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七院院士！連發(fā)兩篇Nature子刊！

來(lái)源：時(shí)間：2024-04-30 16:47:41 瀏覽：1547次

2024年4月9-10日，西北工業(yè)大學(xué)/南京工業(yè)大學(xué)/南京郵電大學(xué)黃維院士團(tuán)隊(duì)在Nature Communications上連續(xù)發(fā)表兩篇最新成果，即“A bionic self-driven retinomorphic eye with ionogel photosynaptic retina”和“Enabling robust blue circularly polarized organic afterglow through self-confining isolated chiral chromophore”。下面對(duì)這兩篇成果進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹！

具有離子凝膠光突觸視網(wǎng)膜的仿生眼

第一作者：Xu Luo、Chen Chen、Zixi He

通訊作者：黃維院士、劉正東副教授、劉舉慶教授

通訊單位：西北工業(yè)大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-47374-6.

研究背景

目前，大多數(shù)生物眼睛都具有彎曲形式的光感受器陣列，具有寬帶光覺、神經(jīng)形態(tài)視覺和視網(wǎng)膜移植功能，使眼睛能夠以超低功耗高效捕獲和處理視覺信號(hào)。人工眼睛在供電的情況下具有寬視場(chǎng)（FOV）和高分辨率成像，通常需要集成額外的計(jì)算硬件進(jìn)行信號(hào)處理，但這種包含獨(dú)立傳感和處理單元的近傳感器計(jì)算體系結(jié)構(gòu)不可避免地會(huì)產(chǎn)生低效的速度、冗余的數(shù)據(jù)和高能耗。近年來(lái)，基于自供電光突觸的人工眼睛被構(gòu)建，但其光感受器具有有限的光響應(yīng)范圍。此外，它們的剛性部件使其制造復(fù)雜，構(gòu)造不夠柔性，導(dǎo)致生產(chǎn)成本高，應(yīng)用場(chǎng)景有限?；诖?，黃維院士團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種由異雙層離子凝膠柱作為視網(wǎng)膜光感受器組成的人工自供電半球視網(wǎng)膜形態(tài)眼（SHR-E），并通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了用于實(shí)時(shí)光學(xué)成像和運(yùn)動(dòng)跟蹤的神經(jīng)形態(tài)光感知、視網(wǎng)膜移植和視覺恢復(fù)。

文章要點(diǎn)

1、受到章魚眼的啟發(fā)，作者制備了SHR-E系統(tǒng)。章魚的眼睛除了在晶狀體、虹膜、視神經(jīng)、視網(wǎng)膜色素和光感受器等結(jié)構(gòu)上與人眼相似外，還有一個(gè)倒置的視網(wǎng)膜，其中的光感受器層位于視神經(jīng)的前面，因此沒(méi)有盲點(diǎn)。在SHR-E設(shè)計(jì)中，通過(guò)離子凝膠柱的選擇性聚吡咯納米顆粒（PPy-NPs）摻雜來(lái)形成光敏異質(zhì)結(jié)，柱陣列可以直接植入到透明離子凝膠半球的表面，形成視網(wǎng)膜狀的柱，同時(shí)具有光電轉(zhuǎn)換和神經(jīng)電可塑性的能力。

2、這種自供電特性主要是由光-熱電誘導(dǎo)的離子在離子凝膠內(nèi)部漂移提供的，與以往由光伏效應(yīng)誘導(dǎo)的自供電光突觸不同，使得它在節(jié)能自主傳感技術(shù)方面具有巨大的潛力。此外，全柔性組件賦予視網(wǎng)膜優(yōu)異的保形和可拉伸能力，可以附著在任何復(fù)雜幾何形狀的物體上。本方法提供了一種簡(jiǎn)單有效的途徑來(lái)構(gòu)建零功率光電探測(cè)器，特別是可移植的類器官適形的視網(wǎng)膜光感受器。

圖文展示

圖1-1.離子凝膠異質(zhì)結(jié)視網(wǎng)膜的仿生SHR-E結(jié)構(gòu)

圖1-2.離子凝膠異質(zhì)結(jié)構(gòu)的自驅(qū)動(dòng)光電探測(cè)和光熱電效應(yīng)表征

圖1-3.視網(wǎng)膜光感受器的光可調(diào)諧突觸行為

圖1-4.具有視覺修復(fù)和表面適形的可移植視網(wǎng)膜光感受器

圖1-5.SHR-E的神經(jīng)形態(tài)成像和實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)跟蹤

自約束分離手性發(fā)色團(tuán)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)藍(lán)色圓偏振有機(jī)余輝

第一作者：Mingjian Zeng

通訊作者：黃維院士、陳潤(rùn)鋒教授、陶冶教授

通訊單位：西北工業(yè)大學(xué)、南京郵電大學(xué)

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-47240-5.

研究背景

藍(lán)色圓偏振發(fā)光（CPL）是三原色之一，在全彩立體顯示、多色數(shù)據(jù)記錄、防偽以及生物成像和光通信等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。多種有機(jī)藍(lán)色CPL材料，包括熒光材料、金屬配合物材料和熱激活延遲熒光（TADF）材料，已在場(chǎng)效應(yīng)晶體管、有機(jī)發(fā)光二極管和信息存儲(chǔ)中得到應(yīng)用。近年來(lái)，圓偏振有機(jī)余輝（CPOA）由于其獨(dú)特的光物理特性在各領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，成為一個(gè)備受關(guān)注的前沿研究領(lǐng)域。盡管在CPOA材料方面取得顯著的成就，但開發(fā)具有超長(zhǎng)壽命和有效手性的藍(lán)色CPOA材料還是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，而可調(diào)節(jié)的CPOA發(fā)射顏色更難?；诖?，黃維院士團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種在聚合物基體中通過(guò)共價(jià)自約束的孤立手性發(fā)色團(tuán)獲得藍(lán)色圓極化余輝材料的簡(jiǎn)單策略，以最大限度地減少非輻射躍遷，從而有效地促進(jìn)藍(lán)色CPOA聚合物。

文章要點(diǎn)

1、在本文中，藍(lán)色CPOA聚合物的超長(zhǎng)壽命高達(dá)3.0 s，最大發(fā)光不對(duì)稱因子|g_lum|值為1.02×10^-²。

2、更重要的是，在協(xié)同余輝和手性能量轉(zhuǎn)移（SACET）下，通過(guò)摻雜市售水溶性熒光材料，可以獲得具有顏色可調(diào)性的全彩CPOA聚合物，顯示出綠色、紅色甚至白色的CPOA發(fā)射，壽命長(zhǎng)達(dá)2.1 s。本研究不僅為開發(fā)藍(lán)色CPOA材料提供了一條可行的途徑，也標(biāo)志著SACET策略構(gòu)建全彩CPL材料的可行性。

圖文展示

圖2-1.全色手性余輝發(fā)射的藍(lán)色CPOA聚合物示意圖

圖2-2.環(huán)境條件下藍(lán)色CPOA聚合物R/S-PAMCOOCz₂薄膜的光物理特性

圖2-3. SACET的演示與研究

圖2-4.多色CPOA聚合物的性能

圖2-5. CPOA材料的潛在應(yīng)用

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