An attractive method to response the current energy crisis and produce sustainable nonpolluting power source is harvesting energy from our living environment. However, the energy in our living environment always exists in low-frequency form, which is very difficult to be utilized directly. Here, we demonstrated a novel sandwich-shape triboelectric nanogenerator to convert low-frequency mechanical energy to electric energy with double frequency. An aluminum film was placed between two polydimethylsiloxane (PDMS) membranes to realize frequency multiplication by twice contact electrifications within one cycle of external force. The working mechanism was studied by finite element simulation. Additionally, the well-designed micro/nano dual-scale structures (i.e., pyramids and V-shape grooves) fabricated atop PDMS surface was employed to enhance the device performance. The output peak voltage, current density, and energy volume density achieved 465 V, 13.4 μA/cm(2), and 53.4 mW/cm(3), respectively. This novel nanogenerator was systematically investigated and also demonstrated as a reliable power source, which can be directly used to not only lighten five commercial light-emitting diodes (LEDs) but also drive an implantable 3-D microelectrode array for neural prosthesis without any energy storage unit or rectification circuit. This is the first demonstration of the nanogenerator for directly driving biomedical microsystems, which extends the application fields of the nanogenerator and drives it closer to practical applications.

Abstract Lung cancer is a highly heterogeneous disease. Cancer cells and cells within the tumor microenvironment together determine disease progression, as well as response to or escape from treatment. To map the cell type-specific transcriptome landscape of cancer cells and their tumor microenvironment in advanced non-small cell lung cancer (NSCLC), we analyze 42 tissue biopsy samples from stage III/IV NSCLC patients by single cell RNA sequencing and present the large scale, single cell resolution profiles of advanced NSCLCs. In addition to cell types described in previous single cell studies of early stage lung cancer, we are able to identify rare cell types in tumors such as follicular dendritic cells and T helper 17 cells. Tumors from different patients display large heterogeneity in cellular composition, chromosomal structure, developmental trajectory, intercellular signaling network and phenotype dominance. Our study also reveals a correlation of tumor heterogeneity with tumor associated neutrophils, which might help to shed light on their function in NSCLC.

We present a single-friction-surface triboelectric generator (STEG). The STEG is transparent and flexible, making possible the use of triboelectric generators in an extended range of applications. This device is fabricated in a simple and very low-cost way. When tapped with a finger, the STEG with micro-patterned PDMS surface achieved an open-circuit voltage over 130 V with a short-circuit current density of about 1 μA cm−2. A STEG with a flat PET surface is employed as a transparent cover on the screen of a smartphone to generate electric energy from the control motion of the users. The STEG can directly power 3 LEDs when the phone screen is tapped during normal use. In addition, based on the STEG, we have developed a self-powered visualized touch sensor with 4 STEGs serving as the touch pads. The STEG shows promise for applications in systems such as self-powered touch panels and artificial skins.

With the increasing potential of smart clothing, the demand for generating energy directly in the tissue fibers has prompted for increased research in the field of energy harvesters based on wearable nanogenerators. Current challenges remain in the combination of high output performance, functionalization, and importantly wearing comfort. Herein, an all-fiber hybrid piezoelectric-enhanced triboelectric nanogenerator fabricated by electrospinning silk fibroin and poly(vinylidene fluoride) (PVDF) nanofibers on conductive fabrics is presented. Due to the large specific surface area of nanofibers and the extraordinary ability of silk fibroin to donate electrons in triboelectrification, the hybrid nanogenerator shows outstanding electrical performance, with a power density of 310 µW/cm2. This novel all-fiber configuration provides all benefits of ordinary fabrics having flexible appearance and good air permeability, and moreover it can be custom embedded in clothes in any desirable size and shape. Furthermore, the fabricated device allows identifying various types of body motion by a correlation between gesture and corresponding electrical signal. As potential application field, we foresee an autonomous wearable fall alert microsystem for elderly people and persons working in high risk areas.

Piezoelectric and triboelectric nanogenerators (NGs) have been proposed in the past few years to effectively harvest mechanical energy from the environment. Here, a polydimethylsiloxane (PDMS) layer is placed under the aluminum electrode of polyvinylidene fluoride (PVDF), thus forming an r-shaped hybrid NG. Micro/nanostructures have been fabricated on the PDMS surface and the aluminum electrodes of PVDF to enhance the output performance. Power densities of the piezoelectric part and the triboelectric part are 10.95 and 2.04 mW/cm3, respectively. Moreover, influence of the triboelectric charges on the piezoelectric output voltage is investigated. Both finite element method simulations and experimental measurements are conducted to verify this phenomenon. The novel hybrid NG is also demonstrated as a power source for consumer electronics. Through one cycle of electric generation, 10 light-emitting diodes are lighted up instantaneously, and a 4-bit liquid crystal display can display continuously for more than 15 s. Besides, the device is integrated into a keyboard to harvest energy in the typing process.

Abstract Multichannel meta-imaging, inspired by the parallel-processing capability of neuromorphic computing, offers considerable advancements in resolution enhancement and edge discrimination in imaging systems, extending even into the mid- to far-infrared spectrum. Currently typical multichannel infrared imaging systems consist of separating optical gratings or merging multi-cameras, which require complex circuit design and heavy power consumption, hindering the implementation of advanced human-eye-like imagers. Here, we present printable graphene plasmonic photodetector arrays driven by a ferroelectric superdomain for multichannel meta-infrared imaging with enhanced edge discrimination. The fabricated photodetectors exhibited multiple spectral responses with zero-bias operation by directly rescaling the ferroelectric superdomain instead of reconstructing the separated gratings. We also demonstrated enhanced and faster shape classification (98.1%) and edge detection (98.2%) using our multichannel infrared images compared with single-channel detectors. Our proof-of-concept photodetector arrays simplify multichannel infrared imaging systems and offer potential solutions in efficient edge detection in human-brain-type machine vision.

Abstract Mutations in the well-known Myostatin ( MSTN ) produce a “double-muscle” phenotype, which makes it commercially invaluable for improving livestock meat production and providing high-quality protein for humans. However, mutations at different loci of the MSTN often produce a variety of different phenotypes. In the current study, we increased the delivery ratio of Cas9 mRNA to sgRNA from the traditional 1:2 to 1:10, which improves the efficiency of the homozygous mutation of biallelic gene. Here, a MSTN Del273C mutation with FGF5 knockout sheep, in which the MSTN and FGF5 dual-gene biallelic homozygous mutations were produced via the deletion of 3-base pairs of AGC in the third exon of MSTN , resulting in cysteine-depleted at amino acid position 273, and the FGF5 double allele mutation led to inactivation of FGF5 gene. The MSTN Del273C mutation with FGF5 knockout sheep highlights a dominant “double-muscle” phenotype, which can be stably inherited. Both F0 and F1 generation mutants highlight the excellent trait of high-yield meat with a smaller cross-sectional area and higher number of muscle fibers per unit area. Mechanistically, the MSTN Del273C mutation with FGF5 knockout mediated the activation of FOSL1 via the MEK-ERK-FOSL1 axis. The activated FOSL1 promotes skeletal muscle satellite cell proliferation and inhibits myogenic differentiation by inhibiting the transcription of MyoD1, and resulting in smaller myotubes.