读科研丨一次性注射治疗艾滋病成为可能
2022/6/24 16:00:14 阅读：674 发布者：
总有一天，真理会取胜。即使真理在他一生中未能得到胜利，为了坚持真理也会使他变得更好，更加聪明。
——赫胥黎
基因疗法使B细胞产生所需抗体
一次性注射治疗艾滋病成为可能
近日，以色列特拉维夫大学开展的一项新研究为艾滋病治疗提供了一种新的独特方法，有望开发成相关疫苗或促成一次性治疗艾滋病。这项技术利用了B型白细胞，这些白细胞能在患者体内进行基因改造，并分泌针对艾滋病病毒（HIV）的中和抗体。该研究已发表在《自然》杂志上。在过去的20年里，科学家尝试将艾滋病从致命转变为慢性治疗，许多患者的生活由此而得到了改善。然而，找到可为患者提供永久治愈的方法，还有很长的路要走。
B细胞是一种白细胞，负责产生针对病毒、细菌等的抗体。B细胞在骨髓中形成，当它们成熟时，会进入血液和淋巴系统，并从那里进入身体的不同部位。
到目前为止，只有少数科学家能够在体外设计B细胞。在本研究中，特拉维夫大学-阿迪·巴泽尔实验室首次开发出一次性注射治疗艾滋病的新方法。他们通过基因工程在体内对B细胞进行改造，让这些细胞产生所需的抗体。基因工程是用源自病毒的病毒载体完成的，病毒载体经过工程改造，不会造成损害，而只是将编码抗体的基因带入体内的B细胞。
研究人员已能准确地将编码抗体基因引入B细胞基因组中的所需位点。所有接受过治疗的模型动物都有反应，血液中含有大量所需的抗体，并确保实际上能有效中和实验室培养皿中的HIV病毒。
团队结合了CRISPR将基因引入所需位点的能力，以及病毒载体将所需基因带到所需细胞的能力，从而改造了患者体内的B细胞。他们使用了腺相关病毒（AAV）家族的两种病毒载体，一种载体去编码所需的抗体，另一种载体去编码CRISPR系统。当CRISPR切入B细胞基因组中的所需位点时，会指导基因的引入：编码仅针对HIV病毒的抗体基因。
据预期，未来几年内，将能以这种方式生产治疗艾滋病、其他传染病和某些由病毒引起的癌症（如宫颈癌、头颈癌）的药物。
作者：张梦然 来源：科技日报
可再生能源技术重要里程碑
钙钛矿太阳能电池寿命延至30年
据《科学》杂志报道，美国普林斯顿大学研究人员开发出了第一个具有商业可行性的钙钛矿太阳能电池，这标志着一种新兴的可再生能源技术的重要里程碑。团队预计该设备可在超过行业标准的情况下运行大约30年，远远超过太阳能电池20年寿命的门槛。
这款设备不仅经久耐用，还符合通用的能效标准，是此类电池中第一个可与硅基电池性能相媲美的电池。
钙钛矿是一种具有特殊晶体结构的半导体，非常适合用于太阳能电池技术。它们可在室温下制造，使用的能源比硅少得多，因此生产成本更低，更可持续。
早期的钙钛矿型太阳能电池（PSC）在2009-2012年间问世，只能持续几分钟。2017年的纪录是电池在室温连续照明下工作了一年，而新设备能在类似实验室条件下运行5年。研究人员表示，这一创纪录的设计突显了PSC的耐用潜力，特别是作为推动太阳能电池技术超越硅极限的一种方式。
此次，研究人员对不同材料进行了分层，以优化光吸收，同时保护最脆弱的区域不受照射。他们在两个关键成分之间开发了一层超薄的“二维覆盖层”：吸收钙钛矿层和由铜盐及其他物质制成的荷电层，目标是防止钙钛矿半导体在几周或几个月内烧毁。
研究人员还对这些设计进行了数十次排列，改变几何结构中的微小细节及覆盖层数，并尝试了数十种材料组合。实验结果显示，新设备在平均温度约为35℃且连续照明至少5年的情况下，可发挥出80%以上的峰值效率。
从长远来看，钙钛矿可在室温下制造，可避免燃烧大量的化石燃料。但新技术的开发并不意味着PSC将在很大程度上取代硅设备，而是对旧技术的补充，从而使太阳能电池板更便宜、更高效、更耐用，并将太阳能扩展到现代生活中更多新领域。
作者：张佳欣 来源：科技日报
灵敏度比真实的高千倍
“智能皮肤”可探测微生物
历经6年努力，意大利和奥地利研究人员开创性地研发出一种三合一混合材料，被称为新一代“智能皮肤”。其灵敏度是真实皮肤的1000倍，能探测触觉、温度、水分甚至微生物，有助促进灵敏机器人和智能假肢的研发。相关研究已发表于近日的《先进材料技术》杂志。
这款智能皮肤，每平方毫米有2000个独立传感器，比人类指尖更灵敏。每个传感器内部是以水凝胶形式存在的智能聚合物，外壳是压电氧化锌。
研究负责人、意大利科学家安娜·科克莱特解释道：“水凝胶可以吸收水分，在湿度和温度发生变化时膨胀。在此过程中，水凝胶对压电氧化锌施加压力，压电氧化锌通过电信号响应此压力和所有其他机械应力。这种超薄材料能以极高的空间分辨率同时对力、水分和温度作出反应，并发出相应的电子信号，这种拥有多传感器特性的材料是智能人工材料技术领域的‘圣杯’。”
据悉，第一批人造皮肤样本的厚度为6微米，而人表皮的厚度为0.03—2毫米。此外，人类皮肤可感知约1平方毫米大小的物体，人造智能皮肤的灵敏度为人类皮肤的1000倍，可探测微生物等更小的对象。
研究人员表示，他们首次结合3种物理化学方法：水凝胶材料的化学气相沉积、氧化锌的原子层沉积和聚合物模板的纳米印刷光刻，研制出了这种智能皮肤。其有望应用于诸多领域，如在医疗保健领域，可独立检测微生物并给出相关报告、或用于能感知温度或湿度的人体假肢、能更灵敏地感知环境的机器人等。
这种智能皮肤的核心部件使用基于蒸汽的制造工艺生产而成，这一工艺目前已经很成熟，因此智能皮肤很容易扩展。团队目前正在优化该皮肤的特性，希望扩大材料反应的温度范围，提高其柔韧性。
作者：刘霞 来源：科技日报
毫米级折纸机器人问世
或重塑靶向给药方式
英国《自然·通讯》杂志近日发表论文，展示了一个毫米级的折纸机器人，其可利用磁铁和折纸折叠的方式进行多方向旋转移动。该机器人水陆两用，能够在多种环境中移动并执行任务，包括受控的液体药物递送和定向固体货物运输。
无线毫米级折纸机器人有望执行各种任务，还具有生物医学应用潜能。但现有的折纸机器人需要复杂系统来实现其多功能性，而且它们的运动模式有限，无法同时实现在陆地和水中的移动。
美国斯坦福大学科学家赵芮可及同事，此次开发了一种可转动的无线水陆两用毫米机器人。这个机器人截面直径7.8毫米，由“Kresling”折纸（三角构成的空心圆柱体）样式和附着的磁铁盘构成，它能利用折纸的折叠/展开能力进行滚动、翻转和旋转。
此外，毫米机器人的折叠/展开性质还使其能够进行泵送，从而能递送液体药物。研究人员强调，旋转动作提供了一种吸附机制，因而还能帮助运送货物。
在演示中，该机器人就像是一个构思巧妙、结构优雅的装置，能快速穿过器官光滑或不平坦的表面并在体液中游动，在运输液体药物的同时，以无线方式推进自身行进。
团队表示，这种特殊的两栖机器人的开创性在于它超越了大多数折纸机器人的设计——其仅利用折纸的可折叠性，就可控制机器人的变形和移动。
下一步研究人员会继续将各种新颖的智能材料和结构组合成独特的设计，以形成新的生物医学设备，他们还计划继续缩小机器人规模，从而进一步展开微尺度研究。毫米机器人最终可能作为一种微创装置，切实服务于医疗诊断和治疗。
作者：张梦然 来源：科技日报
AI芯片能重新配置，按需升级
未来手机可像乐高积木般搭建
想象一个更可持续的未来：你的手机、智能手表和其他可穿戴设备都不必为了更新换代而被搁置或丢弃。相反，它们可使用最新的传感器和处理器进行升级，这些设备可安装在内部芯片上，如同乐高积木一样整合。美国麻省理工学院工程师采用类似乐高的设计，创建出一款可堆叠、可重新配置的人工智能（AI）芯片。这种芯片构件可使设备保持最新状态，同时减少电子浪费。相关研究已发表在《自然·电子学》上。
新设计使用光而不是物理线来通过芯片传输信息。因此，可根据需要添加任意数量的计算层和光、压力甚至气味传感器。研究人员称其为类似乐高的可重构AI芯片，因为它根据层的组合具有无限的可扩展性。
在新芯片设计中，研究人员将图像传感器与人工突触阵列配对，训练每个突触阵列识别某些字母——在本例中为M、I和T，团队在每个传感器和人工突触阵列之间制造了一个光学系统，以实现层之间的通信，而无需物理连接，因此能以想要的方式自由地堆叠和添加芯片。
光电探测器可以构成接收数据的图像传感器，并将数据传输到下一层的LED。当信号（例如字母的图像）到达图像传感器时，会刺激另一层光电探测器以及人工突触阵列，该阵列根据入射LED光的图案和强度对信号进行分类。
团队据此制造了一个芯片，堆叠了3个图像识别“块”，每个“块”包括一个图像传感器、光通信层和人工突触阵列，用于对3个字母M、I或T中的一个进行分类，然后将随机字母的像素化图像照射到芯片，并测量每个神经网络阵列响应产生的电流。电流越大，意味着图像确实是特定数组识别字母的可能性就越大。
这一设计展示了可堆叠性、可替换性以及将新功能插入芯片的能力。研究人员设想制作一个通用的芯片平台，每一层都可像视频游戏一样单独出售；或制作不同类型的神经网络，比如图像或语音识别，让客户选择他们想要的，然后像乐高积木一样添加到现有的芯片中。
作者：张梦然 来源：科技日报
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