Exploration第四卷第五期正式上线！

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Neural interfaces: Bridging the brain to the world beyond healthcare

Shumao Xu^†*, Yang Liu^†, Hyunjin Lee, Weidong Li*

DOI:10.1002/EXP.20230146

随着神经接口技术的不断发展，它们在神经技术与城市规划的交汇点上展现出巨大潜力，改变我们与周围环境的互动方式。这些接口通过记录和解码神经信号，实现大脑与外部设备之间的直接连接，促进信息的无缝交换和共享体验。然而，神经接口的发展面临诸多挑战，包括材料科学、电化学和算法设计的复杂性。电生理干扰以及电极刚性与组织柔性之间的失配，进一步影响了信号的准确性和生物兼容性。尽管近期的闭环脑-计算机接口在情绪调节和认知增强方面展现出良好前景，但它们仍受到解码准确性和用户界面适应性的限制。本篇文章将探讨这些挑战，并回顾神经接口的发展进展，对比非侵入性与侵入性方法，分析刺激与直接接口之间的动态关系。特别强调超越医疗保健的应用，突出对具备高分辨率记录和刺激能力的可植入接口的需求。

Detection of biological loads in sewage using the automated robot-driven photoelectrochemical biosensing platform

Yiming Zhang^†, Zhi Chen^†, Songrui Wei^†, Yujun Zhang, Hai Fu, Han Zhang*, Defa Li*, Zhongjian Xie*

DOI:10.1002/EXP.20230128

当前污水分析中常用的实时荧光定量PCR技术存在耗时长、人工需求高、易出现假阴性的缺点。为应对这些挑战，本研究开发了一种自动化机器人驱动的光电化学（PEC）生物传感平台，依托CRISPR/Cas12a系统，实现了对污水中生物负荷的快速、超灵敏、高特异性检测。Shennong-1机器人集成了污水采样和预处理等功能模块，大大简化了污水监测流程。采用带有金纳米颗粒修饰的垂直石墨烯工作电极，结合CdTe/ZnS量子点进一步增强信号。以Omicron BA.5突变株基因为模型，平台展示了极低的检测限（2.93 × 102 zm）和卓越的单碱基突变识别能力。实验表明，该平台能够快速、精准地检测污水中的BA.5，证明了其在传染病早期预警中的应用潜力，为公共卫生防控提供了及时有效的数据支持。

Motorizing the buckled blister for rotary actuation

Pengfei Yang^†, Ruixing Huang^†, Fei Dang^†, Baoxiang Shan*, Dewen Wang, Hong Liu, Yi Li, Xiangbiao Liao*

DOI: 10.1002/EXP.20230055

在微电机械系统和软体机器人领域，快速跳跃的“快切双稳态”机制引起了广泛关注。然而，传统方法需要大量能量才能触发状态转换。近期本篇研究探讨了一种新型动态屈曲机制，通过在外环内约束的鼓起泡，利用局部曲率变化实现旋转驱动。与传统双稳态机制相比，该方法所需能量显著降低，展现了双金属泡沫旋转器在刚性定子内的可控旋转速度和输出扭矩。此外，结合局部气动驱动的两条弹性环演示了运动功能。这一发现为无齿轮电机、蠕动泵和运动机器人等多种应用提供了广阔的潜力。

Biomimicking trilayer scaffolds with controlled estradiol release for uterine tissue regeneration

Shangsi Chen, Junzhi Li, Liwu Zheng, Jie Huang, Min Wang*

DOI:10.1002/EXP.20230141

 组织工程支架在修复子宫组织缺损和恢复生育能力方面提供了一种高效的解决方案。为了模拟子宫组织的解剖结构，作者展示了一种新颖的三层组织工程支架。它们能持续释放雌二醇，并能转变成弯曲的结构，以满足子宫组织的弯曲。该研究采用4D打印、电纺丝和3D生物打印技术，与子宫组织结构高度相似，为子宫再生提供支持。研究中，首先通过4D打印制备了高拉伸性聚（l-乳酸-共三亚甲基碳酸酯）（PLLA-co-TMC，简称“PTMC”）与热塑性聚氨酯 (TPU)的聚合物混合支架。为提升生物相容性，在支架上电纺制备了多孔聚乳酸-羟基乙酸(PLGA)/明胶甲基丙烯酰（GelMA）纤维，并掺入了聚多巴胺（PDA）颗粒，成功实现了雌二醇(E2)的包裹，确保了药物的控释与持续释放。随后，将骨髓来源的间充质干细胞(BMSCs)与明胶甲基丙烯酰（GelMA）基油墨混合，通过3D生物打印技术在双层支架上制备出细胞负载水凝胶层，最终形成模拟生物功能的三层支架。该支架展现了形状变换的能力，能够在37°C的培养基中从平面形态转变为管状结构。本篇研究为子宫组织再生提供了新的视角，期待在生育医学领域带来重大突破！

Facile construction of dual-response super-resolution probes for tracking organelles dynamics

Daili Liu^†, Guiqian Fang^†, Yanfeng Wang, Caicai Meng, Zhidong Liu*, Qixin Chen*, Xintian Shao*

DOI:10.1002/EXP.20230145

在最新研究中，研究者们开发了一种可定制的超分辨率成像工具包，用于组装适用于细胞亚结构检测的结构照明显微镜（SIM）探针。该工具包针对荧光分子CPC进行了定制，能够同时监测线粒体和脂滴中的过氧亚硝酸盐（ONOO−）和极性分布。CPC展现了卓越的成像能力，成功定位多种细胞器，并跟踪不同成分的分布，揭示了细胞器间的相互作用。研究表明，在铁死亡过程中，脂滴的极性和形态发生变化，且线粒体内ONOO−的累积导致脂滴的功能损失与线粒体的解耦。这些发现为理解与疾病相关的细胞机制提供了新视角，强调了这一工具包在细胞生物学研究中的巨大潜力。

A self-assembled, genetically engineered, irradiated tumor cell debris vaccine

Yajie Sun^†, Yan Hu^†,  Yuanyuan Geng^†, Chao Wan, Yang Liu, Yifei Liao, Xiujuan Shi, Jonathan F. Lovell, Kunyu Yang*, Honglin Jin*

DOI:10.1002/EXP.20220170

在癌症治疗中，基于疫苗的疗法面临诸多挑战，如免疫原性不足和肿瘤逃逸机制。研究表明，放疗具有局部疫苗效应，能够在照射后提供肿瘤抗原，激活抗原呈递细胞（APCs）。本研究开发了一种新型疫苗策略，通过结合基因工程处理的放射肿瘤细胞碎片（RTD）和透明质酸（HA），命名为HA@RTD。 研究中，作者建立了一种过表达粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）的癌细胞系，并通过HA与RTD蛋白的共价结合开发出水凝胶，作为强效疫苗系统。通过T细胞受体测序，探究了该疫苗的作用效果。结果表明，工程疫苗能够激活抗肿瘤免疫反应，并在小鼠模型中实现单次免疫接种后阻止肿瘤生长。此外，HA@RTD疫苗在已有肿瘤的治疗设置中及与免疫检查点阻断剂联合使用时的疗效也得到了评估。这项研究为癌症免疫治疗提供了新思路，展示了HA@RTD疫苗在提升免疫应答和抑制肿瘤生长方面的潜力。

Conducting polymer hydrogels based on supramolecular strategies for wearable sensors

Zhiyuan Sun, Qingdong Ou, Chao Dong, Jinsheng Zhou, Huiyuan Hu, Chong Li, Zhandong Huang*

DOI:10.1002/EXP.20220167

随着可穿戴电子设备的迅速发展，导电聚合物水凝胶（CPHs）因其独特的高导电性和柔软性而备受关注。然而，传统的疏水性导电聚合物与亲水性水凝胶网络之间的相互作用不足，导致了它们之间的粘合不良，从而显著影响了CPHs的机械和电气性能，限制了其在可穿戴电子传感器中的应用。为了解决这一问题，近年来的研究表明，通过引入超分子相互作用，可以增强CPHs的聚合物网络互动，从而提高其整体性能。然而，关于超分子导电聚合物（SCPH）在可穿戴传感应用中的全面综述仍然缺乏。本综述总结了在高性能CPHs开发中常用的典型超分子策略，阐述了与可穿戴传感器密切相关的SCPH特性。此外，作者还讨论了SCPH传感器的制备方法和分类，并探讨了最新的应用场景。最后，文章还分析了SCPH传感器面临的挑战，并提出了未来发展的建议。

Impact of diabetes mellitus on tuberculosis prevention, diagnosis, and treatment from an immunologic perspective

DOI:10.1002/EXP.20230138

在全球范围内，糖尿病（DM）与结核病（TB）的共存构成了重要的公共卫生挑战。最新发表的综述文章深入分析了DM与TB合并症的免疫学特征，阐明了DM对TB发病机制和免疫反应的影响。研究表明，TB患者的高血糖水平会导致先天免疫细胞数量减少、吞噬功能受损以及抗原呈递延迟，进而影响结核分枝杆菌（MTB）的清除和适应性免疫反应的及时性。综述指出，DM与TB的相互作用引起了炎症的加剧和免疫细胞促炎细胞因子的分泌增加，这不仅加重了炎症反应，还导致TB治疗效果不佳。此外，文章探讨了DM对TB预防、诊断和治疗的影响，强调了血糖控制不佳、胰岛素抵抗、DM并发症和遗传因素在DM患者中增加MTB感染风险的作用。为了减轻DM患者中TB的负担，综述特别强调了对潜伏结核感染（LTBI）中DM再激活机制的进一步研究的重要性。为早期发现和治疗LTBI，寻找特定于DM的生物标志物以提高诊断的准确性成为亟待解决的问题。本综述为研究人员和临床医生提供了重要见解，促使大家关注DM与TB的复杂关系，并推动未来在这一领域的研究与治疗策略的发展。

Recent advances in bacteria-based platforms for inflammatory bowel diseases treatment

Jiaoying Lu^†, Xinyuan Shen^†, Hongjun Li*, Juan Du*

DOI:10.1002/EXP.20230142

炎症性肠病（IBD）是一种反复发作的慢性炎症疾病，现有治疗策略虽然能够缓解临床症状，但常伴随胃肠或全身不良反应。因此，迫切需要新的药物递送策略来提高IBD的治疗效果。近期的研究表明，工程细菌作为生物载体，具有在肠道内原位产生药物和实时感知肠道环境的潜力。本综述聚焦于工程细菌在IBD治疗中的最新研究进展，并探讨其在诊断中的应用。此外，作者讨论当前细菌递送系统面临的挑战及未来的发展方向，为研究人员和临床医生提供最新的学术视角。

Calcium-dependent antimicrobials: Nature-inspired materials and designs

DOI:10.1002/EXP.20230099

在该文章中，研究团队探讨了细菌感染对植入医疗设备失败的影响，强调了抗菌材料在设计与合成方面的显著进展。然而，这些材料的临床转化面临着有效性与安全性之间的平衡挑战。本文深入分析了钙的生化特性及其在病原体和免疫系统中的自然角色，指出钙是开发低感染倾向的植入设备的有前景目标。文章回顾了钙在生物医学中的历史应用，概述了其在配位、液化、离子化和立体化学中的优势，以及在病原体完整性、运动性和代谢维持中的关键作用。同时，研究者们提炼出钙作为抗菌合成的潜在靶点，并探讨了钙在免疫系统中的应用，为抗感染材料的开发提供了新的视角。随着钙在感染治疗中的应用不断进展，本文为未来植入抗菌材料的研发指明了方向。钙不仅在抗菌防御中扮演着核心角色，更为临床转化的前景增添了新的可能性。