革命性漫游车技术控制月球极端温度

革命性漫游车技术控制月球极端温度 名古屋大学的新型热开关装置使月球车能够有效管理月球上的极端热条件，延长其运行寿命并减少能源消耗。资料来源：Shinichiro Kinoshita, Masahito Nishikawara宇航员驾驶航天器在月球地形上航行时，不仅要面对零重力和可能掉落陨石坑的危险，还要应对剧烈的温度变化。月球的气候从127°C（260°F）的灼热高温到-173°C（-280°F）的刺骨低温不等。日本名古屋大学的研究小组开发了一种热开关装置，旨在提高月球车的耐用性。他们与日本宇宙航空研究开发机构（Japan Aerospace Exploration Agency）的合作研究在《应用热工程》（Applied Thermal Engineering）杂志上发表。未来的月球任务需要可靠的机器，能够在这种恶劣的条件下工作。日本名古屋大学的一个研究小组认识到未来的月球探测需要坚固耐用的机器，他们发明了一种热开关装置，有望延长月球探测车的运行寿命。他们与日本宇宙航空研究开发机构（Japan Aerospace Exploration Agency）合作进行的研究发表在《应用热工程》（Applied Thermal Engineering）杂志上。热开关技术：月球条件下的解决方案首席研究员 Masahito Nishikawara 说："能够在白天散热和夜间隔热之间切换的热开关技术对于长期月球探测至关重要。白天，月球车处于活动状态，电子设备会产生热量。由于太空中没有空气，电子设备产生的热量必须主动冷却和散发。另一方面，在极其寒冷的夜晚，电子设备必须与外界环境隔绝，以免过于寒冷。"目前的设备往往依靠加热器或连接到环形热管上的无源阀门来实现夜间保温。然而，加热器成本高昂，而被动阀会提高流体流速，导致压力下降，从而影响热量传递效率。Nishikawara 团队开发的技术提供了一个中间地带。它的压降比被动阀低，耗电量比加热器低，在夜间可以保持热量，而不影响白天的冷却性能。运行机制和能源效率该团队开发的热控装置将环形热管（LHP）与电动流体动力（EHD）泵结合在一起。白天，EHD 泵不工作，使 LHP 正常运行。在月球车中，LHP 使用的制冷剂在蒸气和液体状态之间循环。当设备升温时，蒸发器中的液态制冷剂汽化，通过月球车的散热器释放热量。然后，蒸气又冷凝成液体，返回蒸发器再次吸收热量。这一循环由蒸发器中的毛细力驱动，因此非常节能。夜间，EHD 泵会施加与 LHP 流量相反的压力，阻止制冷剂的流动。电子设备与夜间寒冷的环境完全隔绝，用电量极低。该团队的研究包括选择 EHD 泵的电极形状、设备设计、性能评估，以及利用 EHD 泵停止低压涡轮机运行的演示测试。结果表明，夜间耗电量几乎为零。技术的影响和未来应用Nishikawara 说："这种开创性的方法不仅确保了漫游车在极端温度下的生存，还最大限度地减少了能源消耗，这在资源有限的月球环境中是一个至关重要的考虑因素。它为未来月球任务的潜在整合奠定了基础，有助于实现持续的月球探测努力。"这项技术的意义不仅限于月球车，还可广泛应用于航天器的热管理。将 EHD 技术集成到热流体控制系统中，可以提高热传导效率，减轻运行挑战。未来，这将在太空探索中发挥重要作用。这种热开关装置的开发是为长期月球任务和其他太空探索活动开发技术的一个重要里程碑。所有这些都意味着，未来月球车和其他航天器应能更好地在极端的太空环境中运行。编译来源：ScitechDailyDOI: 10.1016/j.applthermaleng.2024.123428 ... PC版： 手机版：

约翰·霍普金斯大学的新测试显示小鼠的思维方式与婴儿相同

约翰·霍普金斯大学的新测试显示小鼠的思维方式与婴儿相同 科学家发现，小鼠在学习任务中表现出策略性行为，它们会采取探索性行动，这些行动最初看起来像是错误。通过实验，研究表明，小鼠会测试假设，并根据结果调整策略，这挑战了将动物错误视为单纯错误的传统观点。对动物认知的这一洞察不仅揭示了小鼠是如何思考的，而且与人类的非语言学习有相似之处，为进一步研究战略思维的神经基础铺平了道路。他说："知识与表现之间的这种差距，很大一部分是因为动物正在进行一种探索动物的所作所为非常聪明。很难说动物是在做假设，但我们的观点是，动物和人类一样，可以做假设，它们可以检验假设，并可能使用更高级的认知过程来做假设。"这项研究成果发表在《当代生物学》上，加深了我们对动物认知的理解，并可能有助于确定制定战略的神经基础。库奇博特拉的实验室此前发现，动物对任务的了解程度远远超过它们在测试中表现出来的程度。对于这种差距背后的原因，研究小组有两种理论。要么是小鼠因为压力过大而犯错，要么是它们在做更有意义的事情：探索和测试它们的知识。为了弄清这个问题，库奇博特拉和学习神经科学的研究生朱子怡想出了一个新实验。小鼠听到了两种声音。听一种声音时，它们应该把轮子向左转。听到另一种声音时，它们要把轮子转到右边。当小鼠的表现正确时，它们会得到奖励。研究人员观察到，小鼠在连续试验中听到其中一种声音时，会将方向盘向左转一下，然后又转到右边，看似犯错，实则有目的性。在连续的试验中，小鼠会把方向盘向左转一下，然后又转到右边，看似犯错，实际上却很有策略。资料来源：约翰-霍普金斯大学库奇博特拉说："我们发现，当动物进行探索时，它们会采取一种非常简单的策略，那就是'我先往左走一会儿，弄清楚情况，然后再换个方向，往右走一会儿'。小鼠的策略性比有些人想象的还要强"。朱补充说："动物学习过程中的错误通常被认为是错误。我们的工作带来了新的见解，即并非所有错误都是一样的。"如果不考虑奖赏，研究小组就能更多地了解啮齿动物的行为。当小鼠做出了正确的反应但没有得到奖励时，它在重新测试时会立即加倍做出正确的反应。"如果动物有一个任务的内部模型，那么没有奖励就应该违反它的预期。如果是这样，它就会影响后续试验的行为。这正是我们的发现。在随后的试验中，动物的表现会好很多，"库奇博特拉说。"动物会说，'嘿，我本来以为会得到奖励，但我没有，所以让我测试一下我的知识，让我利用我的知识，看看它是否正确'"。如果动物没有任务的内部模型，就不会有违反任务的预期，小鼠就会一直表现不佳。库奇博特拉说："在学习的早期，动物就有一个期望值，当我们违反它的期望值时，它就会改变策略。它的策略出人意料"。"小鼠的这种策略与不会说话的人类婴儿的学习方式类似。库奇博特拉说，两者都具有很强的探索性，都能以各种方式检验假设。在实验过程中，他"有点像小白鼠心理学家"来解释它们的行为。就像与不会说话的婴儿打交道一样，他不得不仅从行为中推断出潜在的心理过程。他说："这就是这个项目的真正乐趣所在，试图弄清老鼠在想什么。你必须从动物的角度去思考"。下一步，研究小组希望确定战略思维的神经基础，以及这些战略如何在不同动物之间进行比较。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

革命性三维快照揭示光合作用背后的“秘密机器”

革命性三维快照揭示光合作用背后的“秘密机器” 图片显示的是植物 RNA 聚合酶 PEP 的高分辨率三维模型，它在光合作用中发挥着核心作用。图片来源：Paula Favoretti Vital do Prado 和 Johannes Pauly / MPI-NAT, UMG没有光合作用，就没有空气可呼吸光合作用是地球上所有生命的基础。这一复杂的过程使植物能够利用太阳光能将二氧化碳和水转化为化学能和氧气。这一转化过程在叶绿体中进行，叶绿体是光合作用的核心。叶绿体是在进化过程中形成的，当时今天植物细胞的祖先吸收了一种光合蓝藻。随着时间的推移，这种细菌越来越依赖于它的"宿主细胞"，但仍保留了一些重要的功能，如光合作用和细菌基因组的一部分。因此，叶绿体仍然拥有自己的DNA，其中包含"光合作用机器"关键蛋白质的蓝图。从 PEP 到能源马克斯-普朗克多学科科学研究所（MPI）研究组组长、哥廷根大学医学中心教授、哥廷根"多尺度生物成像"（MBExC）英才集群成员豪克-希伦（Hauke Hillen）教授博士解释说："一种独特的分子复制机器，即名为 PEP 的 RNA 聚合酶，从叶绿体的遗传物质中读取遗传指令。希伦强调说，它对于激活光合作用所需的基因至关重要。没有正常运作的 PEP，植物就不能进行光合作用，就会变成白色而不是绿色。"不仅复制过程复杂，复制机器本身也很复杂：它由一个多亚基核心复合体（其蛋白质部分在叶绿体基因组中编码）和至少 12 个相关蛋白质（称为 PAPs）组成。植物细胞的核基因组为这些蛋白提供了蓝图。汉诺威莱布尼茨大学植物学研究所教授 Thomas Pfannschmidt 博士说："到目前为止，我们已经能够从结构和生物化学角度描述叶绿体复制机的一些单独部分，但我们还缺乏对其整体结构和单个 PAPs 功能的精确了解。"3D 详细快照通过密切合作，豪克-希伦（Hauke Hillen）和托马斯-普范施密特（Thomas Pfannschmidt）领导的研究人员现在首次成功地以 3.5 埃（比毫米小 3500 万倍）的分辨率对 19 个亚基的 PEP 复合物进行了三维可视化。"我们从植物研究的典型模式植物白芥子中分离出了完整的 PEP，"Pfannschmidt 团队的成员、现发表在《分子细胞》（Molecular Cell）杂志上的这项研究的第一作者之一弗雷德里克-阿伦斯（Frederik Ahrens）介绍说。随后，科学家们利用冷冻电子显微镜创建了由 19 个部分组成的 PEP 复合物的详细三维模型。为此，研究人员对样本进行了超高速速冻。然后，研究人员从多个角度对复制机进行了数千次拍摄，直至原子级别，并通过复杂的计算机计算将它们组合成一个整体图像。"结构快照显示，PEP 核心与其他 RNA 聚合酶（如细菌或高等细胞的细胞核）中的核心相似。然而，它包含叶绿体特有的特征，这些特征介导了与 PAPs 的相互作用。后者只有在植物中才能发现，而且它们的结构非常独特，"国际植物研究所博士生、MBExC 赫莎-斯波纳学院成员、该研究的第一作者 Paula Favoretti Vital do Prado 解释说。科学家们已经假定，PAPs 在读取光合作用基因的过程中发挥着各自的功能。"我们可以看到，这些蛋白质以一种特殊的方式排列在 RNA 聚合酶核心周围。根据它们的结构，PAPs很可能以各种方式与核心复合体相互作用，并参与基因读取过程，"Hillen补充说。了解光合作用的演变研究小组还利用数据库寻找进化线索。他们希望找出在其他植物中观察到的复制机结构是否相似。Pfannschmidt 说："我们的研究结果表明，PEP 复合物的结构在所有陆生植物中都是相同的。关于叶绿体 DNA 复制过程的新发现有助于我们更好地了解光合作用机器生物发生的基本机制。这些发现对未来的生物技术应用也很有价值。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

德雷克塞尔大学的革命性混凝土能自然融化冰雪

德雷克塞尔大学的革命性混凝土能自然融化冰雪 自加热混凝土的优点据美国国家公路管理局估计，美国北部各州每年花费 23 亿美元用于除冰雪作业，并花费数百万美元用于修复因冬季天气而受损的道路。工程学院副教授阿米尔-法纳姆（Amir Farnam）博士说："延长道路等混凝土表面使用寿命的方法之一，就是帮助它们在冬季保持高于冰点的表面温度。防止冰冻和融化，减少犁地和撒盐的需要，是防止路面老化的好方法。因此，我们的工作是研究如何在混凝土中加入特殊材料，帮助混凝土在周围环境温度降低时保持较高的表面温度。"德雷克塞尔大学的研究人员开发出一种混凝土，当气温下降时，这种混凝土可以自行升温，以融化冰雪。资料来源：德雷塞尔大学过去五年来，德雷克塞尔大学团队一直在开发耐寒混凝土混合物，目的是减少侵蚀道路和其他混凝土表面的冻结、解冻和撒盐。到目前为止，他们的自热混凝土他们以前曾报告过这种混凝土可以融化积雪并在较长时间内防止或减缓冰的形成还只是在受控实验室环境中取得了成功。在最近发表在美国土木工程学会《土木工程材料期刊》上的一篇论文中，该研究小组迈出了重要的一步，证明了自热混凝土在自然环境中的可行性。法纳姆说："我们已经证明，我们的自热混凝土能够自行融化积雪，只利用白天的环境热能而且不需要盐、铲子或加热系统的帮助。这种自加热混凝土适用于美国的山区和北部地区，如宾夕法尼亚州东北部和费城，那里冬季有合适的供暖和制冷周期。"混凝土变暖的机理混凝土升温的秘密在于低温液态石蜡，它是一种相变材料，也就是说，当温度降低时，它从室温状态（液态）转变为固态，就会释放热量。在之前的一篇论文中，该研究小组报告说，在混凝土中加入液态石蜡会在温度降低时引发加热。他们的最新研究考察了在混凝土板中加入相变材料的两种方法，以及每种方法在室外寒冷环境中的表现。其中一种方法是用石蜡处理多孔轻质骨料（即混凝土中的鹅卵石和小石块）。骨料吸收液态石蜡后再混入混凝土中。另一种方法是将石蜡微胶囊直接混入混凝土中。德雷塞尔大学的研究人员对含有相变材料的混凝土板进行了测试，这种材料可以在气温下降时自我升温，从而融化冰雪。[从左至右：参考板、含有用相变材料处理过的轻质骨料的板、含有微胶囊相变材料的板。］资料来源：德雷塞尔大学研究人员使用每种方法浇筑了一块石板，并浇筑了不含任何相变材料的第三块石板作为对照。自 2021 年 12 月以来，所有三块板都一直暴露在室外。在最初的两年里，他们一共经历了 32 次冻融事件温度降到冰点以下，无论降水量如何以及 5 次一英寸或更大的降雪。研究人员使用摄像机和热传感器监测石板的温度和冰雪消融情况。他们报告说，在气温降至零度以下的情况下，相变石板的表面温度仍能保持在 42 至 55华氏度之间长达 10 小时。这种加热足以融化几英寸厚的积雪，融雪速度约为每小时四分之一英寸。虽然这样的温度可能不足以在需要铲雪车之前融化一场大雪，但它可以帮助路面除冰，即使在大雪天气也能提高交通安全。保持足够的温暖研究人员表示，防止地表降到冰点以下对防止老化也大有裨益。工程学院的博士生罗宾-德布（Robin Deb）说："冻融循环，即极度降温（低于冰点）和升温，会导致表面尺寸膨胀和收缩，从而对其结构完整性造成压力，并随着时间的推移造成破坏性开裂和剥落，"他帮助领导了这项研究。工程学院博士生罗宾-德布说："虽然单凭这一点可能不会使结构退化到失效的地步，但它会造成一种脆弱性，导致我们需要避免的内部劣化问题。其中一个很有希望的发现是，使用相变材料的楼板在面临环境温度下降时，能够将温度稳定在冰点以上"。慢而稳总体而言，经过处理的轻质骨料板在持续加热方面表现更佳可在冰点以上保持温度长达 10 个小时，而使用微胶囊相变材料的骨料板升温更快，但保持升温的时间只有后者的一半。研究人员认为，这是由于相变材料在聚合体孔隙中相对分散，而微胶囊内的相变材料则相对集中这种现象已被广泛研究。他们还注意到，骨料的多孔性可能是石蜡在通常的华氏 42 度冰点温度以下保持液态的原因。事实证明，这有利于板坯的性能，因为当温度开始下降时，材料不会立即释放热能，而是一直保持到材料温度达到华氏 39 度时才释放。相比之下，微胶囊石蜡在温度达到 42 华氏度时就开始释放热能，因此活化期相对较短。Farnam 说："我们的研究结果表明，经过相变材料处理的轻质骨料混凝土更适合在零度以下的温度条件下应用于除冰，因为它能在更宽的温度范围内逐步释放热量。"改进空间虽然这两种应用都能将混凝土的温度提高到 53 至 55 华氏度之间，但这足以融化积雪。它们的性能受降雪前的环境气温和降雪量的影响。"我们发现，加入 PCM 的路面无法完全融化大于 2 英寸的积雪，"德布说。"不过，它能有效融化小于两英寸的积雪。融入 PCM 的路面在积雪开始融化时就开始融化。逐渐释放的热量可以有效地为路面除冰，这样就不需要在大雪来临之前预先撒盐了。"他们还指出，如果相变材料在冻融或降雪事件之间没有足够的时间通过升温来"充电"，从而恢复到液态，那么它的性能可能会降低。"开展这项研究是我们了解含有相变材料的混凝土在自然界中表现的重要一步，"德布说。"有了这些发现，我们将能够继续改进该系统，以便有朝一日对其进行优化，使其加热时间更长，熔化程度更高。但令人鼓舞的是，我们看到了冻融循环显著减少的证据，这表明与传统混凝土相比，PCM 混凝土的冻融耐久性更强"。研究小组计划继续收集楼板数据，以了解相变材料的长期有效性，并研究这种方法如何延长混凝土的使用寿命。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

首创“特洛伊木马疗法”可能为肺癌治疗带来革命性变革

首创“特洛伊木马疗法”可能为肺癌治疗带来革命性变革 肺癌可能不是最常见的癌症类型，但却是迄今为止最致命的癌症。根据世界卫生组织的数据，尽管有手术、放疗和化疗等治疗方法，但只有约四分之一的肺癌患者在确诊后能活过五年。为了提高肺癌患者的生存几率，得克萨斯大学阿灵顿分校和UT西南医学中心的研究人员开创了一种直接向癌细胞输送杀癌药物的新方法。UTA生物工程Alfred R. and Janet H. Potvin杰出教授Kytai T. Nguyen说："我们的方法利用患者自身的细胞材料作为特洛伊木马，将靶向药物载荷直接运送到肺癌细胞。这一过程包括从癌症患者体内分离出T细胞（一种免疫细胞），并对其进行改造，使其表达针对癌细胞的特定受体。"研究与创新副校长、运动学与生物工程学教授 Jon Weidanz。资料来源：UT 阿灵顿分校这项新技术的关键步骤包括从这些改造过的 T 细胞中分离出细胞膜，将化疗药物加载到细胞膜上，然后将其涂覆到微小的给药颗粒上。这些纳米颗粒的大小约为头发丝的 1/100。当这些涂膜纳米粒子被注射回患者体内时，细胞膜就会起到导向作用，将纳米粒子精确地导向肿瘤细胞。这种方法旨在欺骗病人的免疫系统，因为涂膜纳米粒子模仿免疫细胞的特性，避免被人体检测和清除。阮克泰（Kytai T. Nguyen），德克萨斯大学阿灵顿分校生物工程阿尔弗雷德-波特文杰出教授（Alfred R. and Janet H. Potvin Distinguished Professor in Bioengineering）。资料来源：德克萨斯大学阿灵顿分校"这种方法的关键优势在于它的高度靶向性，这使它能够克服传统化疗的局限性，因为传统化疗往往会导致有害的副作用，降低患者的生活质量，"共同作者、研究与创新副总裁兼运动学和生物工程研究员乔恩-魏丹兹（Jon Weidanz）说。通过直接向肿瘤细胞施用化疗，该系统旨在最大限度地减少对健康组织的附带损伤。在这项研究中，研究人员在纳米粒子中加入了抗癌药物顺铂。膜包覆的纳米粒子在有肿瘤的身体部位积聚，而不是在身体的其他部位。结果，这种靶向给药系统能够缩小对照组的肿瘤大小，证明了它的疗效。Nguyen说："这种个性化方法可以为根据每位患者的独特特征及其肿瘤的具体性质量身定制的新医学时代铺平道路。减少副作用和提高疗效的潜力使我们的技术成为癌症治疗领域值得关注的进步。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

GlycoSHIELD：新软件为药物开发带来革命性变革

GlycoSHIELD：新软件为药物开发带来革命性变革 GlycoSHIELD 改变了蛋白质上糖链的建模方式，以其快速、用户友好和高能效的算法促进了药物开发，标志着绿色计算和医学研究取得了重大进展。由 GlycoSHIELD 生成的 GABAA 受体（灰色）在膜（红色）上的糖屏蔽（绿色）模型。资料来源：Cyril Hanus，Inserm，巴黎西特大学细胞表面超过 75% 的蛋白质都被糖类覆盖。这些糖类分子在蛋白质周围形成了非常动态的保护罩。然而，由于糖的流动性和可变性，我们很难确定这些保护罩的行为方式，或它们如何影响药物分子的结合。项目负责人、Dioscuri 翻译后修饰建模中心主任马特乌斯-西科拉（Mateusz Sikora）和他在克拉科夫的团队，以及德国美因河畔法兰克福马克斯-普朗克生物物理研究所（Max Planck Institute of Biophysics）的合作伙伴，与巴黎医学研究院（Inserm）、塔佩中央研究院（Academia Sinica）和不来梅大学（University of Bremen）的科学家合作，利用计算机解决了这一难题。他们的新算法 GlycoSHIELD 功能强大，可以快速而逼真地模拟蛋白质表面的糖链。与传统的仿真工具相比，GlycoSHIELD 可以减少几个数量级的计算时间和功耗，为绿色计算铺平了道路。从数千小时到几分钟糖保护层对蛋白质与其他分子（如治疗药物）的相互作用有很大影响。例如，冠状病毒尖峰蛋白上的糖层使天然抗体或疫苗诱导的抗体难以识别病毒，从而将病毒从免疫系统中隐藏起来。因此，糖屏蔽在药物和疫苗研发中发挥着重要作用。对其形态和动态进行常规预测可使药物研究受益匪浅。然而，到目前为止，利用计算机模拟来预测糖层结构只能在特殊的超级计算机上通过专家知识来实现。在许多情况下，需要数千甚至数百万小时的计算时间。通过 GlycoSHIELD，Sikora 的团队提供了一种快速、环保的开源替代方案。"我们的方法减少了资源、计算时间和所需的专业技术知识，"Sikora 说。"现在，任何人都可以在几分钟内通过个人电脑计算蛋白质上糖分子的排列和动力学，而无需专业知识和高性能计算机。此外，这种新的计算方式非常节能。该软件不仅可用于研究，还有助于药物或疫苗的开发，例如癌症免疫疗法。"糖做的拼图研究小组是如何实现如此高的效率提升的呢？作者们创建并分析了一个包含数千种最可能的三维姿态的资料库，这些姿态都是人类和微生物蛋白质上最常见的糖链形式。通过长时间的模拟和实验，他们发现，要可靠地预测糖屏蔽，附着的糖不与膜或蛋白质的一部分发生碰撞就足够了。该算法正是基于这些发现。"GlyoSHIELD 用户只需指定蛋白质和糖的连接位置。然后，我们的软件就会在蛋白质表面以最可能的排列方式拼出它们，"Sikora 解释说。"我们可以准确地再现尖峰蛋白的糖屏蔽：它们看起来与我们在实验中看到的一模一样！有了 GlycoSHIELD，现在就可以用糖信息来补充新的和现有的蛋白质结构。"科学家们还利用 GlycoSHIELD 揭示了 GABAA 受体上的糖模式，这是镇静剂和麻醉剂的一个重要目标。由马克斯-普朗克协会发起的 Dioscuri 中心旨在帮助加强和扩大中欧和东欧的优秀研究成果。马特乌斯-西科拉（Mateusz Sikora）曾是马克斯-普朗克生物物理研究所的博士后研究员，自2023年5月起，他作为波兰克拉科夫雅盖隆大学（Jagiellonian University）翻译后修饰建模中心（Dioscuri Centre for Modelling of Posttranslational Modifications）的负责人，开始接受双边资助项目的资助。马克斯-普朗克生物物理研究所理论生物物理系主任格哈德-胡默（Gerhard Hummer）作为他在德国的合作伙伴为他提供了支持，并为这项工作做出了贡献。在不到一年的时间里，西科拉已经凭借他的绿色算法取得了巨大成功，并帮助波兰成为一个具有吸引力和竞争力的研究基地。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：