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脑血流 (CBF) 对大脑功能至关重要，与 CBF 相关的信号可以告诉我们大脑活动的情况。然而，目前需要高端医疗仪器来对成年人进行 CBF 测量。在这里，我们描述了功能性干涉扩散波光谱 (fiDWS)，它通过头皮引入和收集近红外光，使用廉价的探测器阵列快速监测编码脑血流指数 (BFI)（CBF 的替代指标）的相干光波动。与其他功能性光学方法相比，fiDWS 可以更快、更深入地测量 BFI，同时还提供连续波吸收信号。在源-收集器分离度为 3.5 厘米的情况下实现清晰的脉动 BFI 波形，我们确认光学 BFI（而不是吸收）显示出与人类脑血管生理学一致的分级高碳酸反应，并且 BFI 在脑激活期间具有比吸收更好的对比噪声比。通过以低成本提供光学 BFI 的高通量测量，fiDWS 将扩大对 CBF 的访问。
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质子转移使自然界和人造技术中的重要过程成为可能。然而，控制质子传导和利用生物材料制造设备仍然是一项挑战。更困难的是设计基于蛋白质的块状材料，没有任何功能性起始支架供进一步优化。在这里，我们展示了质子传导蛋白质材料的合理设计，超过了已报道的蛋白质系统。通过探索从内在无序线圈到超荷电纳米桶到包含蛋白质超荷电多肽嵌合体的分层蜘蛛片的各种序列，一步步进化出富含羧酸的结构。后一种材料的特点是相互连接的片纳米域，其表面由羧酸基团修饰，形成自支撑膜并允许在水合状态下进行质子传导。在 RH = 90% 时，膜显示出 18.5 ± 5 mS/cm 的非凡质子电导率，比其他蛋白质装置高一个数量级。这种设计范例为连接人工和生物系统的生物质子装置制造提供了巨大的潜力。
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量子照明使用纠缠信号-闲置光子对来提高在具有明亮热噪声的环境中对低反射率物体的检测效率。其优势在低信号功率下尤其明显，这对于非侵入性生物医学扫描或低功率短程雷达等应用来说是一个有前途的特性。在这里，我们通过实验研究了微波频率下量子照明的概念。我们在自由空间检测装置中生成纠缠场来照射距离 1 米的室温物体。我们实现了基于线性正交测量的数字相位共轭接收器，尽管信号路径破坏了纠缠，但在相同条件下，其性能优于对称经典噪声雷达。从实验数据开始，我们还模拟了完美闲置光子数检测的情况，与相对经典基准相比，这产生了量子优势。我们的结果突出了微波量子电路首次在室温应用过程中面临的机遇和挑战。
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微型超级电容器 (MSC) 作为微电子和微型便携式/可穿戴设备的有前途的电源而备受关注。然而，它们的实际应用受到制造复杂性和尺寸限制的阻碍。在这里，我们通过电流体动力学 (EHD) 喷射打印在芯片上开发了一类新型超高面积数密度固态 MSC (UHD SS-MSC)。据我们所知，这是第一项在 MSC 中利用 EHD 喷射打印的研究。活性炭基电极墨水采用 EHD 喷射打印，从而形成具有精细特征尺寸的交错电极。随后，引入免干燥、紫外线固化固态凝胶电解质以确保 SS-MSC 之间的电化学隔离，从而实现芯片上密集的 SS-MSC 集成和按需（串联/并联）电池连接。所得片上 UHD SS-MSC 表现出优异的面积数密度[芯片上集成 36 个单元格（面积 = 8.0 mm × 8.2 mm），54.9 个单元格 cm −2 ] 和面积工作电压（65.9 V cm −2 ）。
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典型的遗传性自身免疫性疾病是免疫失调多内分泌病性肠病 X 连锁 (IPEX) 综合征，这是一种严重的儿科疾病，治疗选择有限。IPEX 综合征是由叉头框蛋白 3 (FOXP3) 基因突变引起的，该基因在免疫调节中起着关键作用。作为一种单基因疾病，IPEX 是一种理想的治疗方法，即在体外对自体造血干细胞和祖细胞 (HSPC) 或 T 细胞进行基因编辑并重新注入。在这里，我们描述了一种基于 CRISPR 的基因校正，允许 FOXP3 蛋白的受控表达。我们证明基因编辑保留了 HSPC 分化潜能，并且编辑后的调节性 T 细胞和效应性 T 细胞保持了其体外表型和功能。此外，我们表明该策略适用于具有多种突变的 IPEX 患者细胞。这些结果证明了基因校正的可行性，这将有助于开发其他遗传性自身免疫性疾病的治疗方法。
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基于成簇的规律间隔短回文重复序列 (CRISPR) 相关核酸内切酶 Cas9 的基因组编辑技术能够有效修饰各种细胞类型（包括神经元）中的基因。然而，即使是同一大脑区域中的神经元群在解剖学或功能上也不一致，而是分为不同的亚群。这种异质性需要在特定的神经元群中进行基因编辑。我们开发了一种基于 CRISPR-SaCas9 系统的技术，并将其与顺向/逆向 AAV 载体和活性依赖性细胞标记技术相结合，在大鼠大脑中实现了投射和功能特异性基因编辑。作为原理验证应用，我们在内侧前额叶皮层的特定神经元亚群中敲除了样本靶基因 cbp（CREB 结合蛋白），并证明了投射和功能特异性 CRISPR-SaCas9 系统在揭示记忆的神经元和回路基础方面的重要性。我们的投射和功能特异性 CRISPR-SaCas9 系统的高效率和特异性可广泛应用于神经回路研究。
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毫特斯拉至特斯拉级别的单片强磁感应为物理、化学和医疗系统提供了基本功能。当前的设计选项受到三维 (3D) 结构构造、电流处理和磁性材料集成方面的现有能力的限制。我们在此报告通过气相自卷膜 (S-RuM) 纳米技术将大面积和相对较厚 (~100 至 250 纳米) 的 2D 纳米膜几何转换为多圈 3D 空芯微管，并结合通过毛细力对磁流体磁性材料进行后卷集成。设计和测试了蓝宝石上的数百个 S-RuM 功率电感器，最大工作频率超过 500 MHz。单个微管电感器在 10 kHz 时实现了 1.24 H 的电感，相应的面积和体积电感密度分别为 3 H/mm 2 和 23 H/mm 3 。在 10 MHz 时，在制造的器件中模拟的磁感应强度达到数十毫特斯拉。
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这里，我们报告了一种基于单个抗铁蛋白纳米抗体-TRPV1 受体融合蛋白的磁致系统，该系统在暴露于磁场时调节神经元活动。腺相关病毒 (AAV) 介导将 floxed 纳米抗体-TRPV1 递送到腺苷-2a 受体-Cre 驱动器的纹状体中，当放置在磁共振成像机中或靠近经颅磁刺激装置时，会导致运动冻结。功能成像和光纤光度测定证实了对磁场的反应激活。在野生型小鼠的纹状体中表达相同的构建体以及将表达 Cre 的 AAVretro 第二次注射到苍白球中导致相似的电路特异性和运动反应。最后，产生了一个突变来门控氯离子并抑制神经元活动。在 PitX2-Cre 帕金森病小鼠的丘脑底核中表达这种变体导致 c-fos 表达和运动旋转行为减少。这些数据证明磁致结构可以使用临床可用的设备在体内非侵入性地双向调节特定神经回路的活动。