韩国科学家研制出治疗骨骼破裂的新型“骨绷带”材料

韩国科学家研制出治疗骨骼破裂的新型“骨绷带”材料 骨再生是一个复杂的过程，目前促进骨再生的方法，如移植物和应用生长因子，都面临着费用增加等挑战。然而，随着一种能够促进骨组织发育的压电材料的问世，这一研究取得了突破性进展。由材料科学与工程系（DMSE）Seungbum Hong教授领导的KAIST研究小组于1月25日宣布，利用羟基磷灰石（HAp）独特的成骨能力，开发出了一种生物仿生支架，可在施加压力时产生电信号。这项研究是与全南国立大学聚合生物系统工程系的 Jangho Kim 教授领导的团队合作进行的。HAp 是一种存在于骨骼和牙齿中的基本磷酸钙物质。这种具有生物相容性的矿物质还具有防止蛀牙的作用，常用于牙膏中。骨再生领域的突破以往关于压电支架的研究证实了压电性在促进骨再生和改善各种聚合物基材料的骨融合方面的作用，但在模拟最佳骨组织再生所需的复杂细胞环境方面受到限制。然而，这项研究提出了一种新方法，利用 HAp 独特的成骨能力来开发一种模拟活体骨组织环境的材料。压电和地形生物仿生支架的设计和表征。(a) 通过加入 HAp 的 P（VDF-TrFE）支架提供的电学和地形学线索增强骨再生机制的示意图。(b) 制作过程示意图。资料来源：KAIST 材料成像与集成实验室研究小组开发了一种将 HAp 与聚合物薄膜融合在一起的制造工艺。通过对大鼠进行体外和体内实验，该工艺开发出的柔性独立支架在促进骨再生方面具有显著的潜力。了解骨再生原理研究小组还确定了其支架所依据的骨再生原理。他们利用原子力显微镜（AFM）分析了支架的电特性，并评估了与细胞形状和细胞骨骼蛋白形成有关的详细表面特性。他们还研究了压电性和表面特性对生长因子表达的影响。韩国科学技术院DMSE的Hong教授说："我们开发出了一种基于HAp的压电复合材料，它可以像'骨绷带'一样加速骨再生。他补充说："这项研究不仅为生物材料的设计提出了新的方向，而且在探索压电性和表面特性对骨再生的影响方面也具有重要意义。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：

科学家研制出第一种无阳极钠固态电池

科学家研制出第一种无阳极钠固态电池 根据发表在《Nature Energy》期刊上的一项研究，芝加哥大学的科学家研制出第一种无阳极钠固态电池。阳极会逐渐磨损，一旦磨损掉电池就没用了，无阳极不存在该问题；今天广泛使用的电池都是锂电池，而锂是稀缺性矿物质，相比下钠既丰富又价格便宜。钠电池、固态电池和无阳极电池都已经存在，但将三者组合起来还是第一次。研究人员研制出的这种新电池能稳定循环数百次，用钠代替锂使得其制造更便宜和环保，新的固态设计使其更安全。 via Solidot

科学家研制出一种可以弯曲并浸泡在水中的太阳能电池

科学家研制出一种可以弯曲并浸泡在水中的太阳能电池 现在，一组科学家在《自然-通讯》（Nature Communications）上发表的研究成果恰恰做到了这一点。他们面临的挑战是克服以往设备的一个关键局限，即很难在不降低灵活性的情况下使其防水。光伏薄膜通常由几层组成。一层是有源层，它从太阳光中捕捉一定波长的能量，并利用这种能量将电子和"电子空穴"分离成阴极和阳极。然后，电子和空穴可以通过电路重新连接，产生电能。在以前的设备中，传输电子空穴的层通常是通过分层的方式依次形成的。不过，在目前的工作中，研究人员将阳极层（在本例中为银电极）直接沉积在活性层上，从而在各层之间形成更好的附着力。他们采用了热退火工艺，将薄膜暴露在摄氏85 度的空气中 24 小时。论文的第一作者熊思兴说："形成这一层很有挑战性，但我们很高兴能完成这一任务，最终能制作出厚度仅为3微米的薄膜，我们期待看到测试结果。"测试结果令人鼓舞。首先，他们将薄膜完全浸泡在水中四个小时，发现它仍然保持了最初性能的 89%。然后，他们将薄膜在水下拉伸30%多达300次，结果发现即使受到这样的耐力测试，薄膜仍然保持了 96% 的性能。在最后的测试中，他们将薄膜放入洗衣机中进行循环洗涤，结果薄膜经受住了考验，这在以前是从未有过的。论文通讯作者之一 Kenjiro Fukuda 说："我们所创造的是一种可以更广泛使用的方法。展望未来，通过提高设备在其他方面的稳定性，如暴露于空气、强光和机械应力，我们计划进一步开发我们的超薄有机太阳能电池，使其能够用于真正实用的可穿戴设备。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家创造出的新材料兼具玻璃聚合物的硬度和凝胶的拉伸性

科学家创造出的新材料兼具玻璃聚合物的硬度和凝胶的拉伸性 研究人员创造了一种名为"玻璃凝胶"的新型材料，这种材料与玻璃聚合物一样坚硬，但如果施加足够的力，它可以拉伸到原长度的五倍，而不会断裂。玻璃态凝胶的一个关键特点是，它们的液体含量超过 50%，这使得它们比具有类似物理特性的普通塑料更能有效导电。资料来源：北卡罗来纳州立大学王美香科学家们发明了一种名为"玻璃凝胶"的新型材料，这种材料尽管含有 50% 以上的液体，但却非常坚硬且不易破裂。加上玻璃凝胶易于生产，这种材料有望应用于多种领域。凝胶体和玻璃态聚合物是历来被视为截然不同的两类材料。玻璃态聚合物质地坚硬，通常比较脆。它们用于制造水瓶或飞机窗户等物品。凝胶（如隐形眼镜）含有液体，柔软而有弹性。"我们创造了一类被称为玻璃凝胶的材料，这种材料和玻璃聚合物一样坚硬，但如果施加足够的力，它可以拉伸到原来长度的五倍，而不会断裂，"这项研究论文的通讯作者、北卡罗来纳州立大学化学和生物分子工程系卡米尔和亨利-德雷福斯教授迈克尔-迪基（Michael Dickey）说。"更重要的是，一旦材料被拉伸，你就可以通过加热使其恢复原状。此外，玻璃凝胶的表面具有很强的粘性，这在硬质材料中并不多见。"该论文的共同第一作者、北卡罗来纳州立大学博士后研究员王美香说："玻璃凝胶的一个关键特点是，它们的液体含量超过 50%，这使得它们比物理特性相当的普通塑料更能高效导电。考虑到这些材料所具有的许多独特性质，我们对它们的用途感到乐观。"玻璃态凝胶，顾名思义，实际上是一种结合了玻璃态聚合物和凝胶最诱人特性的材料。为了制造玻璃态凝胶，研究人员首先将玻璃态聚合物的液态前体与离子液体混合。将这种混合液体倒入模具中，暴露在紫外线下，使材料"固化"。然后移除模具，留下玻璃状凝胶。"离子液体是一种溶剂，就像水一样，但完全由离子组成，"Dickey 说。"通常在聚合物中添加溶剂时，溶剂会推开聚合物链，使聚合物变得柔软、可伸展。这就是为什么湿隐形眼镜柔软，而干隐形眼镜不柔软的原因。在玻璃态凝胶中，溶剂会将聚合物分子链推开，使其像凝胶一样具有拉伸性。然而，溶剂中的离子会强烈吸引聚合物，从而阻止聚合物链移动。链条无法移动就使其成为玻璃状。最终的结果是，由于吸引力的作用，材料变得坚硬，但由于额外的间距，材料仍然能够拉伸。"研究人员发现，玻璃凝胶可以用各种不同的聚合物和离子液体制成，但并非所有类别的聚合物都能用于制造玻璃凝胶。Dickey说："带电或极性的聚合物有望用于玻璃凝胶，因为它们会被离子液体吸引。也许玻璃凝胶最吸引人的特点就是它们的粘性，因为虽然我们知道是什么让它们变得坚硬和可拉伸，但我们只能猜测是什么让它们如此具有粘性。"在测试中，研究人员发现，玻璃状凝胶即使含有 50-60% 的液体，也不会蒸发或变干。他们还认为，玻璃凝胶易于制造，因此有望得到实际应用。Dickey 说："制造玻璃态凝胶是一个简单的过程，可以通过在任何类型的模具中固化或 3D 打印来实现。大多数具有类似机械性能的塑料都要求制造商将聚合物作为原料进行生产，然后将聚合物运输到另一个工厂，在那里聚合物被熔化并形成最终产品。我们很高兴看到如何使用玻璃凝胶，并愿意与合作者一起确定这些材料的应用"。这篇题为"由溶剂增韧的玻璃凝胶"的论文于 6 月 19 日发表在《自然》杂志上。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家研制出一劳永逸的病毒疫苗 不再需要无穷无尽的加强针

科学家研制出一劳永逸的病毒疫苗 不再需要无穷无尽的加强针 这种新策略无需制作所有这些不同的疫苗，因为它针对的是病毒基因组的一部分，而这一部分是所有病毒株所共有的。今天发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇论文介绍了这种疫苗、它的工作原理以及它在小鼠身上的疗效。UCR 病毒学家兼论文作者荣海i说："关于这种疫苗策略，我想强调的是它的广泛性。它广泛适用于任何数量的病毒，对病毒的任何变种都广泛有效，而且对广泛的人群都是安全的。这可能就是我们一直在寻找的通用疫苗。"新的疫苗策略可能意味着对大多数病毒一劳永逸，而不是每年针对不同病毒株进行无休止的加强针注射。图片来源：Aleya Spielman/加州大学洛杉矶分校健康中心传统上，疫苗含有死病毒或经过改良的活病毒。人体的免疫系统会识别病毒中的一种蛋白质，并产生免疫反应。这种反应会产生攻击病毒的 T 细胞，阻止病毒传播。它还会产生"记忆"B 细胞，训练免疫系统保护您免受未来的攻击。新疫苗也使用一种活的改良病毒。不过，它并不依赖于接种者体内具有这种传统的免疫反应或免疫活性蛋白这也是免疫系统发育不全的婴儿或免疫系统负担过重的疾病患者可以使用这种疫苗的原因。取而代之的是，它依赖于小的沉默 RNA 分子。基于 RNA 的疫苗的机制和功效"宿主人、小鼠、任何被感染的人都会产生小干扰 RNA，作为对病毒感染的免疫反应。这些RNAi会击倒病毒，"论文第一作者、加州大学洛杉矶分校微生物学杰出教授丁守为说。"病毒之所以能成功致病，是因为它们能产生阻止宿主 RNAi 反应的蛋白质。如果我们制造一种突变病毒，使其不能产生抑制 RNAi 的蛋白质，我们就能削弱病毒。它可以复制到某种程度，但随后就会输给宿主的RNAi反应，"丁说。"以这种方式削弱的病毒可以用作疫苗，增强我们的RNAi免疫系统。"当研究人员用一种名为"Nodamura"的小鼠病毒对这一策略进行测试时，他们使用的是缺乏T细胞和B细胞的突变小鼠。他们发现，只需注射一次疫苗，小鼠就能在至少 90 天内免受致命剂量的未修改病毒的侵袭。一些研究表明，小鼠的九天大致相当于人类的一年。适合 6 个月以下婴儿使用的疫苗很少。然而，即使是新生小鼠也会产生小的 RNAi 分子，这就是为什么这种疫苗也能保护它们。加州大学河滨分校现已获得这项 RNAi 疫苗技术的美国专利。2013 年，同一研究团队发表的一篇论文显示，流感感染也会诱导我们产生 RNAi 分子。"这就是为什么我们下一步要利用同样的概念生成流感疫苗，从而保护婴儿。如果我们成功了，他们就不必再依赖母亲的抗体了，"丁说。他们的流感疫苗也很可能以喷雾的形式提供，因为很多人对针头有反感。呼吸道感染是通过鼻子传播的，因此喷雾可能是一种更方便的接种方式。此外，研究人员表示，病毒变异以避开这种疫苗接种策略的可能性很小。"病毒可能会在传统疫苗未针对的区域发生变异。然而，我们正在用数千种小 RNA 针对它们的整个基因组。它们无法逃避。"最终，研究人员相信，他们可以"剪切和粘贴"这种策略，制造出适用于各种病毒的一次性疫苗。有几种众所周知的人类病原体：登革热、SARS、COVID-19，它们背后的病毒都具有类似的特性，新的疫苗同样也应该适用于这些病毒。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：