一
攻克60年来的理论物理学挑战
世界首个原子级量子集成电路推出
据发表在《自然》杂志上的论文，澳大利亚-新南威尔士大学-量子计算机物理学家团队设计了一个原子尺度的量子处理器，能够模拟小有机分子的行为，攻克了大约60年前理论物理学家——理查德·费曼提出的挑战。该校初创企业“硅量子计算”公司（SQC）6月23日宣布创造出世界上第一个原子级量子集成电路。
据SQC官网介绍，该团队2012年宣布制造出世界上第一个单原子晶体管，并提出到2023年实现原子级量子集成电路。现在，该目标提前实现了。
在制造出用作模拟量子处理器的原子级集成电路后，SQC团队用这种量子处理器精确地模拟了一个小的有机聚乙炔分子的量子态，从而证明了他们的量子系统建模技术的有效性。通过精确控制原子的量子态，新处理器可模拟分子的结构和特性，有望帮助科学家“解锁”未来的全新材料和催化剂。
在论文中，研究人员描述了他们是如何模拟有机化合物聚乙炔的结构和能量状态的。聚乙炔是一种由碳和氢原子组成的重复链，其中碳碳之间单双键交替。团队构建了一个由10个量子点链组成的量子集成电路，以模拟聚乙炔链中原子的精确位置，其中有6个金属门控制电子在电路中的流动。
首席研究员、SQC创始人米歇尔·西蒙斯称，选择10个原子的碳链并非偶然，因为它在经典计算机能够计算的大小限制之内，该系统中电子的独立相互作用多达1024个。若增加到20点链，则可能的相互作用的数量呈指数级增加，这将使经典计算机难以求解。
“在20世纪50年代，费曼提出，除非你能以相同的尺度构建物质，否则你无法理解大自然是如何运作的。”西蒙斯说，“这就是我们在做的事情，我们实际上是在自下而上构建它，通过将原子放入硅中来模拟聚乙炔分子，其精确的距离表示碳碳单键和碳碳双键。这是一个重大突破。”
由于原子之间可能存在大量的相互作用，今天的经典计算机难以模拟相对较小的分子。SQC原子级电路技术的开发将使该公司及其客户能够为一系列新材料构建量子模型，无论这些新材料是药品、电池材料还是催化剂。
作者：张佳欣 来源：科技日报
二
无需缝合线、伤口愈合快
利用贻贝黏附蛋白实现无疤痕皮肤移植
韩国一研究团队开发了一种基于贻贝黏附蛋白的生物黏合剂，这种生物黏合剂能够快速愈合伤口并减少疤痕。使用这种黏合剂的皮肤移植可有效地使皮肤恢复活力，而无需使用缝合线。这项研究已于近日发表在国际期刊《化学工程杂志》上。
接受皮肤移植的患者最大担忧就是术后疤痕和移植皮肤的再生，缝合后疤痕的深度取决于进行皮肤移植的医务人员的技能，而且缝合部位的伤口愈合需要一个多月的时间。
贻贝亦称海虹，是一种人们熟悉的海产。贻贝自身的固定力非常强，其固着在浮筒或船底上面时，甚至可能造成浮筒下沉。此前就有研究显示，贻贝的黏附力有助于优化人工黏合剂本身的结构和效力，而且不需要改变黏接区域的面积。
浦项科技大学研究小组，通过在贻贝黏附蛋白凝聚层中引入尿囊素和表皮生长因子来开发生物黏合剂。应用这种生物黏合剂后，两种药物会根据伤口愈合过程的阶段依次释放，并使皮肤再生。
研究结果表明，与当前皮肤移植中使用的缝合线相比，伤口区域的恢复效率更高。特别是移植区域的毛囊损失最小，而胶原蛋白和主要皮肤因子水平得到有效恢复。
这种生物黏合剂的另一个特点是，与缝合线不同，它在伤口区域留下的疤痕最小，并且对人体无害。
新开发的生物黏合剂中使用了贻贝黏附蛋白，能最大限度地减少疤痕并促进皮肤再生，这个新系统将有效地应用于需要组织再生的各种受影响区域的移植。
作者：张梦然 来源：科技日报
三
向声学集成电路迈出关键一步
声波首次在芯片上实现控制与调制
美国哈佛大学科学家在近期《自然·电子学》杂志上撰文，首次展示了如何利用电场，在芯片上控制和调制声波，朝最终研制出声学集成电路又近了一步。
尽管声波比相同频率的电磁波慢，但也有其自身的优势：短声波很容易被限制在纳米级结构中，彼此之间不容易“交谈”，并且与限制它的系统有很强的相互作用，这使得它们可广泛应用于经典计算系统和量子计算系统。
最新研究资深作者、电气工程教授马尔科·隆卡解释称：“声波很有希望成为量子和经典信息处理芯片上的信息载体，但科学家们一直无法以低损耗、可扩展的方式控制声波，阻碍了声波集成电路的发展。在最新研究中，我们证明了可以在集成铌酸锂平台上控制声波，使我们朝声学集成电路又近了一步。”
隆卡及其团队利用铌酸锂的独特特性构建了一种芯片上的电声调制器，以控制声波在片上波导中的传播。研究表明，通过施加电场，调制器可以控制芯片上声波的相位、振幅和频率。
论文第一作者、前SEAS博士后邵林博说：“这项工作促进了利用声波进行量子和经典计算的进展，以前的声学设备都是被动的，但现在我们利用电场来主动调谐声学设备，为可用于下一代微波信号处理的基于声波的高性能设备和电路，以及连接不同类型量子系统（包括固态原子系统和超导量子比特）的片上量子网络和接口铺平了道路。”
研究人员表示，虽然他们目前只是展示了一个芯片上的设备，但他们正在努力构建更复杂、大规模的声波电路，并与其他量子系统（如钻石色心）互连。钻石色心指金刚石中的氮—空位色心，是一种在金刚石晶体结构中最常见的点缺陷，也是当前最具代表性的量子体系。
作者：刘霞 来源：科技日报
四
DNA合成+干细胞工程
新技术可构建细胞发育指导基因
美国纽约大学研究人员利用新的合成DNA技术和干细胞基因工程，创造了人工Hox基因，其能规划和指导细胞去哪里发育组织或器官。发表在近期《科学》杂志上的该项发现，证实了Hox基因簇如何帮助细胞学习并记住它们在体内的位置。
几乎所有的动物，从人类到鸟类再到鱼，都有前后轴或一条从头到尾的线。在发育过程中，Hox基因就充当了建筑师，确定细胞沿轴移动的“计划”，以及它们构成的身体部位。
如果Hox基因因错误调节或突变而失败，细胞可能会丢失，从而影响某些癌症、出生缺陷和流产的出现。纽约大学生物学副教授、资深作者伊斯特班·马佐尼说，如果不了解Hox基因，人们就无法了解发育或疾病。
尽管它们在发育中很重要，但Hox基因的研究具有挑战性。它们紧密地组织成簇，而且在它们被发现的DNA片段中只有Hox基因，周围没有其他基因，科学家称之为“基因沙漠”。虽然基因组的许多部分都有重复元素，但Hox簇没有这样的重复。这些因素使它们独一无二，难以通过常规基因编辑进行研究。
此次，研究人员通过复制大鼠Hox基因的DNA制造了长链合成DNA，然后输送到小鼠多能干细胞内的精确位置，使用不同的物种使研究人员能够区分合成的大鼠DNA和小鼠的天然细胞。
借助小鼠干细胞中的人工Hox DNA，可探索Hox基因如何帮助细胞学习和记住它们的位置。在哺乳动物中，Hox簇被控制激活Hox基因的调节区域所包围。
研究发现，这些基因密集簇包含了细胞解码位置信号并成功记住它所需的所有信息。这表明Hox簇的紧凑性质有助于细胞了解它们的位置，从而证实了关于Hox基因的长期假设。
作者：张梦然 来源：科技日报
五
中国专家成功研制新型探针
助力实现肿瘤早期诊断精准、“可视化”
近日，复旦大学医学团队成功研制新型荧光免疫探针，为肿瘤的早期诊断、术中导航、疗效评估等提供了精准、实时的“可视化”技术手段。该探针以全人源纳米抗体为靶向载体，与传统的荧光染料相比，具有荧光信号强、检测灵敏度高、稳定性好等显著优势。据悉，所谓全人源纳米抗体，即基因完全来自于人类。相关成果已发表在近期国际学术期刊《生物材料》(《Biomaterials》)上。
荧光成像技术因其检测灵敏度高、分辨率好、无辐射危害等优势，在生物医学领域有广泛的应用前景。据团队主要负责人应天雷教授介绍，迄今只有少数几种非靶向荧光染料应用于临床肿瘤切除的手术指导，而基于各类靶向型生物制剂的荧光免疫探针大多尚处于临床试验阶段。目前正在开发的荧光免疫探针存在着体积较大，难以接触具有空间位阻的靶点表位，不适宜于“即取即用”的临床适用标准等问题。
如何开发出新型荧光免疫探针，使其同时具有高灵敏度、高特异性、易体内代谢、低生产成本、高穿透深度等性质，从而为疾病诊疗与手术导航提供更全面精准的信息，一直是荧光成像领域亟须解决的难题。
在此次研究中，由应天雷教授带领的团队建立了以全人源纳米抗体为靶向载体的新型荧光免疫探针研发平台，利用自行研发平台技术开发了具有高亲和力的相关抗肿瘤全人源纳米抗体作为载体，经过处理，合成了新型的全人源纳米抗体荧光免疫探针。团队将其命名为ICGM-n501。
在卵巢癌转移瘤模型中，研究人员通过活体成像技术观察到，ICGM-n501具有良好的肿瘤靶向性。可以实现高精准的肿瘤成像，能高效识别其它技术无法找到的肿瘤微小病灶(仅1.38毫米大小的肿瘤)。
专家们的研究还有助于进一步降低探针的使用剂量，提高荧光成像效果，为免疫分析检测方法的革新提供了可能性。
作者：孙国根 陈静 来源：中国新闻网
转自：建强伟业科研服务
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