令人惊讶的发现：铂表面的石墨烯似乎违背了库仑定律

令人惊讶的发现：铂表面的石墨烯似乎违背了库仑定律原子力显微镜下尖端和莫伊雷超级结构之间的摩擦力取决于尖端在表面移动的速度。资料来源：巴塞尔大学物理系和Scixel公司石墨烯由单层碳原子像蜂窝一样排列组成，是一个最好的例子，正在研究其作为润滑层的潜力。早期的研究表明，石墨烯带可以在黄金表面上几乎无摩擦地滑行。如果将石墨烯应用于铂金表面，它对可测量的摩擦力有很大影响。现在，来自巴塞尔大学和特拉维夫大学的物理学家在《纳米通讯》杂志上报告说，在这种情况下，摩擦力取决于原子力显微镜（AFM；见方框）的尖端在表面移动的速度。这一发现令人惊讶，因为根据适用于宏观世界的库仑定律，摩擦力并不取决于速度。与铂金基底结合，石墨烯不再只形成碳原子的六边形蜂窝图案，而是形成被称为莫伊雷超晶格的超级结构。这时，表面不再是完全平坦的，而是表现出一定程度的粗糙度。"如果我们以低速将AFM尖端移过这个略带波纹的表面，我们会测量到一个微弱且几乎恒定的摩擦力，"来自瑞士纳米科学研究所和巴塞尔大学物理系的恩斯特-迈耶教授解释说。第一作者宋一鸣博士补充说："然而，超过一定的阈值，摩擦力就会随着AFM针尖的速度增加。莫伊雷结构的上层越大，摩擦力变得与速度有关的阈值越低"。研究人员发现，在原子力显微镜针尖的移动过程中，莫伊雷上层结构的脊部有更大的阻力。这些脊状部位由于推动尖端而发生弹性变形，然后在压力足够大时再次放松。这种效应带来更大的摩擦力，并随着针尖的速度增加，模拟和分析模型证实了这个国际研究小组获得的实验结果。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1341797.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1341797.htm

新型AI技术打破了原子力材料表面成像技术的基本限制

新型AI技术打破了原子力材料表面成像技术的基本限制原子力显微镜（AFM）是一种广泛使用的技术，可以定量绘制材料表面的三维图。然而，原子力显微镜的精度受到显微镜探针尺寸的限制。为了突破这一限制，我们开发了一种新型人工智能技术，使显微镜在材料分析中达到更高的分辨率。伊利诺伊大学香槟分校的研究人员开发的深度学习算法经过训练，可以从原子力显微镜图像中去除探针宽度的影响。据《纳米快报》（NanoLetters）杂志报道，该算法超越了其他方法，首次以低于显微镜探针尖端宽度的分辨率给出了真正的三维表面轮廓。材料表面成像技术的突破"精确的表面高度轮廓对于纳米电子学的开发以及材料和生物系统的科学研究至关重要，而原子力显微镜是一种能够无创测量轮廓的关键技术，"该项目负责人、工大材料科学与工程系教授张英杰说。"我们已经展示了如何更加精确地观察更小的东西，我们也展示了如何利用人工智能来克服看似无法克服的限制。"显微镜技术通常只能提供二维图像，基本上只能为研究人员提供材料表面的航拍照片。原子力显微镜可提供完整的地形图，准确显示表面特征的高度剖面。这些三维图像是通过在材料表面移动探针并测量其垂直偏转而获得的。经深度学习算法处理的原子力显微镜图像。左列包含模拟的原子力显微镜图像，中间一列包含经过算法处理和重建的图像，右列包含添加原子力显微镜效应之前的原始图像。来源：NanoLett.如果表面特征接近探针尖端的大小（约10纳米），显微镜就无法分辨，因为探针变得太大，无法"感觉"出这些特征。几十年来，显微镜学家们一直意识到这一局限性，但伊利诺伊大学的研究人员是第一个给出确定性解决方案的人。"我们之所以求助于人工智能和深度学习，是因为我们想获得高度剖面--精确的粗糙度--而不受传统数学方法的固有限制。"研究人员开发了一种具有编码器-解码器框架的深度学习算法。它首先通过将原始原子力显微镜图像分解为抽象特征对其进行"编码"。在对特征表示进行处理以消除不良影响后，再将其"解码"回可识别的图像。为了训练该算法，研究人员生成了三维结构的人工图像，并模拟了它们的原子力显微镜读数。然后构建算法，利用探针尺寸效应转换模拟原子力显微镜图像，并提取基本特征。博纳吉里说："实际上，我们必须做一些非标准的事情才能做到这一点。典型的人工智能图像处理的第一步是根据某个标准重新调整图像的亮度和对比度，以简化比较。但在我们的案例中，绝对亮度和对比度才是有意义的部分，因此我们不得不放弃第一步。这让问题变得更具挑战性。"为了测试他们的算法，研究人员在硅主机上合成了已知尺寸的金和钯纳米粒子。该算法成功消除了探针尖端效应，并正确识别了纳米粒子的三维特征。张说："我们已经给出了概念验证，并展示了如何使用人工智能来显著改善原子力显微镜图像，但这项工作仅仅是个开始。与所有人工智能算法一样，我们可以通过在更多更好的数据上进行训练来改进它，但前进的道路是明确的。"编译自：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1422273.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1422273.htm

揭开蜥蜴尾巴的秘密：软骨再生研究的突破性进展

揭开蜥蜴尾巴的秘密：软骨再生研究的突破性进展南加州大学凯克医学院的科学家发现了参与蜥蜴软骨再生过程的关键细胞--这一发现可能为治疗骨关节炎的新方法提供启示。南加州大学凯克医学院（KeckSchoolofMedicineofUSC）的一个研究小组首次详细描述了两种细胞类型之间的相互作用，这两种细胞类型使蜥蜴的尾巴得以再生。这项研究的重点是蜥蜴重建软骨的非同寻常的能力，在失去尾巴后，软骨取代骨骼成为再生尾巴的主要结构组织。这项研究由美国国立卫生研究院（NIH）资助，将于今天（8月10日）发表在《自然通讯》（NatureCommunications）杂志上。据美国疾病控制和预防中心称，骨关节炎是一种使人衰弱的退行性疾病，影响着美国约3250万成年人。目前还没有治疗骨关节炎的方法。该研究的通讯作者、南加州大学凯克医学院骨科手术和干细胞生物学与再生医学助理教授托马斯-洛齐托说："蜥蜴再生软骨的能力有点神奇，因为它们可以再生大量软骨，而且不会过渡到骨骼。"蜥蜴是唯一能够再生不骨化软骨的高等脊椎动物，也是哺乳动物的近亲，可以再生出包括软骨在内的多种组织类型的附属器官。相比之下，人类一旦成年，就无法修复受损的软骨。正在再生尾巴的绿无尾蜥。图片来源：ArielVonk/Lozito实验室洛齐托解释说，了解具有超强愈合能力的生物是如何再生组织的，有助于研究人员找到在哺乳动物身上重现这些过程的方法："我们的目标是找到一种方法，将这一过程转化到人类身上，因为人类无法修复软骨。这代表着重要的一步，因为我们需要详细了解这一过程，然后才能尝试在哺乳动物身上重现这一过程。"第一作者阿里尔-冯克（ArielVonk）是洛齐托实验室的一名博士生，他和研究小组确定，被称为成纤维细胞的细胞有助于构建组织，是蜥蜴再生尾巴中构建软骨的关键细胞类型，蜥蜴的骨骼几乎完全由软骨构成。研究描述了某些成纤维细胞基因活动的变化，这种变化使软骨得以构建。他们还发现，一种名为"败血细胞"的免疫细胞在抑制纤维化或疤痕方面发挥着重要作用，使再生过程得以进行。洛齐托说："这两种细胞共同作用，为再生过程的开始奠定了基础。"他指出，人类与蜥蜴的一个主要区别是，人类组织容易结疤，而结疤会阻碍组织再生。未来的一个研究方向是利用单细胞RNA测序技术更好地描述阻止蜥蜴结疤的分子机制，从而尝试在哺乳动物身上重现这一过程。鉴于他们已经了解了相关的细胞类型和分子过程，研究小组进行了测试，以确定他们能否在蜥蜴四肢中重建软骨的过程。他们从蜥蜴尾巴中提取了隔膜细胞，并将其植入缺乏促进再生免疫细胞的蜥蜴四肢中，这些细胞被发现负责抑制疤痕的形成。通过重建类似尾巴的信号环境，他们成功地诱导了蜥蜴肢体软骨的形成。洛齐托补充说，他们希望利用在蜥蜴肢体实验中采用的技术，测试是否能从小鼠开始诱导哺乳动物软骨的形成。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1376193.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1376193.htm

BonFIRE开启显微镜设备的新篇章 以惊人的细节揭示生命的分子多样性

BonFIRE开启显微镜设备的新篇章以惊人的细节揭示生命的分子多样性BonFIRE技术在发表于《自然-光子学》（NaturePhotonics）杂志上的一篇论文中，加州理工学院化学助理教授、传统医学研究所研究员LuWei实验室的研究人员展示了他们称之为"键选择荧光检测红外激发光谱显微镜"（BonFIRE）的技术。BonFIRE将两种显微镜技术合二为一，具有更高的选择性和灵敏度，使研究人员能够在前所未有的单分子水平上可视化生物过程，并从分子角度了解生物机制。研究报告的合著者、化学工程专业研究生DongkwanLee说："有了我们的新型显微镜，我们现在可以用振动对比来观察单分子，而这是现有技术难以做到的。"博士后学者HaominWang（左）和研究生DongkwanLee（右）演示BonFIRE显微设备的操作。资料来源：加州理工学院BonFIRE背后的技术BonFIRE涉及的一项技术是荧光显微镜，该技术通过在分子和其他微观结构上标记荧光化学标记，使其在成像时发光，从而对其进行成像。另一种技术是振动显微镜技术，它利用分子原子间结合键的自然振动。要成像的样本会受到光的轰击，这里指的是红外光。这种轰击会导致材料分子中的键发生振动，从而可以识别它们的类型。例如，三键的振动与单键的振动"听起来"不同，与另一个碳原子结合的碳原子的振动与与氮原子结合的碳原子的振动听起来不同。这与训练有素的吉他手通过聆听吉他发出的音色，就能分辨出吉他上的哪根弦被拨动以及它是由什么材料制成的并无二致。化学助理教授兼遗产医学研究所研究员LuWei。资料来源：加州理工学院优势结合Wei说，荧光显微镜允许研究人员观察单个分子，但不能提供丰富的化学信息。另一方面，振动显微镜虽然能提供丰富的化学信息，但只有当被成像的分子大量存在时才能发挥作用。BonFIRE通过将振动与荧光耦合，有效地结合了这两种技术的优势，从而解决了这些局限性。整个过程是这样的：首先用荧光染料对样品进行染色，荧光染料会与要成像的分子结合。然后用红外光脉冲轰击样品，调整红外光的频率以激发染料中的特定键。一旦该键被该光的一个光子激发，第二个能量更高的光脉冲就会照射到该键上，并激发它发出显微镜可以检测到的荧光。这样，显微镜就能对整个细胞或单个分子进行成像。未来展望这项研究的合著者、化学博士后学者助理研究员王浩敏说："我们对这种光谱学过程非常着迷，很高兴能将其转化为现代生物成像的新型工具。在过去的三年里，我们一直在冒险建造我们的定制BonFIRE显微镜，并对这一光谱过程有了更深入的了解，这进一步帮助我们优化了设置中的每个组件，从而达到了现在的性能。"在论文中，科学家们还展示了用"颜色"标记生物分子的能力，使它们能够相互区分。这是通过使用组成染料分子的原子的几种同位素来实现的。(同位素是一种元素的不同形式，由于其原子核的中子数目有多有少，因此原子量也不同）。它们的键振动频率会随着原子质量的增减而变化。Wei说："传统的荧光显微镜一次只能分辨出少数几种颜色，而BonFIRE则不同，它利用红外光激发不同的化学键，产生彩虹般的振动颜色。可以同时对同一样本中的许多不同目标进行标记和成像，以令人惊叹的细节揭示生命分子的多样性。我们希望能在不久的将来展示活细胞中数十种颜色的成像能力。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1378319.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1378319.htm

梦寐以求的纳米材料：MXene在韩国实现突破性量产条件

梦寐以求的纳米材料：MXene在韩国实现突破性量产条件MXene开发于2011年，是一种金属层和碳层交替的二维纳米材料，具有高导电性，可与各种金属化合物结合，是一种可用于半导体、电子设备和传感器等各种行业的材料。要正确利用MXene，必须了解其表面覆盖的分子类型和数量。如果表面覆盖的分子是氟，导电性就会降低，电磁波屏蔽效率也会降低。然而，由于MXene的厚度只有1纳米（纳米--十亿分之一米），即使使用高性能电子显微镜也需要几天时间才能分析出表面的分子，因此直到现在还无法进行大规模生产。分析MXene表面的突破性进展韩国科学技术院印韩科学技术中心（IKST）主任Seung-CheolLee领导的研究小组开发出一种方法，可以利用MXene的磁阻特性预测表面分子的分布情况。利用这种方法，可以通过简单的测量来测量MXene的分子分布，从而实现生产过程中的质量控制，这有望为迄今为止无法实现的大规模生产开辟道路。预测的MXene霍尔散射系数。资料来源：韩国科学技术院研究小组根据导电性或磁性会随表面附着的分子而改变这一观点，开发了一套二维材料特性预测程序。因此，他们计算了MXene的磁传输特性，并成功地分析了MXene表面在常压和室温下吸附的分子类型和数量，而无需任何额外装置。霍尔散射系数及其应用通过使用开发的特性预测程序分析MXene表面，可以预测影响磁传输的霍尔散射系数会因表面分子类型的不同而发生显著变化。霍尔散射系数是描述半导体材料电荷携带特性的物理常数，研究小组发现，即使制备相同的MXene，霍尔散射系数的值也为2.49，其中氟最高，氧为0.5，氢氧化物为1，从而分析出分子的分布情况。霍尔散射系数根据数值的不同有不同的应用，如果数值低于1，可应用于高性能晶体管、高频发生器、高效传感器和光电探测器，如果数值高于1，则可应用于热电材料和磁性传感器。考虑到MXene的尺寸仅为几个纳米或更小，适用设备的尺寸和所需功率都可以大大缩小。结论与未来展望IKST主任Seung-CheolLee说："与以往侧重于纯MXene生产和特性的研究不同，这项研究的意义在于它提供了一种新的表面分子分析方法，可以轻松地对制造的MXene进行分类。通过将这一成果与实验研究相结合，我们期望能够控制MXene的生产过程，从而用于大规模生产具有统一质量的MXene"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1384811.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1384811.htm

突破性研究揭示 COVID-19 脑雾的潜在治疗方法

突破性研究揭示COVID-19脑雾的潜在治疗方法记忆力减退和学习困难是COVID-19患者在康复过程中出现的许多令人困惑的症状之一。然而，人们对造成这些认知障碍（俗称脑雾）的机制知之甚少。在一项新的研究中，伊利诺伊大学芝加哥分校的研究人员发现了导致感染SARS-CoV-2（COVID-19背后的病毒）的小鼠出现神经系统问题的机制。研究人员还找到了一种有助于预防这些变化的治疗方法。医学院解剖学和细胞生物学助理教授莎拉-卢茨（SarahLutz）领导了这项发表在《大脑》（Brain）杂志上的研究。研究小组重点研究了血脑屏障，它在多发性硬化症等其他神经系统疾病中也发挥着作用。正常情况下，血脑屏障保护大脑免受血液中潜在有害细胞或分子的侵害。但研究人员发现，受感染的小鼠血脑屏障血管渗漏，记忆力或学习能力受损。为了了解原因，研究人员观察了受感染小鼠大脑中的血管，看看哪些基因发生了最大的改变。他们发现，一种名为Wnt/β-catenin的信号通路明显减少，而这种信号通路有助于维持血脑屏障的健康，保护大脑免受损伤。根据这些结果，研究小组探讨了刺激Wnt/beta-catenin通路的基因疗法能否防止感染SARS-CoV-2的小鼠脑损伤。事实上，它就是这样做的。Lutz说："他们的血脑屏障渗漏较少，免疫细胞对大脑的浸润也较少，从而改善了学习和记忆能力。"大脑中的血管内皮细胞（绿色）和基底膜（红色）。图片来源：SarahLutz由于年龄是感染COVID-19的人类出现认知障碍的一个风险因素，研究小组在研究中重点关注年龄较大的小鼠。他们特别追踪了小鼠的轻度感染情况。由于接种了疫苗，目前人类感染COVID-19的大多数病例都是轻度感染，而不是重度感染。然而，即使是轻度感染也会导致认知障碍，Lutz说。虽然这项研究距离为人类确立一种预防感染后认知障碍的疗法还有很长的路要走，但这项研究是在这条道路上迈出的重要一步。任何时候，只要能确定一种导致疾病的分子机制，就能了解基础生物学和一般疾病的病因。这项研究表明，改善血脑屏障的完整性对预防COVID-19并发症有好处。本杰明-戈德堡（BenjaminGoldberg）教授、UIC生物化学与分子遗传学系主任、该研究的合著者贾莱斯-雷曼（JaleesRehman）博士解释说，从COVID-19大流行中得到的一个重要教训是，即使是轻微感染也会对包括大脑在内的器官产生深远影响。"有必要对可能影响大脑的呼吸道感染开展更多研究，"雷曼说。"好消息是，通过研究感染激活的分子信号以及随后免疫系统对感染做出反应时的炎症过程，我们可以开发出新的靶向疗法，防止大脑和其他器官受到进一步损害。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426077.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426077.htm