Recently there is strong interest in lightweight, flexible, and wearable electronics to meet the technological demands of modern society. Integrated energy storage devices of this type are a key area that is still significantly underdeveloped. Here, we describe wearable power devices using everyday textiles as the platform. With an extremely simple "dipping and drying" process using single-walled carbon nanotube (SWNT) ink, we produced highly conductive textiles with conductivity of 125 S cm−1 and sheet resistance less than 1 Ω/sq. Such conductive textiles show outstanding flexibility and stretchability and demonstrate strong adhesion between the SWNTs and the textiles of interest. Supercapacitors made from these conductive textiles show high areal capacitance, up to 0.48F/cm2, and high specific energy. We demonstrate the loading of pseudocapacitor materials into these conductive textiles that leads to a 24-fold increase of the areal capacitance of the device. These highly conductive textiles can provide new design opportunities for wearable electronics and energy storage applications.

Paper, invented more than 2,000 years ago and widely used today in our everyday lives, is explored in this study as a platform for energy-storage devices by integration with 1D nanomaterials. Here, we show that commercially available paper can be made highly conductive with a sheet resistance as low as 1 ohm per square (Omega/sq) by using simple solution processes to achieve conformal coating of single-walled carbon nanotube (CNT) and silver nanowire films. Compared with plastics, paper substrates can dramatically improve film adhesion, greatly simplify the coating process, and significantly lower the cost. Supercapacitors based on CNT-conductive paper show excellent performance. When only CNT mass is considered, a specific capacitance of 200 F/g, a specific energy of 30-47 Watt-hour/kilogram (Wh/kg), a specific power of 200,000 W/kg, and a stable cycling life over 40,000 cycles are achieved. These values are much better than those of devices on other flat substrates, such as plastics. Even in a case in which the weight of all of the dead components is considered, a specific energy of 7.5 Wh/kg is achieved. In addition, this conductive paper can be used as an excellent lightweight current collector in lithium-ion batteries to replace the existing metallic counterparts. This work suggests that our conductive paper can be a highly scalable and low-cost solution for high-performance energy storage devices.

Recently, hybrid Si/organic solar cells have been studied for low-cost Si photovoltaic devices because the Schottky junction between the Si and organic material can be formed by solution processes at a low temperature. In this study, we demonstrate a hybrid solar cell composed of Si nanocones and conductive polymer. The optimal nanocone structure with an aspect ratio (height/diameter of a nanocone) less than two allowed for conformal polymer surface coverage via spin-coating while also providing both excellent antireflection and light trapping properties. The uniform heterojunction over the nanocones with enhanced light absorption resulted in a power conversion efficiency above 11%. Based on our simulation study, the optimal nanocone structures for a 10 μm thick Si solar cell can achieve a short-circuit current density, up to 39.1 mA/cm2, which is very close to the theoretical limit. With very thin material and inexpensive processing, hybrid Si nanocone/polymer solar cells are promising as an economically viable alternative energy solution.

Extracellular vesicles, including exosomes, are nanoscale membrane particles that carry molecular information on parental cells. They are being pursued as biomarkers of cancers that are difficult to detect or serially follow. Here we present a compact sensor technology for rapid, on-site exosome screening. The sensor is based on an integrated magneto–electrochemical assay: exosomes are immunomagnetically captured from patient samples and profiled through electrochemical reaction. By combining magnetic enrichment and enzymatic amplification, the approach enables (i) highly sensitive, cell-specific exosome detection and (ii) sensor miniaturization and scale-up for high-throughput measurements. As a proof-of-concept, we implemented a portable, eight-channel device and applied it to screen extracellular vesicles in plasma samples from ovarian cancer patients. The sensor allowed for the simultaneous profiling of multiple protein markers within an hour, outperforming conventional methods in assay sensitivity and speed.

Thinner Si solar cells with higher efficiency can make a Si photovoltaic system a cost-effective energy solution, and nanostructuring has been suggested as a promising method to make thin Si an effective absorber. However, thin Si solar cells with nanostructures are not efficient because of severe Auger recombination and increased surface area, normally yielding <50% EQE with short-wavelength light. Here we demonstrate >80% EQEs at wavelengths from 400 to 800 nm in a sub-10-μm-thick Si solar cell, resulting in 13.7% power conversion efficiency. This significant improvement was achieved with an all-back-contact design preventing Auger recombination and with a nanocone structure having less surface area than any other nanostructures for solar cells. The device design principles presented here balance the photonic and electronic effects together and are an important step to realizing highly efficient, thin Si and other types of thin solar cells. Nanostructured solar cells should be designed to balance the photonic and electronic effects together to be highly efficient. Cui et al.demonstrate a solar cell with the all-back-contact design and nanocone structure that uses just 10-μm-thick silicon while achieving efficiencies up to 13.7%.

Transparent devices have recently attracted substantial attention. Various applications have been demonstrated, including displays, touch screens, and solar cells; however, transparent batteries, a key component in fully integrated transparent devices, have not yet been reported. As battery electrode materials are not transparent and have to be thick enough to store energy, the traditional approach of using thin films for transparent devices is not suitable. Here we demonstrate a grid-structured electrode to solve this dilemma, which is fabricated by a microfluidics-assisted method. The feature dimension in the electrode is below the resolution limit of human eyes, and, thus, the electrode appears transparent. Moreover, by aligning multiple electrodes together, the amount of energy stored increases readily without sacrificing the transparency. This results in a battery with energy density of 10 Wh/L at a transparency of 60%. The device is also flexible, further broadening their potential applications. The transparent device configuration also allows in situ Raman study of fundamental electrochemical reactions in batteries.

Abstract The loss of E-cadherin (E-cad), an epithelial cell adhesion molecule, has been implicated in the epithelial-mesenchymal transition (EMT), promoting invasion and migration of cancer cells and, consequently, metastasis. However, recent studies have demonstrated that E-cad supports the survival and proliferation of metastatic cancer cells, suggesting that our understanding of E-cad in metastasis is far from comprehensive. Here, we report that E-cad upregulates the de novo serine synthesis pathway (SSP) in breast cancer cells. The SSP provides metabolic precursors for biosynthesis and resistance to oxidative stress, critically beneficial for E-cad-positive breast cancer cells to achieve faster tumor growth and more metastases. Inhibition of PHGDH, a rate-limiting enzyme in the SSP, significantly and specifically hampered the proliferation of E-cad-positive breast cancer cells and rendered them vulnerable to oxidative stress, inhibiting their metastatic potential. Our findings reveal that E-cad adhesion molecule significantly reprograms cellular metabolism, promoting tumor growth and metastasis of breast cancers.

The loss of E-cadherin, an epithelial cell adhesion molecule, has been implicated in metastasis by mediating the epithelial-mesenchymal transition (EMT), which promotes invasion and migration of cancer cells. However, recent studies have demonstrated that E-cadherin supports the survival and proliferation of metastatic cancer cells. Here, we identified a metabolic role for E-cadherin in breast cancer by upregulating the de novo serine synthesis pathway (SSP). The upregulated SSP provided metabolic precursors for biosynthesis and resistance to oxidative stress, enabling E-cadherin+ breast cancer cells to achieve faster tumor growth and enhanced metastases. Inhibition of PHGDH, a rate-limiting enzyme in the SSP, significantly and specifically hampered proliferation of E-cadherin+ breast cancer cells and rendered them vulnerable to oxidative stress, inhibiting their metastatic potential. These findings reveal that E-cadherin reprograms cellular metabolism, promoting tumor growth and metastasis of breast cancers.