加州理工学院发明利用超声激活药物靶向治疗癌症的创新疗法

加州理工学院发明利用超声激活药物靶向治疗癌症的创新疗法 靶向给药方式的突破但现在，加州理工学院的两个研究小组创造出了一种全新的给药系统，他们说，这种系统可能最终让医生有能力以更有针对性的方式治疗癌症。该系统采用的药物通过超声波激活，而且只在体内需要的地方使用。该系统由化学助理教授马克斯韦尔-罗伯（Maxwell Robb）和马克斯-德尔布吕克（Max Delbrück）化学工程与医学工程教授、霍华德-休斯医学研究所研究员米哈伊尔-夏皮罗（Mikhail Shapiro）的实验室开发。在发表于《美国国家科学院院刊》上的一篇论文中，研究人员展示了他们是如何将各自专业的元素结合在一起创造出这一平台的。通过合作，两个研究小组将气泡（某些细菌中充满空气的蛋白质胶囊）和机械分子（在物理力作用下会发生化学变化的分子）结合起来。夏皮罗的实验室以前曾利用气泡和超声波来对单个细胞进行成像，并精确地移动细胞。罗伯的实验室则创造出了在拉伸时会变色的机械分子，使它们能用于检测结构中的应变；还有其他机械分子，能在机械刺激下释放出较小的分子，包括药物。在这项新工作中，他们设计了一种使用超声波作为刺激的方法。在超声波的作用下，气体囊泡会破裂，在破裂的过程中，被称为"机械分子"的分子会破裂，释放出更小的、所需的分子。资料来源：加州理工学院超声激活的机械聚合物"我们考虑这个问题已经很久了，"罗伯说。"我刚到加州理工学院时，米哈伊尔和我就开始讨论超声波的机械效应。"当他们开始研究如何将机械孔和超声波结合起来时，他们发现了一个问题：超声波可以激活机械孔，但其强度过大，也会损伤邻近组织。研究人员需要的是一种能将超声波能量集中到他们想要的地方的方法。结果证明，夏皮罗的气囊技术提供了解决方案。小瓶中的气体囊泡在溶液中呈白色，在超声波作用下破裂后会变得透明。资料来源：加州理工学院在之前的研究中，夏皮罗利用了囊泡在超声波的轰击下会像钟一样振动或"响铃"的特性。然而，在目前的研究中，囊泡被敲得很响，以至于破裂，从而集中了超声波能量。这些囊泡实际上成了微小的炸弹，它们的爆炸激活了机械体。"通过超声波施力通常依赖于非常强烈的条件，这些条件会引发微小溶解气泡的内爆，"该研究的共同作者莫莉-麦克法登（23 岁，博士）说。"它们的内爆是激活机械体的机械力来源。小泡对超声波的敏感度更高。利用它们，我们发现在弱得多的超声波下也能实现同样的机械体激活"。未来的潜力和影响沙皮罗实验室的博士后助理研究员姚宇星说，这是聚焦超声首次能够在生物环境中控制特定的化学反应。姚说："以前，超声波一直被用来破坏或移动物体。但现在，它为我们开辟了一条使用机械化学的新道路。"到目前为止，该平台仅在受控实验室条件下进行了测试，但研究人员计划今后在生物体内对其进行测试。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

小小的救生贴片能读取大脑中的血流量

小小的救生贴片能读取大脑中的血流量 目前，为了检查脑卒中康复者等患者的脑血流量，技术人员会用超声波探头抵住患者的头侧。加州大学圣迭戈分校的科学家认为这种方法有两个缺点。首先，以这种方式获得的读数的准确性因每个技术人员的技能而异。另外，读数通常是在一天中间隔一定时间进行的。这就意味着在这些时间之间发生的任何血流变化都不会被检测到，而这正是这种贴片的设计初衷。在病人住院期间，这种弹性、柔韧的硅胶装置会一直贴在病人的太阳穴上，在此期间，它将持续监测和记录患者大脑中的血流量。这种贴片集成了多层可拉伸电子元件，包括多层铜电极和压电传感器。当受到电流刺激时，传感器会产生 2 兆赫的超声波，这些超声波会进入大脑并被大动脉反射回来。利用超快超声波成像系统，一台硬线计算机通过分析超声波回波，生成动脉的实时三维数字模型，显示其当前的体积、角度和位置。在对 36 名健康志愿者进行的实验室测试中，该技术能够测量收缩期峰值、平均流量和舒张末期血流速度，其精确度不亚于传统的手持式超声探头。目前研发团队正在计划对患有神经系统疾病的实际患者进行临床试验，并计划推出该贴片的独立无线版本，该技术正通过衍生公司 Softsonics 进行商业化。由 Sheng Xu 教授领导的这项研究的论文最近发表在《自然》杂志上。 ... PC版： 手机版：

麻省理工学院的超声波技术突破让非侵入性脑部治疗进入新时代

麻省理工学院的超声波技术突破让非侵入性脑部治疗进入新时代 ImPULS 设备包含封装在聚合物中的超声波传感器和电极（金）。图片来源：研究人员提供通过植入电极向大脑输送电脉冲的深部脑刺激疗法通常用于治疗帕金森病和其他神经系统疾病。然而，这种治疗方法所使用的电极最终会腐蚀并积累疤痕组织，需要将其移除。现在，麻省理工学院的研究人员开发出了一种替代方法，即使用超声波而不是电力来进行深部脑刺激，由一根头发丝粗细的纤维传递。在对小鼠的研究中，他们发现这种刺激可以触发神经元释放多巴胺，而多巴胺通常是帕金森病患者大脑中的一部分。"通过使用超声波技术，我们可以创造一种新的方式来刺激大脑深部的神经元发射，"麻省理工学院媒体实验室副教授、这项新研究的资深作者卡南-达格德维仁（Canan Dagdeviren）说。"这种装置比头发丝还要细，因此对组织的损伤可以忽略不计，而且我们很容易在大脑深部导航这种装置。"除了提供一种更安全的深部脑刺激方法外，这种方法还可能成为研究人员了解大脑工作原理的重要工具。麻省理工学院研究生杰森-侯（Jason Hou）和麻省理工学院博士后奥斯曼-高尼-纳耶姆（Md Osman Goni Nayeem）是这篇论文的主要作者，其他合作者来自麻省理工学院麦戈文脑研究所、波士顿大学和加州理工学院。该研究报告于6月4日发表在《自然通讯》（Nature Communications）杂志上。达格德维仁的实验室以前曾开发过可穿戴超声波设备，可用于通过皮肤给药或对各种器官进行诊断成像。然而，超声波无法通过附着在头部或头骨上的设备深入大脑。"如果我们想进入大脑深层，那么它就不能再仅仅是可穿戴或可附着的了。它必须是可植入的，"Dagdeviren 说。"我们精心定制设备，使其具有微创性，避开大脑深部的主要血管"。美国食品和药物管理局已批准使用电脉冲深部脑刺激治疗帕金森病症状。这种方法使用毫米厚的电极来激活大脑黑质区域中产生多巴胺的细胞。然而，一旦植入大脑，设备最终会开始腐蚀，植入物周围形成的疤痕组织会干扰电脉冲。新方法通过一根头发丝粗细的纤维传递超声波。图片来源：研究人员提供麻省理工学院的研究小组开始研究能否用超声波取代电刺激，从而克服其中的一些缺点。大多数神经元都有能对机械刺激（如声波的振动）做出反应的离子通道，因此超声波可用来激发这些细胞的活动。然而，现有的通过头骨向大脑输送超声波的技术无法高精度地深入大脑，因为头骨本身会干扰超声波，导致刺激偏离目标。Nayeem说："要精确调节神经元，我们必须深入到更深的区域，这促使我们设计出一种新型超声植入物，它能产生局部超声场。为了安全地到达大脑深部区域，研究人员设计了一种由柔性聚合物制成的细如发丝的纤维。纤维的顶端包含一个鼓状超声换能器，换能器上有一层振动膜。这层薄膜包裹着一层薄薄的压电薄膜，当这层薄膜被微小的电压驱动时，就会产生超声波，附近的细胞就能检测到这些超声波。"Hou说："它对组织安全，没有裸露的电极表面，而且功耗很低，这对转化为病人使用是个好兆头。"在对小鼠进行的试验中，研究人员发现，这种被称为ImPULS（可植入压电超声刺激器）的超声装置可以激发海马神经元的活动。然后，他们将这种纤维植入产生多巴胺的黑质，结果表明，这种纤维可以刺激背侧纹状体的神经元产生多巴胺。"刺激大脑一直是恢复大脑健康最有效但最不为人所知的方法之一。ImPULS让我们有能力以精确的时空分辨率刺激脑细胞，而且不会像其他方法那样产生损伤或炎症。"波士顿大学心理与脑科学助理教授、波士顿大学系统神经科学中心（Center for Systems Neuroscience）教员史蒂夫-拉米雷斯（Steve Ramirez）也是这项研究的作者之一。在新系统中，传感器（银色）由导线（金色）供电，导线可提供电刺激。图片来源：研究人员提供该装置的所有组件都具有生物兼容性，包括压电层，它是由一种名为铌酸钠钾（或 KNN）的新型陶瓷制成的。目前的植入物由外部电源供电，但研究人员设想未来的植入物可以由小型植入式电池和电子装置供电。研究人员开发了一种微加工工艺，使他们能够轻松改变纤维的长度和厚度，以及压电换能器产生的声波频率。这样就能为不同的大脑区域定制设备。Dagdeviren说："我们不能说这种装置会对大脑的每个区域产生同样的效果，但我们可以非常自信地说，这种技术是可扩展的，而且不仅适用于小鼠。我们还可以把它做得更大，以便最终用于人类。"研究人员现在计划研究超声波刺激会如何影响大脑的不同区域，以及这种装置在植入一年后能否保持功能。他们还对加入微流体通道的可能性很感兴趣，这样就能让装置在传递超声波的同时传递药物。研究人员说，除了有望成为帕金森病或其他疾病的潜在治疗手段外，这种超声波设备还可以成为帮助研究人员进一步了解大脑的宝贵工具。"我们的目标是将其作为一种研究工具提供给神经科学界，因为我们认为我们没有足够的有效工具来了解大脑，"Dagdeviren 说。"作为设备工程师，我们正在努力提供新的工具，以便我们能够更多地了解大脑的不同区域。"编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

新发现：虎甲虫利用拟态战胜拥有超声波探测能力的蝙蝠

新发现：虎甲虫利用拟态战胜拥有超声波探测能力的蝙蝠 访问：NordVPN 立减 75% + 外加 3 个月时长 另有NordPass密码管理器 虎甲虫独特的防御机制但是，虎甲虫却更进一步。当听到附近有蝙蝠时，它们会用自己的超声波信号做出反应，而在过去的 30 年里，没有人知道这是为什么。一项新研究的第一作者哈兰-高夫说："这对人类来说是一个非常陌生的想法：这些动物在夜间飞来飞去，试图在完全黑暗的环境中捕捉对方，用声音作为它们交流的方式，"这项新研究最终解开了这个谜团。他在佛罗里达自然历史博物馆做博士研究时推断，虎甲虫发出声音一定有很大好处，因为这也有助于蝙蝠找到它们。据科学家所知，虎甲虫是唯一一类似乎会对蝙蝠的捕食产生超声波的甲虫。不过，据估计有20% 的蛾类具有这种能力，这为了解其他昆虫的行为提供了有益的参考。"高夫说："这是一项非常有趣的研究，因为我们可以一层一层地剥开这个故事。许多在夜间活动的虎甲虫会发出高亢的超声波警告信号来驱赶蝙蝠。资料来源：Harlan Gough研究方法与观察研究人员首先证实，虎甲虫会在蝙蝠捕食时产生超声波。蝙蝠在夜空中飞行时，会周期性地发出超声波脉冲，从而捕捉到周围的环境。当蝙蝠找到潜在的猎物时，它们就会开始更频繁地发出声波，从而锁定目标。这也产生了一种独特的蝙蝠回声定位攻击序列，研究人员将其播放给虎甲虫听，看看它们会如何反应。甲虫飞行时，它的硬壳会张开，露出两片能产生升力的后翅。以前覆盖在翅膀上的鞘翅具有保护作用，对飞行没有帮助，这些后翅通常是竖起来不碍事的。研究人员在亚利桑那州南部的沙漠中度过了两个夏天，收集了 20种不同的虎甲虫进行研究。其中，有七种虎甲虫对蝙蝠的攻击序列做出了反应，它们向背部轻微摆动后翅。这使得跳动的后翅撞击到后缘，就像两对翅膀在鼓掌一样。在人耳中，这听起来像是微弱的嗡嗡声，但蝙蝠会接收到较高的频率，听到甲虫响亮而清晰的声音。昆虫对蝙蝠回声定位的反应"对蝙蝠的回声定位做出反应的能力远没有听到回声定位那么常见，"高夫说。"大多数蛾子并不是通过嘴巴来歌唱这些声音的，就像我们认为蝙蝠是通过嘴巴和鼻子进行回声定位一样。例如，虎蛾使用身体侧面的特殊结构，所以你需要这种结构来发出超声波，也需要耳朵来听到蝙蝠的声音。"虎甲虫会用超声波来回应蝙蝠的攻击声，但这是为什么呢？一些飞蛾可以通过近距离快速连续发出几声咔嗒声来干扰蝙蝠的声纳。不过，研究人员很快就排除了虎甲虫的这种可能性，因为它们产生的超声波过于简单，不可能达到这种效果。相反，他们怀疑会产生苯甲醛和氰化氢等防御性化学物质的虎甲虫在利用超声波警告蝙蝠它们是有害的就像许多飞蛾一样。"这些防御性化合物已被证明可以有效地对付一些昆虫捕食者，"高夫说。"有些虎甲虫当你把它们拿在手上时，实际上可以闻到它们产生的一些化合物的气味。"检验化学防御理论他们给大棕蝠喂食了 94 只虎甲虫来验证他们的理论，大棕蝠吃各种各样的昆虫，但对甲虫有强烈的偏好。出乎他们意料的是，90 只甲虫被完全吃掉，两只只被部分吃掉，只有两只被拒绝，这表明甲虫的防御性化学物质对大棕蝠几乎没有什么劝阻作用。据博物馆麦奎尔鳞翅目和生物多样性中心主任 Akito Kawahara 称，这是科学家第一次测试虎甲虫是否真的对蝙蝠有害。川原说："即使你确定了一种化学物质，也并不意味着它能抵御特定的捕食者。在与捕食者进行实验之前，你实际上并不知道。"模仿是一种生存策略原来，虎甲虫不会用超声波来警告蝙蝠它们的毒性。但还有最后一种可能。有些飞蛾即使是美味的，也会发出反蝙蝠的超声波。科学家认为，这些飞蛾是在模仿真正有害的飞蛾物种的超声波信号来欺骗蝙蝠。虎甲虫会不会也在做类似的事情呢？研究人员将早些时候收集到的虎甲虫超声波记录与数据库中已有的虎蛾记录进行了比较。在对超声波信号进行分析后，他们发现了一个明显的重叠，也找到了问题的答案。虎甲虫对蝙蝠没有化学防御能力，它们会产生超声波来模仿虎蛾，而虎蛾对蝙蝠是有害的。但这种行为仅限于夜间飞行的虎甲虫。在 2000 多种虎甲虫中，有些只在白天活动，利用视觉追逐和捕食较小的昆虫，没有蝙蝠捕食的选择性压力。研究人员在研究中发现的 12 种昼伏夜出的虎甲虫就证明了这一点。"如果你让一只晚上睡觉的虎甲虫对着它播放蝙蝠回声定位，它根本不会做出任何反应，"高夫说。"它们似乎很快就能失去害怕蝙蝠回声定位的能力。"生态影响和关注研究人员怀疑，鉴于对夜空声学研究的不足，可能还有更多未被发现的超声波拟态例子。川原说："我认为这在全世界都在发生。我们和我的同事杰西-巴伯（Jesse Barber）一起研究这个问题已经很多年了。我们认为这不仅仅是虎甲虫和飞蛾的问题。它似乎发生在各种不同的夜行性昆虫身上，我们之所以不知道，只是因为我们没有用这种方式进行过测试。"这些微妙的生态互动也有可能很快遭到破坏。声学拟态需要一个安静的环境才能发挥作用，但人类的影响，如噪音和光污染，已经在改变夜空的外观和声音。川原说："如果我们想了解这些过程，我们现在就需要做。在我们的后院里，正在发生着我们看不到的奇妙过程。但是，如果让我们的世界变得更响亮、更明亮，并改变温度，这些平衡就会被打破。"作者在《 生物学通讯》（ Biology Letters）杂志上发表了他们的研究报告 。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员开发出一种可以提高量子电阻标准性能的方法

研究人员开发出一种可以提高量子电阻标准性能的方法 在电子产品的工业生产中，例如在高科技传感器、微芯片和飞行控制器的制造中，精确测量电阻是必不可少的。维尔茨堡大学（JMU）拓扑绝缘体研究所的物理学家查尔斯-古尔德（Charles Gould）教授解释说："非常精确的测量在这里至关重要，因为即使是最小的偏差也会对这些复杂的系统产生重大影响。有了我们的新测量方法，我们就可以利用量子反常霍尔效应（QAHE），在没有任何外部磁场的情况下，大幅提高电阻测量的精度"。新方法的运作方式许多人可能还记得物理课上的经典霍尔效应：当电流流过导体并将其暴露在磁场中时，就会产生电压，即所谓的霍尔电压。将该电压除以电流得到的霍尔电阻会随着磁场强度的增加而增大。在薄层中和足够大的磁场中，霍尔电阻开始出现阶跃，其值恰好为 h/ne2，其中 h 为普朗克常数，e 为基本电荷，n 为整数。这就是所谓的量子霍尔效应，因为电阻只取决于自然界的基本常数（h 和 e），因此它是一个理想的标准电阻器。QAHE 的特别之处在于它可以在零磁场条件下产生量子霍尔效应。"在没有任何外部磁场的情况下运行，不仅简化了实验，而且在确定另一个物理量：千克时也具有优势。要确定千克，必须同时测量电阻和电压，"古尔德说，"但测量电压只有在没有磁场的情况下才能进行，因此量子霍尔效应是这方面的理想选择。"迄今为止，QAHE 只能在电流过低的情况下进行测量，而电流过低则无法用于实际计量。究其原因，是在较高电流下的电场干扰了 QAHE。维尔茨堡的物理学家们现在已经找到了解决这一问题的方法。古尔德解释说："我们在一个被称为多端科比诺装置的几何结构中使用两个独立的电流来中和电场。有了这一新技巧，电阻在更大的电流下仍可量化为 h/e2，从而使基于 QAHE 的电阻标准更加稳健"。"在实际应用的道路上在可行性研究中，研究人员能够证明新的测量方法能够达到基本直流电技术的精度水平。他们的下一个目标是使用更精确的计量工具来测试这种方法的可行性。为此，维尔茨堡小组正与专门从事此类超精密计量测量的德国国家计量研究院（PTB）密切合作。这种方法并不局限于量子霍尔效应。鉴于传统的量子霍尔效应在足够大的电流下也会遇到类似的电场驱动限制，因此这种方法还可以改进现有的计量标准，用于更大电流的应用。编译来源：ScitechDailyDOI: 10.1038/s41928-024-01156-6 ... PC版： 手机版：

新加坡国立大学研究人员设计出一种利用鱼鳞传递加密信息的方法

新加坡国立大学研究人员设计出一种利用鱼鳞传递加密信息的方法 这种工艺需要精确加热废弃的鱼鳞，鱼鳞由一种被称为羟基磷灰石的矿物质和交错的胶原链组成。高温会永久性地改变这两种物质的分子结构，使它们在紫外线照射下发出明亮的青色荧光。如果没有经过热处理，鳞片只会发出微弱的暗蓝色荧光。重要的是，即使鳞片经过热处理，在没有紫外线照射的情况下，它们看起来也与周围未经处理的鳞片无异。研究团队成员 Sow Chorng Haur 教授（左）和 Sharon Lim 博士 新加坡国立大学科学家们在研究中主要使用了广泛养殖的红罗非鱼的鳞片，尽管对其他鱼类鳞片的实验表明它们也同样有效。经过反复试验，他们发现将鱼鳞加热到 270 ºC（518 ºF）三分钟效果最好。更高的温度会产生更亮的荧光效果，但会导致鳞片烧焦，从而变得异常脆弱。该技术可用于以两种方式显示字符（如字母、数字、符号等）。首先，可以简单地将多个经过热处理的鳞片排列起来，使它们组合成一个特定角色的形状。同样，在这种情况下，它们会被伪装在未经处理的鳞片背景中。另外，还可以使用超精细激光束将图案加热到单个鳞片的某一部分，形成只能利用紫外光和显微镜成像的微观特征。这就像是给鳞片纹上了一个小纹身。没错，这确实让人想起了电影《银翼杀手》中带有序列号印记的蟒蛇鳞片。为了扩大鳞片的用途，对鳞片进行热处理还能使其表面更加多孔，使其能够选择性地吸附污染水中的一种名为罗丹明B 的有毒工业染料。在实验室测试中，经过处理的鳞片在短短 10 分钟的接触时间内就从受污染的水样中去除了 91% 的化学物质。这些鳞片可以通过超声波"清空"，然后重新用于水净化系统，或用于检测试剂盒，以显示水样中是否含有这种染料。从左到右：白光、紫外光和绿光下经过热处理的鱼鳞，包括一些吸附了污染物罗丹明 B 的鱼鳞 新加坡国立大学此外，当鳞片中含有吸附的罗丹明B时，它们在绿光照射下会发出橙色荧光。这种功能可与鳞片在紫外线下发出青色荧光的能力相结合，为其在包装或类似应用中的使用增加一层额外的安全性。"在全球范围内，预计每年有 720 万到 1200 万吨的鱼类废弃物被丢弃。这使得鱼鳞废弃物成为一种丰富的再循环资源，"Sow教授说。"通过重新评估废物流，可以发现以前可能被忽视的材料的迷人特性和多功能性。"鱼鳞的其他潜在用途还包括柔韧的"电子皮肤"、伤口敷料和骨折愈合材料。有关这项研究的论文已发表在《自然通讯》杂志上。 ... PC版： 手机版：