#前沿科技新闻：科学家利用细菌将塑料垃圾转化为扑热息痛，实现可持续药物生产

#前沿科技新闻：科学家利用细菌将塑料垃圾转化为扑热息痛，实现可持续药物生产 英国爱丁堡大学的科学家们发现，通过基因改造的大肠杆菌可以将塑料垃圾转化为止痛药扑热息痛（对乙酰氨基酚），这为药物生产提供了一条更可持续的途径。这项研究已发表在《自然化学》杂志上。 研究团队首先将聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），一种常见于食品包装和塑料瓶中的塑料，通过可持续的化学方法转化为一种新材料。随后，他们将这种材料与一种无害的基因改造大肠杆菌菌株进行孵育。令人惊讶的是，研究人员发现，在大肠杆菌的存在下，这种新材料被转化为对氨基苯甲酸（PABA），而这一过程涉及一种此前从未在自然界中观察到的化学反应洛森重排。关键在于，这种通常需要在严苛实验室条件下进行的洛森重排，在大肠杆菌细胞内的磷酸盐催化下自发发生，且不损害活细胞。 研究人员进一步改造了这种大肠杆菌，导入了来自蘑菇和土壤细菌的两个基因，使其能够将 PABA 转化为扑热息痛。通过这种方式，团队能够在 24 小时内将基于 PET 的起始材料转化为扑热息痛，且排放量低，产率高达 92%。 该研究的首席作者 Stephen Wallace 教授表示，这项技术首次将化学和生物学结合起来，不仅能够更可持续地生产扑热息痛，还能同时清理环境中的塑料垃圾。他指出，这项成果为塑料垃圾转化为生物材料提供了新的可能性，尽管商业化生产仍需进一步研究，但这为从塑料废弃物生产药物开辟了一条独特的途径。

引用高压电-芬顿工艺 研究人员实现电催化甲烷与氧气高效转化甲酸

引用高压电-芬顿工艺 研究人员实现电催化甲烷与氧气高效转化甲酸 研究人员在室温下实现了 CH4 和 O2 向 HCOOH 的电化学转化。资料来源：JACS甲烷与氧气直接催化转化制高附加值含氧化学品是天然气资源高值化利用的有效途径。然而，在温和条件下活化氧气分子形成能够解离甲烷C-H键的高活性氧物种非常困难，导致低温下甲烷与氧气高效转化极具挑战。本研究中，团队基于自主研制的高压-电化学反应釜，开发了由高压-电芬顿驱动的甲烷与氧气催化转化新途径，在电解池的阴极区实现室温下电催化甲烷与氧气高效转化制甲酸。研究表明，氧气首先在阴极银箔上经由两电子转移路径还原生成双氧水，双氧水进一步与溶液中的Fe2+通过均相芬顿反应，生成高活性的氧物种羟基自由基，羟基自由基连续活化C-H键并将甲烷转化成甲酸。进一步地，团队发现提高氧气的分压可促进双氧水的生成，而提高甲烷的分压可以有效增强溶液中甲烷和羟基自由基之间的碰撞几率，进而提高了产物甲酸的收率和法拉第效率。该过程为低温下甲烷与氧气的高效催化转化提供了新思路。文章链接： ... PC版： 手机版：

澳洲研究人员找到无需服药治疗失眠的新方法

澳洲研究人员找到无需服药治疗失眠的新方法 尽管有大量证据支持认知行为疗法（CBTi）对失眠症的疗效，但由于受过 CBTi 培训的心理学家短缺，获得这种"一线"治疗的机会极为有限。在澳大利亚，大约 90% 的失眠症初级保健患者会服用安眠药，而只有 1% 的患者会被转介给心理学家进行 CBTi。亚历山大-斯威特曼博士。资料来源：弗林德斯大学为了提高CBTi的可及性，减少对安眠药的依赖，弗林德斯大学和西澳大利亚大学的睡眠专家设计并测试了一种名为"卧室之窗"的自我指导数字CBTi程序，以治疗失眠症。亚历山大-斯威特曼（Alexander Sweetman）博士领导了今天发表在《睡眠前沿》（Frontiers in Sleep）上的最新研究。他说："我们知道，CBTi 可以改善失眠、心理健康和生活质量，我们希望看到更多的人接受这种治疗，因为它可以减少对安眠药或其他干预措施的需求，而这些措施可能无法解决长期的睡眠问题。"失眠与并发症失眠和阻塞性睡眠呼吸暂停（OSA）是两种最常见的睡眠障碍，而且经常同时发生。大约 30-40% 的失眠症患者合并有 OSA，但大多数 OSA 患者仍未得到诊断和治疗。斯威特曼博士说："与既无睡眠障碍又有睡眠呼吸暂停（COMISA）的人相比，通常有更差的睡眠、日间功能、心理健康、身体健康、工作效率和生活质量，与单独有失眠症或单独有 OSA 的人相比也是如此。最近的研究发现，在 10-20 年的随访过程中，COMISA 患者的死亡风险比两种情况都没有的患者高出 50%-70%。"睡前视窗程序示意图。资料来源：弗林德斯大学他说："鉴于 COMISA 的高发病率和不利健康的风险，我们必须针对这种情况制定和实施有效的循证管理方法。为了增加COMISA患者获得CBTi的机会，我们开发了适合失眠症患者和COMISA患者的自助式互动数字CBTi程序，并比较了其在失眠症患者与合并失眠症和高危睡眠呼吸暂停患者之间的有效性"。62 名有失眠症状的成年人在 18 个月的时间里使用了"卧室之窗"，并报告说失眠症状和相关的心理健康症状得到了显著而持续的改善。该计划专为失眠症患者设计，包括失眠症患者本人和 COMISA。每周一次，每次约 20-30 分钟，包括短视频、图像和基于文本的信息。治疗内容包括心理教育、刺激控制疗法、睡眠限制疗法、放松疗法、认知疗法和睡眠卫生信息。该程序包括持续评估嗜睡和警觉症状的算法，并提供量身定制的互动建议，以治疗失眠症，同时不会加重白天嗜睡的程度。斯威特曼博士补充说："我们的研究取得了积极的成果，这凸显了在整个医疗系统增加COMISA患者的使用机会之前，对确诊为OSA的患者进行这种数字化CBTi项目的有效性、安全性和可接受性调查的潜力。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员展示了"挤压"红外光的新方法

研究人员展示了"挤压"红外光的新方法 研究人员已经证明，一种特定类型的氧化物膜可以比块体晶体更有效地限制红外光，这对下一代红外成像技术具有重要意义。这些薄膜膜在压缩波长的同时保持所需的红外频率，从而实现更高的图像分辨率。研究人员利用过渡金属钙钛矿材料和先进的同步加速器近场光谱，表明这些膜中的声子极化子可以将红外光限制在其波长的 10% 以内。这一突破可能带来光子学、传感器和热管理领域的新应用，并可能轻松集成到各种设备中。图片来源：北卡罗来纳州立大学 Yin Liu“薄膜膜保持了所需的红外频率，但压缩了波长，使成像设备能够以更高的分辨率捕捉图像，”该论文的共同通讯作者、北卡罗来纳州立大学材料科学与工程助理教授 Yin Liu 说道。“我们已经证明，我们可以将红外光限制在其波长的 10% 以内，同时保持其频率 - 这意味着波长循环所需的时间相同，但波峰之间的距离要近得多。块状晶体技术将红外光限制在其波长的 97% 左右。”“这种行为以前只是理论上的，但我们能够通过我们制备薄膜膜的方式和我们对同步加速器近场光谱的新用途首次在实验中证明它，”该论文的共同主要作者、北卡罗来纳州立大学材料科学与工程助理教授 Ruijuan Xu 说道。为了这项工作，研究人员使用了过渡金属钙钛矿材料。具体来说，研究人员使用脉冲激光沉积在真空室中生长出 100 纳米厚的钛酸锶 (SrTiO3) 晶体膜。这种薄膜的晶体结构质量很高，这意味着它几乎没有缺陷。然后将这些薄膜从生长它们的基底上取下，并放置在硅基底的氧化硅表面上。研究人员随后利用劳伦斯伯克利国家实验室先进光源的技术，在钛酸锶薄膜暴露于红外光时对其进行同步近场光谱分析。这使研究人员能够在纳米级捕捉到材料与红外光的相互作用。要了解研究人员学到了什么，我们需要讨论声子、光子和极化子。声子和光子都是能量在材料之间传播的方式。声子本质上是由原子振动引起的能量波。光子本质上是电磁能的波。可以把声子看作是声能的单位，而光子是光能的单位。声子极化子是准粒子，当红外光子与“光学”声子（即可以发射或吸收光的声子）耦合时就会产生。“理论论文提出了这样一种观点，即过渡金属钙钛矿氧化物膜将允许声子极化子限制红外光，”刘说。“而我们的工作现在表明，声子极化子确实限制了光子，并且还阻止光子超出材料表面。这项工作建立了一类用于控制红外波长光的新型光学材料，在光子学、传感器和热管理方面具有潜在的应用，想象一下，能够设计出使用这些材料通过将热量转化为红外光来散热的计算机芯片。”“这项工作也令人兴奋，因为我们展示的制造这些材料的技术意味着薄膜可以很容易地与各种各样的基底集成，”徐说。“这应该可以轻松地将这些材料整合到许多不同类型的设备中。”编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

突破性的植物聚合物有望打破微塑料循环

突破性的植物聚合物有望打破微塑料循环 微塑料是从日常塑料制品中脱落的微小、几乎不可破坏的碎片。随着我们对微塑料的了解越来越多，情况也越来越糟。我们已经在海洋和土壤中发现了大量的微塑料，现在我们又在最不可能的地方发现了它们：我们的动脉、肺部甚至胎盘。微塑料需要 100 到 1000 年的时间才能分解，与此同时，我们的地球和身体每天都在受到这些材料的污染。寻找传统石油基塑料和微塑料的可行替代品从未像现在这样重要。加州大学圣迭戈分校的科学家和材料科学公司 Algenesis 的最新研究表明，他们研制的植物基聚合物能在七个月内完成生物降解，即使是微塑料级别的生物降解。这篇论文发表在《科学报告》杂志上，其作者都是加州大学圣地亚哥分校的教授、校友或前研究科学家。"我们刚刚开始了解微塑料的影响。我们对环境和健康影响的了解还只是皮毛，"论文作者之一、Algenesis 公司联合创始人、化学与生物化学教授 Michael Burkart 说。"我们正试图为已经存在的材料寻找替代品，并确保这些替代品在使用寿命结束后能够生物降解，而不是在环境中聚集，这并不容易。"论文的另一位作者罗伯特-波默罗伊（Robert Pomeroy）说："大约六年前，当我们首次创造出这种藻基聚合物时，我们的初衷一直是希望它能够完全生物降解，我们有大量数据表明，我们的材料正在堆肥中消失，但这是我们第一次在微粒水平上对其进行测量。他同时也是化学与生物化学教授和 Algenesis 公司的共同创始人。为了测试其生物降解性，研究小组将其产品研磨成细微颗粒，并使用三种不同的测量工具来确认，当将其放入堆肥中时，这种材料正在被微生物消化。第一个工具是呼吸计。当微生物分解堆肥材料时，它们会释放二氧化碳（CO2），呼吸计会对其进行测量。这些结果与纤维素的分解进行了比较，纤维素被认为是 100% 生物降解性的行业标准。植物基聚合物的生物降解率几乎达到了纤维素的 100%。石油基（EVA）和植物基（TPU-FC1）微塑料的颗粒计数显示，随着时间的推移，EVA 几乎没有生物降解，而 TPU 在第 200 天时已基本消失。资料来源：Algenesis 公司接下来，研究小组使用了水漂浮法。由于塑料不溶于水且会漂浮，因此很容易从水面上舀起。每隔 90 天和 200 天，几乎 100%的石油基微塑料都被回收，这意味着它们都没有发生生物降解。另一方面，90 天后，只有 32% 的藻类微塑料被回收，这表明超过三分之二的藻类微塑料已经生物降解。200 天后，只有 3% 的微塑料被回收，表明 97% 的微塑料已经消失。最后一项测量是通过气相色谱/质谱仪（GCMS）进行化学分析，检测到了用于制造塑料的单体的存在，表明聚合物正在被分解成最初的植物材料。扫描电子显微镜进一步显示了微生物如何在堆肥过程中定植于可生物降解的微塑料中。论文共同作者、生物科学学院教授兼 Algenesis 公司联合创始人斯蒂芬-梅菲尔德（Stephen Mayfield）说："这种材料是第一种在使用过程中不会产生微塑料的塑料。这不仅仅是针对产品生命周期末端和拥挤的垃圾填埋场的可持续解决方案。这实际上是一种不会让我们生病的塑料。"在通往可行性的漫长道路上，创造石油基塑料的环保型替代品只是其中的一部分。目前的挑战是如何将这种新材料用于原本为传统塑料制造的现有生产设备上，而 Algenesis 公司在这方面正在取得进展。他们已与多家公司合作，生产使用加州大学圣地亚哥分校开发的植物基聚合物的产品，包括用于涂层织物的特瑞堡公司和用于生产手机壳的犀牛盾公司。Burkart 表示："当我们开始这项工作时，有人告诉我们这是不可能的。现在我们看到了不同的现实。还有很多工作要做，但我们希望给人们带来希望。这是可能的。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员在人类睾丸组织中发现微塑料

研究人员在人类睾丸组织中发现微塑料 微塑料通常指直径小于5毫米的塑料颗粒，可经由食物甚至呼吸进入人体。美国新墨西哥大学研究人员先前在人类胎盘样本中发现微塑料，后来用同样的实验方法设计了这项新实验。他们经由医学调查部门取得23份来自男性遗体的睾丸样本，从兽医诊所等处搜集到47份来自接受绝育手术公狗的睾丸样本，经化学处理溶解掉脂肪和蛋白质，结果在每份样本中均发现了微塑料。美国有线电视新闻网21日援引论文合著者、新墨西哥大学药学教授马修·坎彭的话报道，这些微塑料“通常为纳米级，一般长度不到半微米，宽度可能在20至200纳米之间”。专家介绍，如此微小的颗粒可以侵入主要器官的单个细胞和组织，扰乱细胞进程，还可能令干扰内分泌的化学物质积聚下来，而这些化学物质会干扰生殖系统。研究人员经测量发现，狗平均每克睾丸组织含有122.63微克微塑料，而在人的睾丸组织中这一数据为329.44微克，不仅比狗高，也明显高于先前在胎盘组织中发现的平均浓度。他们还在睾丸组织中鉴定出12种微塑料。其中，在狗和人类样本中出现最多的聚合物是聚乙烯。这是目前世界上使用最广泛的一种塑料，稳定性很高，难以自然降解。狗样本中，出现第二多的是另一种常见塑料聚氯乙烯。所有样本中均有微塑料，PE、PVC是主要类型由于人类样本获取方式的特殊性，精子已遭到严重破坏，无法估算数量，研究人员只能估算狗样本中的精子数量。结果显示，聚氯乙烯浓度较高关联精子数量较少。不过，研究人员没有在狗样本中发现聚乙烯浓度与精子数量间存在关联。依据研究人员说法，不同种类的塑料影响不同。聚氯乙烯含有可导致内分泌紊乱的化学物质，还会释放出许多干扰精子形成的化学物质。研究人员介绍，这项实验之所以将人类和狗的组织进行比对，原因之一是许多人与狗共同生活，生活环境几乎相同。另外，相较于老鼠等动物，狗在一些生物学特征上也“更接近人类”，比如精子的形成和浓度。值得注意的是，样本中男性死亡时平均年龄为35岁，而这些人在世接触塑料的年代，所流通的塑料相对较少。如今环境中塑料已大幅增加，“对年轻一代的影响可能更令人担忧”。研究人员希望人们能改变生活方式和行为，尽量减少对塑料的不必要接触。DOI: 10.1093/toxsci/kfae060 ... PC版： 手机版：