科学家利用等离子技术实现水净化技术的变革

科学家利用等离子技术实现水净化技术的变革 等离子体是科技界一场名副其实的革命。以前，要在手机等电子设备使用的硅板上雕刻电路，必须使用污染环境的化学产品。现在，使用等离子体可以更干净、更精确地完成这项工作，而且可以使缝隙越来越小，设备也随之越来越小。但等离子体也有其他应用，例如水处理。科尔多瓦大学的 FQM-136 等离子体物理学小组和 FQM-346 有机催化和纳米结构材料小组合作开展了一项研究，目的是通过应用等离子体促进化学过程来消除水中的污染物。为了解决水体中有机污染物日益增多的问题，例如水体中的染料和其他来自农业和工业活动的化合物会破坏生态系统的稳定，这些研究人员选择了等离子体的应用。研究人员弗朗西斯科-罗梅罗（Francisco J. Romero）、胡安-阿马罗（Juan Amaro）和玛丽亚-加西亚（Maria C García）。资料来源：科尔多瓦大学水净化方面的突破2017 年，研究团队首次证明，由向空气开放的微波诱导的氩等离子体在作用于水时，会在水中产生含氧和氮的活性物种（如羟基自由基、过氧化氢、氮自由基），能够消除水的污染。现在，研究人员胡安-阿马罗-加赫特、弗朗西斯科-J-罗梅罗-萨尔盖罗和玛丽亚-C-加西亚已经成功设计出了这种等离子体的反应器，并大大增加了水中产生的这些活性物质的数量，从而可以在短短几分钟内破坏高浓度染料（这里指亚甲基蓝）。这是通过改变 surfatron 的设计实现的，这种金属装置将微波发生器的能量与等离子体混合，以维持等离子体。玛丽亚-加西亚教授解释说："我们所做的是在石英放电管中放入一小块硅，这样就能产生不同的等离子体，这种等离子体不是丝状的，在与水作用时能更有效地产生活性物种。上述等离子体成分在与水作用时能产生氧化物种，从而降解有机化合物和杀死微生物，这使得该等离子体反应器可用于与水修复相关的应用中。"因此，这种新配置扩大了这类等离子体的适用范围。加西亚教授解释说："这种设计完全改变了表面加速器产生电磁场以产生等离子体的配置，从而使等离子体具有不同的、更有效的特性，同时也消除了破坏等离子体稳定性的丝状化问题（等离子体柱分成许多丝状）。"等离子去污的未来Francisco J. Romero 教授继续说道："在等离子体作用下产生的氧化物具有很强的反应性，可以破坏水中的有机物。要做到这一点，等离子体并不是被引入水中。相反，等离子体是远程作用的，因此在水和等离子体之间有一个空气区，在这个空气区中，由于受激物种与氧气、氮气和水蒸气分子之间的碰撞，发生了许多反应，并产生了扩散到液体中并最终与污染物结合的活性物种"。研究员胡安-阿马罗说："这种新型设计产生的等离子体的去污潜力已经过测试，可以减少水中高浓度的亚甲基蓝染料，在能量方面取得了非常高效的结果，在缩短处理时间的情况下实现了染料的完全消除。"等离子体是一种"第四物质状态"，通过向稳定的气体提供能量并将其转化为电离气体而产生，它几乎适用于所有领域：制造微型芯片、表面消毒、伤口愈合、在眼镜上沉积防反射涂层、提高种子发芽率、回收废物、活化塑料表面以提高涂料附着力，以及无数其他应用。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家利用激光技术揭示了量子材料隐藏的特性

科学家利用激光技术揭示了量子材料隐藏的特性 加州大学圣迭戈分校的研究人员利用一种先进的光学技术进一步了解了一种名为Ta2NiSe5（TNS）的量子材料。他们的研究成果发表在《自然-材料》（Nature Materials）杂志上。材料可以通过不同的外部刺激受到扰动，通常是温度或压力的变化；然而，由于光是宇宙中速度最快的东西，材料对光刺激的反应非常快，从而揭示出原本隐藏的特性。通过改进技术，研究小组获得了更广泛的频率范围，从而揭示了 TNS 激子凝聚态的一些隐藏特性。资料来源：Sheikh Rubaiat Ul Haque / 斯坦福大学量子材料中的先进光学技术"从本质上讲，我们用激光照射一种材料，这就像定格摄影，我们可以逐步跟踪该材料的某种特性，"领导这项研究的物理学教授理查德-阿维特说，他也是论文的作者之一。"通过观察组成粒子如何在该系统中移动，我们可以找出这些以其他方式很难发现的特性。"该实验由第一作者谢赫-鲁巴亚特-乌尔-哈克（Sheikh Rubaiat Ul Haque）完成，他于2023年从加州大学圣地亚哥分校毕业，现在是斯坦福大学的一名博士后学者。他与阿弗里特实验室的另一名研究生张远一起改进了一种名为太赫兹时域光谱学的技术。这项技术允许科学家在一定频率范围内测量材料的特性，而哈克的改进使他们能够获得更广泛的频率范围。量子态和光放大这项工作基于论文的另一位作者、苏黎世联邦理工学院教授尤金-德姆勒（Eugene Demler）提出的理论。Demler 和他的研究生马里奥斯-迈克尔（Marios Michael）提出了这样一个观点：当某些量子材料被光激发时，它们可能会变成一种能放大太赫兹频率光的介质。这促使哈克及其同事仔细研究 TNS 的光学特性。当电子被光子激发到更高的层次时，会留下一个空穴。如果电子和空穴结合在一起，就会产生激子。激子还可能形成凝聚态当粒子聚集在一起并表现为单一实体时会出现的一种状态。在 Demler 理论的支持下，利用马克斯-普朗克物质结构与动力学研究所 Angel Rubio 小组的密度泛函计算，研究小组得以观测到反常的太赫兹光放大现象，从而揭示了 TNS 激子凝聚态的一些隐藏特性。凝缩物是一种定义明确的量子态，使用这种光谱技术可以将它们的某些量子特性印刻到光上。这可能会对利用量子材料的纠缠光源（多个光源具有相互关联的特性）这一新兴领域产生影响。哈克说："我认为这是一个广阔的领域。Demler的理论可以应用于一系列具有非线性光学特性的其他材料。有了这项技术，我们就能发现以前从未探索过的新的光诱导现象。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

环保技术新突破：科学家利用植物纤维素制成新型聚合物

环保技术新突破：科学家利用植物纤维素制成新型聚合物 科学家们设计出了一种利用纤维素生产可回收且稳定的聚合物的方法，为传统塑料提供了一种可持续的替代品。这一研究成果为生产环保材料提供了新的可能性。上图为本研究开发的新型可回收聚合物制成的透明薄膜。资料来源：Feng Li他们开发出了一种方便、多用途的方法，利用从植物纤维素中提取的化学物质制造各种聚合物；最重要的是，这些聚合物可以完全回收利用。该方法发表在《ACS Macro Letters》杂志上。纤维素是植物生物质中最丰富的成分之一，是所有植物细胞周围坚韧细胞壁的关键部分。纤维素很容易从稻草和锯末等植物废料中获取，因此，将纤维素用作聚合物生产的原料不会减少用于粮食生产的农业用地。纤维素是一种长链多糖聚合物，即由多个糖基（特别是葡萄糖）通过化学键连接而成。为了制造新型聚合物，北海道研究小组使用了两种市售的小分子，即由纤维素制成的左旋葡糖烯酮（LGO）和二氢左旋葡糖烯酮（Cyrene）。他们开发了新颖的化学工艺，将 LGO 和 Cyrene 转化为各种非天然多糖聚合物。通过改变聚合物的精确化学结构，可以生成不同的材料，用于各种可能的应用。"我们面临的最大挑战是控制将较小单体分子连接在一起的聚合反应，以及获得对普通应用足够稳定的多糖材料，同时还能在特定化学条件下被分解和回收。"左起研究小组的佐藤俊文、水上雄太、李锋和矶野拓也。图片来源：李锋李补充说，研究过程中最大的惊喜是他们制作的聚合物薄膜具有很高的透明度，这对于这些聚合物似乎最适合的专业应用来说可能至关重要。另一位通讯作者 Toshifumi Satoh 教授补充说：由于这些材料相当坚硬，可能难以用作塑料袋等柔性塑料材料，因此我认为它们更适合用作光学、电子和生物医学应用领域的高性能材料。世界各地的其他研究小组也在探索用植物制造塑料替代聚合物的潜力，其中一些"生物塑料"已经可以在市场上买到，但佐藤的研究小组为这一快速发展的领域增添了一个重要的新机会。研究小组现在计划探索更多的可能性，但可行的结构变化非常多，因此他们希望与计算化学、人工智能和自动合成方面的专家联手探索这些选择。"我们希望这项工作能开发出多种有用的非天然多糖聚合物，使其成为从生物质到高效回收的可持续合成闭环的一部分。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家利用仿真血管三维模型实现蛇毒研究领域的技术突破

科学家利用仿真血管三维模型实现蛇毒研究领域的技术突破 每年约有十万人死于蛇咬。四倍于这一数字的人受到慢性伤害。需要研究蛇毒是如何发挥作用的，以找到解决方案，但仍然难以实施。现在，来自阿姆斯特丹自由大学（VU）、MIMETAS 和 Naturalis 生物多样性中心的研究小组首次证明，可以在三维仿真血管上检测蛇毒。西非地毯蝰（Echis ocellatus）的毒液是用于测试新型 3D 血管模型效果的四种毒液之一。图片来源：Wolfgang Wuster芯片上的器官这种三维仿真血管的新方法改进了使用实验动物或细胞培养物等传统研究方法，模仿了人体血管。"这种用于毒液研究的血管模型的优势在于，它考虑到了人体面临的几个重要影响因素，"毒液专家、该研究的第一作者、来自 VU 和 Naturalis 的 Mátyás Bittenbinder 解释说。"比如血液的流动，或者血管的构造和形状"。三维血管模型有助于更好地了解蛇毒对血管和身体其他部位的破坏作用。"该模型准确地揭示了毒素是如何攻击血管的。这些知识将帮助我们开发出更好的方法来治疗蛇咬伤，同时也减少了在小鼠身上进行研究的需要，"Bittenbinder说。毒液的效果用印度眼镜蛇（Naja naja）、西非地毯毒蛇（Echis ocellatus）、银环蛇（Bungarus multicinctus）和莫桑比克喷吐眼镜蛇（Naja mossambica）的毒液对血管模型的功能进行了测试。被毒蛇咬伤通常会导致严重的（内）出血。这是因为毒液会攻击循环系统，破坏血管并产生凝血，全世界的科学家都在寻找解决办法。如果能更好地了解蛇毒中含有哪些物质，就能更好地知道如何中和毒素。全球问题蛇咬伤是每年影响数百万人的安全危机，但却很少见诸新闻。据估计，每年有 8 万至 14 万人死于毒蛇咬伤。另有 400000 人幸存下来，但因被蛇咬伤而失明或失去一只手、一只脚或一条腿。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家发现世界上最难以捉摸的鲸鱼的惊人行为

科学家发现世界上最难以捉摸的鲸鱼的惊人行为 最近的研究颠覆了人们对贝尔德喙鲸的传统看法，发现其种群在指挥官群岛附近的沿海浅水区繁衍生息。这种适应性突显了了解鲸鱼物种的不同行为和栖息地对有效保护工作的重要性。资料来源：Olga Filatova，南丹麦大学哺乳动物最深下潜记录的保持者是库维尔喙鲸，2014 年测量到它至少下潜了 2992 米。喙鲸还保持着哺乳动物最长潜水时间的纪录：222 分钟。现在，通过对一个贝尔德喙鲸种群的科学研究，全世界对遥远的喙鲸世界有了一个新的、令人惊讶的认识。这个种群被意外地发现在海岸附近，并且位于比以前观察到的更浅的水域中。这项研究由南丹麦大学/峡湾与贝尔特分校的鲸鱼生物学家奥尔加-菲拉托娃（Olga Filatova）和伊万-费杜丁（Ivan Fedutin）领导，论文发表在《动物行为》（Animal Behaviour）杂志上。两位研究人员多年来一直在北太平洋进行鲸鱼研究，2008 年在指挥官群岛考察期间，他们第一次在海岸附近看到一群贝氏喙鲸。"我们在那里是为了寻找虎鲸和座头鲸，所以我们只是注意到我们看到了一群贝氏喙鲸，并没有采取什么行动。但在接下来的几年里，我们也看到了它们，五年后，我们怀疑这是一个经常光顾同一区域的稳定群落。"南丹麦大学生物系和 SDU 气候群组的鲸鱼专家、博士后奥尔加-菲拉托娃（Olga Filatova）解释说："我们每年都能看到它们，直到 2020 年，COVID-19 阻止了我们回到指挥官群岛。"指挥官群岛附近的一条贝尔德喙鲸。可以看到下颌有两颗牙齿。身体上布满了与其它喙鲸搏斗留下的伤疤。图片来源：Olga Filatova，南丹麦大学。沿海栖息地和鲸鱼行为所研究的贝氏喙鲸种群靠近海岸距离陆地四公里以内，它们在浅水中被观察到，水深不到 300 米。奥尔加-菲拉托娃说："这对这一物种来说是不寻常的。这一种群很可能已经适应了这一特殊的栖息地，因此偏离了所有喙鲸都在远海和深海遨游的既定观念。这意味着不能指望一个特定物种中的所有个体都有相同的行为方式。这就给制定物种保护计划带来了困难例如，在这种情况下不能假设喙鲸只生活在深海远处而制定计划。我们已经证明，它们也可以生活在浅海和沿海水域。可能还有我们尚未意识到的其他不同栖息地。"有许多例子表明，同一鲸种的个体行为并不相同。在鲸的世界里，经常可以看到同一物种的群体生活在不同的地方，吃不同的猎物，交流方式也不同，而且不喜欢与其他群体的同类打交道。指挥官群岛的贝尔德喙鲸。资料来源：Olga Filatova，南丹麦大学有些虎鲸群只捕食海豹和鼠海豚等海洋哺乳动物，有些则只捕食鲱鱼。有些座头鲸在热带和北极之间洄游，有些则在某些地区栖息。有些抹香鲸群体发展出自己的方言，用于内部交流，不喜欢与群体外的其他鲸鱼交流。奥尔加-菲拉托娃认为，当群体对栖息地和猎物等产生偏好时，社会学习就在发挥作用。动物世界的社会学习有多种形式。模仿是最复杂的形式；动物看到别人做什么，就会理解背后的动机和原因。还有一种是"局部强化"，即动物看到另一种动物前往一个特定的地方，就会跟着去，从而了解到这个地方是有价值的。许多动物都有这种现象，包括鱼类。喙鲸的文化传统奥尔加-菲拉托娃认为，指挥官群岛上的贝氏喙鲸种群是通过"本地强化"来学习的：它们看到一些同伴来到海岸附近的浅水区，跟在后面，发现那里是个好地方，可能是因为那里有很多鱼。这成为了一种文化传统，这也是第一次在喙鲸中观察到这种文化传统。鲸鱼文化传统的其他例子还包括鲸鱼形成特定的捕猎传统：有的鲸鱼用尾巴拍晕鱼群，有的鲸鱼掀起波浪将海豹冲下浮冰，还有的鲸鱼追着鱼群跑到沙滩上。从 2008 年到 2019 年，研究人员在指挥官群岛共观察到 186 头贝尔德喙鲸。其中 107 只被观察到一次，因此被评估为暂居鲸。79头被发现超过一年，因此被评估为居留鲸。有 61 头短暂停留的鲸鱼被看到与居民互动，其中 7 头是在浅水区被看到的。"暂居鲸不像居民那样熟悉当地情况，因此，它们通常会在其物种的正常深度寻找食物。但实际上，我们在浅水区观察到了一些暂居者。这些个体与居民有某种形式的社会接触。"奥尔加-菲拉托娃说："一定是在这种接触中，它们了解了浅水区及其优势。"目前还不清楚世界上有多少头贝尔德喙鲸。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

【像电影《降临》那样，科学家正在打造跨物种语言的“罗塞塔石碑”】在机器学习技术飞跃的时代，“罗塞塔石碑”或许不再是词汇表，而是跨

【像电影《降临》那样，科学家正在打造跨物种语言的“罗塞塔石碑”】在机器学习技术飞跃的时代，“罗塞塔石碑”或许不再是词汇表，而是跨物种之间共通的，只有依靠先进科学才能够识别出的，隐性的规律。也许经过多年的研究，人鲸对话将成为现实。 #抽屉IT