科研发展动态 | 2022年第3期

发布时间:2022/03/24 03:52:08 文章来源:本站

2022年第3



| 要目 |



— 生命科学 —


1.新技术有望使疫苗不再需要冷藏
2.科学家开发出适用于人机接口的脑活动记录仪



—  信息科学  —



1.中科院发布全新量子计算编程软件
2.一种对温度敏感的纳米机器人能清除水中污染物





—  材料科学  —



1.研究发现能有效降解多种塑料的海洋真菌
2.新型液晶高分子薄膜会变色、有记忆、能自愈






| 生命科学 |

新技术有望使疫苗不再需要冷藏




澳大利亚联邦科学与工业研究组织的研究人员日前展示了一种可以在 37℃温度下保持疫苗活性长达三个月的新方法,研究人员用一种被称为“金属有机框架(MOFs)”的可溶性晶体材料,封装了一些活病毒疫苗,可在 37℃高温下保护疫苗完整性长达 12 周,以往在不冷藏条件下,这些疫苗只能保存几天。这项新研究成果目前发表在《生物材料学报》上。据介绍,MOFs 是一种多孔晶体材料,可以在活病毒疫苗周围生长并形成支架,防止疫苗分子受温度变化的影响。在疫苗用于接种前,可以再使用一种溶液溶解外部的包裹材料,类似于“在房子周围放置脚手架”,当脚手架移除后,房子仍会保留。据该组织的免疫学家丹尼尔·莱顿介绍,活病毒疫苗非常有效,但其复杂的成分使它们易受高温影响,且目前尚未找到能使疫苗在常温下稳定保存的通用技术。为使该新技术能在实际应用中部署,还需在各类型疫苗(如 mRNA)的储藏上进行优化和测试。

微评:世界卫生组织估计,每年 50%以上的疫苗被浪费。造成浪费的关键因素之一便是需将疫苗保存在稳定低温下,因此如能常温保存疫苗,将显著降低储藏成本,具备较高的商业化前景。




科学家开发出适用于人机接口的脑活动记录仪



莫斯科斯科尔科沃科学技术研究所、南乌拉尔州立大学和其他研究中心合作开发了新的记录脑部活动的装置,不仅可以提供高质量信号,而且体积小、成本低,可供科研实验室或者脑机接口爱好者开展研究。该成果近日发表在《实验性大脑研究》上。俄研究人员研发的新型脑部记录仪有 24 个电极,可作进一步扩展。设备能提供高质量信号,且紧凑轻便,只有 150 克重。研究人员在网上公开了新设备的组装指南,希望吸引更多的爱好者在脑机接口领域开展探索研究。研究人员称,脑机接口可让有缺陷的人使用自制接口在智能手机上学习,或者对于那些由于中风或脊髓损伤而丧失控制手臂功能的患者,可使用脑机接口作为大脑和肌肉之间的中介来工作。脑机接口还可帮助癫痫症患者记录癫痫攻击前的脑部信号,这些信号可使患者提前做好准备或借助电刺激抑制癫痫的攻击。
           微评:使用“脑控制计算机”接口,关键技术之一就是需要找到特定人脑状态与想要发出“指令”之间可靠的对应关系。更适用的脑活动记录仪的开发,有助于更多科研人员参与到人脑指令与输出信号之间关系的研究。





| 信息科学 |




中科院发布全新量子计算编程软件



中科院软件所团队日前发布全新量子计算编程软件――isQ-Core,并成功部署至世界领先的超导量子硬件平台,标志着在国产量子计算软硬件结合上迈出的重要一步。据介绍,该软件具有简洁、易用、高效、扩展性强、可靠性高等特点,将为用户便利使用量子计算硬件设备提供有力支持。isQ 平台是基于软件所量子软件团队多年来在量子程序设计模型、量子程序逻辑、量子程序分析算法等方面所取得的系统性理论成果基础上成功实现的。该平台包括量子程序设计、编译、模拟、分析与验证等系列工具,已上线的功能主要包括编译器、模拟器、模型检测工具、定理证明器四部分。其中 isQ 编程语言是由中国科学院软件研究所开发的量子程序设计语言,目前开发团队正与中科弧光量子软件公司共同研发 isQ 语言新功能。开发团队实现了多个版本的编译器以将 isQ 语言对接到不同的硬件平台或模拟器上。通过在云平台上的测试以及两台样机的迭代研发,官方计划形成适用于高性能超导量子计算机的新一代量子调控技术、超导量子计算机整机集成技术等核心技术。
           微评:目前的计算机都是在图灵计算机架构的基础上实现,由此衍生的芯片、编程语言都是它的附生品,量子计算机及其编程软件出现,则是重新起跑,国内已成为该领域的引领者之一。




一种对温度敏感的纳米机器人能清除水中污染物



《自然-通讯》期刊最新发表一篇研究论文称,研究人员研发的一种对温度敏感的磁控纳米机器人能清除水中污染物。该论文介绍,重金属离子和杀虫剂都是水中存在的污染物,有必要开发出能清理这些有害污染物的高效方法。有人建议将人工纳米和微米马达作为清理污染物的工具,但当前的电流催化马达很容易降解,限制了它们的使用寿命。为克服这一挑战,论文通讯作者、捷克布拉格化学技术学院先进功能性纳米机器人研究中心马丁·普梅拉和同事开发出了温敏磁控纳米机器人。这种纳米机器人由一种对温度敏感的聚合物(普兰尼克三嵌段共聚物)和氧化铁纳米颗粒组成,聚合物可以像微型手一样“拾取”污染物并丢弃,而氧化铁纳米颗粒让这些机器人具有磁性。研究表明,这种纳米机器人能清除水中的重金属砷和常见除草剂。拾取/丢弃污染物的过程能受到温度的控制,在 5℃时,纳米机器人会分散在水中,当温度升至 25℃时,纳米机器人会聚集起来,收集污染物,当冷却时,纳米机器人会分散开来,卸载污染物。

微评:这一通过非化学方法清洁水体的研究成果,不会产生新的潜在污染物,可用于指导开发可持续环保技术。





| 材料科学 |


研究发现能有效降解多种塑料的海洋真菌



国际学术期刊《危险物资杂志》介绍了中科院海洋所孙超岷课题组发现的能有效降解聚乙烯塑料的海洋真菌和酶的研究成果。该真菌不仅能有效降解聚乙烯塑料,还对聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯、聚酰胺和生物可降解塑料有明显的降解效果,是一株广谱塑料降解真菌,为发展混合塑料降解生物制品提供了绝佳候选样本,并有望突破多种难降解塑料的降解瓶颈。孙超岷团队自 2016 年开始采集了上千份塑料垃圾,经过大量筛选发现一个塑料垃圾上附着了一种海洋真菌 Alternaria alternataFB1,该真菌在聚乙烯塑料表面具有很强的定殖能力。经过 1 个月左右的培养,该真菌能够在聚乙烯塑料表面产生明显的降解孔洞,并在 4 个月内让塑料发生皱缩、变色,使降解塑料碎片从原始塑料上剥离。研究人员进而结合红外光谱、凝胶渗透色谱、X射线衍射、高效液相色谱及质谱等手段多方位证实了该真菌能有
效降解聚乙烯塑料,解聚效率高达 95%。
           微评:全球每年有超过 800 万吨的塑料垃圾流进海洋变成微塑料进入食物链,已成为一个极大的全球性生态难题。目前有大量关于降解塑料的微生物菌株研究,但距离产业化应用仍有很长一段距离。




新型液晶高分子薄膜会变色、有记忆、能自愈



日前,天津大学封伟教授团队成功研发了一种新型智能材料——智能变色液晶高分子薄膜(以下简称薄膜)。这种新材料不仅能变色,还有形状记忆和自愈合功能。相关研究被选为封面文章刊发在国际期刊《德国应用化学》上。薄膜内部的液晶分子是周期排列的,在拉伸薄膜时,材料内部液晶分子的排列周期会变短,因此会导致反射出来的颜色发生变化。封伟团队在此基础上,将动态共价键分子与液晶单体混合,通过溶剂挥发的方法使液晶单体分子自组装成周期排列的胆甾相液晶结构,最后通过光照聚合得到一种厚度只有 200 微米,具有拉伸变色、形状记忆功能和自愈合功能的液晶高分子薄膜。该薄膜能被拉伸成螺旋形、波形、圆柱形和更复杂的二维或三维形状并保持不变,当薄膜加热到相变温度以上后,又能恢复到最初的形状。如将薄膜切成两部分后,在损伤界面滴加水后,室温下
放置 24 小时,分开的两部分会自动愈合,愈合后的薄膜被拉伸到原始长度的 180%也不会断裂,并能承受自身 1000 倍的重量,这种薄膜将在多个领域展现出应用前景。
           微评:这项研究为制备兼具力致变色、形状可编程和自愈合等特性的高分子材料提供了一种简单通用的方法,有望为开发仿生变色伪装材料、自适应光学材料和软体机器人等开辟新方法。