科研发展动态 | 2022年第2期

发布时间:2022/02/23 11:38:46 文章来源:本站

2022年第2



| 要目 |



— 生命科学 —


 1.相分离多肽可用于大分子治疗剂的靶点递送

  2.电子膝关节植入物可以帮助治疗关节炎

—  信息科学  —



1.我国组建首个脑机接口综合性开源软件平台

  2.全球首次由机器人自主实施手术




—  材料科学  —



1.新型半导体材料有助开发下一代新模式计算机

2.低成本新型催化剂有望替代绿氢生产中的贵金属





| 生命科学 |

相分离多肽可用于大分子治疗剂的靶点递送



生物大分子对于许多疑难杂症来说都是极具前景的治疗手段。然而,这类物质对于细胞膜的通透性通常都比较差,这就限制了它们接触细胞内靶点的能力。为了克服这一挑战,通常会采用纳米级载体来进行递送,然而这些载体极有可能会被困在体内而不能将药物顺利递送到目标靶点。

针对这一问题,南洋理工大学Ali Miserez等人报告了一种偶联多肽,其可以通过液-液相分离形成对pH值和氧化还原响应的凝聚微滴,从而很容易地穿过细胞膜发挥递送作用。研究发现,许多大分子(包括小肽、大到430kDa的酶以及信使RNA(mRNAs)等)可以被迅速吸收招募到凝聚微滴中,而这些载药凝聚体绕过常规的内吞途径进入胞浆,在胞浆中通过谷胱甘肽介导的药物释放,使这些药物的生物活性保留在细胞中,对于mRNAs也能表现出较高的转染效率。这些多肽凝聚体展现出了作为细胞内输送大分子治疗剂载体平台的潜力。相关工作以发表在《自然-化学》期刊上。

微评:生物大分子药物被认是为21世纪药物研究开发中最有前景的领域,其中给药的不便捷性已成为限制生物药物应用的瓶颈之一,因此研究纳米载体用于大分子药物细胞内递送,蕴藏着巨大的机遇。



电子膝关节植入物可以帮助治疗关节炎



随着年龄的增长,骨关节炎是膝关节疼痛的常见原因,其症状一般由软骨的磨损和撕裂引起,目前,科学家正在开发一些实验性的治疗方法。经过研究,温和的电流可以促进膝盖软骨细胞的增殖并修复损伤,因此可以作为关节炎的治疗方法之一,相关研究成果近日发表于《科学—转化医学》上。

康涅狄格大学的Thanh Nguyen团队通过开发一种约半毫米厚的生物可降解膜,当它被压缩和拉伸时就能发电。这种材料有一个类似支架的结构,可以刺激细胞迁移到里面。Nguyen团队为了测试效果,他们在兔子膝盖软骨上开了个洞,然后用这种材料将其修补,兔子经过一个月的休息后,研究人员将其放在缓慢移动的跑步机上,鼓励它们每天跳20分钟,以锻炼它们的腿并产生电流,两个月后,研究小组从兔子的关节中提取了组织样本,并对它们在显微镜下的健康和完整程度进行了评分。研究小组发现,软骨细胞已经进入了这些补丁,关节看起来更加完整。这些兔子的软骨平均得分为15分,满分为18分,而另一组兔子被给与类似但不能发电的材料,软骨得分约为5分,从而证实了电流的作用。

微评:如果能将该原理应用在人体上,通过制造可降解植入物探索新型疗法,有望帮助成千上万的关节炎患者,该原理或许能成为治愈关节炎的一种尝试。




| 信息科学 |




我国组建首个脑机接口综合性开源软件平台



脑机接口领域正处于产业快速形成期,优秀的软件平台能够为人类大脑与硬件设备之间架设一条“信息高速公路”,助力高质量人机交互。而当前国际主流的两大脑机接口软件平台主要基于C++语言以及MATLAB商业软件,分别存在编程要求高、开发周期长,或收费高昂、管制受限等诸多问题,业界亟需一款高效实用的开源软件平台用于降低技术门槛、减少研发成本、缩短产品周期、促进转化落地。日前,天津大学医学工程与转化医学研究院、天津脑科学与类脑研究中心、教育部智能医学工程研究中心与燧世智能、中电云脑等单位合作,联合推出我国首个脑机接口领域综合性开源软件平台MetaBCIMetaBCI将填补国内在脑机接口开源软件平台方面的空白,通过联合更多研究者和从业者不断丰富完善,或能发展成为国际通用的脑机接口开源软件平台,未来可为先进人机交互、元宇宙等新技术突破以及下一代脑机融合智能实现提供重要支撑。

微评:脑机接口是中国有可能迎头赶上甚至“直线超车”的领域之一。在脑机接口核心器件的设计方面,中国并不显著落后于国外,值得加大对该领域科研机构发展的关注和支持。




全球首次由机器人自主实施手术



美国约翰斯·霍普金斯大学研究团队在126日的《科学-机器人学》上发表论文称,其设计的智能组织自主机器人STAR在没有人类指导的情况下,对猪的软组织进行了腹腔镜手术,这是向机器人最终在人体上实施全自动手术迈出的重要一步。STAR分别在4只动物身上做了手术,该机器人擅长肠道吻合术,这是一种需要高水平重复运动和精确度的手术,需要外科医生以高精度进行一致性缝合,即使是最轻微的手部颤抖或缝线错位,也可能导致泄漏,而这可能会给患者带来灾难性的并发症。研究人员开发了基于结构光的三维内窥镜和基于机器学习的跟踪算法来指导STAR,包括专门的缝合工具和最先进的成像系统,使STAR具备自主性来提高手术精度,可像人类外科医生一样实时调整手术计划,该手术机器人是第一个以最少的人工干预来规划、调整和执行软组织手术计划的机器人系统。

微评:机器人医生的视野、精准度、稳定性都要优于人类,据预测,未来医院的“手术执行官”或将大部分被机器人代替,人类医生们可以有更多精力去分析病情,为患者提供更高效、安全的治疗方案。



| 材料科学 |


新型半导体材料有助开发下一代新模式计算机



据最新一期《自然-通讯》报道,美国密歇根大学开发出一种半导体材料,可在室温条件下实现从导体到绝缘体的“量子翻转”,有助于开发新一代量子设备和超高效电子设备。

密歇根大学材料科学与工程助理教授罗伯特·霍夫登表示,奇异的量子特性,比如从导体切换到绝缘体的能力,可能是下一代计算的关键,它可提供更多存储信息的方法和更快的状态切换,这可用于制造更强大、更节能的设备。当今的电子产品使用微型电子开关来存储数据;“开”为1,“关”为0,断电后数据消失。未来的设备则可使用其他状态,例如“导体”或“绝缘体”来存储数字数据,只需要快速的能量点变化就可在状态之间切换。在过去,这种奇异的行为只在超低温下的材料中被观察到,原本支持这种量子翻转的奇异电子结构以前只能在-37.8℃的超低温下稳定,但在该研究中观察到,在一个原子厚的二维硫化钽层中,新材料可在高达77℃时仍保持稳定。这一研究朝开发下一代新模式计算设备方向迈出了重要一步。

微评:导体和绝缘体不是恒定概念,在特定条件下,它们能相互转化。这一次,科研人员又将目光瞄准了二维硫化钽层,新性能揭示了该材料在微电子材料领域的应用前景。




低成本新型催化剂有望替代绿氢生产中的贵金属



美国佐治亚理工学院李晟祐研究团队已经开发出一种新的水分离工艺和材料,能最大限度地提高生产绿色氢气(指通过可再生资源获得的氢气)的效率,相关研究发表于《应用催化B》杂志中。

氢对于世界工业部门实现净零排放目标至关重要。美国能源部领导的氢能计划,希望在十年内将绿色氢气的成本降低80%,并到2030年将成本降至每公斤1美元。美能源部称,实现这些目标将有助于应对气候危机,同时创造高收入工作岗位并发展经济。该研究是通过联合韩国能源研究所对新催化剂进行建模,联合韩国京浦国立大学和美国俄勒冈州州立大学对新催化剂进行X射线测量,经在纳米尺度上监测水分解过程中催化剂的结构变化,以及它们氧化状态或原子结构的变化,从而设计出的一种新型催化剂。

微评:氢能的高热值和环保型,在未来有望取代天然气,但绿色氢能制造的高成本阻碍了这种可能性,目前绿色氢气的制造主要依靠电将水分解成氢和氧,该工艺依赖贵金属(如铂和铱),低成本的制氢工艺有望推动这一进程。