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自驱动神经刺激器对神经可塑性的双向调节背景介绍神经可塑性的改变代表了一种调节神经沟通的有效方法，长时程增强（Long-termpotentiation，LTP）和长时程抑制（Long-termdepression，LTD）也被认为是修饰记忆的重要突触机制，而且越来越多的研究表明，突触可塑性完全参与了神经精神疾病的病理变化，因此，调节神经可塑性被很多学者认为是治疗例如阿尔茨海默氏病、药物成瘾和中风等疾病的一种有效手段。目前常见的商用神经电刺激器通常需要集成电池或外接插座来维持供电的需求。但电池更换/过热等问题带来的潜在隐患；庞大的系统框架涉及的空间要求和重量负担；以及不灵活的组件设计限制了这项技术的广泛应用。文章概述本文设计了一种自驱动柔性可穿戴神经刺激器，集成柔性自驱动纳米发电机、信号调制模块和神经刺激电极，通过产生高频和低频脉冲两种模式，诱导长时程增强或长时程抑制的形成，实现对神经可塑性的双向调节。在清醒动物模型中，研究人员将该设备接入小鼠大脑，信号调制模块将收集的能量调制成双模刺激信号，在无需外界供能的情况下，成功诱导出海马体长时程增强和长时程抑制的形成。这项工作克服了传统商业电刺激器设备体积庞大以及配套电源带来潜在隐患等缺点，为基于突触可塑性的神经系统疾病治疗以及双向脑机交互提供新思路。TianmingZhao,YechaoHan,LiuniQin,HongyeGuan,LiliXing,XiaojianLi,XinyuXue,GuanglinLi,YangZhan,Bidirectionalmodulationofneuralplasticitybyself-poweredneuralstimulation,NanoEnergy,85(2021),106006DOI：10.1016/j.nanoen.2021.106006.图文导读工作所取得的创新点：1.实现了用于调节突触可塑性的自驱动可穿戴系统；2.该设备可以将机械能转换为压电信号，并调制成低频/高频模式用于神经刺激；3.该装置具有灵活性和鲁棒性，在体内能引起高质量的突触后神经反应；4.该装置可诱导海马的长时程增强或长时程抑郁用于调节神经可塑性。图1.（a）自驱动神经刺激器的概念化设计。（b）自驱动柔性可穿戴神经刺激器的光学图片（i），以及抗弯曲测试（ii：7mm；iii：20mm；iv：60mm）。（c）刺激电极及记录电极的手术示意图。（d）通过手指按压自驱动神经刺激器引起清醒小鼠的突触反应。（e）高频模式（HFSmode）下，场兴奋性突触后电位（fieldexcitatorypostsynapticpotential，fEPSP)的归一化斜率增加，证明成功诱导长时程增强的形成；（f）低频模式（LFSmode）下，场兴奋性突触后电位的归一化斜率降低，证明成功诱导长时程抑制的形成。结论本文通过集成柔性自驱动纳米发电机、信号调制模块和神经刺激电极，设计自驱动柔性可穿戴神经刺激器。在清醒动物模型中，在无需外界供能的情况下，该设备能够引起高质量的突触后神经反应，并通过低频/高频模式成功诱导海马体长时程增强和长时程抑制的形成，实现对神经可塑性的双向调节。该工作将拓宽下一代神经刺激技术手段的应用范围。节能环保材料研究节能环保材料广义上是指应用于节能环保产业的相关材料。近年来，随着世界各国加强对节能环保产业的扶持力度，节能环保产业技术水平显著提升，节能环保材料的发展势如破竹。2020年，节能环保材料领域取得以下几个方面的进展。1.日本神户大学研发出一种能够有效分离油和水、可重复使用的薄膜2020年1月，日本神户大学（KobeUniversity）薄膜技术研究中心在多孔聚酮（Porouspolyketone，PK）薄膜上涂覆10纳米厚的二氧化硅涂层，成功开发出能够有效分离油和水且能够重复使用的薄膜。其中，PK薄膜具有大孔径和高孔隙率，水渗透性良好；硅化过程（在PK纤维上添加二氧化硅）提供了坚固的拒油涂层，可保护表面改性膜免受污染，从而实现可重复使用。该薄膜的另一个优点是不需要很大的压力即可实现高透水性，即使用低至10厘米（约0.01个标准大气压）的水位也表现出了重力渗透性。研究人员称，每平方米薄膜可在1小时内处理6000升废水，也可有效地从各种不同的油性乳液中分离出水。2.美国莱斯大学研发出可将塑料等垃圾变成石墨烯的新技术2020年2月，美国莱斯大学研发出一种新工艺，可将废弃食品、塑料废料、石油焦、煤、木屑和生物炭等垃圾快速转化成有价值的石墨烯薄片。新工艺名为“闪蒸石墨烯”技术，可在10毫秒内将碳源加热至3000开尔文（2727摄氏度）以制得石墨烯薄片，其成本低于其他的石墨烯生产方法。这类石墨烯的潜在应用包括将其混入用作黏结混凝土的水泥中，可将混凝土对环境的影响降低1/3。研究人员表示，新技术可将固体碳基物质和橡胶等塑料废料转化为石墨烯，有助于解决食物浪费、白色污染等全球问题。3.新加坡国立大学研发出新工艺将废旧轮胎橡胶转换为多用途气凝胶2020年3月，新加坡国立大学研究人员开发出一种将旧轮胎橡胶转换为高价值气凝胶的方法。研究团队首先将废弃的汽车轮胎切成细橡胶纤维，然后将纤维浸入由水和少量“生态友好型”溶剂组成的溶液中，使纤维彼此交联。机械搅拌20分钟后，该混合物形成液体凝胶，交联纤维均匀悬浮其中。最后将该凝胶倒入模具，并在零下50摄氏度下冷冻干燥12个小时后，得到固体橡胶气凝胶。该气凝胶具有隔热、隔声和吸收性强等优点，制造过程简单、经济高效且环保，生产一块面积为1平方米且厚度为1厘米的橡胶气凝胶的成本不到10新币，具有良好的应用前景。4.美国科罗拉多大学利用细菌生产矿物质和聚合物，打造环保的建筑材料2020年3月，美国科罗拉多大学博尔德分校（UniversityofColoradoBoulder）利用细菌来生产矿物质和聚合物，以打造环保的建筑材料。研究团队对大肠杆菌进行编程，成功生产出不同尺寸、形状和刚度的石灰岩颗粒，以及用于制造聚苯乙烯泡沫的苯乙烯单体。石灰岩颗粒与聚苯乙烯复合后，可用于开发环保、低碳的生物建筑材料。研究人员表示，基于合成生物学和基因编辑等技术，细菌还可用于生产自愈材料、环境感知材料和发光材料等，应用前景十分广泛。5.澳大利亚莫纳什大学利用特殊材料快速将海水转化成饮用水2020年8月，澳大利亚莫纳什大学（MonashUniversity）开发出一种新型海水淡化技术。研究团队将聚螺吡喃丙烯酸酯加入一种金属有机框架材料的孔隙中，获得一种名为PSP-MIL-53的材料。据介绍，该材料可以在30分钟内将海水等咸水中的盐分及有害颗粒吸附出来，并使水质达到世界卫生组织规定的饮用水安全标准。随后，只要经过阳光照射，材料就会很快释放出吸附的盐分等颗粒，从而实现重复使用。据实验数据表明，每千克特殊材料可以过滤139.5升的饮用水，并且使用特殊材料所耗费的成本远低于现在的海水淡化技术。新型技术利用阳光实现可持续的咸水淡化，为发展低耗能、具有可持续性的海水淡化技术开辟出一条全新的道路。6.国际研究团队研发出可反复利用、无限循环的塑料2020年8月，美国科罗拉多州立大学、中国北京大学和沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学（KingAbdullahUniversityofScienceandTechnology,KAUST)的研究团队通过从生物基烯烃羧酸中制备桥联双环硫内酯单体，制备出一种新型塑料PBTL。该塑料可以很容易地分解并重新组合成高质量的产品，并且这个过程可以无限重复。研究人员首先用催化剂在100摄氏度下进行整体解聚来测试塑料，测试结果表明PBTL已被分解成原来的单体。随后，在室温下分解PBTL样品（使用催化剂），再次检测到样品已经分解成原来的单体。最后，利用以上制得的单体仍可以再制造出PBTL。一系列性能测试表明，PBTL具有优异的强度、韧性和稳定性，可用于制造塑料包装、运动器材、汽车零部件、建筑材料和其他产品。#郑在播报#【郑州大学第一附属医院滕军放教授团队在帕金森病研究方面取得积极进展】日前，郑州大学第一附属医院滕军放教授团队在帕金森病研究方面取得积极进展，研究成果以题为“ImpairedmeningeallymphaticdrainageinpatientswithidiopathicParkinson’sdisease”的论文在国际顶尖期刊《Naturemedicine。该研究发现特发性帕金森病患者脑膜淋巴引流功能下降，用动物模型研究进一步阐明了其中的病理机制，提出了影像学技术评估脑膜淋巴管引流功能的方法，证实基于此方法评估脑膜淋巴管引流功能对于帕金森病早期鉴别诊断具有极大的应用价值，并揭示了α-突触核蛋白聚集体诱导脑膜淋巴管引流功能障碍的分子机制，为脑膜淋巴管功能障碍参与神经变性病的机制提供了新的理论。一附院滕军放教授、王雪晶副教授以及人民医院马明明教授为文章通讯作者，一附院丁雪冰副教授为文章第一作者。最新研究显示脑膜淋巴管（mLVs）系统功能障碍与衰老密切相关。此外，阿尔茨海默病模型小鼠研究发现损害mLVs功能可以加速脑实质Aβ异常沉积。为揭示mLVs功能障碍与神经退行性疾病之间的关系，滕军放教授团队近3年来尝试寻找评估mLVs引流功能的动态、无创性技术方法。该研究团队首次利用black-blood3DDCE-MRI等技术定量评估了健康人群（NC）、特发性帕金森病(iPD)、多系统萎缩（MSA）、进行性核上性麻痹（PSP）、血管性痴呆（VP）、路易体痴呆（DLB）和皮质基底节变性（CBD）患者的mLVs引流功能，共计招募1065位志愿者。结果发现iPD患者上矢状窦、乙状窦的mLVs引流速率减慢，且与iPD病程相关；而MSA、PSP、VP患者mLVs引流功能与NC对比无统计学差异。进一步双侧颈深淋巴结的研究结果同样证实了iPD患者mLVs引流功能的下降。研究团队进一步利用ROC曲线评价不同部位mLVs以及颈深淋巴结在早期鉴别诊断iPD与帕金森叠加综合征患者中的有效性，发现双侧颈深淋巴结的平均TTP值具有极高的准确性、敏感性和特异性，为iPD的早期鉴别诊断提供了新方法。此外，动物模型研究表明：mLVs内皮屏障功能障碍与病理性α-syn沉积于巨噬细胞引起的脑膜炎症反应相关，最终导致mLVs引流受损。病理性α-syn聚集与mLVs功能障碍互为因果，形成恶性循环，推进了PD病理进程。此项研究结果提示改善mLVs引流可能是延缓或阻断iPD病程进展以及治疗的新靶标。长期以来，滕军放教授带领团队立足于临床科学问题，尝试运用基础研究手段解决临床问题实现转化，突破临床医生进行科学研究的瓶颈，并积极探索临床研究的优势途径，近两年在神经退行性疾病临床及基础研究方面取得了多项成果，先后在《NatureMedicine》《NatureCommunications》《AnnalsofNeurology》《ActaNeuropathologicalCommunication》《iScience》等国际权威期刊发表相关论文。研究团队成员目前主持国家自然科学基金面上项目4项，主持国家自然科学基金青年基金4项。（周厚亮供稿）文章链接：网页链接泵浦控制的全色单模激光器导读回音壁微腔(WGM)由于具有高的品质因子(Q)和小的模式体积(V)，在微腔激光器、超灵敏检测和生物医学传感等领域有着重要的应用。全色激光器在多色显示和防伪等领域受到人们的青睐。一般情况下，研究人员通过减少微腔的尺寸，增大自由频谱范围(FSR)，使得只有一个共振模式存在微腔中，从而得到单模激光器(single-mode)。近些年来，研究人员还通过分布反馈光栅结构(DFB)、奇偶时间对称性破缺(PT-symmetry)和游标卡尺效应(Verniereffect)等方法实现了单模激光器。在本工作中，研究人员提出通过主动腔和被动腔耦合实现单模激光器。图1耦合腔中的模式选择机制近日，北京工业大学翟天瑞教授团队在Nanophotonics期刊发表最新文章，设计出一种基于二维和三维复合的耦合腔(2D-3Dhybridμ-cavity)，通过泵浦控制实现了全色单模激光器。该耦合腔结构由聚合物光纤(Polymerfiber)和聚苯乙烯微球(PSP)组成，聚合物光纤作为优良的主动腔(Gainμ-cavity)能够产生多模回音壁激光，而聚苯乙烯微球作为被动腔(Filterμ-cavity)提供了损耗通道，能够抑制大多数激光模式，当增益腔的激光模式被抑制，只有一个共振模式存在于耦合腔时，能够得到单模激光器（见图1）。团队在数值模拟仿真的基础上分析了共振腔的模式选择机制，为实现单模激光器提供了理论基础。实验结果与理论预期非常吻合，据此制备了多色耦合腔，充分证明了该方法能够简单有效地实现全色单模激光器。该研究成果不仅为实现高效率的全色单模激光器提供清晰的设计思路，也在片上集成光子器件、信息存储、激光显示和信息加密等领域的具有重要的应用潜力。研究背景回音壁微腔由高折射率的腔体和低折射率包层组成，电磁波在腔体界面以全反射的方式被限制在微腔中，提高电磁波在腔内的反射次数和限制时间，增加光与物质相互作用，从而极大地提高品质因子。通常情况下，WGM微腔结构有多种形貌，比如微球，微盘，微环，微棒和其他多面体结构。增益材料种类也比较广泛，例如半导体，小分子和聚合物等。单模激光器具有高的光束质量和光谱纯度，在超灵敏检测和病毒检测等光学传感领域中备受关注。近些年来，研究人员对实现单模激光器进行了深入研究，比如，制备纳米尺寸的微腔结构得到单模激光器。人们也对耦合腔结构进行了理论和实验研究，通过PT-symmetry和Verniereffect得到了品质因子很高的单模激光器，对于Verniereffect而言，两个不同尺寸的微腔构成的耦合腔，形成单模的条件为：k×FSR12=n×FSR1=m×FSR2，其中，k、n和m为整数。当耦合腔的FSR大于增益材料的PL范围时，只有一个共振模式存在于耦合腔中，因此得到了单模激光器。3.创新研究北京工业大学翟天瑞教授团队基于滤波效应提出了微腔耦合的模式选择机制，设计了一种制备工艺简单的2D-3Dhybridμ-cavity实现了全色单模激光器。聚合物光纤表面比较光滑，可以作为性能优良的增益腔，从而实现多模回音壁激光器；PSP提供损耗通道可以抑制绝大部分激光模式输出，最终只有一个共振模式存在于耦合腔中，得到单模激光器。另外，通过不断增加2D-3Dhybridμ-cavity的泵浦能量密度，得到了多模激光器的。理论和实验结果表明，该方法能够有效的调节回音壁激光出射模式（见图2）。泵浦控制是一种很好的方式来实现模式切换，不同的泵浦位置可以改变耦合腔的耦合效率，从而实现了不同模式的切换。研究人员通过更换不同增益材料可以得到红绿蓝（RGB）单模激光器。图2在杂化耦合腔中的光谱特性分析研究人员利用聚合物材料对温度响应特性，提供了通过外界温度控制聚合物光纤出射波长的可行方法。增益材料随着温度升高，有效折射率降低，从而观察到激光谱线蓝移的现象，实验结果和理论预期吻合良好，且能够恢复到初始状状态，证明该温度传感器具有良好的重复性。在2D-3Dhybridμ-cavity中，单模激光器的激光谱线随着温度升高发生了蓝移现象，这与预期保持一致（见图3）。图3基于温度传感的回音壁激光器应用与展望研究团队设计出了一种基于滤波效应的2D-3Dhybridμ-cavity实现了全色单模激光器。该方法是一种普适、简单高效的方法，通过充分利用两个相关耦合腔的模式选择机制，实现了泵浦控制的全色单模激光器，为未来温度传感、集成光子器件和激光显示领域有着广阔的应用前景。