恐懼是人類最原始的基本情緒之一，對生存繁衍起到至關重要的作用。不同來源的恐懼會引起不同的反應，面對不同的外界訊號時，我們的大腦究竟發生了什麽變化呢？咖啡氣泡在方糖中上升、微流控芯片中的微化工過程、土壤和地下水的修復……這些在自然界和工程套用中常見的現象有一個共同的名字——電滲吸。圍繞它，科學家開展了一系列研究。
基於國際科技創新中心網絡服務平台科創熱榜每日榜單形成的一周科技記憶，我們推出【一周前沿科技盤點】專欄。今天，為大家帶來第七十三期。
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【Nature Communications】丨無需幹細胞負載，軟骨缺損就能修復再生
軟骨修復水凝膠作用機制圖
軟骨修復是骨關節炎治療領域一項久攻不克的難題。傳統天然軟骨修復材料需要手術取材，因此存在創傷大、材料來源有限等問題。近日，西安交通大學化學學院成一龍課題組和楊宇軒博士透過聚加成反應構建了一種分別負載生物活性因子單寧酸和軟骨分化因子Kartogenin的多重氫鍵交聯水凝膠，作為體內軟骨再生的無細胞支架，實作了無需幹細胞負載的軟骨缺損修復再生。
該研究制備的新型軟骨修復水凝膠具有較高的抗疲勞效能和力學強度，可以承受28000次載入-解除安裝機械迴圈，並在體溫下表現出快速形狀記憶效能，具有套用於微創手術的潛力。同時，透過負載理化性質不同的藥物分子，可以實作軟骨修復過程中骨髓間充質幹細胞的定向遷移和分化，從而實作體內全層軟骨再生。這項工作可能為解決軟骨再生問題提供一個有前景的解決方案。
原文連結：
https://www.nature.com/articles/s41467-023-43334-8
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【Biological Psychiatry】丨「一朝被蛇咬十年怕井繩」背後，大腦的運作機制是什麽？
恐懼是人類最原始的基本情緒之一，對生存繁衍起到至關重要的作用。不同來源的恐懼會引起不同的反應，比如「社恐」被迫現場演講可能會引發回避行為；對蜘蛛、蛇的恐懼則可能引發逃跑。「一朝被蛇咬十年怕井繩」，面對不同的外界訊號時，我們的大腦究竟發生了什麽變化呢？
浙江大學醫學院腦科學與腦醫學學院、雙腦中心李曉明團隊研究發現，不同的恐懼訊號會透過不同的神經環路形成特定的恐懼記憶。其中，從中央杏仁核外側部PKCδ陽性神經元到腹側終紋床核的GABA能通路介導場景恐懼記憶，而SST陽性神經元對終紋床核的GABA能通路介導線索恐懼記憶。
該研究首次透過解析杏仁核投射的異質性闡明不同恐懼情緒背後的特異神經環路機制，完善恐懼情緒的產生及恐懼記憶形成的神經環路模型，闡明中央杏仁核對於不同外部刺激特異性響應特征的神經環路基礎，並進一步揭示了阿片系統在恐懼、焦慮情緒中的韌性調節機制，為恐懼相關精神疾病的治療提供了新的靶點。
原文連結：
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37678543/
3
【Advanced Materials】丨開關、發光、儲存 「三合一」的有機發光晶體管問世
集開關、發光和儲存功能於一體的有機發光晶體管器件及其儲存與發光效能圖
當下主動矩陣式有機發光二極管（AMOLED）顯示面板正朝著低能耗、大尺寸、超高畫質等方向發展，對其驅動芯片的像素電路整合度和效能也將提出更高的要求。然而，依靠「微縮」器件尺寸來提升整合度的傳統技術已不斷逼近並超越光刻等微細加工技術的極限，繼續縮小器件尺寸變得日益艱難。如何在有限的芯片面積內進一步提升像素電路的整合度，便成為了行業面臨的一個重大挑戰。
對此，北京大學深圳研究生院新材料學院孟鴻教授團隊開展了開關、發光、儲存於一體的有機發光晶體管器件研究。基於儲存型有機發光晶體管的顯示技術比傳統有機發光晶體管有更高整合度、更高像素開口率。該項研究透過探究鐵電聚合物的鐵電效應，利用其剩余極化特點，實作了有機發光晶體管的非揮發性儲存行為，並揭示了其儲存機制；透過亮度保持特性和重復擦寫迴圈測試的實驗結果，證明了其可靠的非揮發性儲存操作；這種多功能一體化的有機發光晶體管為有機顯示像素電路的設計提供了一種新的技術方案。此外，透過最佳化鐵電層和溝道層之間的界面特性，有機發光晶體管器件效能顯著提升，場效應遷移率和發光亮度值分別提高20倍和5倍。
原文連結：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202307703
4
【PNAS】丨微流控領域全新設計理念，基於孔隙尺度事件預測宏觀滲吸行為
透過最佳化的順序光刻和多次刻蝕技術設計了具有深度變化的微流體芯片。（A）透過最佳化的順序光刻和多次蝕刻制造深度可變微流芯片策略的示意圖。（B）根據二維孔隙寬度分布將多孔結構分為不同深度區域，以蝕刻1→3個不同的深度。（C）微流芯片的三維孔徑分布將受到不同深度約束的壓縮，這裏紅線是無深度約束的二維孔徑分布。（D）均勻深度、兩深度和三深度的矽基底上局部多孔結構的掃描電子顯微照片。（E）顯微鏡下觀察的微流芯片影像和相應的多孔結構
咖啡氣泡在方糖中上升、雨水滲透到土壤中、微流控芯片中的微化工過程、土壤和地下水的修復……這些在自然界和工程套用中常見的現象有一個共同的名字——電滲吸。然而，由於多孔結構和流體的復雜性，多孔介質的幾何約束對多相流動微觀物理及宏觀滲吸模式的調控機制並不清楚，就制約了工程套用和相關技術的發展和升級。
近日，清華大學航院工程力學系王沫然課題組采用先進微納加工技術和微流體芯片視覺化實驗等方法，觀測了多孔三維結構觸發流體界面不穩定性的現象。他們透過系統地改變微流體芯片的深度約束，結合多孔介質的高分辨率影像、孔隙尺度數值模擬和實驗定量表征結果揭示了三維結構效應控制微觀界面不穩定性並調控復雜多孔介質內多相滲吸模式的宏-微觀機制。
其研究結果表明，傳統微流控芯片設計抑制了一些重要三維結構效應，相關理論分析將深化理解二維微芯片實驗和真實三維多孔介質內多相驅替機理，並建立二維與三維流動驅替現象間的聯系。另一方面，研究表明，微芯片結構深度方向的設計將帶來微流控領域的全新設計理念，基於孔隙尺度事件預測宏觀滲吸行為的新策略將在生物醫藥、微化工、微流控邏輯控制、土壤及地下水的治理修復、油氣資源開發等領域發揮重大作用。
原文連結：
https://doi.org/10.1073/pnas.2310584120
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【Advanced Functional Materials】丨小巧玲瓏的它，如何在個人化醫療保健領域大顯身手？
微電池的電子照片和微電極的形貌表征
高效能、形狀可客製的微電池具有結構靈活性、適應多種形狀等特點，因此成為下一代柔性電子產品中備受關註的一個分支，可套用於微型機器人、可穿戴傳感器和植入式醫療器材，並放大其優勢。
為了滿足智能微電子系統在不同場景下的不同需求，開發簡單、經濟、高分辨率的加工技術制造具有高精度和形狀可調控的高效能微電池至關重要。北京理工大學化學與化工學院博士生李向陽和趙揚研究員首次使用全激光加工技術在柔性基底上原位構建了平面準固態Zn//MnO2微電池（MBs）。該加工技術不僅可以無掩膜、高效制造圖案，還可以在微電極材料中自發地產生氧空位，進一步增加電極材料的電化學活性位點，提高電池效能。
他們制備的Zn//MnO2微電池具有高面容量、高能量密度，超過大多數水系Zn基微電池和Li/Na基MBs。這些微型電池也很容易整合到片上微電子系統中，作為內建電源與多種傳感功能高度相容，連續監測人體的手腕彎曲、脈搏跳動、溫度和濕度訊號，以實作個人化醫療保健。
原文連結：
https://www.bit.edu.cn/xww/xzw/xsjl1/63fbf8b9f28440aaa2cad2d328ae98a7.htm
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