一周前沿科技盘点86丨柔性可穿戴“电子皮肤”，让机器人的“第六感”突破极限；破解生命密码：自旋电子助力疾病治疗全新路径

在传统触觉系统中，传感器要摸到东西才能知道温度，不能提前“猜”到物体的冷热。因此，研发具备无需直接接触即可感知温度的先进触觉传感技术，在机器人交互感知领域具有极其重大的意义。近日，中国科学院课题组在该方向做出了突破。

自旋电子在提高半导体器件性能方面具有极大应用潜力，虽然已被证明在植物的自然光合作用中发挥着重要作用，但其能否影响细胞和微生物的行为尚未被探索。对此，西安交通大学团队的一项最新研究为开拓自旋电子在生命健康中的应用提供了新的途径。

基于国际科技创新中心网络服务平台科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，为大家带来第八十六期。

1

《Advanced Materials》丨柔性可穿戴“电子皮肤”，让机器人的“第六感”突破极限

仿生触觉是智能机器人感知外部环境刺激的基础。在传统触觉系统中，触觉传感器需要与外部环境物理接触进而获取温度信息，无法在接触前对外部刺激作出预判。因此，发展具有非接触温度感知能力的先进触觉传感技术，将有助于为机器人交互感知领域带来全新的体验。近日，中科院研究团队在前期光热电探测器工作的基础上，在具有长波红外吸收能力的柔性聚酰亚胺（PI）衬底上构建了Te/CuTe热电异质结，制备出高灵敏度、柔性、可穿戴长波红外光热电探测器。在非接触式温度感知测试中，当目标温度从零下50°C上升至110°C，所制备的柔性光热电探测器灵敏度均优于商业刚性热电堆，温度分辨能力可达0.05°C。以此为基础，研究团队利用该红外探测器在接近辐射源过程中响应电压的斜率变化，开发了动态温度预警系统，使得软体机械手可对热源进行预先判定。该工作为在仿生触觉系统中引入红外探测技术提供了可行的解决方案，在机器人交互感知、虚拟现实等领域具有重要的应用前景。原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202313911

2

《Advanced Functional Materials》丨破解生命密码：自旋电子科学助力开辟疾病治疗全新路径

自旋电子在提高半导体器件性能方面具有极大应用潜力，在信息技术、催化等工业领域受到人们关注。除了工业工程方面，催化在疾病的治疗中也得到了较大的发展，例如通过光催化或声催化治疗细菌感染和杀灭肿瘤。这些疗法的疗效依赖于活性氧(ROS)的产生，而ROS与催化过程中的电子行为密切相关。自旋电子能否在抗感染治疗中提高催化效率并改善ROS的产生尚不清楚。此外，虽然自旋电子已被证明在植物的自然光合作用中发挥着重要作用，但其能否影响细胞和微生物的行为尚未被探索。近日，西安交通大学研究人员在钛种植体表面制备了具有高电子自旋态的S型铁磁性Fe3O4/TiO2异质结，研究了自旋电子在促进ROS生成、抗菌和细胞成骨分化中的作用，并将其应用于改善种植体相关性骨髓炎的治疗。该异质结在体内骨髓炎模型的清除细菌感染和骨再生方面中显示出优异的治疗效果，为开拓自旋电子在生命健康中的应用提供了新的途径。原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202401795

3

《Materials Today Nano》丨超表面非线性光子技术，打破集成光子器件瓶颈

全光信号处理、全光计算和量子芯片等领域的快速发展对非线性光子器件的集成度、调制速度、功耗等性能提出了新挑战，如何突破非线性光子器件功耗与尺寸的限制，在微纳尺度下提升非线性光子器件性能是光子集成领域的重要科学问题。介电常数近零材料在亚波长尺寸上表现出超快、超强非线性效应的特征，被广泛用于片上全光调制、全光开关、光子探测、量子纠缠源等领域的研究。损耗大是ENZ材料的最大缺点，这导致ENZ材料Q因子低、作用距离短，难以走向实用化发展。因此，不断探索新的物理机制降低ENZ材料损耗、获得高Q因子是实现高性能非线性光子器件的关键。

中科院课题组通过将ENZ薄膜嵌入到金属与半导体介质的混合超表面结构中，首次在近红外波段提出了基于ENZ薄膜的准连续域束缚态超表面结构，使得在大损耗的ENZ材料中通过消除辐射损耗实现高品质Q因子。相比于ENZ薄膜，该超表面结构非线性系数提高了3个数量级，可有效降低片上非线性光子器件的功耗。该研究成果为实现纳米尺度下的超强非线性和超快动力学提供了新思路，可拓展于基于二维材料的片上光子器件研究，有望在集成光子学领域发挥重要作用。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.mtnano.2024.100474

4

《Materials Today》丨超薄铁基材料震撼登场，赋予传感微系统无限可能

可穿戴、柔性化微电子的发展刺激了对兼容性高、耐用性强的产能、储能和用能一体化集成系统的需求。其中，平面微型超级电容器具有高功率密度和快速充放电的特点，能够随时随地收集能量转化单元产生的剩余电力，为电子设备供电。目前，为实现高效一体化自供电气体传感微系统，亟需开发与能量转化、能量存储及能量使用器件高度兼容性的制备技术，以及高性能柔性电极材料和气体传感材料。

近日，中科院研究团队采用静电组装策略，制备出具有高比表面积（360m2/g）、超薄结构（3nm）和高导电性的二维Fe-ZIF/G异质结构纳米片，作为柔性固态微型超级电容器高电容微电极材料。该微系统在室温下对氨气响应显示出高的选择性，而且在低氨气浓度（2ppm）条件下具有高的响应性。该工作为构建可打印的自供电微系统提供了新途径。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.mattod.2024.02.006

5

《Journal of the American Chemical Society》丨氨基酸突变影响蛋白稳态：质谱新法揭示内在机制

氨基酸位点突变如何影响靶蛋白稳定性和动态结构，对于理解疾病的分子机制，以及靶向药物设计至关重要。然而，位点突变通常只能引起靶蛋白动态结构的细微变化，对其动态分子细节的表征仍面临极大的挑战。本工作中，研究团队采用在线混合甲酸溶液引起靶蛋白结构去折叠的方法，通过非变性电喷雾离子化和质谱分析，监测了蛋白质去折叠中间体和产物的电荷分布，以及其相对丰度随混合时间的变化，实现了对二氢叶酸还原酶M42T/H114R突变引起的稳定性变化的定量表征。此外，团队进一步采用紫外激光解离和碎片离子质谱方法，定量对突变体和野生型DHFR的去折叠中间体进行了动态结构和分子细节的对比。分析发现，辅因子NADPH对DHFR结构具有稳定作用，M42T/H114R位点突变可造成NADPH与DHFR的I41、Q65、V78、D79、I82和R98等氨基酸残基间的非共价作用降低，从而导致其稳定性下降。本工作为研究氨基酸位点突变引起的靶蛋白细微动态结构和病理机制提供了新技术。原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c00316

欲了解更多前沿科技进展

不妨关注

国际科技创新中心网络服务平台

（www.ncsti.gov.cn）

科创热榜

扫描二维码或点击下方“阅读原文”

快速登录

国际科技创新中心网络服务平台

补充阅读：

关于“科创热榜-前沿科技”

国际科技创新中心网络服务平台（www.ncsti.gov.cn），基于中科院、工程院、医科院、农科院、985高校及新型研发机构等近200家科研院所、单位发布的研究成果，多源动态提取并按领域维度、期刊级别、创新载体、学者信息、时间梯度等多维度权重，经人工智能计算分析，形成推荐榜单，每日更新。

版权声明

      本文由“北京国际科技创新中心”公众号编辑，资料来源北京市科学技术委员会、中关村科技园区管理委员会。欲转载请关注公众号后直接回复“转载”，按照要求转载即视为获得授权。

长按二维码关注

北京国际科技创新中心

想了解更多资讯，快来加入我们吧~

往期 · 推荐