iCANX-Talks -全球前沿科技公開課（視頻課）智慧樹知到期末考試答案2024年

iCANX-Talks—全球前沿科技公開課（視頻課）智慧樹知到期末考試答案2024年iCANX-Talks—全球前沿科技公開課（視頻課）Q：人工樹葉在大規(guī)模生產(chǎn)中面臨的挑戰(zhàn)以及解決方法A：對(duì)于整個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)，尤其是反應(yīng)器，進(jìn)行規(guī)模的方法是一個(gè)挑戰(zhàn)。但是我認(rèn)為與傳統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)器相比，它們（光電反應(yīng)器）更加經(jīng)久耐用，但是還需要在設(shè)計(jì)時(shí)考慮入射光的位置，電解質(zhì)的選用等問題。

A:錯(cuò)B:對(duì)答案:對(duì)Q：能否評(píng)價(jià)一下您的納米針的機(jī)械強(qiáng)度和生物相容性？A：關(guān)于納米針的生物相容性，我們一直在研究納米針是否會(huì)影響基因表達(dá)。當(dāng)在納米針上培養(yǎng)細(xì)胞時(shí)，實(shí)際上我們發(fā)現(xiàn)基因表達(dá)幾乎沒有變化。同時(shí)，我們還發(fā)現(xiàn)，如果僅僅在納米針上培養(yǎng)細(xì)胞，針沒有穿透太多細(xì)胞。這一定程度上能解釋為什么在納米針上培養(yǎng)細(xì)胞，但細(xì)胞行為沒有發(fā)生太多變化。然而，在施加電脈沖穿透細(xì)胞膜后，基因表達(dá)會(huì)明顯地發(fā)生變化。因此，在這種情況下，如果僅在不施加電脈沖的情況下在納米針上培養(yǎng)細(xì)胞，那么生物相容性就非常好。如果你想使用電脈沖在細(xì)胞膜上開孔，那么就需要考慮安全問題。在我們的工作中，每天將電脈沖施加到細(xì)胞上的周期不超過8個(gè)，因此沒有連續(xù)在細(xì)胞上開孔，而是“細(xì)胞膜開孔-等待細(xì)胞休息約一小時(shí)-再次開孔”。至于納米針的機(jī)械強(qiáng)度：我們的納米針是使用一些堅(jiān)硬的材料制成的，這些材料不易變形，因此納米針在培養(yǎng)細(xì)胞時(shí)仍可以保持較好的機(jī)械強(qiáng)度。但是，我們也從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：相較于在培養(yǎng)在平坦的基板上，培養(yǎng)在納米針上的細(xì)胞，基因表達(dá)較少，細(xì)胞運(yùn)動(dòng)行為也較為緩慢。

A:對(duì)B:錯(cuò)答案:對(duì)Q:QDs的成本和前景如何？A:在這里并不能對(duì)QDs的成本給出一個(gè)準(zhǔn)確的答案，但是目前該技術(shù)機(jī)已經(jīng)得到廣泛的研究，在進(jìn)一步的發(fā)展過程中成本是一個(gè)共同關(guān)注的問題，相信最終的QDs會(huì)變成一個(gè)成本和價(jià)值可觀的產(chǎn)品。

A:對(duì)B:錯(cuò)答案:對(duì)Q：生物打印與蘸筆納米刻蝕技術(shù)（dip-pen）的區(qū)別與其優(yōu)勢是什么？A：生物打印本身還是基于傳統(tǒng)打印技術(shù)，例如通過噴嘴在工作臺(tái)上的轉(zhuǎn)移用來分配液滴，但是水相體系允許我們有一個(gè)內(nèi)置過程，例如液相分離。我們還可以利用更利于細(xì)胞生長和維持的溶液，還可以利用分配性質(zhì)來移動(dòng)和區(qū)分“墨水”中的細(xì)胞，這些方法讓我們更接近于生物體系中的分級(jí)組裝和分級(jí)結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的dip-pen書寫技術(shù)和納米打印技術(shù)都需要借助把噴嘴本身做得更小來構(gòu)建多級(jí)打印結(jié)構(gòu)，這里我們可以僅借助液相分離體系就可以提高打印結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度。

A:對(duì)B:錯(cuò)答案:對(duì)Q：您在講座中提到了電影《Alita》，它很好地反映了未來的科技。在未來，人工智能不僅僅作為機(jī)器人的一部分，而會(huì)與電子科技甚至生物體相結(jié)合，這就給電子設(shè)備和生物體之間的接口帶來了挑戰(zhàn)，您如何看待這個(gè)問題？A：這是一個(gè)非常大的問題。對(duì)于像Alita這樣的科技載體，它是多個(gè)領(lǐng)域科技的結(jié)合體，例如材料科學(xué)、電子科學(xué)、機(jī)械科學(xué)、生物科學(xué)、計(jì)算科學(xué)甚至設(shè)計(jì)學(xué)等等，這也給我們的教育拋出了一個(gè)問題，我們?nèi)绾巫屛覀兊膶W(xué)生專注于解決一個(gè)問題的同時(shí)擁有廣闊的視野和思路，學(xué)會(huì)與不同領(lǐng)域的人合作，這不僅僅是學(xué)科的交叉，而是真正意義上的跨學(xué)科研究，掌握了這些能力，才能夠解決這樣的綜合問題，做出高于前人的科技成果。

A:錯(cuò)B:對(duì)答案:對(duì)Q:這種離子水凝膠除了具有良好的導(dǎo)電性能外，還具有其他優(yōu)異的性能。這種材料在其他領(lǐng)域的應(yīng)用怎么樣，例如儲(chǔ)能或生物傳感器件？A：對(duì)于儲(chǔ)能方面，水凝膠作為離子導(dǎo)體可作為電池中的電解質(zhì)。它還具備許多其他性能，我認(rèn)為在生物傳感上它也有良好前景。如何與人體集成？如何實(shí)現(xiàn)同時(shí)測量多種生物物質(zhì)？如何在單次電壓測量下區(qū)別不同信號(hào)？可能初期需要機(jī)器學(xué)習(xí)來實(shí)現(xiàn)。因?yàn)槿梭w就是一個(gè)復(fù)雜的水凝膠體系，如果我們能區(qū)分出這些信號(hào)，我相信我們將能創(chuàng)造出更好的凝膠體系。

A:對(duì)B:錯(cuò)答案:對(duì)Q:在講座的最后，您列出來橡膠電子發(fā)展路線圖，那么請(qǐng)問您覺得橡膠電子未來的市場會(huì)在哪里？A:在未來，我認(rèn)為橡膠電子的應(yīng)用會(huì)很廣泛，未來市場對(duì)橡膠電子需求可以來自于方方面面，比如：交互式顯示器，交互式觸摸面板，智能穿戴，生物電子等。

A:錯(cuò)B:對(duì)答案:對(duì)Q：快速黏合貼片非常有趣且利于外科手術(shù)操作，它是否會(huì)影響傷口的正常愈合？基于此類生物膠水，能否實(shí)現(xiàn)其多功能集成，如傳輸生理信號(hào)至PC端？A：首先第一個(gè)問題的答案是肯定的，這種生物黏合貼片可以加速傷口的愈合。相比使用手術(shù)縫線造成傷口的再次損傷，快速黏合貼片無需任何藥物輔助，僅靠機(jī)械黏附機(jī)理便可實(shí)現(xiàn)傷口的自動(dòng)快速愈合。第二個(gè)問題，生物水凝膠能否耦合其他功能，實(shí)現(xiàn)生物水凝膠的多功能化集成，答案也是肯定的。例如，將藥物傳輸功能集成到生物膠水中，然而，這個(gè)觀點(diǎn)面臨的挑戰(zhàn)是——如何將藥物精準(zhǔn)的傳輸?shù)侥繕?biāo)區(qū)域。例如，將傷口縫合技術(shù)集成到生物膠水中，可避免傳統(tǒng)縫線技術(shù)對(duì)傷口造成的更多損傷，甚至微創(chuàng)手術(shù)時(shí)可貼附生物膠水至傷口處實(shí)現(xiàn)傷口的無創(chuàng)縫合。最后一個(gè)問題是有關(guān)未來發(fā)展的，現(xiàn)有的植入式人機(jī)接口存在諸多缺陷，未來人機(jī)接口的發(fā)展甚至可以消滅現(xiàn)有冗雜的接口，利用貼片式生物膠水實(shí)現(xiàn)人機(jī)通訊，同時(shí)賦予該生物膠水接口電氣功能、光電功能和化學(xué)功能等。需要注意的是，未來的柔性機(jī)器人只是一個(gè)單純的輔助設(shè)備，協(xié)助醫(yī)生救死扶傷、改善人體健康狀況等。

A:對(duì)B:錯(cuò)答案:對(duì)Q：您研究了很多整合微流控系統(tǒng)的應(yīng)用，能否評(píng)價(jià)一下將微流控和可穿戴傳感器整合在一起的優(yōu)勢？A：我們選擇和微流控結(jié)合，最初是因?yàn)槲覀兩瞄L微流控。后來我們花了很多精力發(fā)展基于微流控的傳感器，這當(dāng)中有利也有弊。首先，當(dāng)我們采用微流控的時(shí)候，基本上很難做到非常薄的傳感器，比方說JohnRogers還有其它幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室發(fā)展出了非常薄的可以直接貼合皮膚的傳感器。不過這一點(diǎn)其實(shí)我們并不擔(dān)心，因?yàn)楫?dāng)我們?cè)诤陀脩粽務(wù)摰臅r(shí)候，發(fā)現(xiàn)他們更希望這些產(chǎn)品有一定的厚度以便更好的抓取以及從表面掀起。它的優(yōu)點(diǎn)的話，主要來自于液態(tài)金屬，它本身靈敏度很高，且可以輕易被延展以及彎曲，它能夠被用于同時(shí)獲取多個(gè)維度的形變信息（拉伸，彎曲，扭轉(zhuǎn)等）。而對(duì)于太薄的材料，如果彎曲的話，可能信號(hào)將較難獲取，所以這些傳感器其實(shí)各有各的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

A:對(duì)B:錯(cuò)答案:對(duì)Q：聲學(xué)振動(dòng)能量采集器是否能夠用于手機(jī)一類的移動(dòng)設(shè)備?A：實(shí)際上聲能的能量密度較低，可以有效采集的能量也很少，這也是為什么需要在環(huán)境布置多個(gè)聲能采集實(shí)現(xiàn)能量的拾取，所以如果想要將聲能采集器應(yīng)用到收集一類的移動(dòng)設(shè)備，意味著需要布置較多的器件盡可能采集多的聲能，同時(shí)這也會(huì)增加設(shè)備的體積與重量，阻礙其設(shè)備的便攜性。所以短時(shí)間內(nèi)很難將聲學(xué)振動(dòng)能量采集器應(yīng)用到手機(jī)一類的移動(dòng)設(shè)備上。

A:錯(cuò)B:對(duì)答案:對(duì)Q：影響TENG產(chǎn)生表面電荷的因素有哪些？A：當(dāng)你測量TENG的效率時(shí)，需要著重關(guān)注幾個(gè)參數(shù)。比如σ2與材料相關(guān)，是電荷密度的平方。像在上一個(gè)問題中的，如果你有織物、薄膜或者筆，在這種情況下，我們就有兩個(gè)品質(zhì)因數(shù)，一個(gè)是材料，一個(gè)是結(jié)構(gòu)品質(zhì)因數(shù)。結(jié)構(gòu)品質(zhì)因數(shù)也會(huì)代入到公式中。將材料品質(zhì)因數(shù)和結(jié)構(gòu)品質(zhì)因數(shù)分開，可以更好的定義性能。

A:錯(cuò)B:對(duì)答案:對(duì)Q：關(guān)于納米通道的一個(gè)問題，對(duì)于制造和使用這些納米通道，你能讓它大尺寸的制備嗎，對(duì)于大尺寸的通道的重復(fù)性如何呢？A：對(duì)于大尺寸的制備，我們是通過CVD方法制備的，如果你有大的CVD設(shè)備你可以制備大的薄膜，如果你需要超薄的薄膜，同時(shí)要需要特殊的切片裝置。同時(shí)我們也可以將許多膜進(jìn)行集成來獲得較大的尺寸。對(duì)于重復(fù)性，我們現(xiàn)在使用的是多壁碳納米管陣列，其離子傳輸重復(fù)性良好，如果使用單壁碳納米管可能具有一些挑戰(zhàn)。

A:對(duì)B:錯(cuò)答案:對(duì)Q：對(duì)于柔性電子器件，如何權(quán)衡柔性與機(jī)械性能之間的關(guān)系？如何在增加機(jī)械穩(wěn)定性的同時(shí)保證器件的柔性，尤其是在與處理電路配合的條件下?A：這個(gè)問題實(shí)際上是如何在軟、硬界面之間實(shí)現(xiàn)最小化的應(yīng)力分布，即處理電路芯片與軟的硅膠聚合物封裝層之間存在機(jī)械性能不匹配的問題，如果不降低應(yīng)力分布，會(huì)導(dǎo)致器件分層和失效。近年來，一些研究人員對(duì)此展開了研究，例如采用梯度結(jié)構(gòu)來緩解器件從剛性到柔性的急劇轉(zhuǎn)變。在我們的工作中，則是將這類電路芯片嵌入流體或者超軟聚合物之中，使得芯片半懸空與襯底之上，來降低應(yīng)力分布不均造成的影響。

A:對(duì)B:錯(cuò)答案:對(duì)Q：MacEtch技術(shù)在刻蝕Si和GaN的納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)用上，能達(dá)到的最小的橫向分辨率分別是多少？A：我們可以用光刻（opticallithography），電子束光刻（EBL，e-beamlithography）甚至可以用掃描透射電子顯微術(shù)（STEM，scanningtransmissionelectronmicroscope）來沉積單個(gè)原子或者原子線圖形，我們也在探索，我們最小能做到什么尺寸。當(dāng)前的話，最小的結(jié)構(gòu)是利用EBL沉積金屬圖案獲得的5nm的納米結(jié)構(gòu)。

A:對(duì)B:錯(cuò)答案:對(duì)Q：在你的研究過程中，你會(huì)選擇什么分子作為標(biāo)記物來監(jiān)測哪些疾?。刻囟ǚ肿拥臐舛扔惺裁聪拗茊?？A：這就與我們?nèi)绾伍_展項(xiàng)目研究有關(guān)，我認(rèn)為最重要的一點(diǎn)在于，當(dāng)我想制備針對(duì)某一特定物質(zhì)的傳感器時(shí)，我會(huì)與合作者討論。有時(shí)候我覺得很重要的生物標(biāo)志物，合作者卻覺得它們?cè)谝恍┘膊≈委熁蛘吲R床應(yīng)用上并不重要，那么我們就會(huì)更關(guān)注與臨床治療關(guān)聯(lián)密切的生物標(biāo)志物。同時(shí)，一些生物標(biāo)志物的濃度很低，這就對(duì)生物傳感器提出了更高的要求，選擇合適的傳感器件與檢測方法就顯得非常關(guān)鍵。

A:對(duì)B:錯(cuò)答案:對(duì)Q：柔性可穿戴電子器件未來的發(fā)展前景以及發(fā)展中需要解決的問題有哪些？A：可穿戴健康監(jiān)測系統(tǒng)將會(huì)在我們今后的生活中發(fā)揮非常大的作用，如果每個(gè)人都可以在家中做到醫(yī)院等級(jí)的健康監(jiān)控的話，一切都將成為可能。如果每個(gè)人都穿戴健康檢測設(shè)備，這個(gè)設(shè)備一定要變得不可察覺，但同時(shí)又要具備檢測精度高、可靠、無線，以及本地存儲(chǔ)等功能，這就是我們需要做的。此外，器件監(jiān)測過程中會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，因此也需要大數(shù)據(jù)分析或者機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。在研究方向上，目前的研究中僅實(shí)現(xiàn)了ECG、PPG等傳感功能，但需要做的不止這些，還需要有存儲(chǔ)以及數(shù)據(jù)分析等功能。總的來說，在可預(yù)見的未來，這將是一個(gè)豐富、充滿活力、活躍的研究領(lǐng)域。

A:錯(cuò)B:對(duì)答案:對(duì)Q：作為一個(gè)初入MXene領(lǐng)域的研究者，哪里是進(jìn)入該領(lǐng)域比較好的切入點(diǎn)？A：目前為止，已經(jīng)有成百上千的研究者加入到MXene的研究中來，但是并沒有上千種MXene的組合。所以，如果讓我來說，我會(huì)尋找一種還沒合成出來的新的MXene材料。我的實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在正在合成新的多金屬固溶體，研究不同金屬的比例對(duì)MXene性能的影響非常有意義，而這些研究之前并沒有人做過。如果你想聚焦在MXene的應(yīng)用上，那么就去了解他的基本性質(zhì)，去思考這些性質(zhì)可以在哪些領(lǐng)域產(chǎn)生不一樣的效果。所以，還有很多研究領(lǐng)域等待被發(fā)現(xiàn)，我很確定你會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)感興趣的領(lǐng)域并深入研究下去。

A:錯(cuò)B:對(duì)答案:對(duì)Q：關(guān)于非接觸聲流控技術(shù)，還有什么問題需要被研究解決呢？比如帶有極化靜電干擾的材料，未來有什么潛在的研究方向嗎？A：在我們的研究中，我們主要關(guān)注聲學(xué)特性，但那里確實(shí)有很多其他的特性，比如介電特性。我想強(qiáng)調(diào)的是，這里還有很多物理問題、工程問題和生物問題沒有被解決，我們希望有更多的同學(xué)加入這一領(lǐng)域，一起研究這些問題，我有一些文章討論耦合聲波和介電泳（dielectrophoresis，DEP），如果感興趣可以去查看。

A:錯(cuò)B:對(duì)答案:對(duì)Q：微針貼片科技展示了很多很好治療效果，微針貼片的制造過程如何呢？A：目前有很多制造方法，我們也研發(fā)了一種非常便捷、可控、快速的微針制備過程，主要是通過光引發(fā)原位聚合反應(yīng)。該方法也非常有利于之后的商品化。

A:錯(cuò)B:對(duì)答案:對(duì)Q：相比于水凝膠材料，木材在柔性可穿戴電子器件領(lǐng)域具有哪些優(yōu)勢呢？A：纖維素已經(jīng)