(1) 多重环形阵列连续流动PCR微流控芯片同步扩增DNA用于细菌现场检测

Bo Yang, Ping Wang, Zhenqing Li, Qingxiang You, Shinichi Sekine, Junshan Ma, Songlin Zhuang, Dawei Zhang, Yoshinori Yamaguchi, Lab on a Chip, 2023, 23(9): 2633-2639. 【SCI一区】【高通量连续流动PCR】

摘要：传统连续流动PCR（CF-PCR）因蛇形通道占用面积大，通量受限。本文提出一种“多重环形阵列”CF-PCR微流控芯片：在圆盘上呈环形分布12条独立蛇形通道，每条通道仅需5 µL试剂；通过1-to-12分流器一次同步注入12份样本，末端荧光染料添加策略避免过量染料抑制PCR。系统对牙龈卟啉单胞菌、牙密螺旋体、福赛坦氏菌及大肠杆菌的12个靶基因同时扩增并现场荧光检测，全程最快5.38 min完成扩增，大肠杆菌检测下限达2.5×10⁻³ ng µL⁻¹。该芯片-荧光一体化装置无需离线电泳，为现场快速POCT病原菌筛查提供高灵敏、高通量解决方案。

图1、12通道同时扩增后的CMOS荧光图像，阳性组呈现明亮荧光斑点，阴性组几乎无信号，阳性/阴性荧光强度对比柱状图

(2) 厘米级CsCu₂I₃单晶的各向异性生长及其在宽高比依赖型光电探测器中的应用

Sancan Han, Jiale Quan, Ding Wang, Huijun Li, Xinya Liu, Jingcheng Xu, Yixin Zhang, Ziqing Li, Limin Wu, Xiaosheng Fang, Advanced Science, 2023, 10(2): 2206417. 【SCI一区】【各向异性单晶生长】

摘要：本研究通过优化反溶剂蒸汽辅助法，实现了厘米级、高宽高比、低缺陷密度（ntrap ≈ 5.38×10⁹ cm⁻³）的CsCu₂I₃单晶快速生长。通过实时观测与LaMer模型分析，揭示了其快速各向异性生长机制源于高浓度与快蒸汽速率下的1D择优生长。所制备的2 cm单晶在光电性能上表现出强烈形貌依赖性：与短粗晶体相比，其开关比提高350倍，达到1570；探测率D*高达1.34×10¹² Jones，响应度Rλ为276.94 mA/W，上升/衰减时间分别为0.37/1.08 ms，外量子效率EQE达95.53%，在无铅钙钛矿基光电探测器中处于领先水平。本研究不仅提供了突破低维金属卤化物各向异性生长瓶颈的新策略，也为高性能光电器件开发奠定了基础。

图2、基于200 μm直径、厘米级CsCu₂I₃单晶构筑的光电探测器在360 nm光照下的I–V、I–T、响应度、探测率、EQE、脉冲响应及光强依赖性等完整性能评估。

(3) 可调黏弹性的交联氧化墨3D打印构建石墨烯基气凝胶用于储能器件

San-Can Han, Jia-Le Quan, Fu-Guo Zhou, Yu-Hua Xue, Na Li, Feng-Yu Li, Ding Wang, Rare Metals, 2023, 42(3): 971–981. 【SCI一区】【3D打印石墨烯气凝胶】

摘要：可穿戴与便携式电子器件对三维石墨烯结构提出了高导电、高机械强度及可定制化形貌的需求。本文提出一种基于金属阳离子交联的氧化石墨烯（GO）墨水，其浓度低至15 mg/mL，通过直接墨水书写（DIW）实现复杂三维结构的3D打印。墨水流变性能可通过调节K⁺、Co²⁺或Fe³⁺离子浓度在1×10⁴–1×10⁵ Pa·s⁻¹范围内精确调控。打印后的还原氧化石墨烯（rGO）气凝胶具有高达51.7×10³ N·m·kg⁻¹的比强度和119 S·m⁻¹的电导率，优于传统石墨烯气凝胶。进一步构建的rGO/Co₃O₄复合电极在超级电容器中表现出240 F·g⁻¹的比电容，组装的全固态柔性器件能量密度达6.4 Wh·kg⁻¹。该策略为可穿戴储能器件的规模化制造提供了新思路。

图3、rGO/Co₃O₄复合电极在2 mol·L⁻¹ KOH中的CV、GCD、EIS及循环稳定性测试结果，证实其高电容、低电阻与优异循环寿命（1500次后保持86%）

(4) 热处理诱导WO₃-TiO₂异质复合薄膜的表面增强拉曼散射性能

Yuze Shi, Qingyou Liu, Xiao Li, Ruijin Hong, Chunxian Tao, Qi Wang, Hui Lin, Zhaoxia Han, Dawei Zhang, Applied Surface Science, 2023, 613: 155975. 【SCI一区】【半导体异质结构SERS基底】

摘要：本研究通过电子束蒸发法制备了WO₃-TiO₂异质结构复合薄膜，系统研究了异质结构与热处理对其形貌、成分及光学性能的影响。通过调控TiO₂缓冲层厚度与退火条件，复合薄膜的吸收峰可从570 nm调节至646 nm，与激发波长实现共振。该薄膜对亚甲蓝染料的表面增强拉曼散射（SERS）信号强度是单层膜的2.7倍，归因于氧空位与异质结构的协同增强效应。有限时域差分（FDTD）模拟结果与实验高度一致，验证了增强机制。该研究为构建高灵敏度、高稳定性、无贵金属的半导体SERS基底提供了新思路。

图4、不同样品对亚甲蓝（MB）染料的SERS光谱对比、15个随机点的信号一致性测试及长时间储存后的稳定性测试结果。

(5) 低流阻双层液滴连续流动PCR微流控芯片用于细菌快速检测

Zhenqing Li, Yifei Wang, Zehang Gao, Shinichi Sekine, Qingxiang You, Songlin Zhuang, Dawei Zhang, Shilun Feng, Yoshinori Yamaguchi, Analytica Chimica Acta, 2023, 1251: 340995. 【SCI一区】【双层液滴CF-PCR芯片】

摘要：连续流动PCR（CF-PCR）可实现目标基因的快速扩增，但传统芯片中蛇形通道过长导致流阻大、液滴运行慢，且加热易产生气泡与试剂蒸发。本文提出一种双层液滴CF-PCR微流控芯片：上层T通道高度低于下层蛇形通道，显著降低流阻；同时生成纳升级水包油液滴，避免气泡与蒸发。系统研究表明，液滴运行速度随T通道截面积和水压增大而提高；在7 kPa水压、60×60 μm截面积条件下，可稳定生成0.032 nL液滴。最终，芯片在11分16秒内完成牙周致病菌Porphyromonas gingivalis靶基因扩增，并在出口储液区检测到明亮荧光信号，为现场快速病原体检测提供新平台。

 图5、在双层液滴CF-PCR芯片中，含模板PCR液滴经加热扩增后在检测区发出明亮荧光（E、F），而无模板或未加热对照组无信号（A–D）

(6) 基于光盘机光学拾取头的低成本便携式叶绿素a荧光仪

Xu Chen, Jing Du, Saima Kanwal, Zhi-Jin Yang, Lu-Lu Zheng, Jian Wang, Jing Wen, Da-Wei Zhang, Talanta, 2024, 269: 125447. 【SCI一区】【光盘机光学拾取头】

摘要：叶绿素a（Chl-a）荧光检测是水质监测的重要手段。本文提出一种以高清DVD光盘机光学拾取头（OPU）为核心组件的低成本便携式荧光仪。OPU内置405 nm蓝紫激光器用于激发叶绿素a产生荧光，其自带激光驱动、物镜（NA=0.65）和准直透镜显著降低系统体积、成本与复杂度。结合现成电子元件、微型光学结构与3D打印外壳，整机尺寸仅151×100×80 mm³，总成本137.5美元。实验室与现场测试表明，该设备对Chl-a的线性检测范围为0–100 μg/L，检出限0.35 μg/L，结果与商业仪器高度一致（R²=0.996）。本研究为资源受限地区提供了一种可自制的现场水质监测新工具。

图6、荧光计结构示意图及俯视实物图

(7) 通过具有渐进开放侧壁的微孔液滴阵列推进原位单细胞微生物分析

Jie Wang, Lin Du, Yuwei Han, Dawei Zhang, Dalei Jing, Lab on a Chip, 2023, 23, 5165–5172. 【SCI一区】【微孔液滴阵列】

摘要：微流控分析技术的使用推动了快速病原菌检测的发展，能够在单细胞水平上准确提供生化反应信息，提高检测效率。然而，由于细菌群体复杂性和低雷诺数流体的扩散不足，实现单细菌阵列的快速有效原位检测仍然具有挑战性。为此，本文开发了一种基于横向流体润湿方法的微孔液滴阵列芯片。该微孔的侧壁呈渐进开放结构，有助于推进液–气界面并促进液体对固体微孔的浸润，保持Wenzel状态，增强液滴抗脱离能力。通过不同尺寸传统与渐变微孔的流线分布模拟，验证了在微孔内制备和识别细胞阵列的可行性。水基墨水扩散实验表明，较小尺寸的渐变微孔在2.1 μL/min流速下仍具有良好的扩散效率，且浸润状态更易调控。利用该平台，我们成功分离了含大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的混合菌群，获得了单细菌阵列，并在原位培养后进行了革兰氏染色。经过20小时培养，单细菌得以繁殖，表明该平台具备分离、培养和检测病原菌的能力。

图7、用于单细菌阵列原位检测的微孔液滴阵列芯片的加速润湿转变