突破性发现为离子通道靶向药物开辟了新的可能性

突破性发现为离子通道靶向药物开辟了新的可能性了解离子通道和BK通道离子通道是嵌在细胞膜上的隧道状结构，可控制带电分子进出细胞，这是许多生物过程所必需的。例如，BK通道能引导钾离子的流动，这些通道的遗传突变与多个器官系统的问题有关。该研究的共同第一作者、威尔康奈尔医学院麻醉学生理学和生物物理学教授CrinaNimigean博士说："发现一个小分子可以选择性进入这种重要离子通道的位点是一个令人兴奋的进展。"该研究的另一位共同资深作者是澳大利亚墨尔本皇家墨尔本理工大学的教授托比-艾伦博士。第一作者陈凡博士在研究期间是麻醉学系尼米根实验室的博士后助理研究员。探索BK通道结构尼米根博士和她的团队一直在探索BK通道的结构和功能，既有直接探索，也有对细菌版本MthK的实验，后者更容易在实验室中进行研究。最近，他们观察到，一系列MthK和BK阻断化合物--不适合作为药物，但可以作为实验室工具进入并有效堵塞MthK通道或"孔"，即使结构成像显示孔的入口已经完全关闭。尼米根博士说："由于这些化合物在这种封闭状态下无法直接进入孔道，我们想知道它们是如何进入的。为了解决这个难题，研究人员转向了结构成像方法、正常和变异MthK的实验，以及Allen博士实验室对通道阻断化合物和MthK离子通道之间相互作用的计算机建模。"他们发现，当MthK处于关闭状态时，其结构的两侧会出现大的开口，MthK阻断化合物可以通过这些开口进入离子传导孔。这些开口位于细胞膜内部，因此MthK阻断化合物必须先进入细胞膜一小段距离才能到达这些开口。研究人员还从现有的结构数据中观察到，BK通道中也有类似MthK通道的侧开口或"栅栏"。选择性药物开发的潜力科学家们认为，阻断或激活BK通道的药物有助于治疗癫痫和高血压等疾病。然而，目前还没有选择性的BK通道调节药物，部分原因是人们对BK通道结构的变化与通道功能的关系知之甚少。另一个问题是，影响BK通道的药物也会与其他离子通道发生相互作用，因为它们通常针对的是钾传导通道或"孔"的入口，而钾传导通道或"孔"与其他类型离子通道的孔并无太大区别。这种不加区分的相互作用可能会在体内造成严重破坏。尼米根博士说："这些孔隙是BK型通道所独有的，这表明未来针对这些位点的药物可以作为选择性BK通道阻断剂或激活剂发挥作用。"她和她的团队正在计划进行BK通道的后续实验，并希望利用他们的发现来发现可被开发成药物的选择性BK通道调节化合物。参考文献ChenFan、EmelieFlood、NattakanSukomon、ShubhangiAgarwal、TobyW.Allen和CrinaM.Nimigean于2023年8月31日在《自然-化学生物学》上发表的论文："Calcium-gatedpotassiumchannelblockadeviamembrane-facingfenestrations"。DOI:10.1038/s41589-023-01406-2编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1402469.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1402469.htm

新型纳米设备将海水转化为电能 利用海洋隐藏的能量

新型纳米设备将海水转化为电能利用海洋隐藏的能量伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的一个研究小组在《纳米能源》（NanoEnergy）杂志上报告了一种纳米流体设备的设计，该设备能够将离子流转化为可用的电力。该团队认为，他们的装置可用于从海水-淡水边界的自然离子流中提取电能。"虽然我们的设计在现阶段还只是一个概念，但它用途广泛，已经显示出了能源应用的强大潜力，"项目负责人、伊利诺伊大学电气与计算机工程教授让-皮埃尔-勒伯顿说。"他说："这个项目始于一个学术问题--'纳米级固态装置能否从离子流中提取能量？"利用盐水发电的纳米流体装置图。资料来源：伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校Grainger工程学院当两个盐度不同的水体相遇时，如河流注入海洋，盐分子会自然地从高浓度流向低浓度。这些流动的能量可以被收集起来，因为它们是由溶解盐形成的称为离子的带电粒子组成的。勒伯顿的研究小组设计了一种纳米级半导体器件，利用了器件中流动的离子与电荷之间的"库仑阻力"现象。当离子流经设备中的狭窄通道时，电场力会使设备中的电荷从一侧移动到另一侧，从而产生电压和电流。研究人员在模拟其装置时发现了两种令人惊讶的行为。首先，虽然他们预计库仑阻力主要是通过相反电荷之间的吸引力产生的，但模拟结果表明，如果电荷之间存在排斥力，该装置同样可以正常工作。带正电和负电的离子都会产生阻力。"同样值得注意的是，我们的研究表明存在放大效应，"勒伯顿研究小组的研究生、该研究的第一作者熊明业说。"由于运动的离子与设备电荷相比质量非常大，因此离子向电荷传递了大量的动量，从而放大了底层电流。"研究人员还发现，只要通道直径足够窄，以确保离子和电荷之间的距离，这些效应就与具体的通道配置以及材料选择无关。研究人员正在为他们的研究成果申请专利，他们正在研究如何将这些设备阵列扩展到实际发电中。"我们相信，设备阵列的功率密度可以达到或超过太阳能电池的功率密度，"勒伯顿说。"更不用说在生物医学传感和纳米流体等其他领域的潜在应用了。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1399421.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1399421.htm

EPFL 研究人员运用纳米水伏技术释放新能源

EPFL研究人员运用纳米水伏技术释放新能源自2017年以来，研究人员一直致力于通过水伏效应（HV）来利用蒸发的能量潜力，当流体通过纳米级设备的带电表面时，就能获得电能。蒸发可在这些器件内部的纳米通道内形成持续流动，从而起到被动泵送机制的作用。在植物的微毛细管中也能看到这种效果，由于毛细管压力和自然蒸发的共同作用，植物的水分得以输送。虽然目前存在水伏特设备，但人们对纳米级水伏特能源生产的条件和物理现象知之甚少。工程学院纳米能源技术实验室（LNET）主任GiuliaTagliabue和博士生TariqueAnwar希望填补这一信息空白。他们利用实验和多物理场建模相结合的方法来描述流体流动、离子流动以及固液相互作用产生的静电效应，目的是优化高压设备。硅纳米柱的扫描电子显微镜图像。图片来源：©TariqueAnwar,LNETEPFL,CCBYSA"得益于我们新颖、高度可控的平台，这是第一项通过强调各种界面相互作用的重要性来量化这些水伏特现象的研究。但在这一过程中，我们还发现了一个重大发现：水伏打装置可以在很宽的盐度范围内运行，这与之前认为需要高度纯净的水才能获得最佳性能的认识相矛盾，"Tagliabue说。LNET研究最近发表在细胞出版社的《设备》杂志上。揭示多物理场模型研究人员的装置首次应用了一种名为纳米球胶体光刻技术的水蒸气技术，该技术使他们能够创建一个由精确间隔的硅纳米柱组成的六边形网络。纳米柱之间的空间为流体样品的蒸发创造了完美的通道，而且可以进行微调，以更好地了解流体封闭和固/液接触面积的影响。"在大多数含有生理盐水的流体系统中，正离子和负离子的数量相等。然而，当你把液体限制在纳米通道中时，只有极性与表面电荷相反的离子才会保留下来，"Anwar解释说。"这意味着，如果让液体流经纳米通道，就会产生电流和电压。"Tagliabue补充说："这又回到了我们的主要发现，即利用纳米器件表面电荷的化学平衡，可以在盐度范围内扩展水伏特器件的工作范围。事实上，随着流体离子浓度的增加，纳米器件的表面电荷也会增加。因此，我们可以使用更大的流体通道，同时处理更高浓度的流体。这样就能更容易地制造出使用自来水或海水的装置，而不是仅使用纯净水。"水，无处不在的水由于蒸发可以在很宽的温度和湿度范围内（甚至在夜间）持续进行，因此更高效的高压设备有许多令人兴奋的潜在应用。研究人员希望在瑞士国家科学基金会启动基金的支持下探索这一潜力，该基金旨在开发"一种全新的废热回收模式和大小规模的可再生能源发电"，包括在日内瓦湖的实际条件下开发一个原型模块。从理论上讲，高压设备可以在任何有液体（甚至是水分，如汗液）的地方运行，因此它们还可以为从智能电视到健康和健身可穿戴设备等联网设备的传感器供电。凭借LNET在光能采集和存储系统方面的专业知识，Tagliabue还热衷于研究如何利用光和光热效应来控制HV系统中的表面电荷和蒸发率。最后，研究人员还看到了高压系统与清洁水发电之间的重要协同作用。"自然蒸发被用于推动海水淡化过程，因为通过冷凝蒸发表面产生的水汽，可以从盐水中获取淡水。现在，你可以想象使用高压系统同时生产清洁水和利用电力，"Anwar解释说。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423513.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423513.htm

日本研究机构称成功对 μ 子进行 “冷却” 和加速

日本研究机构称成功对μ子进行“冷却”和加速日本一个研究团队日前宣布，他们使带正电荷的正μ子减速到几乎停止的状态后又加速至光速的4%。这是科研界首次成功对μ子进行“冷却”和加速，朝着实现世界首个μ子加速器迈出了一大步。日本大强度质子加速器（J-PARC）研究中心、日本高能加速器研究机构等日前联合发布新闻公报说，他们的研究团队让正μ子减速至几乎停止的状态，只有光速的0.002%，并使正μ子的方向和速度统一（这一过程被称为“冷却”），再施加高频电场加速正μ子，最终使正μ子加速至光速的4%，形成方向、速度一致的高指向性正μ子束。（新华社）

辐射冷却：气候控制的开创性方法

辐射冷却：气候控制的开创性方法辐射冷却装置通过辐射热量提供无电冷却，这些热量不会被大气层吸收，而是会从地球大气层逃逸到外层空间。图片来源：©2023KAUST;XavierPita辐射冷却的工作原理辐射冷却设备通过在被称为大气透明窗口的狭窄波长范围内辐射热量来提供无电冷却。在这个窗口内，热量不会被大气层重新吸收，而是逃逸到绝对零度以上三度的太空中，太空就像一个巨大的散热片，随时吸收散发的热量。Gan说："这项技术对于满足沙特阿拉伯当地的冷却需求特别有吸引力。许多材料在夜间会出现辐射冷却。关键的挑战在于如何在阳光直射的情况下实现冷却，使温度低于环境温度。我们必须同时最大限度地减少太阳吸收的热效应，同时最大限度地增加大气窗口的热辐射。"尽管存在挑战，但由于这种可持续冷却技术具有抵御全球变暖影响的潜力，人们对它的兴趣正在迅速增长。研究挑战与标准化然而，Gan指出，在测试和报告新型辐射冷却材料时存在许多潜在的隐患。由于辐射冷却利用天空作为散热器，因此大多数实验都是在当地室外环境中进行的。由于天气条件不可控以及测量设置的变化，要比较和理解不同技术的实际冷却性能，从而在所研究的各种辐射冷却设计中找出最佳策略，就变得非常具有挑战性。在与《自然-可持续发展》杂志的一位资深编辑讨论了这些问题后，他受邀撰写了一篇文章，提出了评估辐射冷却性能的标准化标准和表征程序。团队制定了明确的辐射冷却材料表征建议和冷却计算程序，以提高辐射冷却研究的可靠性和可比性。辐射冷却的未来Gan说："我们希望这一框架将有助于推动可持续和高效冷却解决方案的发展。他补充说，考虑到2022年经历的极端热浪以及2023年上半年在许多大城市观测到的破纪录高温，对无电力冷却解决方案的需求比以往任何时候都更加迫切。通过利用具有零碳排放甚至负碳排放潜力的辐射冷却技术，我们可以有效应对这一全球性挑战，并支持沙特的2030愿景国家战略计划。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1381835.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1381835.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