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回顾 | 深圳先进院一周科研进展速览 2020-10-22 10:02:35

近期,中国科学院深圳先进技术研究院取得了这些科研进展,让我们来一览近期的科研成果。

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光电催化水分解研究方面取得进展

近日,中国科学院深圳先进技术研究院材料所(筹)光子信息与能源材料研究中心等在光电催化水分解研究方面获得新进展。相关成果发表于催化领域重要期刊Journal of Catalysis。研究团队阐明了一种在BiVO4光阳极表面通过氧化过程沉积Bi2O4颗粒的方法,并将其应用到光电催化分解水实验中。由于Bi2O4有着与BiVO4相似的晶体结构,它可以良好的促进两种材料界面间的电荷传输。同时,团队通过增加Mo掺杂、碳量子点负载以及Ni-FeOOH助催化剂负载,使得BiVO4光阳极获得了6.7mA/cm2(1.23 V vs. RHE)的光电流响应,以及2.35%的偏压转化效率(ABPE,0.70 V vs. RHE)。

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TEM扫描图、能带计算结果及XPS图谱

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02

医工所微创中心在基于穿戴式生理信息的糖尿病早期无创筛查获得进展

医工所微创中心聂泽东、王磊团队利用可穿戴ECG和EEG信号等多模生理信号,采用医学人工智能算法,在糖尿病早期的可穿戴无创筛查的研究取得了新进展。相关研究成果发表在Knowledge-Based Systems(中科院一区,影响因子:5.921)上。研究团队采集了40名志愿者的2个半小时的OGTT数据,采用深度学习方法,发现了ECG信号中的HRV、QT和ST信号,右半脑的alpha、beta 和theta信号和左枕骨部的 alpha 和 delta 信号与血糖浓度波动具有关联性,同时,提出了一种多模态的融合算法,实现多特征的融合。研究结果表明,采用融合了ECG和EEG信号的糖尿病前期筛查精度达到了92.0%,采用单独ECG信号和EEG信号对糖尿病前期的筛查精度也分别达到了88.8%和 82.7%。鉴于生理信号采集的连续性与穿戴性,本研究应用成果在糖尿病前期筛查、糖尿病人筛查、连续血糖监测、高低血糖预警等领域具有广阔的应用前景。 

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血糖变化与人体主要器官的相互影响 


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03

磁共振快速三维成像领域取得新进展

近日,中国科学院深圳先进技术研究院劳特伯生物医学成像中心的王海峰副研究员和医学人工智能中心的梁栋研究员合作在磁共振快速三维成像领域取得新进展。研究团队基于国际前沿的波浪鸡尾酒(Wave-CAIPI)快速三维成像技术,在国际上率先提出了一套快速有效的波浪(wave)梯度参数优化方案,并且针对波浪梯度所存在的梯度零阶矩不为“零”这一关键问题,在国际上首次提出了一种新的截断式波浪梯度,不仅完善了磁共振快速三维成像理论基础,同时进一步推动了相关的高级磁共振快速三维成像技术走向临床应用。 

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波浪鸡尾酒(Wave-CAIPI)技术原理示意图 


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04

快速化微液滴生成和高密度颗粒阵列方面取得进展

近日,中国科学院深圳先进技术研究院的微纳系统与仿生医学研究中心吴天准课题组在快速化微液滴生成和高密度颗粒阵列方面取得了重要进展。在课题组前期仿生猪笼草超滑表面研究(Sensors and Actuators B: Chemical 235, pp. 732-738, 2016)基础上,历经几年潜心研究,创新性地将仿生表面微流控用于新型dPCR和dELISA所需的高通量阵列化,并将研究成果发表在表界面领域顶级期刊ACS Applied Materials & Interfaces(IF: 8.758)上。该论文展示了很强的应用价值和潜力,可在数秒到数十秒之内生成数以万计的单分散、高密度液滴和微珠阵列。经过后续技术完善,有望实现分子数字PCR与数字ELISA在同一芯片及仪器平台的复用,并可支持96样本同时进样,可望大幅缩短处理时间,降低芯片成本、整机费用和单次测试样本成本,促进dPCR和dELISA的亲民化、普及化。

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(a)不同浓度CRP制剂的微粒子阵列的代表性荧光图像。标尺:80 um。(b)六种不同浓度梯度的CRP试剂。(c)微粒的荧光光密度(O.D.)与CRP的实际浓度成正比,具有良好的一致性 

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材料所在高性能电磁屏蔽材料研究方面取得新进展

近日,中国科学院深圳先进技术研究院材料所(筹)孙蓉研究员团队在国际纳米材料领域权威期刊ACS Nano上发表了最新研究成果。该研究工作为开发超薄轻质高性能屏蔽膜提供了新的方法。科研人员首先采用高温退火和酸处理工艺,去除碳纳米管薄膜的杂质,再经过氯磺酸处理,使碳纳米管表面产生正负电荷分离,从而极大地增强管与管之间的相互作用力,制备了具有致密化结构的碳纳米管薄膜。该致密碳纳米管薄膜表现出超高的屏蔽效能和优异的力学强度。厚度仅为1.85微米的碳纳米管膜,屏蔽效能高达51 dB, 当厚度增加到14.7微米时,屏蔽效能进一步提升至101 dB。此外,由于管与管之间的相互作用力极强,致密化碳纳米管薄膜的拉伸强度高达822 MPa。更为重要的是,碳纳米管薄膜表现出优异的可靠性,在强酸/强碱以及高温高湿环境下长达30天后,屏蔽性能不受影响,综合性能远优于报道的其他屏蔽材料。

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致密化碳纳米管屏蔽膜的制备及其与电磁波相互作用示意图 


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06

纳米载药系统治疗骨髓炎领域获得新进展

近日,中国科学院深圳先进技术研究院医药所人体组织与器官退行性研究中心王国成副研究员团队与海军军医大学第一附属医院许硕贵教授团队,在纳米载药系统治疗骨髓炎领域获得新进展。相关研究成果发表在化学工程与技术学科的权威刊物Chemical Engineering Journal上。生物活性离子对骨再生的促进作用被广泛证实,其中硅离子在血管再生和骨再生方面的作用尤为明显。团队基于前期工作提出如下假设:生物活性Si离子有可能在抵抗抗生素的负面作用方面具有一定效果。为了验证本假说,本研究采用原位包裹法将一定厚度的介孔生物活性玻璃(MBG)包裹到纳米羟基磷灰石(HAp)载体表面,通过负载抗生素(万古霉素)构建了含Si的纳米药物递送系统。

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介孔生物活性玻璃包裹纳米羟基磷灰石负载万古霉素治疗慢性骨髓炎的示意图


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07

深圳先进院等发表耐高温聚酰亚胺锂电池隔膜研究进展综述

近日,中国科学院深圳先进技术研究院材料所(筹)光子信息与能源材料中心杨春雷研究员团队与东华大学刘天西教授团队合作,在Journal of Energy Chemistry(能源化学,影响因子=7.2) 上发表题为Polyimide Separators for Rechargeable Batteries(可充电电池用聚酰亚胺隔膜)的综述性论文。团队基于此前对聚酰亚胺高分子膜材料的研究基础,对用于其用于锂离子电池隔膜的研究进展进行了总结。文章还对用于锂硫、锂金属和固态电池中聚酰亚胺隔膜的最新进展进行了详细介绍并对聚酰亚胺隔膜的产能、成本等实际问题进行了评述,提出了可行的发展方向。 

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聚酰亚胺隔膜设计思路及应用场景 


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王磊研究员团队发表柔性微创手术机器人研究进展综述

近日,中国科学院深圳先进技术研究院院微创中心王磊研究员团队围绕灵巧型手术机器人的研发路线和蛇形手术机器人的设计机理进行深入调研,取得了新进展。调研结果发表在IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems(中科院一区期刊,影响因子:9.3)上。柔性/软体系统是微创手术机器人的一个重要发展方向,本文在导航建模与控制、人机交互、远端操作与反馈系统、手术任务自动化等方面的调研将为相关领域的进一步研究提供有益参考。 

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柔性微创手术机器人的通用控制模型 


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