科研发展动态 | 2021年第10期

发布时间:2021/10/02 02:27:11 文章来源:本站

2021年第10



| 要目 |



— 生命科学 —


 1.局部重编程让心肌细胞“返老还童”实现再生

  2.我国用二氧化碳人工合成淀粉取得重大原创性突破




—  信息科学  —


  港中大研发超薄自供电无线传感电子标签



—  材料科学  —


 1.中科大研制出超强液态金属人工肌肉

  2.贝壳仿生玻璃实现坚不可摧





| 生命科学 |


局部重编程让心肌细胞“返老还童”实现再生


心脏对于每个人的重要性不言而喻,众所周知,成年人的心脏几乎不具备自愈和再生能力,一旦受损就难以恢复到原来的状态。因此,一旦患上心脏病,这种不可逆的心脏损伤将跟随终生。这种不可修复的损伤,主要是心脏中的心肌细胞几乎丧失分裂能力造成的,因此,心脏修复的关键在于新的心肌细胞的生成。

       德国马克思普朗克心肺研究所的研究团队在国际期刊《科学》上发表研究文章,该项研究通过“局部重编程”的方法,在短期内诱导多能性因子,使衰老细胞恢复活力及其功能,从而逆转细胞年龄,这一方法可以暂时重新激活小鼠成熟心肌细胞中的新生发育程序,达到诱导心肌梗塞后心脏修复的目的。该项研究表明,成人心肌细胞的短暂去分化和重编程,可改善心肌梗死后的心脏收缩功能,在正常情况下无法再生的器官有可能实现功能恢复,尤其是在尽早启动重编程的情况下。这一研究将为包括心脏在内的器官再生提供一种新的可能性。

      微评:局部重编程能够在不改变基因序列的情况下,通过短暂改变表观遗传修饰来使细胞返老还童。这一研究将为包括心脏在内的器官再生提供一种新的可能性,也让我们期待这一领域的进一步重大发展。


我国用二氧化碳人工合成淀粉取得重大原创性突破


《科学》杂志刊发了中国科学院天津工业生物技术研究所在淀粉人工合成方面取得的重大原创性突破。该研究从头设计了11步主反应的非自然二氧化碳固定与淀粉合成新途径,在实验室中首次实现了从二氧化碳到淀粉分子的全合成。研究团队采用了一种类似“搭积木”的方式,联合中科院大连化学物理研究所,利用化学催化剂将高浓度二氧化碳在高密度氢能作用下还原成碳一化合物,然后通过设计构建碳一聚合新酶,依据化学聚糖反应原理将碳一化合物聚合成碳三化合物,最后通过生物途径优化,将碳三化合物又聚合成碳六化合物,再进一步合成直链和支链淀粉。这一人工途径的淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍,按照目前技术参数推算,在能量供给充足的条件下,理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于5亩玉米的淀粉年平均产量(按我国玉米淀粉平均亩产量计算)。这一研究成果是典型的0到1的原创性成果,不仅对未来的农业生产,特别是粮食生产具有革命性的影响,而且对全球生物制造产业的发展具有里程碑式的意义。

维评:一成果使淀粉生产的传统农业种植模式向工业车间生产模式转变成为可能,如果未来该系统过程成本能够进一步降低,与农业种植相比更具经济可行性,将进一步提高人类粮食安全水平,推动人类与环境的可持续发展。



| 信息科学 |


港中大研发超薄自供电无线传感电子标签

港中文大学机械与自动化工程学系助理教授訾云龙教授领导的研究团队,最近研发了一款可自行驱动的无线传感电子贴纸(SWISE),它能够将手指轻触薄膜的能量转化为电磁波信号,毋须电池或电线,即可实现无线传感技术,并具有可弯曲、超轻薄、可远距离传输等优点,有望革新智慧传感及遥控技术。 SWISE是一块柔软、可弯曲的电子薄膜(最薄只有95微米,不足两条头发宽度),可利用纳米摩擦发电技术,在放电过程产生位移电流,达至自行驱动的无线传感。SWISE共有三层,中间为有两个电极的金属薄膜,外面则分别由摩擦起电层及基底层组成。当手指划过电子贴纸表面的摩擦起电层时会产生摩擦电,并触发放电效应,将手指动能转化为电磁信号。实验证明,该电磁信号能在无外来供电下完成远距离传输(最长可达30米)。 研究团队测试了SWISE传感系统及其应用,如无线柔性键盘及智能手环,结果反映它在无线传感及遥控方面具备巨大的应用潜力,将有望革新智慧传感及遥控技术。相关研究成果于国际知名期刊《科学进展》刊登。研究团队下一步将与科技企业合作,将相关智能产品推出市场。

微评:该研究成果与物联网产业需求紧密联系,解决了传统无线传感技术体积、柔性、成本等方面问题,将来有望应用在智能衣服、机器人技术、医疗、人机接口及虚拟现实等多方面。对该研究团队科研成果转化情况值得作进一步关注。

| 材料科学 |



中科大研制出超强液态金属人工肌肉

中国科学技术大学张世武教授、金虎副研究员联合国内外学者,研制出一种新液态金属人工肌肉,来模仿肌肉收缩及舒张功能。这种超强人工肌肉能在不同酸碱度溶液中工作,最大伸展速度达每秒15毫米,最大应变达87%,且所需驱动电压极小。该研究中研制的镓基液态金属兼具液体和固体的一些优良特性,且极易被氧化形成表面氧化膜。未被氧化时,其具有目前已知液体中最大的表面张力;氧化后,表面张力可降至接近0。中科大参与的联合研究组利用电化学方法能快速、可逆地实现这两种状态的切换,同时通过构造液桥将液态金属液滴状态切换过程中的形态变化转化为驱动行程及驱动力。研究显示,这种超强液态金属人工肌肉,舒张时驱动电压仅需0.5伏,收缩时仅需4伏。在0.25赫兹电压驱动下,能提供约20毫牛拉力、40毫牛推力,超过1毫米的驱动行程。研究证实了基于液态金属液滴的柔性驱动器在低输入电压下具备卓越的驱动性能,为开发基于低功率驱动器的机器人系统铺平了道路。相关成果已发表于《先进材料》。

微评:科学家对人造肌肉的研究已经进行了几十年,人造肌肉所用的材料种类也很多,有塑料、凝胶、类似橡胶的聚合物以及金属,但距离应用尚需进一步开展大量的实验研究工作。


贝壳仿生玻璃实现坚不可摧


据美国《每日科学》报道,加拿大麦吉尔大学生物工程系副教授艾伦·欧利希受软体动物贝壳的启发,开发出了更加坚固的玻璃,被撞击时,这种玻璃不会破碎,而是像塑料一般具有韧性,未来或具有广泛应用前景,比如改善手机屏幕。目前已有玻璃强化技术如钢化、层压等可以强化玻璃,但成本高昂,一旦表面损坏就不再起作用,在高强度、韧性和透明度之间做好权衡是制造玻璃强化新型材料的关键。珍珠贝既有硬质材料的刚性,又有软质材料的耐久性,麦吉尔大学研究人员从大自然中汲取灵感,用层层玻璃薄片和丙烯酸复制了珍珠贝的珍珠层,创造了一种类似珍珠贝中的珍珠层一样的新型玻璃和丙烯酸复合材料。新材料制造过程容易且成本低廉,不仅比普通玻璃坚固3倍,而且抗裂性也提高5倍以上,被撞击时,这种材料制作的玻璃不会破碎,而是像塑料一般具有韧性,可用来制造常用强化玻璃。

微评:解决技术问题往往可从自然界获取答案,如果能通过材料配方与工艺改进,低成本的大幅提高玻璃性能,单单手机屏幕面板与后盖玻璃就有上千亿的市场空间,将具有巨大的经济价值。




|2021年诺贝尔自然科学奖揭晓|


2021年诺贝尔奖颁奖季于10月4日起依次揭晓了生理学或医学奖、物理学奖以及化学奖。


2021年诺贝尔生理学或医学奖——破解人类感知之谜


2021年诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家大卫·朱利叶斯和阿登·帕塔普蒂安,以表彰他们在“发现温度和触觉感受器”方面的贡献。他们的突破性发现,让人们理解了冷、热、机械作用力如何触发神经冲动,以及人类感知并适应外界刺激的机制。基于该发现的众多研究有望大范围应用在许多疾病的治疗之中。


2021年诺贝尔物理学奖——全球变暖能够可靠预测


2021年诺贝尔物理学由3位获奖者因对混沌和明显随机现象的研究而共享。其中一半授予美国普林斯顿大学高级气象学家真锅秀郎和德国汉堡马克斯普朗克气象研究所教授克劳斯·哈塞尔曼,以表彰他们“用于地球气候的物理建模,量化可变性并可靠地预测全球变暖”,另外一半授予发现了“从原子到行星尺度的物理系统中无序和波动之间的相互作用”的意大利罗马大学教授乔治·帕里西。3位获奖者的研究为我们理解复杂物理系统作出了开创性贡献


2021年诺贝尔化学奖——将分子构建变为艺术


2021年诺贝尔化学奖授予本杰明·李斯特和大卫·麦克米兰,两人开发了一种精确的分子构建新工具——有机小分子催化剂,这种有机小分子催化剂具有稳定的碳原子框架,可以附着更多的活性化学基团,从而实现较高的催化效率,解决了手性有机物的高效合成问题,这对药物研究产生了巨大的影响,推动了不对称有机催化领域的发展。