揭示缩放规则对于理解生命系统的形态、生理和进化是必不可少的。对动物大脑的研究揭示了一般模式,例如哈勒规则,以及特定动物分类群的特定模式。然而,从未进行过旨在研究昆虫大脑中整个神经网和细胞体皮的比例的大规模研究。在这里,我们对 26 个科和 10 个目中的 37 种昆虫的成年大脑进行了形态测量研究,体积从最小到最大相差超过 4,000,000 倍,结果表明,所有研究的昆虫的神经网与细胞体皮的体积比都相似,为 3:2。所有昆虫的异速生长分析表明,神经网体积与大脑体积的比例严格等距变化。特定分类群、大小组和变态类型的分析也表明神经网的相对体积没有显著差异;在所有情况下都观察到等距。因此,我们建立了一个新的缩放规则,根据该规则,昆虫大脑中整个神经丛的相对体积平均为 60% 并保持不变。
近年来,新型二维(2D)材料的开发在推进生物传感器设备的医疗保健应用程序中起着关键作用,这是由于其独特的特性。1这些材料具有显着的属性,例如高表面与体积比,特殊的电导率和生物相容性。此外,它们的超薄性质允许与生物分子的有效相互作用,从而增强了检测各种生物标记物的灵敏度。2D材料的固有特性促进了高度敏感和选择性的生物传感器的发展,从而可以准确,快速检测与健康状况相关的生物标志物,从而对医疗保健诊断和监测产生了重大贡献。在为医疗保健应用提出的一系列技术中,电化学感知成为最有希望的,这主要是由于其成本效果,易于操作,高灵敏度,高灵敏度以及与服务点(POC)设备的兼容性。2这项技术已熟练地集成到可穿戴,便携式和可植入系统中。3,例如,基于单壁碳纳米管屏幕打印电极的电化学设备已成功用于单步监测SARS-COV-2 SPIKE蛋白。4
电化学基因传感器技术的发展与纳米科学一起成为科学界最令人兴奋的领域之一,实验发展受到对新技术应用的迫切需求的推动。开发用于灵敏和特异性检测生物分子的高效电化学基因传感器对于基础生物医学研究和临床诊断都至关重要。由于零维量子点具有优异的性能,例如比高维结构(即块体、量子阱和量子线)具有更高的态密度、[1] 优异的传输和光学特性、[2,3] 异常高的表面体积比、[4] 窄且尺寸可调的发射光谱、多功能表面改性、连续吸收光谱和独特的电化学活性,[5–7] 零维量子点被认为是开发具有高灵敏度、良好特异性和简单性的高效基因传感器的一种有利且有前途的替代方案。这意味着可以用一系列传感元件(如 DNA、肽和抗体)轻松修饰量子点表面,以构建有用的量子点标记探针/传感器。该传感器主要由通过连接器固定在电极上的 QD 组成,因此当受到激发时,
工程生物材料 (ELM) 是一类新型功能材料,其特点是将生物成分在惰性聚合物基质内进行空间限制,以重现生物功能。了解基质内细胞群的生长和空间配置对于预测和改善其响应潜力和功能至关重要。本文研究了真核微藻莱茵衣藻 (C. reinhardtii) 在三维形状的水凝胶中的生长、空间分布和光合生产力,这些生长、空间分布和光合生产力取决于几何形状和尺寸。嵌入的莱茵衣藻细胞进行光合作用并形成受限的细胞簇,由于有利的气体交换和光照条件,当细胞簇靠近 ELM 外围时,它们生长得更快。利用位置特定的生长模式,这项研究成功设计和打印了具有更高 CO 2 捕获率的光合 ELM,具有高表面积体积比。这种控制细胞生长以提高 ELM 生产力的策略类似于多细胞植物叶片中已经建立的适应性。
(2006-2009)基于多传感器阵列和选择性多孔浓缩器的化学威胁探测器项目 CBP.NR.NRSFP 982166 资助机构:北约和平科学计划 开发一种化学威胁检测系统 (CTDS),由一个预分离器和一组传感器预浓缩器组成,用于在存在可能掩盖检测的干扰剂(例如商业化学品或人类存在产生的产品)的情况下检测空气中的有毒气体。角色:北约国家主任(2007 年 3 月 1 日 -2010 年 3 月 30 日) 用于多功能化学传感器的纳米线阵列 NanoSci-ERA 第 1 届跨国合作提案征集 (2006) 角色:科学经理 UNIBS 开发一个科学和技术平台,用于实现基于相互作用的半导体纳米线阵列、具有更高选择性的多功能化学传感器。通过将传统检测方法与纳米线的高表面积与体积比产生的新型光电检测机制相结合,可以实现多功能性。职位:部门经理
此外,电纺纳米bers具有几个有趣的特征,包括高表面积与体积比。可以通过电源的关键可调节工作参数(包括解决方案,过程和环境因素)的关键可调节工作参数所产生的直径和形状。22 - 24通过仔细调节这些因素,我们可以使用具有理想的物理特征来创建电纺纳米材料,用于高级用途。纳米sca sca o olls具有多种结构特征,已使用许多合成和天然生物聚合物设计。25 – 28 For synthetic polymers, the most commonly used for bone tissue engi- neering, heart gra s, wound dressing, and heart vessel replacement are biodegradable polymers including polylactic acid (PLA), poly-caprolactone (PCL), polyglycolic acid (PGA), polyurethane (PU), copolymer poly(lac-tic- co -glycolide) (PLGA)和聚(l -lactide -co -3-碳酸酯)(PLLA -CL)的共聚物。它们的机械质量(粘弹性和强度)和更快的降解速率使它们比天然聚合物显示出额外的优势。29 - 34
具有优异防水性/粘附性的超疏水/超亲水表面(SBS/SLS)在学术研究和工业环境中都具有重要意义,因为它们在微小液滴和气泡操控中具有有趣的功能。然而,大多数涉及 SBS/SLS 的操控策略仅限于大面积制造或复杂的形貌设计,这明显阻碍了它们的实际应用。在本文中,我们通过一步飞秒激光烧蚀设计和制造了超亲水不锈钢板下方的超疏水聚二甲基硅氧烷窄化双轨(SNDR)。我们的 SNDR 轨道能够在水下自发地、单向地从宽端向窄端输送不同体积的气泡,即使它们被弯曲也是如此。进一步讨论了不同几何双轨配置在气泡输送性能中的力学分析。最后,我们通过实验证明了在多个 SNDR 组合上以设计的体积比无损混合气泡的惊人能力。该方法简单、灵活,具有广泛的潜在应用,如界面科学和微流体中的智能气泡传输、混合和可控化学反应。
聚合物13,15 - 17和二维材料(2D),例如MOS 2。18 - 21最近,人们对包括MXENES在内的2D材料的研究引起了很多兴趣,因为它们具有高表面积与体积比,依赖层可调的机械,电气,光学和物理化学性质,其量子构成以及低维度效果。22 - 24在这些2D材料中,由于其出色的机械性能,高载流子迁移率以及出色的电气和光学性能,因此广泛探索了基于石墨烯和过渡金属二甲化合物(TMDS)的气体传感器。尽管具有出色的传感器响应和响应时间,但基于石墨烯的2号传感器与长期恢复时间相关,而基于TMD的传感器由于其高吸附而导致的不完整恢复。25这种限制促使研究人员探索包括MXENES在内的其他2D材料。气体分子与传感材料的相互作用是任何气体感应过程的不可限制的特征。最近,由于MXENE的几个优势,基于MXENE的气体传感器受到了很多关注。此外,他们已经在电化学储能设备,良好的电器设备等中显示了应用程序的应用。
不同的气体传感设备在内,包括化学剂,[8]晶体管,[9]和光传感器。[10]此外,已经设计了基于小分子的分子半导体的绝缘子杂音,以实现稳定的气体检测。[11]在各种材料和设备构造中,基于CP的化学仪被认为是气体传感的最简单方法之一。[12] CP在设备制造过程中作为感应层沉积,CPS和分析物气体分子之间的相互作用会导致感应层的电导率变化,可以轻松监测。敏感性是化学固定器传感性能的最重要参数之一,迄今为止已经开发了各种方法来改善它。在所有报告的方法中,纳米结构被视为一种有效的策略,因为具有较高表面积面积的形态 - 体积比的形态可以通过提高气体分子的扩散速率进入基于CP的传感层和提供更多的结合位点,从而提高灵敏度。为了创建纳米结构的表面,CPS过去曾通过复杂的过程进入不同的结构,包括纳米管,纳米线,纳米管,纳米骨,纳米颗粒和纳米纤维。[13]
传热强化与优化对于相变材料 (PCM) 储热设计至关重要。本文对填料床 PCM 储热单元设计的性能优势进行了比较分析,并对填料床单元关键几何参数的影响进行了数值研究。以六边形圆形结构优化后的管壳式设计作为比较的基准。研究发现,床层与 PCM 胶囊直径比 D / d 存在阈值,超过该阈值时,填料床的有效储能容量将高于最佳管壳式单元。D / d 的阈值可以与传热流体的表观速度定量关联,为定制设计填料床 PCM 储热系统提供了途径。总之,研究发现,填料床单元由于其较大的表面积体积比而具有优势,尤其是在大规模应用中。本研究提出了一种基于数值分析的框架来设计填料床 PCM 存储单元,并与管壳式单元进行比较,以便可以在特定的几何和操作条件下选择合适的 PCM 热存储设计类型。