科研发展动态 | 2021年第12期

发布时间:2021/12/24 09:52:14 文章来源:本站


2021年第12



| 要目 |



— 生命科学 —



1.我国科研人员在DNA存储领域取得新突破

2.暨大科学家首次发现白细胞介素可燃烧脂肪


—  信息科学  —


1.利用蛛网灵感研发世界最精密微芯片传感器

2.Neuralink脑机接口有望明年用于人体


—  材料科学  —


1.科学家研发汽车碾压后可恢复的“超级果冻”材料

2.辐射制冷技术使无需能耗即可散热成为可能



| 生命科学 |



我国科研人员在DNA存储领域取得新突破




近日,东南大学刘宏教授团队成功将信息存入一段DNA序列,实现了DNA存储技术的新突破,相关成果发表在国际学术期刊《科学·进展》上。据东南大学生物电子学国家重点实验室刘宏教授介绍,大数据时代对更大容量、更快速度的数据存储形式提出了更高要求,DNA存储技术就是将生物DNA分子进行编码,从而在DNA序列上存储信息。该团队通过改进传统的化学合成方法,运用电化学方法,将东南大学校训“止于至善”4个字“翻译”为DNA序列,并存储在电极上,随后又成功读取出来。目前,国外DNA存储技术路线多使用市面上成熟的DNA技术和测序产品进行编码和读取,需要将DNA的合成与测序两个环节利用大型仪器分开处理,操作相对复杂,而东南大学团队立足于自主开发,实现了DNA合成与测序环节的一体化,仪器设备也实现了小型化。下一步,刘宏团队打算彻底摆脱对液体试剂的依赖,研发全固态的DNA存储设备。

微评:DNA存储技术具备三大优点,一是数据密度大,理论上1DNA可存储455EB数据量,二是特殊的双螺旋结构使其性能十分稳定,在干冷条件下可保持数万年,三是能耗低,常温保存不需要电力,将会是一项具有划时代意义的存储技术。





暨大科学家首次发现白细胞介素可燃烧脂肪




胰岛素耐受是肥胖的原因,胰岛素耐受还会引起一系列的代谢性疾病,如2型糖尿病、脂肪肝等,2型糖尿病难以攻克的根本原因是胰岛素信号的响应减弱了。如果能改善胰岛素耐受的问题,肥胖和很多代谢性疾病就有可能找到更佳的治疗途径。研究团队通过肥胖病人体重变化带来的体内IL-27含量的增减,发现IL-27是个新的靶点,可以直接作用于脂肪细胞,导致白色脂肪细胞棕色化后激活“脂肪燃烧”,从而将脂肪组织中的脂质转变为热量消耗掉,以达到降低体重和改善糖尿病等代谢性疾病的目的。动物实验中,注射重组IL-27可以显著减轻肥胖小鼠的体重并改善胰岛素信号敏感性,且IL-27是体内正常表达的分子,不是人工合成的外源性化合物,安全性高,可以在不用限制饮食,不用节食的情况下改善2型糖尿病,燃烧脂肪,减轻体重。

微评:期待能够尽快针对这一治疗靶点研发出RNA相关药物,为肥胖、糖尿病、脂肪肝等一系列的代谢性疾病提供一个根本性的基因治疗方法。



| 信息科学 |




利用蛛网灵感研发世界最精密微芯片传感器




荷兰代尔夫特理工大学的研究人员Richard NorteMiguel Bessa将纳米技术和受自然界蜘蛛网启发的网状结构与机器学习相结合,设计出世界上最精确的微芯片传感器,且该传感器可在室温下工作。这一突破近日发表在《先进材料新星》杂志上,精密微芯片传感器对量子互联网、导航和传感领域,以及引力和暗物质的研究都有重大意义。

该项目研究人员意识到蜘蛛网是很好的振动探测器,蜘蛛通过测量蛛网内的振动来寻找猎物,而网外的振动不会对蜘蛛网产生影响,研究人员将该思路作为超敏感设备的初始模型,通过用一种被称为氮化硅的超薄、纳米厚度的陶瓷薄膜制造了一个微芯片传感器,并应用机器学习中贝叶斯优化算法来设计出传感器的网状结构。通过振动微芯片“网”来测试模型,在测量中发现振动信号可在芯片内部呈圆周运动,且除探测振动外几乎没有能量损失,通过测试发现该传感器在与室温噪声隔离的情况下共振也非常好,是目前最精确的微芯片传感器

微评:研发团队利用源于蜘蛛网的灵感,实现了仿生设计、机器学习和纳米技术的跨学科结合,未来越来越多科学技术问题的答案也必将来源于生活灵感与跨学科领域的结合。







Neuralink脑机接口有望明年用于人体





埃隆·马斯克近日表示,希望明年能在人类身上使用脑机接口技术公司Neuralink的微芯片装置。目前正在等待美国食品药品监督管理局(FDA)的批准。

  由马斯克于2016年联合创立的Neuralink公司正在开发一种微芯片,该芯片将被用于医学领域,可植入人类大脑记录并刺激大脑活动。马斯克声称,该芯片将用于治疗脊髓损伤、帕金森氏症等脑部疾病和神经系统疾病。2020829日,Neuralink已在活猪身上演示了“脑机接口”技术,该装置实现了对猪行为轨迹的精准预测。202149日,Neuralink展示猴子用意念玩模拟乒乓球游戏。这只猴子大脑中成功植入了脑机接口,可通过脑电波控制球拍。大脑中的设备记录了猴子玩游戏时神经元放电的信息,并通过学习算法预测它将做出的动作。如果该微芯片能在有严重脊髓损伤或四肢瘫痪的人身上得到利用,将有机会让无法行走或无法使用手臂的人再次恢复行动力。

微评:目前的脑机接口技术还是只能实现一些并不复杂的对脑电信号的读取和转换,从而实现对于计算机/机器人的简单控制,但脑机接口技术将是未来推动社会发展的一项极为重要的关键技术,值得合作区和区内相近领域科研单位的重视。





                                                                                                                                               | 材料科学 |

科学家研发汽车碾压后可恢复的“超级果冻”材料



近日,英国剑桥大学研究者Zehuan Huang博士研发了一种可以承受住巨大力量的新型软性材料,其外形和触感酷似果冻,这种新型水凝胶被称之为“超级果冻”。相关研究成果公布在《自然·材料》上。该材料含水量高达80%,但被压缩时会像一块超硬且防碎的玻璃,被汽车碾压后还可完全恢复到原来的形状。该材料的非含水部分是一个聚合物网络,通过可逆的相互作用连接在一起。为了使材料具有研究人员想要的机械性能,科学家们通过使用被称为“葫芦丝”的桶状分子,将成对的水分子“拷”在桶状分子腔内,使其在这个空腔内停留的时间比平时更长,这样可使其从橡胶般的状态变化到类似于超硬防碎玻璃的状态。演示中,这种“超级果冻”材料可在汽车碾压后“幸存”下来。目前,研究人员正在与工程和材料科学家合作,进一步开发这些玻璃状材料,以用于生物医学和生物电子学。

微评:玻璃状水凝胶的成功研制,开启了高性能软材料领域的新篇章,可用在包括柔性机器人、生物电子学中,甚至可用于生物医学的软骨替代品,具有广泛的潜在应用前景。






辐射制冷技术使无需能耗即可散热成为可能




近日,上海交通大学电气材料与绝缘研究中心教授黄兴溢与该校密西根学院教授鲍华合作,开发出一种具有高导热率的辐射制冷绝缘材料,这种材料具有高达98%的阳光反射率,可以实现全天辐射制冷效果,其高导热特性还可用于户外设备的高效热管理,有效降低器件、装备的工作温度。相关研究已发表于《先进功能材料》。  

传统的制冷技术是以蒸汽压缩制冷技术为主,工作气体主要有氨、二氧化碳和氟利昂等轻烃卤代物,气体制冷剂泄露造成的臭氧破坏、强温室气体直接排放使地球温度进一步升高,同时又加剧了制冷需求,如此形成一种恶性循环。与传统制冷技术相比,辐射制冷技术运用了自身材料的热辐射特性,本身不需要任何能量输入,是一种无耗能、无污染的理想制冷技术,且黄兴溢团队研发的辐射制冷绝缘材料可实现全天辐射制冷,因此这一技术有望取代或补充传统制冷技术。据介绍,该材料制备工艺简单,无需开发新的工业化设备,即可利用已有设备实现大规模生产。在应用方面,该材料除了可用于冷链物流、会展中心等传统制冷场景,还可用于变压器、5G基站等户外电力设施的热管理,甚至航天器的热控薄膜也在其应用范围之内,应用场景广泛。

微评:高导热率的辐射制冷材料的研发,拓展了辐射制冷材料的应用场景。作为一项绿色技术,制冷辐射不需要消耗能源,也不会排放温室气体造成环境负担,对我国的生态文明建设具有重要意义。