中国科学家制造出阻燃、抑烟和超疏水透明竹材

中国科学家制造出阻燃、抑烟和超疏水透明竹材科学家用化学方法去除木纤维中的木质素，然后用有机玻璃或环氧树脂处理剩余材料。最终得到的材料是透明的、可再生的、与玻璃一样结实或比玻璃更结实，同时重量更轻、隔热性更好。不过，使用木材还是有一些问题。木材比玻璃更易燃，而且需求量大，需要很长时间才能补充库存。因此，在这项新研究中，中国中南林业科技大学（CSUFT）的研究人员转而使用竹子。竹子通常被称为'第二森林'，它的生长和再生速度极快，可以在四到七年的生长期内成熟并用作建筑材料，"该研究的通讯作者万才超说。"竹子的亩产量是木材的四倍，其卓越的效率是公认的"。竹子的内部结构和化学成分与木材非常相似，因此研究小组采用了相同的方法将其变成透明的。去除木质素后，竹子被注入一种无机液体硅酸钠，改变纤维对光线的折射，使其变得透明。然后，再进行处理，使材料具有疏水性或拒水性。最终的材料形成三层结构--顶部是硅烷，中间是二氧化硅，底部是硅酸钠，这种竹材是透明的，透光率高达71.6%，具有阻燃、防水、阻挡烟雾和一氧化碳的功能。在力学方面，它的弯曲模量为7.6GPa，拉伸模量为6.7GPa。它不仅可以用作建筑材料，而且在用作过氧化物太阳能电池的基板时，它就像一个光管理层。这使电池的功率转换效率提高了15.29%。在未来的研究中，研究人员将重点关注这种透明竹子的大规模制造和多功能化。这项研究发表在《研究》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1431006.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1431006.htm

科学家设法将各种食品加工废料转化为有利可图的化合物

科学家设法将各种食品加工废料转化为有利可图的化合物科学家们在估计食品加工废物的最佳大规模用途方面迈出了第一步，首先分析其内容，并根据这些发现提出生产机会，从可持续燃料、沼气和电力到有用的化学品和有机肥料。这项工作被称为"价值化"，或确定"在其他方面没有价值，甚至对公司来说是一种资源消耗的东西的潜在价值--当你不得不花钱来处理它时，"该研究的高级作者、俄亥俄州立大学园艺和作物科学以及食品、农业和生物工程教授卡特里娜-科尼什说。"生物经济正作为一个话题变得更加普遍。在这种情况下，不要摆脱食物垃圾--从它身上赚点钱，"科尼什说，他也是俄亥俄州生物新兴材料的研究学者。"在这里，我们正在为那些想知道'我可以用这些东西做什么'的食品制造商建立基础模型。我们的流程图为他们指引了一个具体的方向，防止他们浪费时间去尝试我们知道不会成功的东西。"这项研究最近在线发表在《总体环境科学》杂志上。在美国每年丢弃的800亿磅食物中，约有2%归因于食品制造和加工--食物垃圾中的固体被送往填埋场或堆肥，而液体则被倒入下水道。在这项研究中，研究人员总共收集了46个废物样本，其中14个来自俄亥俄州的大型食品加工公司，并将它们分为四大类：蔬菜、富含脂肪、工业污泥和淀粉。然后，他们对样本内容的物理和化学特性进行了描述，并测试了一些他们认为是发酵成平台化学品丙酮的良好候选者的淀粉类废物。从总体上看，一种废物类型的能量密度（基于热值）和碳氮比是决定其再利用潜力的主要因素。例如，脂肪类废物和矿物类废物可以通过厌氧消化产生沼气，而大豆废物具有足够的能量密度，可用于生产生物柴油。低热值的蔬菜垃圾对于能源生产来说不是很好，但它们是丰富的黄酮类化合物、抗氧化剂和色素的有机来源，可以被提取并用于促进健康的化合物。基于对纤维和矿物质丰富的废物的分析，科尼什的实验室开发了一种方法，将来自俄亥俄州食品生产商的蛋壳和番茄皮变成橡胶产品的填充物，例如，部分取代轮胎中基于石油的炭黑。"我们将这项工作与环境保护署的目标相一致，即到2030年减少50%的食物损失和浪费，"第一作者BeenishSaba说，他是俄亥俄州食品、农业和生物工程的博士后研究员。"那么，如何才能减少这种浪费？价值化是一种方法。在俄亥俄州，正在种植的玉米可以转化为生物燃料、丙酮和丁醇，在这里，我们已经确定了其他已经可以作为废物的来源，你也可以转化为这些产品。"拟议的转换技术需要能源来运作，也会产生一些二次废物，但价值化模型为进一步的"从摇篮到坟墓"的分析奠定了基础，这将有助于量化大规模减少食品-和其他行业-废物的环境效益。研究人员说，虽然这项研究是一个起点，但它最好能激励食品生产商考虑从目前被视为垃圾的废品中制造出一些东西的可能性。"我们希望发生的是，食品生产者将实际审视他们的成本和他们的足迹，看看哪种方法对他们的特定废物最有效--哪种方法在经济上的负面影响最小，最好是有利可图，而且还能将任何碳足迹降至最低，"科尼什说。"就全球变暖而言，任何可以被估价的废物都对全球变暖有直接影响，因为它对排放和生态系统有直接影响。这都是为了提高能源安全，降低食物垃圾管理的财政和环境影响，如果你的废物有足够的价值，你可以用它做一些事情，防止它进入垃圾填埋场，这真是一件好事。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1346403.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1346403.htm

科学家利用CRISPR基因编辑技术培育更好的林木 以实现可持续纤维生产

科学家利用CRISPR基因编辑技术培育更好的林木以实现可持续纤维生产在北卡罗来纳州立大学CRISPR先驱RodolpheBarrangou和树木遗传学家JackWang的领导下，研究小组利用预测建模设定了降低杨树木质素水平、提高碳水化合物与木质素（C/L）比率以及增加两种重要木质素结构单元（丁香基和愈创木基（S/G））比率的目标。Barrangou和Wang说，这些综合化学特性代表了纤维生产的甜蜜点。北卡罗来纳州立大学食品、生物加工和营养科学ToddR.Klaenhammer特聘教授、该论文的共同通讯作者Barrangou说："我们正在利用CRISPR技术建造一个更具可持续性的森林。CRISPR系统提供了编辑单个基因或基因家族以外的更多基因的灵活性，使木材特性得到更大的改善。"CRISPR修饰的杨树（l）和野生杨树在北卡罗来纳州立大学的温室中生长。资料来源：北卡罗来纳州立大学杨振民研究小组利用机器学习模型预测并筛选了近7万种不同的基因编辑策略，这些策略针对21个与木质素生产相关的重要基因--有些策略一次改变多个基因。这一过程确定了347种策略；其中99%以上的策略至少针对三个基因。在此基础上，研究人员选出了七种最佳策略，这些策略的建模结果表明，这些策略将使树木达到化学甜点--木质素含量比野生或未经改造的树木低35%；C/L比比野生树木高200%以上；S/G比比野生树木也高200%以上；树木生长速度与野生树木相似。CRISPR修饰的木材（l）与野生型杨树木材（r）呈现红色根据这七种策略，研究人员利用CRISPR基因编辑技术培育出了174个杨树品系。在北卡罗来纳州立大学的温室中培育6个月后，对这些杨树的检测结果显示，一些品种的木质素含量降低了50%，而另一些品种的C-L比率则提高了228%。研究人员说，有趣的是，4至6个基因编辑的树木木质素减少更为显著，尽管3个基因编辑的树木木质素减少高达32%。单基因编辑根本无法大幅降低木质素含量，这表明利用CRISPR技术改变多基因可为纤维生产带来优势。该研究还包括复杂的纸浆生产厂模型，这些模型表明，降低树木中的木质素含量可提高纸浆产量并减少所谓的黑液（制浆的主要副产品）。这可帮助纸浆厂将可持续纤维的产量提高40%。如果在工业化生产中减少树木中的木质素并提高C/L和S/G比率，那么纤维生产中发现的效率可使纸浆生产中的温室气体排放量最多减少20%。林木是地球上最大的生物碳汇，对遏制气候变化至关重要。它们是我们生态系统和生物经济的支柱。在北卡罗来纳州，林业对当地经济的贡献超过350亿美元，并提供了约14万个工作岗位。北卡罗来纳州立大学助理教授兼森林生物技术组主任、该论文的共同通讯作者Wang说："当我们的自然资源日益受到气候变化的挑战并需要利用更少的土地生产更可持续的生物材料时，多重基因组编辑为提高森林的恢复力、生产力和利用率提供了一个绝佳的机会。"接下来的步骤包括继续进行温室测试，以观察基因编辑树木与野生树木相比的表现。随后，研究小组希望通过田间试验来衡量基因编辑树木是否能够承受受控温室环境之外的室外生活所带来的压力。迈向可持续发展的未来。研究人员强调了多学科合作的重要性，这项研究涵盖了北卡罗来纳州立大学的三个学院、多个系、北卡罗来纳州植物科学计划、北卡罗来纳州立大学分子教育、技术和研究创新中心（METRIC）以及合作大学。"结合遗传学、计算生物学、CRISPR工具和生物经济学的树木育种跨学科方法极大地扩展了我们对树木生长、发育和森林应用的认识，"论文第一作者、北卡罗来纳州立大学博士后学者DanielSulis说。"这种强大的方法改变了我们的能力，使我们能够揭开树木遗传学的复杂性，并推导出综合解决方案，从而改善生态和经济上重要的木材性状，同时减少纤维生产的碳足迹。"在北卡罗来纳州立大学植物科学和林业领域长期创新传统的基础上，Barrangou和Wang创建了一家名为TreeCo的创业公司，以推动CRISPR技术在林木中的应用。这项由北卡罗来纳州立大学教师领导的合作努力旨在将树木遗传学的洞察力与基因组编辑的力量相结合，培育出更健康、更可持续的未来。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1371397.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1371397.htm

科学家用废木头制成不易用烂又容易生物降解的饮环保吸管

科学家用废木头制成不易用烂又容易生物降解的饮环保吸管虽然我们已经看到了其他实验性的环保吸管，但有些（如那些由纸制成的）在潮湿时就会分解，而其他（如那些由甘蔗制成的）则需要复杂的生产过程。非一次性的多用吸管当然是一种选择，尽管不是每个人在外出时都会随时带着这样的吸管。考虑到这些限制，韩国仁荷大学的科学家们将目光投向了木质素，这是一种有机聚合物，构成了包括树木在内的植物的大部分支撑组织。它也是纸浆和造纸业的副产品，以前曾被提出用于更便宜的电池、废弃的碳纤维和更坚固的混凝土等应用。研究人员将木质素与马铃薯淀粉或植物衍生的聚乙烯醇（PVA）相结合，然后向该混合物中添加柠檬酸。然后他们将浆液铺成薄片，将该薄片卷成圆柱体并使其干燥，然后在真空中以180ºC（356ºF）的温度加热该圆柱体。一批木质素基吸管由此产生的生物塑料沿着缝隙自我密封，形成一个长长的、细细的管子，被切割成单独的柔性吸管。这些吸管在浸入液体时不会变湿，甚至比传统的聚丙烯吸管更坚固。传统吸管在被暴露在大自然中两个月后仍然没有变化，但木质素吸管已经明显地生物降解了。关于这项研究的论文由DickensAgumba、DucHoaPham和JaehwanKim领导撰写--最近发表在ACSOmega杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1348075.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1348075.htm

世界上最具破坏性的软体动物：科学家揭开困扰人类2000年的船虫之谜

世界上最具破坏性的软体动物：科学家揭开困扰人类2000年的船虫之谜新研究发现，船虫利用其肠道中的共生微生物消化木材，这一发现颠覆了以往的认识，对生物技术和环境建模具有重要意义。贝尔法斯特码头桩基的横截面，上面布满了船虫洞。资料来源：巴里-古德尔"船虫是如此重要的动物，"最近发表在《国际生物劣化与生物降解》（InternationalBiodeteriorationandBiodegradation）上的这项研究的共同通讯作者鲁本-希普韦（ReubenShipway）说，他在阿默斯特大学（UMassAmherst）从事博士后研究，是这项工作的发起人之一。他是这项研究的发起人，也是马萨诸塞大学阿默斯特分校博士后奖学金获得者之一。"它们遍布全球海洋，不仅改变了历史，还是生态系统的工程师，在水生环境的碳循环中发挥着重要作用。令人难以置信的是，我们还没有充分了解它们是如何做到这一点的"。木头是一种神奇的物质：它柔韧而坚固，其纤维素质地粘稠但营养丰富，却也可以成为一顿美餐--但这只适用于那些能够消化木质素并能穿过木质素层的生物，木质素层是一种坚韧的盔甲状物质，环绕在纤维素周围。微生物学家很早就知道，那些能够消化木质素的动物，比如白蚁，它们的内脏中寄生着专门的共生微生物群，为它们分解木质素。"但是，"主要作者、刚刚退休的马萨诸塞大学阿默斯特分校微生物学教授、缅因大学名誉教授巴里-古德尔说，"长期以来，人们一直认为船虫的消化道几乎是无菌的"。船虫实际上是一种软体动物，遍布世界各大洋。图片来源：ReubenShipway那么，船虫是如何做到这一点的呢？古德尔和希普韦在过去十年的大部分时间里都在试图回答这个问题，他们对各种创新假设进行了测试，但没有一个假设揭开了船虫的秘密。古德尔说："我们决定再次仔细观察船虫的肠道，万一过去一百年的研究人员遗漏了什么呢？"事实上，情况似乎正是如此。原来，船虫有一个奇特的子器官，叫做typhlosole--"它看起来就像萨尔瓦多-达利倒立的胡子"，希普韦说，它嵌在软体动物的消化道中。以前的研究人员认为它是一个混合结构，但是当古德尔和希普韦进行了一些精确的培养工作，然后利用阿贡国家实验室的元基因组分析设施以及马萨诸塞大学阿默斯特应用生命科学研究所的先进遗传探针显微镜技术时，他们发现了几代研究人员所忽视的问题：隐藏的细菌共生体群具有产生木质素消化酶的能力。BarryGoodell（马萨诸塞大学阿默斯特分校）在观察布满船虫孔洞的木材。资料来源：巴里-古德尔潜在应用和环境影响这项研究不仅有助于解开一个长期存在的谜团，其发现还可能具有重要的实际应用价值。生物技术公司正在寻找能比目前的生物工业流程更有效地消化难消化底物的新酶，而能打开生物质残留物结构的新酶源对这一领域的发展非常重要。此外，以前的船虫共生体已被证明是天然产品（如新型抗寄生虫抗生素）的宝库，可能会对人类健康产生重大影响。在气候变化方面，此类研究有助于完善预测二氧化碳和其他温室气体如何释放到环境中的模型，特别是考虑到陆地上的大量木质碎屑最终会进入海洋，而海洋中的大部分木质碎屑都会通过船虫的肠道。最后，其他动物物种，包括其他软体动物、常见的蚯蚓，甚至青蛙的蝌蚪阶段，也拥有一种以前未曾深入研究过的typhlosole。如果能在这些动物体内发现与船虫类似的共生体，就能改变我们对这些动物如何在世界上生存的认识。古德尔谈到这项研究时说："这令人非常满意。我们多年来一直试图破解这个谜团，我们终于发现了船虫隐藏的细菌共生体秘密"。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434296.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1434296.htm

科学家发明有效地将废热转化为电能的新方法

科学家发明有效地将废热转化为电能的新方法美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究人员制造了一种新型设备，可以显着促进热能转化为电能。如果完善，该技术可以帮助回收在美国以每年约1000亿美元的速度浪费的部分热能。由NIST研究员KrisBertness和她的合作者开发的新制造技术包括在硅晶片上沉积数十万个微小的氮化镓柱。然后从晶圆底面去除硅层，直到只剩下一层薄薄的材料。柱子和硅片之间的相互作用减缓了硅中的热量传输，使更多的热量能够转化为电流。Bertness和她在科罗拉多大学博尔德分校的合作者最近在AdvancedMaterials杂志上报告了这一发现。制造方法完善后，硅片就可以缠绕在蒸汽管或排气管上，将热排放转化为电能，为附近的设备供电或输送到电网。另一个潜在的应用是冷却计算机芯片。通过在硅膜上生长纳米柱，NIST的科学家和他们的同事在不降低电导率的情况下将热传导减少了21%，这一结果可以显着促进热能向电能的转化。在固体中，热能由声子携带，声子是晶格中原子的周期性振动。膜中声子的某些振动与纳米柱中的声子产生共振，从而减缓热传递。至关重要的是，纳米柱不会减慢电子的运动速度，因此导电率仍然很高，从而创造出一种优质的热电材料。图片来源：S.Kelley/NISTNIST-科罗拉多大学的研究基于德国物理学家ThomasSeebeck最先发现的一个奇怪现象。在1820年代初期，塞贝克正在研究两根金属丝，每根金属丝由不同的材料制成，两端连接在一起形成一个环。他观察到，当连接电线的两个连接点保持不同温度时，附近的罗盘针会偏转。其他科学家很快意识到偏转的发生是因为温差在两个区域之间感应出电压，导致电流从较热的区域流向较冷的区域。电流产生了使罗盘针偏转的磁场。从理论上讲，所谓的塞贝克效应可能是回收否则会损失的热能的理想方式。但是有一个主要障碍。一种材料必须导热性差，以保持两个区域之间的温差，同时又必须非常好地导电，以将热量转化为大量电能。然而，对于大多数物质来说，导热性和导电性是齐头并进的；不良的热导体会导致不良的电导体，反之亦然。在研究热电转换的物理过程中，科罗拉多大学的理论家马哈茂德侯赛因发现，这些特性可以在覆盖有纳米柱的薄膜中解耦——立柱的材料长度不超过百万分之几米，或大约一米-人类头发厚度的十分之一。他的发现促成了与Bertness的合作。Bertness、Hussein和他们的同事使用纳米柱成功地将硅片中的热导率与电导率解耦——这在任何材料中都是首次，也是实现热能高效转换为电能的里程碑。研究人员在不降低其电导率或改变塞贝克效应的情况下，将硅片的热导率降低了21%。在硅和其他固体中，原子受到化学键的约束，不能自由移动以传递热量。因此，热能的传输采用声子的形式——移动原子的集体振动。氮化镓纳米柱和硅片都携带声子，但纳米柱内的声子是驻波，被微小柱的壁固定，就像振动的吉他弦在两端固定一样。在硅片中传播的声子与纳米柱中的振动之间的相互作用会减慢传播的声子，使热量更难通过材料。这降低了热导率，从而增加了从一端到另一端的温差。同样重要的是，声子相互作用适应完成这一壮举，同时保持硅片的导电能力不变。该团队现在正在研究完全由硅制成的结构，并具有更好的热电热回收几何形状。研究人员希望展示足够高的热电转换率，使他们的技术在工业上具有经济可行性。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1362827.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1362827.htm