究團隊基于國際前沿的波浪雞尾酒(Wave-CAIPI)快速三維成像技術,在國際上率先提出了一套快速有效的波浪(wave)梯度參數優化方案,并且針對波浪梯度所存在的梯度零階矩不為“零”這一關鍵問題,在國際上首次提出了一種新的截斷式波浪梯度,不僅完善了磁共振快速三維成像理論基礎,同時進一步推動了相關的高級磁共振快速三維成像技術走向臨床應用。 

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波浪雞尾酒(Wave-CAIPI)技術原理示意圖 


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04

快速化微液滴生成和高密度顆粒陣列方面取得進展

近日,中國科學院深圳先進技術研究院的微納系統與仿生醫學研究中心吳天準課題組在快速化微液滴生成和高密度顆粒陣列方面取得了重要進展。在課題組前期仿生豬籠草超滑表面研究(Sensors and Actuators B: Chemical 235, pp. 732-738, 2016)基礎上,歷經幾年潛心研究,創新性地將仿生表面微流控用于新型dPCR和dELISA所需的高通量陣列化,并將研究成果發表在表界面領域頂級期刊ACS Applied Materials & Interfaces(IF: 8.758)上。該論文展示了很強的應用價值和潛力,可在數秒到數十秒之內生成數以萬計的單分散、高密度液滴和微珠陣列。經過后續技術完善,有望實現分子數字PCR與數字ELISA在同一芯片及儀器平臺的復用,并可支持96樣本同時進樣,可望大幅縮短處理時間,降低芯片成本、整機費用和單次測試樣本成本,促進dPCR和dELISA的親民化、普及化。

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(a)不同濃度CRP制劑的微粒子陣列的代表性熒光圖像。標尺:80 um。(b)六種不同濃度梯度的CRP試劑。(c)微粒的熒光光密度(O.D.)與CRP的實際濃度成正比,具有良好的一致性 

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05

材料所在高性能電磁屏蔽材料研究方面取得新進展

近日,中國科學院深圳先進技術研究院材料所(籌)孫蓉研究員團隊在國際納米材料領域權威期刊ACS Nano上發表了最新研究成果。該研究工作為開發超薄輕質高性能屏蔽膜提供了新的方法??蒲腥藛T首先采用高溫退火和酸處理工藝,去除碳納米管薄膜的雜質,再經過氯磺酸處理,使碳納米管表面產生正負電荷分離,從而極大地增強管與管之間的相互作用力,制備了具有致密化結構的碳納米管薄膜。該致密碳納米管薄膜表現出超高的屏蔽效能和優異的力學強度。厚度僅為1.85微米的碳納米管膜,屏蔽效能高達51 dB, 當厚度增加到14.7微米時,屏蔽效能進一步提升至101 dB。此外,由于管與管之間的相互作用力極強,致密化碳納米管薄膜的拉伸強度高達822 MPa。更為重要的是,碳納米管薄膜表現出優異的可靠性,在強酸/強堿以及高溫高濕環境下長達30天后,屏蔽性能不受影響,綜合性能遠優于報道的其他屏蔽材料。

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致密化碳納米管屏蔽膜的制備及其與電磁波相互作用示意圖 


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06

納米載藥系統治療骨髓炎領域獲得新進展

近日,中國科學院深圳先進技術研究院醫藥所人體組織與器官退行性研究中心王國成副研究員團隊與海軍軍醫大學第一附屬醫院許碩貴教授團隊,在納米載藥系統治療骨髓炎領域獲得新進展。相關研究成果發表在化學工程與技術學科的權威刊物Chemical Engineering Journal上。生物活性離子對骨再生的促進作用被廣泛證實,其中硅離子在血管再生和骨再生方面的作用尤為明顯。團隊基于前期工作提出如下假設:生物活性Si離子有可能在抵抗抗生素的負面作用方面具有一定效果。為了驗證本假說,本研究采用原位包裹法將一定厚度的介孔生物活性玻璃(MBG)包裹到納米羥基磷灰石(HAp)載體表面,通過負載抗生素(萬古霉素)構建了含Si的納米藥物遞送系統。

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介孔生物活性玻璃包裹納米羥基磷灰石負載萬古霉素治療慢性骨髓炎的示意圖


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07

深圳先進院等發表耐高溫聚酰亞胺鋰電池隔膜研究進展綜述

近日,中國科學院深圳先進技術研究院材料所(籌)光子信息與能源材料中心楊春雷研究員團隊與東華大學劉天西教授團隊合作,在Journal of Energy Chemistry(能源化學,影響因子=7.2) 上發表題為Polyimide Separators for Rechargeable Batteries(可充電電池用聚酰亞胺隔膜)的綜述性論文。團隊基于此前對聚酰亞胺高分子膜材料的研究基礎,對用于其用于鋰離子電池隔膜的研究進展進行了總結。文章還對用于鋰硫、鋰金屬和固態電池中聚酰亞胺隔膜的最新進展進行了詳細介紹并對聚酰亞胺隔膜的產能、成本等實際問題進行了評述,提出了可行的發展方向。 

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聚酰亞胺隔膜設計思路及應用場景 


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08

王磊研究員團隊發表柔性微創手術機器人研究進展綜述

近日,中國科學院深圳先進技術研究院院微創中心王磊研究員團隊圍繞靈巧型手術機器人的研發路線和蛇形手術機器人的設計機理進行深入調研,取得了新進展。調研結果發表在IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems(中科院一區期刊,影響因子:9.3)上。柔性/軟體系統是微創手術機器人的一個重要發展方向,本文在導航建模與控制、人機交互、遠端操作與反饋系統、手術任務自動化等方面的調研將為相關領域的進一步研究提供有益參考。 

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柔性微創手術機器人的通用控制模型 


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