简艾 建强伟业科研服务 2022-05-09 07:27
科学家的天职叫我们应当继续奋斗，彻底揭示自然界的奥秘，掌握这些奥秘以便能在将来造福人类。
——居里夫人
第267期
一
未来电子产品在哪儿？树上
木材衍生的纳米纤维素纸半导体制成
日本研究人员近日开发出一种纳米纤维素纸半导体，其展现了3D结构的纳米-微米-宏观跨尺度可设计性以及电性能的广泛可调性。研究结果发表在美国化学学会核心期刊《ACS纳米》上。
具有3D网络结构的半导体纳米材料拥有高表面积和大量孔隙，使其非常适合涉及吸附、分离和传感的应用。然而，同时控制电气特性、创建有用的微观和宏观结构并实现出色的功能和最终用途的多功能性，仍然具有挑战性。
纤维素是一种源自木材的天然且易于获取的材料。纤维素纳米纤维（纳米纤维素）可制成具有与标准A4纸张尺寸相似的柔性纳米纤维素纸（纳米纸）片材。纳米纸不导电，但加热可引入导电特性。不过，这种受热也可能破坏纳米结构。
大阪大学、东京大学、九州大学、冈山大学多校研究人员合作，设计出一种处理工艺，使纳米纸能够加热，又不会破坏从纳米尺度到宏观尺度的纸结构。
“纳米纸半导体的一个重要特性是可调性，因为这允许为特定应用展开设计。”研究作者古贺博隆副教授解释说，碘处理对保护纳米纸的纳米结构非常有效。将其与空间控制的干燥相结合，意味着热解处理不会显著改变设计的结构，并且可使用选定的温度来控制电性能。
研究人员使用折纸和剪纸技术来提供纳米纸在宏观层面的灵活性。他们将鸟和盒子折叠起来，冲压出苹果和雪花等形状，并通过激光切割产生更复杂的结构。这证明了新工艺可能达到的细节水平，以及热处理没有造成损坏。
成功应用的例子是，纳米纸半导体传感器结合到可穿戴设备中，以检测穿过口罩呼出的水分和皮肤上的水分。纳米纸半导体也被用作葡萄糖生物燃料电池的电极，产生的能量点亮了一个小灯泡。
新研究展现的将纳米材料转化为实际设备的结构维护和可调性非常令人鼓舞，新方法为完全由植物材料制成的可持续电子产品的下一步发展奠定了基础。
作者：张梦然 来源：科技日报
二
研究发现近半脑细胞新功能
据近日《自然·神经科学》杂志上的一篇论文，美国塔夫茨大学医学院研究人员发现星形胶质细胞前所未知的新功能，其具有神经元一样的电活动，且可与神经元相互作用并改变神经元的功能。这为神经科学研究开辟了一个全新的方向，有朝一日可能会导致治疗从癫痫、阿尔茨海默病到创伤性脑损伤等多种疾病。
星形胶质细胞是神经胶质中体积最大的一种，占大脑中所有细胞的近一半，它引导轴突的生长，轴突是传导电脉冲的神经元的细长突起。它们还控制神经递质，这是一种能够在大脑和神经系统中传递电信号的化学物质。此外，星形胶质细胞建立血脑屏障，并对损伤作出反应。
新技术可以用光来拍摄电子活动，因此，科学家能借助其看到并研究星形胶质细胞和神经元相互作用的电学性质，发现星形胶质细胞也是电活跃的。
神经元与神经元之间的通信是通过释放被称为神经递质的化学物质来实现的。科学家们知道，星形胶质细胞控制着神经递质，有助于确保神经元保持健康和活跃。但新研究表明，神经元也会释放钾离子，这会改变星形胶质细胞的电活动及其控制神经递质的方式。
星形胶质细胞—神经元串扰的发现提出了许多问题，即这种相互作用如何在大脑病理以及学习和记忆发展中发挥作用。
例如，在阿尔茨海默病中，星形胶质细胞并不控制神经递质，尽管这是它们的基本工作。类似的问题也出现在创伤性脑损伤和癫痫上。多年来，科学家们一直认为，这个问题可能是由于蛋白质缺失或突变导致蛋白质无法工作所致。
此外，细胞外钾在大脑中的积聚被认为是癫痫和偏头痛的致病因素。这项新研究可让人们更好地了解星形胶质细胞是如何清除这种堆积并帮助维持兴奋平衡的。
作者：张佳欣 来源：科技日报
三
全球首批！
中外科学家联合实现首批生命全景地图绘制
日前，由中国科学家主导，来自6个国家的32个科研团队共同参与完成了全球首批生命时空图谱。科学家们首次绘制了小鼠、斑马鱼、果蝇、拟南芥四种模式生物胚胎发育或器官的时空图谱，并在《细胞》（Cell）期刊及其子刊《发育细胞》（Developmental Cell）上在线发表。研究已通过伦理审查，严格遵循相应法规和伦理准则。
研究人员利用堪称“超广角百亿像素生命照相机”的时空组学技术Stereo-seq，同时“拍到”组织里每个细胞的基因信息和空间位置，其使用的芯片分辨率可达500纳米。研究者们在小鼠胚胎器官形成的第9.5—16.5天，每天“拍摄”多张“照片”，得到8个时期的53张“照片”形成了一个胚胎发育的时空图谱，记录了小鼠胚胎内器官发育和形成的细胞演变过程。构建出了世界上首个系统清晰的小鼠器官跨时期空间基因表达图谱集，为哺乳动物发育研究提供重要的数据参考，也为出生缺陷相关研究提供指导。
据《细胞》论文第一作者、深圳华大生命科学研究院时空组学首席科学家陈奥表示，时空组学技术让我们可以在细胞甚至亚细胞分辨率下，观察到正常状态和疾病状态下分子和细胞的分布及细胞之间的互作情况，真正实现了从高精度结构的角度去理解功能，这将大大推动我们对于生命复杂性和人类疾病的全面认知。
为推动时空组学在生命科学各个领域的广泛应用，华大生命科学研究院等机构发起了时空组学联盟，由来自哈佛大学、剑桥大学、牛津大学等16个国家的80多位科学家组成。本次专题成果是该联盟产出的第一批重磅成果。据系列论文的共同通讯作者、深圳华大生命科学研究院院长徐讯介绍，“通过时空组学联盟，我们未来将和各领域科学家共同努力，推动器官图谱、疾病病理、个体发育和生命演化等方向的全面发展”。
作者：郑玮玮 来源：央视新闻客户端
四
轻薄如纸的扬声器问世
将使物体表面成为低功耗高质量音频源
美国麻省理工学院工程师开发了一种纸一样薄的扬声器，可将任何表面变成有源音频源。研究论文日前发表在《IEEE工业电子学会刊》上。
这种薄膜扬声器使用传统扬声器所需能量的一小部分，产生失真最小的声音。研究团队演示的手掌大小的扬声器重量约为一枚硬币，无论薄膜黏合到什么表面，都可产生高质量的声音。
为了实现这些特性，研究人员开创了一种看似简单的制造技术，该技术只需要三个基本步骤，并且可按比例放大以生产足以覆盖汽车内部或房间的超薄扬声器。
使用这种方式，薄膜扬声器可在嘈杂的环境（例如飞机驾驶舱）中通过产生相同幅度但相反相位的声音来提供主动降噪。这种灵活的设备还可用于沉浸式娱乐，在剧院或主题公园游乐设施中提供3D音频。由于它重量轻且运行所需的电量非常少，因此该设备非常适合在电池寿命有限的智能设备上的应用。
新扬声器通过使用成形压电材料薄膜来简化扬声器设计，当电压施加在其上时，该薄膜会移动，从而振动其上方的空气并产生声音。大多数薄膜扬声器设计为独立式，因为薄膜必须自由弯曲才能产生声音。但如果将这些扬声器安装在一些表面上，可能会阻碍振动并妨碍它们产生声音的能力。
为了克服这个问题，研究团队重新考虑了薄膜扬声器的设计。新设计不是让整个材料振动，而是依靠一层薄薄的压电材料上的微小圆顶，每个圆顶都单独振动。这些圆顶，每个只有几根头发的宽度，被薄膜顶部和底部的间隔层包围，保护它们免受安装表面的影响，同时仍然使它们能够自由振动。相同的间隔层可保护圆顶在日常操作过程中免受磨损和冲击，从而提高扬声器的耐用性。
这种节能设备每平方米扬声器面积只需要大约100毫瓦的功率。相比之下，一个普通的家庭扬声器可能会消耗超过1瓦的功率才能在相当的距离上产生相似的声压。
该设备还可使用超声波检测人在房间中的站立位置，就像蝙蝠使用回声定位一样，然后在人移动时塑造声波以跟随人。
作者：张梦然 来源：科技日报
五
国际最新研究：
海草可能相当于一个巨型全球有机碳库
近日，《自然-生态与演化》最新发表一项关于“超甜海草”的生态学论文，研究人员发现海草场底部蔗糖积累浓度约比此前海洋记录高出80倍。这项研究表明，海草可能相当于一个巨大的全球有机碳库，预计是由于分解碳的微生物活动受到了抑制。
海草场是重要的海洋栖息地，它们既为海洋生物多样性提供庇护所和食物，还可能在植物组织中以同等面积下陆地雨林的35倍存储碳，海草还会从根部以单糖和其他化合物形式分泌碳，但是海洋微生物在这一碳源的消耗和循环过程中所起的作用尚未得到深入了解。
论文共同通讯作者、美国加利福尼亚大学默赛德分校麦吉·索金(Maggie Sogin)和科研同行合作，对地中海三个不同的大洋海神草场，以及加勒比海和波罗的海其他海草场底部沉积物内水样(又称孔隙水)的化学成分进行分析，在海草根部附近发现了出乎意料的高浓度蔗糖：在全球范围内，海草沉积物上部30厘米层储备了相当于0.67-1.34太克的蔗糖。
研究人员还通过分析海草场下方沉积物中生活的微生物发现，虽然恢复的微生物基因组中80%含有分解蔗糖的基因，但这些基因仅在64%的基因组中表达。他们预测，低氧环境结合植物酚类物质(显著抑制微生物活性)，或可解释蔗糖的积聚。
论文作者总结认为，海草下方蔗糖的积聚可作为有价值的有机碳存储方式，其他海洋和水生植物中也可能发现这种相关方式。
作者：孙自法 来源：中国新闻网
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