鑽石舞台

背景介紹

鑭系摻雜上轉換發光納米顆粒(UCNPs)具有高的化學穩定性、大的反斯托克斯位移、尖銳的發射峰、較少的自熒光背景及低毒性等優點，因而在生物成像、藥物遞送、檢測、催化、信息存儲等領域有着廣泛的應用。其進一步的發展與突破有賴於納米結構的精確控制，包括晶體大小、相結構、化學成分、形態及表面功能等。尤其是如何實現UCNPs在特定基底上進行指定位點的大面積合成與排列是目前研究的重要挑戰，同時也將擴展UCNPs的合成方法，拓寬應用範圍，對集成設備、光電子功能納米器件的研製等具有重要意義。

成果簡介

南京工業大學黃嶺課題組和華南師範大學詹求強課題組合作將聚合物蘸筆技術（PPL）與稀土上轉換材料相結合，開發了一種簡單高效的納米墨水製備方法：利用聚乙二醇（PEG-400）作為基質載體，稀土硝酸鹽為前驅體，引入聚乙烯吡咯烷酮（PVP 40000）作為配體製成相應墨水；通過PPL技術將墨水從針尖轉移到基底，並對基底的表面性質及熱處理過程進行了探究。實現了UCNP陣列在不同基底上的大面積和100%可重複打印。這項工作克服了長期以來PPL技術對於離子型物質打印不均勻且重複率差的問題；同時也為合成其他離子化合物納米材料奠定了基礎，有助於更深刻的理解納米化學，並為設計多路及多功能的納米陣列提供了可能。

圖文導讀

圖1.聚合物蘸筆技術（PPL）合成UCNP陣列製備示意圖。

圖2.不同放大倍數的納米反應器陣列光學顯微鏡暗場圖：(a-c)墨水成分為Y(NO3)3、Er(NO3)3和PVP；(d-f) 墨水成分為 Y(NO3)3、Yb(NO3)3、Ho(NO3)3和PVP。

圖3.(a)和(b)分別是在低倍、高倍放大下退火後的微反應器陣列的暗場光學顯微鏡圖；(c) 為單個上轉換發光納米顆粒陣列的SEM圖；(d)和(e)分別是綠色和紅色通道收集到的摻雜Yb3+/Ho3+的UCNP陣列熒光圖；(f) UCNP陣列在980 nm激光激發下的光譜圖。

通信作者簡介

黃嶺教授：南京工業大學/新疆大學教授、博士生導師。主要從事鈧基納米材料化學、稀土納米發光材料和發光機理與光電器件方面的研究。迄今為止已在Nature, Science, Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater. 等國際頂級期刊發表SCI論文160餘篇。

P. Wang, S. Bao, S. Qiao, et al. Luminescent nanoparticle-arrays synthesized via polymer pen lithography. Nano Research. https://doi.org/10.1007/s12274-022-4968-0.

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背景介紹

多巴胺（DA）是一種重要的神經遞質，準確高效地檢測多巴胺對神經系統疾病的診斷和治療具有重要意義。迄今為止，多種檢測DA的方法如比色法、熒光法、高效液相色譜法（HPLC）等已被報道，但上述方法存在效率低、靈敏度低的缺點。表面增強拉曼散射（SERS）顯示出巨大的潛力，具有痕量檢測能力。它具有出色的靈敏度、快速響應、無損失分析和卓越的分子特異性，因為有關分子結構的獨特信息可以通過拉曼光譜的指紋圖譜給出。SERS的增強機制主要包括電磁場增強和化學增強。一般而言，電磁場增強機制具有較高的EF值，主要存在與貴金屬基底中，但由於其具有活性高、穩定性差，選擇性不佳、信號輸出複雜等問題而受到限制。與貴金屬相比，半導體以其優異的化學穩定性和選擇性而迅速引起了人們的關注。半導體的 SERS 效應主要歸功於具有獨特光學和電學特性的化學機制 (CM)。作為很有前景的n型半導體，WO3和SnO2由於其豐富的可調性和良好的穩定性而被廣泛應用於SERS領域。此外，異質結構可以有效地促進電荷轉移。然而，基於半導體異質結構的 SERS 機制需要進一步研究。

為進一步加強檢測可靠性，SERS常與其他檢測方法相結合，形成雙模檢測技術。雙模式方法在重大疾病的早期診斷中顯示出比單一方法更準確的信號。近年來，關於高靈敏度、低成本的SERS-電化學雙重檢測技術的優秀研究不斷被報道。

成果簡介

在本研究中，通過水熱合成法和脈衝電沉積法在FTO基底上成功合成WO3-SnO2納米片陣列，其具有顯著的表面增強拉曼散射（SERS）活性，增強因子（EF）達到4.79×107。這種顯著的增強效應主要來源於WO3-SnO2與亞甲基藍（MB）之間基於電荷轉移的化學增強機理（CM）和分子共振效應。通過DA分子和MB分子在適配體上的競爭吸附，我們製備了基於WO3-SnO2納米片陣列的SERS和電化學（EC）雙模檢測平台檢測DA分子。SERS和EC的線性範圍（LR）為5.00～1.75×103 nmol/L，檢測限（LOD）分別低至1.50 nmol/L和0.80 nmol/L。此外，本研究中構建的檢測平台可以屏蔽許多類似DA分子的神經遞質的干擾，顯示出良好的選擇性和穩定性。總的來說，SERS-EC雙模態檢測平台可以很好地應用於細胞裂解液中DA的檢測，具有優異的選擇性和靈敏度，在神經退行性疾病的診斷中顯示出巨大的潛力。

作者簡介

華東師範大學田陽課題組致力於活體腦電信號的化學表達分析研究，在發展腦神經化學分子的精準分析測量策略、建立長時程穩定的腦成像方法、及創製高時空分辨成像新儀器等方面開展了系統創新的研究工作，主要研究方向包括：

1、設計和合成多重識別分子和生物探針，獲取神經化學分子的準確定量信息；

2、構築穩定的自組裝及抗污染界面，實現自由移動活體腦的長程穩定測量；

3、設計和構築高效液/液界面，發展新型界面活體分析系統；

4、創製活體測量新儀器，建立自由移動活體高時空分辨成像及精準分析平台。

L. Lu, Y. Zhou, T. Zheng, et al. SERS and EC dual-mode detection for dopamine based on WO3-SnO2 nanoflake arrays. Nano Research. https://doi.org/10.1007/s12274-022-4984-0.

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背景介紹

在快節奏的現代社會，人們通常通過鍛煉來釋放壓力和保持健康。然而，突然和高強度的運動往往使人更容易受傷，甚至嚴重的事故。因此，通過身體區域傳感器網絡監測人體的重要生理信號，可以降低人們在運動中發生事故風險的概率，使訓練更加科學和高效。壓阻式壓力傳感器由於結構簡單、成本低、信號採集方便而受到越來越多的關注。目前，靈敏度和傳感範圍之間的權衡使得同一傳感器很難同時檢測弱信號和強信號。即使能檢測到強烈的信號，也往往超出了設備的檢測範圍，毫無意義。實際上，人體各部位的壓力信號強度跨度非常大，因此實現綜合傳感性能優異的傳感器網絡，獲取人體的各種生理信號，對運動保健具有重要意義。

研究方法

採用光刻與濕法刻蝕得到倒金字塔模板，通過溶液分步分散法分散PDMS和CNT，採用澆鑄法將複合溶液進行復刻，採用XRD,拉曼，SEM等對複合材料進行表徵，利用仿真以及原位分析揭示其壓阻機理，通過電學測試對器件性能進行表徵並將其應用於人體運動監測。

成果簡介

西南交通大學楊維清課題組通過將CNT與PDMS複合有機溶液滴鑄在倒金字塔模板上，CNT自發沉降在微金字塔中，由此產生的導電彈性體實現了對壓力的高靈敏感知。得益於變形過程中微結構接觸面積的顯著增加以及碳管之間間距變小引發的隧穿效應，該柔性傳感器具有較寬的測量範圍(高達185.5 kPa)、快速的響應/恢復時間(44/13 ms)、超高的靈敏度(242.4 kPa-1)和超過8000次循環的耐久性。此外，該壓力傳感器可以用於身體區域的運動保健，並能夠檢測全範圍的壓力分布。這個研究可能在個人運動保健和遠程醫療監測中有應用潛力。

圖文導讀

圖1柔性壓力傳感器的製作、應用及傳感器的工作機理示意圖。(a)微結構傳感器的製備過程。(b)柔性壓力傳感器傳感器在小、大壓力狀態下的示意圖。(c)運動保健從低壓力到高壓力的各種應用 (d)傳感器工作機理示意圖。外界壓力作用下，錐體發生變形，增加了電極與功能層之間的接觸面積，導致器件電阻發生變化。(e) PDMS/CNT的放大圖，在外力作用下減少了金字塔中碳納米管的間距，從而產生更多的導電路徑。

圖2 PDMS/CNT薄膜和傳感器的表徵。(a)壓力傳感器良好的柔韌性。(b)微錐體結構PDMS/CNT薄膜的SEM圖像。(c) CNTs的SEM圖像。(d) PDMS/CNT薄膜的拉曼光譜。(e)不同碳納米管含量器件在無壓力和150 kPa下的電阻。(f)不同碳納米管含量的壓力傳感器在外部壓力下的響應。(g)外力作用下微錐體的變形，隨着外力的增大，接觸面積從左到右依次增大。(h)有無外部壓力時柔性傳感器應力分布的仿真結果。(i)有限元分析得到的模型應變分布隨位移的變化。

圖3基於PDMS/ CNT的壓力傳感器的傳感性能(a-b)器件在不同壓力下的響應。(c) 器件的靈敏度。(d) 器件在梯度壓力下的I-V曲線。(e) 器件的響應時間和恢復時間。(f)器件在不同頻率(1,1.5,2hz)下的電流響應。(g) 器件的循環穩定性 (h)器件與其他報道的基於微結構的壓力傳感器的傳感範圍和靈敏度的比較。

圖4用於運動醫療的體域傳感器網絡。(a)手與皮膚相連的傳感器網絡示意圖，該示意圖顯示了人體不同區域的信號，這些信號由模擬電信號轉換為數字信號。(b)脈搏的檢測(c)單脈搏峰形(d-e)俯臥撐前後正常呼吸和快速呼吸的檢測。(f-g)俯臥撐(向上狀態和向下狀態)(h-i)俯臥撐向上和向下時手掌的壓力分布。(j)俯臥撐時傳感器網絡的信號變化。

作者簡介

王生龍，西南交通大學碩士研究生，本文第一作者。

鄧維禮，副教授/碩導，四川省海外高層次留學人才。長期從事納米功能材料及柔性可穿戴傳感的基礎研究，主要以力-電耦合效應為基礎，構建基於電信號傳導的高靈敏柔性傳感器件，揭示納米功能材料層次結構對器件宏觀性能的作用機制，探索自供能柔性傳感器件在可穿戴人機界面系統領域的應用。近年來，在 Chem. Soc. Rev.、Adv. Funct. Mater.、ACS Nano、Nano Lett.、Nano Energy 等國際知名期刊發表學術論文 40 余篇，被引 3800 余次。

陳俊，現任美國加州大學洛杉磯分校生物工程系助理教授，創建了可穿戴生物電子實驗室，致力於以納米技術和生物電子為基礎，以智能織物、可穿戴器件和人體局域網為形式的，在能源、傳感、環境和醫療領域內的前沿應用研究。已經出版書籍 2 冊，論文 220 多篇。並被 NPR、ABC、NBC、路透社、CNN、《華爾街日報》、《科學美國人》、《新聞周刊》等世界主流媒體共計 1200 余次。

楊維清，教授/博導，四川省第十二屆政協委員，四川省傑出青年，擔任科技部重大研發計劃項目會評專家和國家科技獎評審專家。主要從事納米能源材料與功能器件的應用基礎研究，發表相關 SCI 學術論文 200 余篇，部分研究工作被美國國家自然基金委（NSF)、Newscientist，CCTV 等近 20 家媒體專題報道，受到法國路透社，中國科學網、中國儲能網、中國網、新華網、人民網、鳳凰網等多家國內外媒體關注。

S. Wang, W. Deng, T. Yang, et al. Body-area sensor network featuring micropyramids for sports healthcare. Nano Research. https://doi.org/10.1007/s12274-022-5014-y.

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