科学家们发现了一个分子基础 揭开了动物碱性味觉的奥秘

科学家们发现了一个分子基础揭开了动物碱性味觉的奥秘最近，由莫内尔化学感官中心的首席研究员张亚莉博士带头的一组科学家揭示了这个有趣的问题，就像他们在2021年对pH值较低一侧的酸味所做的那样。他们的研究结果最近发表在《自然-代谢》杂志上，并在《自然》杂志上得到强调，他们确定了一个以前未知的氯离子通道，他们将其命名为嗜碱者（Alka），作为碱性pH值的味觉感受器。一只野生的果蝇在树枝上以露珠的形式选择食物。食物的两种颜色标志着pH值的不同，中性食物为金褐色，碱性食物为蓝色。Mi等人发现了一种名为Alka的味觉受体，负责感知碱性pH值。Alka是一个氯离子通道，被氢氧根离子（OH-）直接激活，从而能够避免潜在的有害碱性食物。资料来源：张亚莉，莫内尔化学感官中心pH值是衡量一种物质的酸性或碱性的尺度，对生物体起着至关重要的作用，因为许多生物过程，如分解食物和酶促反应，需要pH值的水平恰到好处。虽然我们熟悉酸味，它与酸有关，使我们能够感觉到pH值的酸性一端，但对动物如何感知pH值的另一端的碱却知之甚少。检测通常存在于食物来源中的酸和碱是很重要的，因为它们可以显著影响动物所食用的营养特性。Zhang的研究小组发现，Alka在苍蝇的味觉感受器神经元（GRNs）中表达，GRNs是哺乳动物味觉感受器细胞的对应物。当面对中性食物和碱性食物时，野生型苍蝇通常选择中性食物，因为高pH值物质通常有毒性。相反，缺乏Alka的苍蝇在面对碱性食物时，会失去对碱性食物的辨别能力。如果食物的pH值过高，在人类中可能是有害的，并导致健康问题，如肌肉痉挛、恶心和麻木。同样，果蝇吃了pH值高的食物后，它们的寿命也会缩短。该团队的工作表明，阿尔卡对于苍蝇远离有害的碱性环境至关重要。Zhang说："检测食物的碱性pH值是一种有利的适应性，有助于动物避免食用有毒物质。"为了了解Alka是如何感知高pH值的，Zhang的研究小组进行了电生理分析，发现Alka形成了一个氯离子（Cl-）通道，它被氢氧根离子（OH-）直接激活。与哺乳动物的嗅觉神经元一样，苍蝇的GRN内部的Cl-浓度通常高于该神经细胞外部。Zhang提出，当暴露在高浓度的刺激下，Alka通道打开，导致带负电荷的Cl-从苍蝇的GRN内部流向外部。这种Cl-的外流激活了GRN，最终向苍蝇的大脑发出信号：食物是碱性的，应该避免。这表明长期以来一直被忽视的Cl-和Cl-通道在向大脑发出味觉信号方面具有关键功能。此外，Zhang的小组利用基于光的光遗传学工具研究了苍蝇如何检测碱性物质的味道。他们发现，当他们关闭碱性GRNs时，苍蝇不再被碱性食物的味道所困扰。相反，他们通过向这些碱性GRNs照射红光来激活它们。有趣的是，当这些苍蝇被给予甜味食物并同时暴露在红光下时，这些苍蝇不再想吃甜味食物，很显然碱性味道会对苍蝇选择吃什么产生很大影响。总的来说，Zhang的研究小组已经确定Alka是一种新的味觉受体，专门用于感知食物的碱性pH值。在未来，他的团队旨在探索哺乳动物中是否存在类似的高pH值探测器。Zhang说："我们的工作解决了关于是否有碱性事物的味道的争论。结论是肯定是有的"。对包括人类在内的动物的新味觉品质的研究对了解饮食习惯和制定改善营养的战略有重要意义。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1354187.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1354187.htm

科学家发现了由二维材料六方氮化硼制成的板状波导

科学家发现了由二维材料六方氮化硼制成的板状波导美国海军研究实验室（NRL）与堪萨斯州立大学合作，宣布发现了由二维材料六方氮化硼制成的板状波导。这一里程碑式的发现已在《先进材料》（AdvancedMaterials）杂志上发表。二维（2D）材料是一类可以通过机械剥离层来还原到单层极限的材料,通过所谓的"苏格兰胶带"法，可以利用微弱的层间吸引力或范德华吸引力将各层分开。最著名的二维材料石墨烯是一种由单层碳原子组成的半金属材料。最近，包括半导体过渡金属二掺杂物（TMDs）和绝缘六方氮化硼（hBN）在内的其他二维材料也引起了人们的关注。当降低到接近单层极限时，二维材料具有独特的纳米级特性，这对制造原子级薄型电子和光学设备很有吸引力。新型材料与应用部门的SamuelLagasse博士说："我们知道使用六方氮化硼会使我们的样品具有出色的光学特性，但我们谁也没想到它还能起到波导的作用。由于氮化硼在基于二维材料的设备中应用如此广泛，这种作为光波导的新用途可能会产生广泛的影响。"六边形氮化硼波导中的波导光致发光共聚焦显微镜图像，边缘的叶状图案让人联想到锦鲤绕池游。图片由SamuelLaGasse于2023年4月拍摄。图片来源：美国海军研究实验室/SamuelLaGasse石墨烯和TMD单层材料对周围环境都极为敏感。因此，研究人员试图通过将这些材料封装在钝化层中来保护它们。这就是氢溴酸硼的作用所在：氢溴酸硼层能够"筛选"石墨烯或TMD层附近的杂质，从而产生奇妙的特性。在最近由NRL领导的工作中，对发光TMD层周围的hBN厚度进行了仔细调整，以支持光波导模式。波导技术的进步NRL的研究人员小心翼翼地将被称为"范德华异质结构"的二维材料堆叠在一起。这些异质结构因分层而具有特殊的性能。在二硒化钼或二硒化钨等TMD的单层周围放置了hBN板，这些TMD可以发射可见光和近红外线。hBN板的厚度经过仔细调整，这样发射的光就会被困在hBN内并被波导。当光波导到氢化硼的边缘时，就会散射出来，并被显微镜探测到。六边形氮化硼波导的实空间（左）和傅立叶空间（右）光致发光图像。实空间图像显示了样品内部发出光致发光的位置，而傅立叶空间图像则描述了发出光的角度。图片由NicholasProscia于2023年4月拍摄。图片来源：美国海军研究实验室/NicholasProscia这项研究的动力来自于二维TMD光学测量所面临的挑战。当激光聚焦在TMD上时，会产生称为激子的粒子。大多数激子在TMD平面外发光，但在某些TMD中存在一种难以捉摸的激子，被称为"暗"激子，它在TMD平面内发光。NRL的板坯波导可以捕捉暗激子发出的光，从而提供了一种对其进行光学研究的方法。"二维材料具有奇特的光电特性，对海军非常有用，"Lagasse说。"一个巨大的挑战是在不损坏现有平台的情况下将这些材料与现有平台连接起来--这些氮化硼波导是实现这一目标的一步"。NRL研究人员使用两种特殊类型的光学显微镜来鉴定氢化硼波导。其中一种装置允许研究人员从光谱学角度解析波导不同点发出的光致发光。另一种装置可以让他们观察发射光的角度分布。NRL研究人员还开发了波导的三维电磁模型。建模结果为设计未来使用片状波导的二维设备提供了一个工具包。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1420285.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1420285.htm

科学家运用咖啡显著提高燃料电池的效率

科学家运用咖啡显著提高燃料电池的效率在全球努力摒弃化石燃料的过程中，燃料电池成为一种无碳排放的显著能源。这些电池由阳极和阴极组成，并由电解质隔开，直接将燃料的化学能转化为电能。燃料被送入阳极，氧化剂（通常是空气中的氧气）被送入阴极。在氢燃料电池中，氢在阳极发生氧化，产生氢离子和电子。离子通过电解质移动到阴极，电子则流经外部电路，产生电能。在阴极，氧气与氢离子和电子结合，产生水作为唯一的副产品。然而，水的存在会影响燃料电池的性能。它与铂（Pt）催化剂发生反应，在电极上形成一层氢氧化铂（PtOH），阻碍了氧还原反应（ORR）的有效催化，导致能量损失。为了保持高效运行，燃料电池需要较高的铂负载，这大大增加了燃料电池的成本。但新的研究发现，咖啡因通过提高氧还原反应的活性可以改善燃料电池的性能。咖啡因在定义明确的铂单晶电极上的吸附结构，以及咖啡因改性前（蓝色条）和改性后（橙色条）燃料电池空气电极的活性。资料来源：千叶大学教授NagahiroHoshi在最近发表于《通讯化学》（CommunicationsChemistry）杂志上的一项研究中，NagahiroHoshi教授与日本千叶大学工程研究生院的MasashiNakamura、RyutaKubo和RuiSuzuki发现，在某些铂电极中添加咖啡因可以提高ORR的活性。这一发现有可能减少对铂的需求，使燃料电池更经济、更高效。Hoshi教授说："咖啡因是咖啡中含有的化学物质之一，在原子排列呈六角形结构的定义明确的铂电极上，它能将燃料电池反应的活性提高11倍。"咖啡因对铂电极的影响为了评估咖啡因对ORR的影响，研究人员测量了通过浸入含有咖啡因的电解质中的铂电极的电流。这些铂电极的表面原子按特定方向排列，即(111)、(110)和(100)。随着电解液中咖啡因浓度的增加，电极的ORR活性明显提高。咖啡因存在时会吸附在电极表面，有效阻止氢吸附和氧化铂在电极上的形成。然而，咖啡因的作用取决于电极表面铂原子的取向。当咖啡因摩尔浓度为1×10-6时，Pt(111)和Pt(110)上的ORR活性分别增加了11倍和2.5倍，而对Pt(100)没有明显影响。为了理解这种差异，研究人员使用红外反射吸收光谱法研究了咖啡因在电极表面的分子取向。他们发现，咖啡因在铂(111)和铂(110)表面被吸收时，其分子平面垂直于表面。然而，在铂(100)表面，立体阻碍导致咖啡因的分子平面相对于电极表面倾斜。"Pt(111)和Pt(110)的ORR活性提高是由于PtOH覆盖率降低和吸附的咖啡因的立体阻碍降低。相反，对于Pt(100)，PtOH减少的效果被吸附的咖啡因的立体阻碍抵消，因此咖啡因不会影响ORR活性，"Hoshi教授解释说。与寿命有限的电池不同，燃料电池只要提供燃料就能发电，因此适用于各种应用，包括车辆、建筑物和太空任务。所提出的方法有望改进燃料电池的设计，并使其得到广泛应用。编译自/scitechdaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423920.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423920.htm

地球史的秘密守护者：锆石帮助科学家揭示亿万年地质之谜

地球史的秘密守护者：锆石帮助科学家揭示亿万年地质之谜锆石是一种几乎与地球本身一样古老的矿物，它是时间的记录者，也是了解许多地质现象（如氧化状态）的化学窗口。通过确定形成这些碎屑锆石的岩浆的氧化水平，科学家们能够推断出地壳到地幔循环、风化和超大陆循环的开始时间。来源：中国科学出版社锆石是一种几乎与地球本身一样古老的矿物，在岩浆（熔岩）冷却时结晶，可在岩浆岩中发现微量锆石。岩浆的形成构成了地球上的山脉。通过与水和大气的相互作用，山脉分解成沉积物。锆石坚固又稳定，耐风化和侵蚀，很少会消失在历史中，因此沉积物中的这种矿物（所谓的"碎屑锆石"）最能让人了解地球的过去。锆石富含铀（U-Pb测定法），是时间的记录者，也是了解许多地质现象（如氧化态）的化学窗口。火成岩源锆石和沉积物源锆石的ΔFMQ移动平均值（未显示低于10%的比例）与超大陆汞齐化时间间隔。与沉积源相关的岩浆在大约600Ma的周期性中更为减少，并在26亿年时形成。来源：中国科学出版社研究小组采用了Loucks等人（2020年）的一种新方法来确定花岗岩岩浆的氧化态，该方法利用锆石中Ce、U和Ti的比率来跟踪地壳岩浆在地球历史上的氧化态变化，该计算方法不需要知道离子电荷，也不需要确定结晶温度、压力或母体熔体成分。"以前的方法包括Ce/Ce*和Eu/Eu*氧压计，但每种方法都有与温度、压力、主岩化学成分变化或测量Ce/Ce*和Eu/Eu*异常所需的REE元素精度有关的局限性"。来自西澳大利亚的BobLoucks说。这种改进的氧化仪能够更可靠地评估氧化状态的变化，现在可以从全球构造随时间变化的角度来解释氧化状态的变化。通过确定形成这些碎屑锆石的岩浆的氧化水平，科学家们能够推断出地壳到地幔循环、风化和超大陆循环的开始时间。关键的一点是，位于地球表面的岩石可以被带回到地幔深处（地表以下数百至数千公里处）。我们的数据表明，这种现象不仅发生在今天，而且可能已经持续了数十亿年。通过观察从地球早期、30亿年前的锆石到今天形成的锆石，我们发现它们形成时的岩浆氧化还原状态。碎屑锆石的氧化态（以ΔFMQ表示）在大约35亿年前升高，随后在过去30亿年中平均ΔFMQ>0，这表明大洋岩石圈在最终形成的俯冲带中被回收回地幔。研究表明，氧化还原态的下限在26亿年前急剧下降，标志着界限分明的大陆的形成和大洋岩石被埋回地球深部地幔。此外，研究人员还发现了氧化还原模式的周期性：每隔6亿年左右，大陆就会聚集在一起形成超级大陆，如冈瓦纳大陆、罗迪尼亚大陆、努拉大陆和苏比利亚大陆。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425023.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425023.htm

蚊子是如何找到人类的？科学家揭开背后的秘密

蚊子是如何找到人类的？科学家揭开背后的秘密无论是蚊香液、蚊香、驱蚊水，在夏天人类必然要面对的是蚊子的侵扰。那么这些蚊子是如何找到我们的呢？现在研究人员发现了背后的秘密。人类散发出一种由体味、热量和二氧化碳组成的独特气味，这种气味虽然因人而异，但是蚊子利用它追踪人类。虽然大多数动物都有一组特定的神经元来检测每种类型的气味，但蚊子可以通过几种不同的途径来接收气味。该研究发表在科学杂志《细胞》上。该研究的主要作者之一，来自波士顿大学生物学助理教授MegYounger说：“结果表明和目前已知的其他动物相比，蚊子对它们所遇到的气味进行编码的方式是不同的”。研究小组随后检查了蚊子触角中的气味受体，这些受体与漂浮在环境中的化学物质结合，并通过神经元向大脑发出信号。Younger表示：“我们假设蚊子会遵循嗅觉的中心教条，即每个神经元只表达一种类型的受体。但结果和预期相反，同一个神经元中不同受体可以对不同的气味做出反应”。这意味着失去一个或多个受体并不影响蚊子对人类气味的接收能力。研究人员说，这种备份系统可能已经进化为一种生存机制。Younger说：“埃及伊蚊专门叮咬人类，据说它们之所以进化成这样，是因为人类总是靠近淡水，因此蚊子在淡水中产卵。”研究人员说，最终，了解蚊子的大脑如何处理人类的气味可以用来干预叮咬行为，减少蚊子传播的疾病的传播，如疟疾、登革热和黄热病。Younger表示：“控制蚊子的一个主要策略是把它们吸引到诱捕器中，把它们从咬人的人群中清除出去。如果我们能够利用这些知识来了解人类的气味在蚊子的触角和大脑中是如何体现的，我们就可以开发出比人类更吸引蚊子的混合剂。我们还可以开发针对那些检测人类气味的受体和神经元的驱虫剂”...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1306477.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1306477.htm

中国科学家研发出全球最薄光学晶体：转角菱方氮化硼

中国科学家研发出全球最薄光学晶体：转角菱方氮化硼这是世界上已知最薄的光学晶体，能效相较于传统晶体提升了100至1万倍，为新一代激光技术奠定理论和材料基础。光学晶体可实现频率转换、参量放大、信号调制等功能，是激光技术的“心脏”，而激光技术是我们当前科技文明的基石，在微纳加工、量子光源、生物监测等领域大放光彩。据悉，集成化、微型化、多功能化是未来激光器的发展方向，但传统光学晶体很难在有限厚度内高效产出激光，因此制备更轻薄的光学晶体成为各国科学家竞相研发的焦点。“转角菱方氮化硼”的研发将极大地推动我国新一代集成化激光技术的发展，未来有望在光刻机等微纳加工设备上带来激光技术的新突破。目前，研究团队已与国内激光器公司合作，并成功研发了新一代的全光纤激光器，同时与用户单位合作，推进该技术在光学芯片、量子技术、航空航天特种用途等领域的研发应用。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1428721.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1428721.htm