2-3月Science Advanced 最新论文

中科幻彩一科学可视化大师 · 公众号 · · 2021-03-15 21:37

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具有多共振超薄结构的仿生柔性压电移动声传感器，用于机器学习生物识别今夜偏知春气暖

Biomimetic and flexible piezoelectric mobile acoustic sensors with multiresonant ultrathin structures for machine learning biometrics

Science Advances 12 Feb 2021: Vol. 7, no. 7, eabe5683

作为未来语音用户界面（VUI）中直观的人机交互（HMI）的基本组件，柔性共振声学传感器已引起了广泛的关注。这里，通过将超薄膜用于仿生频带控制，证明了高灵敏度的压电移动声传感器（PMAS）。COMSOL仿真模拟结果证明，通过在超薄聚合物上采用锆钛酸铅（PZT）膜来覆盖整个语音频谱，可以扩大压电膜的谐振带宽。集成的声音传感器模块，算法处理器和定制的Android应用程序演示了基于机器学习的生物特征认证。最后，与传统的微机电系统麦克风相比，具有少量训练数据的PMAS模块可实现说话人识别异常错误率的降低。

图.仿生PMAS和移动生物识别技术的总体概念

图.频段控制、灵敏度提高和仿真分析

无线可植入导管式血氧仪，专为心脏血氧饱和度而设计

Wireless, implantable catheter-type oximeter designed for cardiac oxygen saturation

Science Advances 10 Feb 2021:Vol. 7, no. 7, eabe0579

准确，实时地监测血管内氧气水平对追踪心胸外科手术患者的心肺健康至关重要。现有技术使用玻璃纤维导管在血管内放置，这会引起血管损伤，血栓形成和感染的风险。另外，电源系统和数据采集硬件的物理系绳限制了行动自由，并给重症监护室增加了混乱。本研究报告介绍了一种无线，小型，可植入的光电导管系统，该系统在探头上结合了光学组件，并由柔软的生物相容性材料封装，作为避免这些缺点的替代技术。缺少物理系链和探针灵活，生物相容的结构代表了关键的定义特征，从而产生了一种高性能，对患者友好的可植入式血氧仪，可通过无线，实时，连续的操作来监测局部组织的氧合作用，心率和呼吸活动。体外和体内测试表明，该平台可提供与现有临床标准相当的测量精度和精确度。

图.植入式无线导管血氧仪，可在手术过程中实时监测心脏生理

图.机械封装力学仿真和生物相容性特征

超声多普勒引导的磁性微群实时导航，用于主动血管内药物递送

Ultrasound Doppler-guided real-time navigation of a magnetic microswarm for active endovascular delivery

Science Advances 26 Feb 2021:Vol. 7, no. 9, eabe5914

成群的micro / nanorobot可以在各种难以到达的环境中执行任务，提供了广阔的应用前景。但是，动态环境中的群体导航对实时群体定位提出了挑战。在这里，我们报告了一种策略，可以在超声多普勒成像指导下实时导航纳米微粒微群，以主动进行血管内输送。形成了一个磁性微群，并在血管边界附近航行，减少的血流阻力和纳米颗粒之间的强相互作用使流动的血液能够进行上游和下游导航（平均速度高达40.8 mm / s）。微群引起的三维血流使多普勒成像能够在多种环境下（即停滞，流动的血液和搏动的血流）从多种观察配置和实时跟踪中进行。我们还演示了超声多普勒引导的猪离体冠状动脉群的形成和导航。我们的策略提出了在动态环境中进行局部控制的微机器人群体控制与微机器人群体实时成像之间的联系。

图.超声多普勒成像引导血管群的形成和导航的示意图

图.血液中微机器人群体的形成和其中磁场的仿真

等离子纳米反应器通过高能电子和纳米约束热场调节选择性氧化

Plasmonic nanoreactors regulating selective oxidation by energetic electrons and nanoconfined thermal fields

Science Advances 05 Mar 2021:Vol. 7, no. 10, eabf0962

优化产物的选择性和转化效率是催化的主要目标。但是，效率和选择性通常是相互对立的，因此高选择性伴随着低效率，反之亦然。同样，仅提高温度几乎不可能改变反应路径。在这里，通过构造分层的等离激元纳米反应器，我们显示出纳米约束的热场和高能电子，这些特性的组合几乎在等离激元纳米结构中共存，可以通过调节选择性和同时提高转化率来克服拮抗作用。对于丙烯部分氧化，它们不仅通过调节平行的反应路径来选择性地产生丙烯醛，而且还通过减少连续过程来抑制过氧化成CO2来驱动化学反应，产生了不同于热催化的有价值的产品。这表明了合理使用等离激元纳米结构来优化化学过程的策略，从而在可见光照射下在较低温度下以高选择性实现了高收率。

图.Au-Cu2O催化剂的表征及其对光照的催化性能

高度各向异性和柔性的压电陶瓷折纸，可预防关节疾病

Highly anisotropic and flexible piezoceramic kirigami for preventing joint disorders

Science Advances 12 Mar 2021:Vol. 7, no. 11, eabf0795

预防与工作有关的上肢肌肉骨骼疾病（MSD；例如，颈部疼痛和肩部疲劳）需要频繁的颈部和肩部锻炼，而这需要依靠关节运动监测装置的协助。但是，大多数可用的可穿戴医疗传感器都是刚性的，笨重的，并且无法识别人类的全部运动。在这里，我们提出了一种由激折线结构的高度各向异性压电网络复合传感器，该传感器能够监视关节运动的多个信息，包括弯曲方向，弯曲半径和运动模式，并在一个传感器单元中同时区分它们。在改进的模板辅助处理方法的基础上，设计了具有蜂窝网络结构的功能性压电陶瓷折纸具有可拉伸性（约100％应变），高度敏感（15.4 mV kPa-1）和对弯曲方向高度各向异性（从90°到0°的17.3倍）。还建立了一个集成的监视系统，以警告长时间久坐的行为，从而有助于预防上肢MSD。

图.折纸结构的HAPNC传感器的结构和工作机制

图.S-HAPNC传感器的压电响应与力学仿真分析

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