"麦片效应"启发科学家开发出一种更高效的集水系统

"麦片效应"启发科学家开发出一种更高效的集水系统 沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的研究人员在表面上涂上一层润滑油膜，发现它能使水滴更快地结合，类似于"麦片效应"。领导这项研究的马库斯-林说："我们对设计能促进水凝结的表面很感兴趣，水凝结具有重要的传热和集水应用价值。想想水在冰冷的汽水罐上凝结的情形。水滴只有长到足够大，重力把它们拉下来才能移动。"研究人员认为，添加一层薄薄的油膜可以润滑表面，使水滴移动得更快，为水滴的进一步凝结腾出空间，从而提高凝结率。这确实奏效了。但水滴的反应却让他们大吃一惊。他们观察到，大小从几十微米到几毫米不等的凝结水珠自发地跳起了复杂的集体"舞蹈"。液滴以蛇形方式运动，直到润滑剂耗尽，才转为圆周运动。当移动的液滴不断在表面重新分配润滑剂时，它们又重新开始了曲折的舞蹈。林说："它们最初以蛇形方式运动，然后过渡到圆周运动，然后再返回。这些运动的尺度从微米到几厘米不等，持续时间长达数小时。"就像牛奶中的麦片一样，油中的冷凝液滴也会被邻近的液滴吸引。较大的液滴在与路径上较小的液滴合并时释放出的能量推动了它们的自我推进。研究人员说，随着淡水资源的压力越来越大，能够通过简单的冷凝从空气中有效捕捉水而不需要输入能量的装置受到广泛推崇。这在沙特阿拉伯等干旱地区尤为重要。林说："通过优化冷凝液滴的集体运动，我们可以大大提高冷凝率，从而设计出更高效的集水系统。"研究人员计划进一步探索水滴复杂舞动的驱动因素，特别是从蛇形运动到圆形运动的转变。这项研究发表在《物理评论快报》杂志上。 ... PC版： 手机版：

物理学家发现一种作用于在超疏水表面上运动的水滴的新力

物理学家发现一种作用于在超疏水表面上运动的水滴的新力 物理学助理教授 Matilda Backholm 的独特微吸管力传感器技术可探测超疏水材料与水滴之间的微小作用力。资料来源：Matilda Backholm/阿尔托大学在一种名为黑硅的材料表面，微小的鸿沟形成了一片锥形锯齿状山峰。黑硅通常用于太阳能电池技术，同时也是研究水滴行为物理学的工具。黑硅是一种超疏水材料，这意味着它能排斥水。由于水具有独特的表面张力特性，水滴在黑硅等纹理材料上滑行时，会附着在下面的空气薄膜间隙上。当水滴缓慢移动时，这种方法非常奏效水滴在滑动过程中毫无阻碍。但是，当液滴移动得更快时，某种未知的力量似乎会拉扯它的底部。这让物理学家们感到困惑，但现在来自阿尔托大学和巴黎 ESPCI 的一组研究人员给出了解释，而且他们还得到了相关数据的支持。阿尔托大学助理教授玛蒂尔达-巴克霍尔姆（Matilda Backholm）是这篇论文的第一作者，该论文详细介绍了这些发现，并于4月15日发表在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上。她是在应用物理系罗宾-拉斯（Robin Ras）教授的软物质和润湿小组担任博士后研究员期间完成这项研究的。阿尔托大学研究小组对空气剪切力的解决方案是在黑色硅表面建立支柱，然后将其蚀刻成具有类似纹理的帽盖。资料来源：Maja Vuckovac/阿尔托大学"在观察水与表面的相互作用时，通常有三种力在起作用：接触线摩擦力、粘性损失和空气阻力。然而，水滴在黑硅等高滑表面上的运动会产生第四种力。这种运动实际上会对下面的空气产生剪切作用，从而对液滴本身产生类似阻力的作用。这种剪切力以前从未被解释过，我们是第一个发现它的人，"Backholm 说。流体物理学和软物质物理学的相互作用十分复杂，要将其简化为简单的公式具有挑战性。但是，Backholm 成功地开发出了测量这些微小力的技术，解释了这些力的作用原理，并最终提供了完全消除阻力的解决方案。空气剪切效应创造出更好的超疏水表面将使世界上的运输系统更符合空气动力学，医疗设备更能保持无菌，并普遍提高任何需要憎液表面的滑爽性。黑硅利用水的特定表面张力，最大限度地减少水滴与表面的接触。蚀刻在基底上的圆锥体使水滴在空气薄膜间隙上滑行，这种间隙被称为 Plastron。但与直觉相反的是，使疏水表面偏转水滴的机制也导致了 Backholm 论文中概述的剪切效应。用微吸管力传感器探测水滴。图片来源：Matilda Backholm/阿尔托大学"这个领域一直在制造超滑表面，通过缩小锥体的长度尺度使其更小更多，但没有人停下来意识到，嘿！我们实际上是在和自己作对。"Backholm说："实际上，在黑硅表面蚀刻更短的锥体会产生更大的空气剪切效应。"其他研究人员也注意到了这种力的存在，但却无法解释。Backholm 的发现促使人们重新考虑超滑表面的设计方式。她的团队采取的变通方法是在黑硅表面上增加带有纹理帽的高锥体，以进一步减小液滴的总接触表面积。"这项工作建立在软物质和润湿研究小组关于超疏水表面的丰富专业知识基础之上。Ras 说："很少有机会能完全解释润湿动力学所涉及的微观作用力的微妙之处，但这篇论文恰恰做到了这一点。"专业测量技术Backholm 采用了一种独特的微吸管测量技术来测量作用在水滴上的力。她是这些微吸管力传感器方面的专家，曾用它们测量过植物根系的生长动态、中观虾群的游动行为，现在又用它们来观察移动水滴中的力。通过艰苦的微调，她利用这一技术在确定剪切效应方面取得了突破性进展。Backholm 对液滴和探针进行摆动，以探测下方微妙的拉扯力。"我们还通过对碳酸液滴进行同样的测试，排除了接触线存在其他作用力的可能性。这些液滴不断释放出二氧化碳，使其悬浮在所处表面的上方。"Backholm 说："即便如此，我们还是在一定速度下测得了剪切效应，最终证实这种力的作用与它与黑硅表面的接触无关。"Backholm预计这些发现将进一步帮助物理学家和工程师开发出性能更好的疏水表面，他现在领导着应用物理系的生命物质研究小组。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家提出搜寻暗物质的新方法

科学家提出搜寻暗物质的新方法 自暗物质被发现以来，科学家们一直未能探测到它，即使几十年来在世界各地部署了多个超灵敏粒子探测器实验也无济于事。现在，美国能源部（DOE）SLAC 国家加速器实验室的物理学家们提出了一种利用量子设备寻找暗物质的新方法。SLAC物理学家丽贝卡-利恩（Rebecca Leane）是这项新研究的作者之一，她认为大多数暗物质实验都在寻找银河系暗物质，这种暗物质会直接从太空发射到地球上，但另一种暗物质可能已经在地球周围徘徊了很多年。利恩说："暗物质进入地球后，会四处弹跳，最终被地球的引力场困住。随着时间的推移，这种热化暗物质的密度会比少数松散的星系粒子更高，这意味着它更有可能撞上探测器。不幸的是，热化暗物质的移动速度要比银河系暗物质慢得多，这意味着它传递的能量要比银河系暗物质少得多传统探测器可能无法看到。"有鉴于此，利恩和 SLAC 博士后研究员阿尼尔班-达斯找到了 SLAC 的科学家诺亚-库林斯基，他是一个新实验室的负责人，主要研究用量子传感器探测暗物质。库林斯基说，科学家通常认为这是因为冷却系统不完善或环境中存在热源。但他说，可能还有其他原因："如果我们实际上有一个完美的冷系统，而我们无法有效冷却它的原因是它不断受到暗物质的轰击呢？"达斯、库林斯基和利恩想知道，超导量子设备是否可以重新设计为热化暗物质探测器。根据他们的计算，激活量子传感器所需的最小能量足够低，约为千分之一电子伏特，因此它可以探测到低能量的银河系暗物质以及悬浮在地球周围的热化暗物质粒子。当然，这并不意味着暗物质是量子设备失灵的罪魁祸首只是说它是可能的，下一步就是要弄清楚他们能否以及如何将敏感的量子设备变成暗物质探测器。因此，有几件事需要考虑。首先，也许有更好的材料来制造这种装置。利恩说："我们一开始考虑的是铝，这只是因为铝可能是迄今为止用于探测器的特性最好的材料。但事实可能证明，对于我们正在研究的质量范围和我们想要使用的探测器类型，也许有更好的材料。"利恩说，还有一种可能性是，热化暗物质与量子设备的相互作用不会像银河系暗物质被怀疑与直接探测设备的相互作用那样。在这项研究中只是考虑了暗物质进入并直接弹开探测器的简单情况，但它还可以做很多其他事情。例如，其他粒子可能与暗物质相互作用，改变探测器中粒子的分布方式。"这就是在 SLAC 工作的好处之一。我们确实有相当多样化的小组在从事许多不同的科学研究，我觉得这个项目是 SLAC 研究的一个非常好的协同效应。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家提出预防流感传播的新方法：阻断糖分子以阻止病毒传播

科学家提出预防流感传播的新方法：阻断糖分子以阻止病毒传播 现在，一项在幼年小鼠身上进行的新研究表明，不让病毒颗粒附着在SA上不仅会限制甲型流感病毒感染的进入，还会阻碍它们的排出（脱落）和在小鼠之间的传播。这种感染是季节性流感的主要原因，每年造成 36000 多名美国人死亡。科学家们说，虽然有疫苗来预防感染和对症治疗，但它们并非万无一失，还需要更多的策略来防止感染扩散。在纽约大学格罗斯曼医学院研究人员的领导下，研究小组将一种神经氨酸酶直接放入小鼠鼻腔，使SA受体脱氨酰基化，已知这种酶能使SA酸松动，无法继续附着在细胞表面。结果显示，使用神经氨酸酶处理后，在测试的半打流感病毒株中，小鼠对小鼠的传播率大幅降低了一半以上（从 51% 到 100% ）。研究小组在美国微生物学会期刊《mBio》上发表的研究成果是在婴幼儿小鼠身上进行的。研究小组发现，婴幼儿小鼠与几个月大的小鼠或成年小鼠不同，它们的呼吸道上部有许多唾液酸。具体来说，研究小组阻断了两种SA，技术上称为α-2,3 SA和α-2,6 SA受体（锁）。众所周知，这两种物质广泛存在于人类的呼吸道中，研究人员说，这使得婴儿小鼠成为研究传染病在儿童中传播的一个强有力的可比模型，而儿童也被认为是流感在人群中传播的重要"驱动力"。这项研究的主要研究者、传染病专家米拉-奥蒂戈扎（Mila Ortigoza）博士说："如果进一步的人体实验证明是成功的，那么去氨酰化神经氨酸酶可能会阻止流感的传播。"Ortigoza是纽约大学朗格尼分校医学系和微生物学系的助理教授，他说："虽然目前的疫苗和治疗方法都是针对病毒的，但我们的研究首次证明，治疗宿主（受感染的小鼠或可能受感染的人类）以防止它们将病毒传播给另一个宿主，可能是另一种有效的抗击普遍性传染病的策略。"在考虑批准将神经氨酸酶作为人类治疗手段之前，还需要进行大量的临床研究。研究小组已经计划进行更多的实验，研究为什么婴儿更容易感染呼吸道病毒，以及阻断儿童体内的神经氨酸是否也能防止流感的传播。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家创造利用寨卡病毒消灭脑癌细胞的新方法

科学家创造利用寨卡病毒消灭脑癌细胞的新方法 科学家们发现，寨卡病毒疫苗株可以消灭脑肿瘤细胞，而健康的细胞则不受影响。新加坡国立大学杜克大学医学院（Duke-NUS）的科学家们开发出一种新方法，利用寨卡病毒摧毁脑癌细胞并抑制肿瘤生长，同时保护健康细胞。研究小组利用杜克-新加坡国立大学开发的寨卡病毒候选疫苗，发现了这些毒株如何靶向快速增殖的细胞而不是成熟细胞，从而使它们成为靶向成人大脑中快速生长的癌细胞的理想选择。他们的研究结果发表在《转化医学杂志》（Journal of Translational Medicine）上，有可能为目前预后较差的脑癌患者提供一种新的治疗方法。多形性胶质母细胞瘤是最常见的恶性脑癌，全球每年确诊患者超过 30 万。这类患者的生存率很低（约 15 个月），主要原因是肿瘤复发率高和治疗方案有限。对于这类患者，溶瘤病毒疗法即使用工程病毒感染并杀死癌细胞可能会解决目前的治疗难题。寨卡病毒在溶瘤病毒疗法中的应用前景寨卡病毒就是一种处于早期开发阶段的疫苗。杜克大学-新加坡国立大学团队使用了寨卡病毒减毒活疫苗（ZIKV-LAV）毒株，这种"弱化"病毒感染健康细胞的能力有限，但仍能在肿瘤内迅速生长和扩散。"我们之所以选择寨卡病毒，是因为它能自然感染大脑中快速增殖的细胞，使我们能够接触到传统上难以瞄准的癌细胞。我们的ZIKV-LAV毒株还能在脑癌细胞中自我复制，因此这是一种活体疗法，可以传播并攻击邻近的病变细胞，"论文第一作者、杜克大学癌症与干细胞生物学研究项目高级研究员卡拉-比安卡-卢埃纳-维克多里奥博士说。感染 ZIKV-LAV 的培养人类神经元。粉红色为感染，蓝色为细胞核。资料来源：杜克大学-新加坡国立大学医学院维克多里奥博士和研究小组确定，ZIKV-LAV 株在感染癌细胞时非常有效，因为这些病毒与蛋白质结合，而这些蛋白质只在癌细胞中大量存在，在健康细胞中则没有。感染癌细胞后，这些病毒株会劫持细胞资源进行繁殖，最终杀死细胞。癌细胞死亡后，其保护膜会破裂，释放出细胞内的物质，包括病毒后代，这些病毒后代会感染并杀死邻近的癌细胞。此外，受感染细胞释放出的一些细胞蛋白可激活免疫反应，进一步抑制肿瘤生长。通过实验，研究小组观察到，ZIKV-LAV 株感染会导致 65% 至 90% 的多形性胶质母细胞瘤肿瘤细胞死亡。虽然ZIKV-LAV株也感染了9%到20%的脑血管细胞，但感染并没有杀死这些健康细胞。相比之下，原始的母株寨卡病毒杀死了高达50%的健康脑细胞。科学家们还发现，ZIKV-LAV 菌株即使感染了健康细胞，也不能很好地繁殖。在感染了 ZIKV-LAV 的健康脑细胞中测得的病毒数量仅为感染前的 0.36 到 9 倍。相比之下，感染了 ZIKV-LAV 的脑癌细胞中的病毒数量是感染前的 1 000 到 10 亿倍。这进一步说明，与正常细胞相比，癌细胞中的条件更有利于病毒的繁殖。未来方向和应用"自2016年爆发寨卡病毒以来，人们对该病毒的性质及其破坏性影响产生了恐惧，这是可以理解的。通过我们的工作，我们希望以一种新的视角来展示寨卡病毒，突出它杀死癌细胞的潜力。"杜克-新加坡国立大学癌症与干细胞生物学研究项目助理教授安-玛丽-查科（Ann-Marie Chacko）说："当一种活病毒被减毒，使其能安全有效地对抗传染病时，它就能造福人类健康不仅是作为一种疫苗，而且还是一种有效的肿瘤消杀剂。"她也是这篇论文的资深作者。右起：Ann-Marie Chacko 助理教授、Alfred Sun 助理教授、Carla Bianca Luena Victorio 博士和 Ooi Eng Eong 教授与他们的寨卡疫苗菌株培养物。图片来源：杜克大学-新加坡国立大学医学院减毒活疫苗病毒株最初由杜克大学新发传染病研究项目的 Ooi Eng Eong 教授小组开发。作为对照，杜克-新加坡国立大学神经科学与行为障碍研究项目助理教授阿尔弗雷德-孙（Alfred Sun）团队还在人类干细胞培养的脑神经元或神经细胞上对病毒株进行了测试。这为评估在人体细胞中使用病毒作为疗法的安全性和有效性提供了可靠的筛选工具。查科副教授的研究小组正在改进这些病毒株和其他寨卡病毒株，以提高它们不仅能杀死脑癌细胞，还能杀死其他类型癌细胞的效力，同时使它们在病人身上使用时更加安全。他们还在对病毒进行改良，以便在将病毒注射到病人体内后对其进行无创成像。这样，医生就能监测病毒在患者体内的去向以及在肿瘤内发挥作用的时间。为此，该小组正在探索将他们的病毒株商业化，既作为寨卡疫苗，也作为脑癌的治疗方法，还有可能作为卵巢癌等其他癌症的治疗方法。杜克-新加坡国立大学负责研究的高级副院长 Patrick Tan 教授说："这是一个很好的例子，说明了杜克大学新加坡国立大学的不同研究项目是如何汇聚在一起，利用各自的专业知识来推动医学知识的发展和改善病人的生活的。该团队的宝贵见解有朝一日可能会转化为控制肿瘤生长的新治疗方案，甚至治愈癌症。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家发明测量水环境中纳米尺度的极微小力的新方法

科学家发明测量水环境中纳米尺度的极微小力的新方法 超分辨光子力显微镜，用于探测纳米粒子与表面之间的超弱相互作用力。资料来源：Lei Ding这项新技术采用了超分辨光子力显微镜（SRPFM），能够检测到水中小至 108.2 牛顿的力如此微小的力相当于测量一个病毒的重量。北京航空航天大学的首席研究员王凡教授说，这种超灵敏测量的关键在于使用掺镧纳米粒子，通过光学镊子将其捕获，然后用来探测生物系统内的微小作用力。他说："了解这些微小的力对于研究生物力学过程至关重要，而生物力学过程是活细胞工作的基础。到目前为止，由于探针发热和信号微弱等因素，在液体环境中高精度测量如此微小的力是一项重大挑战。"王及其团队开发的 SRPFM 技术通过采用先进的纳米技术和计算技术解决了这些难题。通过利用神经网络驱动的超分辨率定位技术，研究小组能够精确测量纳米粒子在流体介质中如何受到微小力的作用而发生位移。这项研究的共同第一作者、皇家墨尔本理工大学的丁磊博士说，这项创新不仅提高了力测量的分辨率和灵敏度，还最大限度地降低了捕获纳米粒子所需的能量，从而减少了对生物样本的潜在损害。丁说："我们的方法可以检测到低至每平方根带宽1.8飞牛顿的力，这接近热噪声的理论极限。"这项研究的影响是巨大的，共同第一作者、北京航空航天大学的单旭晨博士补充道。单说："通过提供一种在分子水平上测量生物事件的新工具，这项技术可以彻底改变我们对一系列生物和物理现象的理解。这包括从蛋白质如何在人体细胞内发挥作用到早期检测疾病的新方法等方方面面。单该研究还探索了该技术在测量作用于单个纳米粒子的电泳力以及DNA分子与界面之间的相互作用力方面的应用，这对于开发先进的生物医学工程技术至关重要。研究小组的发现不仅为新的科学发现铺平了道路，而且还可能应用于开发新的纳米技术工具和提高生物医学诊断的灵敏度。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：