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高效收集和储存全太阳能...
以化学能形式释放能量。9–16 该领域最新发展的一个例子是 Yangen 等人设计的 SRFB，它使用 I3/I 和 Br/Br3 作为氧化还原活性对。17 SRFB 由 WO3 装饰的 BiVO4 光阳极驱动，可提供 1.25% 的太阳能到输出能量转换效率。Yan 等人报道了一种由 Li2WO4/LiI 氧化还原对和染料敏化 TiO2 光电极组成的 SRFB，在放电密度为 0.075 mA cm2 时可实现 0.0195 mA h mL1 的电池容量。1 最近，Amirreza 等人构建了一个串联结构，其中有一个裸露的赤铁矿光阳极和两个串联的染料敏化太阳能电池； 2仅使用赤铁矿作为光阳极的AQDS（蒽醌-2,7-二磺酸盐）/碘化物SRFB从太阳能到化学能的转化效率约为0.1％。全钒氧化还原流电池，包括钒基SRFB，由于其高可逆性和快速的反应动力学，在世界范围内得到了广泛的研究和开发。3 – 6郝等人将氮掺杂的TiO 2光阳极应用于微流体全钒光电化学电池，平均光电流密度为0.1 mA cm 2。7Zi等人。展示了一种 AQDS/V 4+ SRFB，它使用负载在氟掺杂氧化锡 (FTO) 上的 TiO 2 纳米粒子作为光阳极，能够产生 0.14 mA cm 2 的相对稳定的光电流。8
类器官和芯片技术中的巨大挑战
类器官和芯片上的器官属于微生物生理系统（MPS）的支柱，通常将其定义为微型细胞培养物（通常是三维（3D）模型），这些模型是人类生理学方面（Skardal等，2016; Clevers，2019年）。今天，自2D细胞培养物和动物模型是我们作为临床前和基础科学实验模型系统的唯一选择以来，我们的领域已经取得了显着的进步。我们有幸可以通过在3D中实现它们来增加无数的单元线（Prestwich等，2007）。我们已经生成了生物材料方法，以创建多种方法来支持人类患者（基于原代细胞）的3D器官和组织构建体。（Mazzocchi等，2017）。我们已经将微流体装置技术与3D细胞培养物合并，以产生组织和碎屑平台（Bhise等，2014）。这是一个快速发展的领域。然而，鉴于生物医学研究对2D细胞培养物和动物模型的依赖，这些模型的采用虽然虽然成长 - 但仍受到限制。（Maltman和Przyborski，2010年）。在这个专业的挑战中，我们考虑了议员的利益，障碍以及当前的实施和未来方向。
微生物
微电机电系统（MEMS）领域传统上以硅微加工为主导。在早期，努力集中于制造各种硅结构，然后开发了相对简单的组件和设备。用于描述这种微机电结构，使用了首字母缩写词。对制造技术（IC）启发的硅晶片和批处理MEMS制造以外的制造技术越来越兴趣在今天的微型系统场中很明显。对替代技术的这种兴趣与使用新的MEMS材料的愿望相比浮出水面，这比依赖于平面光刻学作为定义结构的手段的材料具有更大程度的几何自由。一种这样的新MEMS材料是塑料的，可用于通过微复制来生产低成本的一次性微型发行。微加工领域还从用于生产简单设备的技术到制造复杂的小型化系统的技术成熟并发展，该技术已将缩写词从代表结构转变为微电机械系统。微型系统包括微型系统（微型机电系统，MOEMS），微流体（微流体分析系统，µ -TAS）等。这些系统包含微力组件，包括可移动的镜子和镜头，传感器，光源，泵和阀门以及被动组件，例如光学和化合物波导，以及各种类型的电气组件和电源。
通过活性纳米粒子辅助化学蚀刻和伪形的热热
许多生物材料表现出多尺寸孔隙度，其小，主要是纳米级孔以及大的宏观毛细管，可同时实现优化的大量传输能力和具有较大内表面的轻量级结构。意识到人工材料中这种层次的孔隙度需要经常进行复杂且昂贵的上部处理，从而限制了可扩展性。在这里，我们提出了一种方法，该方法将基于金属辅助化学蚀刻（MACE）与光刻诱导的宏观诱导的孔隙率结合在一起，以合成单晶硅与双峰孔径分布，即通过六边形的静脉内部脉冲分离，以六边形的孔隙分布，以至于六边形分布，该分离是六边形的脉络孔分布的。 穿过。MACE过程主要由金属催化的还原氧化反应引导，其中银纳米颗粒（AGNP）用作催化剂。在此过程中，AGNP充当自螺旋体的颗粒，它们沿着轨迹不断去除硅。高分辨率的X射线成像和电子断层扫描显示出较大的开放孔隙度和内部表面，可用于在高性能的储能，收获和转换中，或用于芯片传感器和精神分线。最后，层次多孔的硅膜可以通过热氧化为层次多孔的无定形二氧化硅来转化结构，该材料可能特别感兴趣，对于光流体和（生物 - ）光子应用而导致其多孔具有多种形式的人工血管化。
肌酐测量值的离子敏感晶体管
慢性肾脏疾病（CKD）显着影响美国人群的很大一部分，大约9.2％的个体A。CKD的高级阶段，例如第4阶段，构成了严重的健康风险，包括心力衰竭，心血管问题和中风，强调了迫切需要对Eκ性管理和干预策略的需求。我们提出了一种创新的生物传感器，设计用于连续肌酐监测，这是肾功能的关键标记。我们的传感器的主要原理依赖于使用肌酐脱节酶将肌酐分解为铵，然后由离子敏感的场e观察晶体管（ISFET）检测到。此一步过程简化了检测并提高了准确性。此外，已经集成了微流体系统以提高准确性。数据已进行后处理，并无线传输到智能手机应用程序。此实时数据允许患者和医疗保健提供者跟踪肾脏健康，并迅速对任何变化做出反应，改善结果并降低医疗保健费用。生物传感器的设计强调了磨牙性，可扩展性和用户友好性。我们是针对CKM的患者，即通过心血管疾病和肾脏疾病的患者。的确，肾脏健康影响心脏健康，反之亦然。我们的设备o礼，一种实用且用户友好的解决方案，可更高地管理肾脏健康，从而减少了频繁医院就诊，改善和优化治疗管理以及防止无法恢复的结果。次要的针对性小组是工作医生，他们可以单击“手”，可以访问有关患者的重要信息。
使用廉价的 3D- 快速监测细菌运动能力...
摘要：抗生素敏感性测试对于解决抗生素耐药性的出现和蔓延至关重要。廉价的数字 CMOS 相机可以使用 3D 打印 xyz 平台转换为便携式数字显微镜。通过显微镜检查细菌运动能力可以快速检测微生物对抗生素的反应，以确定其敏感性。在这里，我们介绍了一种用于多路复用抗生素敏感性测试的新型简单微型设备微型显微镜细胞测量系统。该微型设备采用熔融挤出的塑料薄膜条制成，其中包含十个平行的 0.2 毫米直径微毛细管。在 Mueller-Hinton 琼脂（0.4%）中制备两种不同的抗生素，头孢他啶和庆大霉素，以产生一种载有抗生素的微型设备，用于简单的样品添加。选择这种组合是为了与抗生素敏感性测试和运动能力测试的当前标准方法紧密匹配。使用低琼脂浓度可以观察到运动细菌进入毛细血管时对抗生素暴露的反应。该设备使用 Raspberry Pi 计算机和 v2 相机安装在 OpenFlexure 3D 打印数字显微镜上，无需使用昂贵的实验室显微镜。这种廉价便携的数字显微镜平台具有足够的放大倍数来检测运动细菌，同时具有足够宽的视野来监测细菌进入载有抗生素的微毛细血管时的行为。图像质量足以检测不同浓度的抗生素如何抑制细菌运动。我们得出结论，基于 Raspberry Pi 的 3D 打印显微镜与一次性微流体测试条相结合，可以快速、轻松地检测细菌运动，并有可能帮助检测抗生素耐药性。
利用超声波在体内定向递送大剂量药物
目的：使用超声成像扫描仪进行原位药物输送可以大大简化治疗并提高其特异性。我们的目标是使用具有毫米分辨率的临床超声扫描仪在体内输送大量封装的药物。本研究描述了荧光素在超声诱导复合液滴中的封装以及它在大鼠肝脏预定区域中的靶向释放。方法：使用微流体系统将荧光素水溶液封装在 4 μ m 单分散液滴中的全氟碳液体中。然后将药物注射到 12 只大鼠的股静脉内。在探索性超声成像后，超声医师在肝脏中定义五个区域，并在同一设备上启动释放序列。在对肝脏样本进行切片以进行病理学检查之前，在荧光宏观检查和术中荧光相机下体内观察肝脏表面。结果：液滴转换后，超声技师选定区域的对比度增加 25 dB。这些高回声区域与肝脏表面的明亮荧光点共定位。液滴内容物的输送需要最低峰值负压 2.6 MPa，这符合成像脉冲的规定。组织和细胞结构不受释放序列的影响。结论：由于复合液滴可以携带各种治疗剂和成像剂，因此它们可以将这些药剂专门输送到任何可接触超声的器官中。© 2012 美国医学物理学家协会。[ http://dx.doi.org/10.1118/1.4736822 ]
使用新型熔体发夹探针设计
数字PCR（DPCR）是需要对目标分子绝对定量或检测罕见事件的研究和诊断应用的强大工具，但是可以在测定中进行区分的核酸靶标数量限制了其实用性。对于大多数DPCR系统，每个目标都会在光通道中检测到一个目标，并且目标总数受到平台上光通道的数量的限制。高阶多路复用有可能显着增加DPCR的实用性，尤其是在样本有限的情况下。多路复用的其他潜在收益包括较低的成本，更多的探针生成的其他信息以及较高的吞吐量。为了满足这种未满足的需求，我们开发了一种新颖的基于熔体的发夹探针设计，以提供多重多重数字PCR的强大选择。在16孔微流体数字PCR平台中，使用三个基于熔体的发夹探针的原型多重数字PCR（MDPCR）测定方法准确区分并量化了每个孔的12个核酸靶标。对于具有10,000个人类基因组当量的样品，空白极限的探针特异性范围为0.00％ - 0.13％，检测分析限制的范围为0.00％ - 0.20％。实验室间的可重复性非常好（r 2 = 0.997）。重要的是，这种新型基于熔体的发夹探针设计具有超出该原型测定的12个目标/孔的多路复用的潜力。具有出色性能特征的易于使用的MDPCR技术有可能彻底改变数字PCR在研究和诊断环境中的使用。
利用部分亲水-疏水表面在微流体装置中形成双乳液微滴
使液滴破碎。一般来说，液滴的产生方法主要有两种：膜乳液法16 – 18 和微流体法。膜乳液法是将分散流体直接注入连续流体中，这样可以有效地产生大量液滴。然而，由于剪切应力只能由分散流体来调节，因此膜乳液法很难控制液滴尺寸并获得高效的包封率。对于微流体，微加工可用于制造微流体装置，通过控制沿微通道的分散相和连续相的液流速率，可以高效地批量生产微液滴，并且液滴尺寸精度高，封装效率高。在微流体中，液滴的生成基于两个剪切应力源，使液滴在微通道连接处破碎：一个来自连续流体，另一个来自分散流体的表面润湿性和微通道表面条件之间的差异。因此，微流体对于双乳液液滴生成比膜乳液更有效。微流体中用于产生液滴的微通道可分为 3 种类型：T 型连接微通道、流动聚焦微通道和共流微通道。T 型连接微通道 19 – 21 是最简单的微通道，其中连续相沿主微通道流动，分散相沿微通道流动。
人类3D脑器官
了解人脑发育，功能障碍和神经系统疾病由于无法概括动物模型中人类脑特征的特征而保持有限和挑战性。尽管使用后验尸，人类和动物模型的病理样本以一种非凡的方式来理解人脑的解剖学和生理学，但是，由于人类脑的独特复杂性，人类脑发育和神经系统疾病的建模仍然是一个挑战。从这个角度来看，三维（3D）脑器官显示了一束光束。干细胞技术中的巨大生长使在3D培养条件下将多能干细胞分化为脑类器官，这在许多方面概括了人脑的独特特征，并且还提供了对大脑发育，功能障碍和神经疾病的详细研究。一旦建立了脑官体的协议，它们的翻译价值也已经出现，并将有利于社会。在这里，我们总结了生成更复杂的脑器官的方法，包括来自PSC的血管化和混合谱系组织。合成生物材料和微功能技术如何增强脑器官的发育。我们讨论了脑类器官在研究早产相关的脑功能障碍中的应用；病毒感染介导的神经蛋白炎症，神经发育和神经退行性疾病。我们还强调了大脑器官的翻译价值以及该领域正在经历的当前挑战。