2020年第7期(总第7期)

发布时间:2020/11/10 10:53:17 文章来源:本站

要 目


l  生命科学

1.青岛等地冷冻外包装样本中检测分离出新冠活病毒

2.香港科大研究成功3D电化学仿生眼

3.普渡大学成功实现磁控微型机器人运输与释放药物

4.科学家运用无副作用的闪光放射疗法治疗癌症


l  信息科学

1.张广宇团队发表二硫化钼场效应大面积柔性透明电子器件

2.科学家打造出能在人体内溶解的植入式气体传感器


l  材料科学

1.美科研人员提出低温催化降解聚乙烯的方法

2.美科学家研发出让木材透明的技术


3.

l  生命科学


青岛等地冷冻外包装样本中检测分离出新冠活病毒

10月17日,中国疾病预防控制中心官网发布消息称,在对青岛新冠肺炎疫情溯源调查过程中,从工人搬运的进口冷冻鳕鱼的外包装阳性样本中检测分离到活病毒。这是国际上首次在冷链食品外包装上分离到新冠活病毒,同时也是首次在实验室外证实在冷链运输条件下新冠病毒可以在物品外包装上存活较长时间,这意味着新冠病毒以冷链物品为载体具备远距离跨境输入的能力。

继青岛出现冷链疫情后,天津、上海等地也陆续在冷链物流环节的装卸员工中检测出确诊或者无症状新冠病毒感染者,在冷链食品外包装上检测分离出新冠活病毒。

微评:中国爆发的三波影响力比较大的疫情都发生在海鲜批发市场。除了新疆的疫情是从哈萨克斯坦传入,武汉、北京和青岛都是因为进口海鲜而传入。三波疫情都指向冷链传播,这有可能揭示了中国大陆最初疫情爆发的真正源头不一定在境内。冷链食品中发现新冠病毒这个事实告诉我们,冰冷的环境就是新冠病毒的天堂,而北半球的冬季即将来临,全球疫情第二波的凶猛程度可能会远超我们的想象。



香港科大研究成功3D电化学仿生眼

近日,香港科技大学(HKUST)科学家领导的国际团队开发出了世界上首款3D人工眼,这款“电化学仿生眼”首次复制了人眼的曲面结构,为视觉类人机器人和视力障碍患者带来了新希望。从眼球的结构和视觉形成过程来看,人造眼球最关键的技术就是视网膜。科学家们一直致力于创造出媲美人类的视网膜,实现真正的仿生视觉。这款电化学眼最主要的突破,是创造了一个3D立体人造视网膜。这款人造视网膜上装有大量纳米线感光器,用来模拟人类视网膜中的感光细胞。据悉,这种电化学眼,将来不但可以满足视力受损者的需要,还可以应用于医疗机器人中,实现照顾病人等一系列功能。

微评:由于球形人眼的曲面太难模仿,目前在医院使用的由平面集成电路芯片实现的人工眼睛只能模拟部分人类视网膜,以提供模糊的视觉效果。科学家们花费了数十年的时间来尝试复制生物眼睛的结构和清晰度,但是现有义眼所提供的视觉(主要是通过外部电缆连接的眼镜形式)在2D平面图像传感器的分辨率下仍然很差。因此3D电化学眼的研究成功是一个巨大的突破。


普渡大学成功实现磁控微型机器人运输与释放药物

10月15日,美国普渡大学研究团队在Micromachines期刊发表研究,首次证明微型机器人可以通过后翻滚等动作,避免生物系统运动对药物运输的影响,并已经在动物实验中验证成功。通过微型机器人直接将药物送到人体目标部位,可以避免药物沿途与其他器官相互作用而引起如胃出血等负面影响,但由于结肠等器官的自主运动,微型机器人难以保持原定轨迹运输药物到目标部位。为了解决这个问题,普渡大学的研究人员试图通过对微型机器人施加旋转的外部磁场,以此控制微型机器人行动轨迹。通过这些外部旋转磁场不仅能为无法携带电池的微型机器人供电,还能安全地穿透人体中不同介质,帮助微型机器人们像越野车开过崎岖山地一样越过人体内部复杂的“地形”。研究人员在已麻醉的小鼠的结肠中进行了体内实验,并通过超声波设备实时检测微型机器人的运动情况,得到了符合预期的结果。在解决机器人如何到达指定地点后,研究团队还测试了机器人携带以及释放药物的能力。研究人员在微型机器人中添加含荧光的模拟药物,微型机器人最终成功地以翻滚的方式达到目标地点,且在一个小时后药物逐渐在小鼠体内扩散。

微评:微型机器人未来在人体中除了可以作为药物输送工具之外,还可以作为诊断工具,消除传统胃镜、肠镜检查所带来的人体不适,它们也可以在不需传统肠镜检查的情况下,为人体输药。微型机器人在医疗领域将大有前途。


科学家运用无副作用闪光放射疗法治疗癌症

美国《科学日报》报道,美国加利福尼亚大学欧文分校放射肿瘤学教授查尔斯·利莫利和瑞士洛桑大学医院辐射肿瘤学副教授玛丽-凯瑟琳·弗策宁,利用超高剂量的闪光放射治疗手段消除了小鼠的脑肿瘤,避免了通常由颅脑照射引起的主要副作用。他们的研究成果发表在美国《临床癌症研究》双月刊上。

传统的放射治疗每次让肿瘤和周围正常组织接受几分钟的辐射,但闪光放射疗法只需几秒就能提供同样剂量的辐射。这一速度避免了许多通常在放疗后很久才会危及癌症幸存者的毒性,从而大大降低了炎症和认知损伤等副作用。他们发现,只要总放射剂量相同,以更快的速度放射,可以和传统方式一样有效地消除脑肿瘤。闪光放射疗法也被用于治疗肺癌、皮肤癌和肠癌,研究在几种类型的动物身上都取得了成功,包括鱼、小鼠、猪、猫和人。据报道,一款仪器正在美国和欧洲等待批准。弗策宁计划明年初使用这款仪器在洛桑大学医院进行两次临床试验。与此同时,弗策宁和利莫利正在调查闪光放射疗法有益效果背后的机制,以更好地了解这项技术是如何运作的。

微评:长期以来,无副作用治疗癌症一直是肿瘤学家梦寐以求的“圣杯”,如今科学家们似乎摸到了一把打开锁住这个“圣杯”的房间钥匙。





l  信息科学


张广宇团队发表二硫化钼场效应大面积柔性透明电子器件

9月21日,松山湖材料实验室张广宇团队的论文《基于单层二硫化钼场效应晶体管的大面积柔性透明电子器件》发表在电子学期刊 Nature electronics 上。松山湖材料实验室是由中国科学院物理研究所牵头,东莞市政府、中科院物理所和高能物理研究所共建。该团队利用自主设计搭建的多源化学气相沉积系统,采用立式生长和多点形核的方法,在蓝宝石衬底上外延制备出了四英寸高质量、高定向单层二硫化钼薄膜,结合三大器件加工工艺,即兼容的逐层微加工制作器件工艺,独特的物理吸附与化学反应相结合的原子层沉积方法,金/钛/金多层结构作为接触电极的微加工工艺,通过优化绝缘层与接触电阻,制备出了大面积柔性透明的二硫化钼场效应晶体管及各种逻辑器件。这些器件表现出了优异的电学性能和柔韧性。团队已授权东莞市卓聚科技有限公司共同合作推进国产高性能化学气相沉积设备的产业化。

微评:在半导体器件发展微型化和柔性化的驱动下,以二硫化钼等为代表的二维半导体材料表现出了独特的优势,具有优异的光、电、机械性能,和超薄透明的物理特性,非常适用于制备更轻、更薄、更快、更灵敏的电子学器件。但技术上,单层二硫化钼晶圆面临着晶粒尺寸较小、取向随机、大量晶界的存在导致材料的电学质量较差等问题,无法集成高端电子器件。张广宇团队自主设计的四英寸多源化学气相沉积系统和相关工艺,较好地解决了上述问题。未来在低功耗器件、高性能器件和柔性器件技术方向上和可穿戴消费电子市场有很大的应用前景。


科学家打造出能在人体内溶解的植入式气体传感器

人体健康监测植入传感器在植入人体后,一旦不再需要就必须通过手术移除。现在有一种新型的试验性传感器则会自己无害地溶解。近日,美国宾夕法尼亚州立大学计算和数据科学研究所的一个团队发明了一种新型健康监测植入传感器设备,它能检测体内的一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)气体,其不仅超薄而且能够无害溶解。这项研究的首席科学家Huanyu Cheng教授称,他们打造的传感器设备包含了弹性聚合物基、掺磷镁导体、硅电路以及其他由生物相容性、生物可降解材料制成的组件。根据传感器电特性的可读变化,可以确定周围环境中NO和NO2的浓度,相关研究报告已发表在《NPG Asia Meterials》上。报告披露的在潮湿环境和水溶液中进行的测试结果显示,在溶解之前该传感器可以在病人整个恢复期中的恶劣身体条件下运转。

微评:利用各种生物相容性材料,研发新型可溶解的人体用植入式传感器,是一种巧妙的设计思路,减少了对人体的伤害。



l  材料科学


美科研人员提出低温催化降解聚乙烯的方法

10月26日,美国科研人员在最新一期《科学》杂志撰文指出,他们采用一种简单的低温催化方法,将很多塑料内包含的聚乙烯聚合物转化成了高价值的烷基芳族分子,后者是很多工业化学品和消费品的基本原料。新方法简单且成本低廉,为塑料废物的循环再利用开辟了新途径。

微评:聚乙烯在自然界的降解过程很漫长,所以国家才有“限塑令”的出台以保护我们地球脆弱的环境。如若真有低成本的“降解”方法能够实用,且还能变废为宝,于商业、于环境都将是令人振奋的好消息。


美科学家研发出让木材透明的技术

美国一科研团队研究出一种让木头变透明的技术。该技术采用生长速度快的热带美洲轻木,将之浸泡在化学溶液中以去除木质素,用其他高分子聚合物取代,使其透明,后用环氧树脂将其包裹,保护其韧性。据该研究团队声称,如此制作出的透明木头更坚固耐用、重量轻,生物降解速度快,且有望全面取代玻璃。与玻璃相比,这种透明木头的光透射率约为91%,和玻璃相等,导热率是普通玻璃的五分之一,而韧性为3.03 MJ m-3,比玻璃高出很多(玻璃的韧性为0.003 MJ m-3)。

微评:玻璃隔热性能差,导致建筑物内经由玻璃的能源浪费问题。数据显示美国平均每年有3.5%的能源在取暖或降温过程中被浪费,而透明木头的成功应用,或将改善这一问题。