环保技术新突破：科学家利用植物纤维素制成新型聚合物

环保技术新突破：科学家利用植物纤维素制成新型聚合物 科学家们设计出了一种利用纤维素生产可回收且稳定的聚合物的方法，为传统塑料提供了一种可持续的替代品。这一研究成果为生产环保材料提供了新的可能性。上图为本研究开发的新型可回收聚合物制成的透明薄膜。资料来源：Feng Li他们开发出了一种方便、多用途的方法，利用从植物纤维素中提取的化学物质制造各种聚合物；最重要的是，这些聚合物可以完全回收利用。该方法发表在《ACS Macro Letters》杂志上。纤维素是植物生物质中最丰富的成分之一，是所有植物细胞周围坚韧细胞壁的关键部分。纤维素很容易从稻草和锯末等植物废料中获取，因此，将纤维素用作聚合物生产的原料不会减少用于粮食生产的农业用地。纤维素是一种长链多糖聚合物，即由多个糖基（特别是葡萄糖）通过化学键连接而成。为了制造新型聚合物，北海道研究小组使用了两种市售的小分子，即由纤维素制成的左旋葡糖烯酮（LGO）和二氢左旋葡糖烯酮（Cyrene）。他们开发了新颖的化学工艺，将 LGO 和 Cyrene 转化为各种非天然多糖聚合物。通过改变聚合物的精确化学结构，可以生成不同的材料，用于各种可能的应用。"我们面临的最大挑战是控制将较小单体分子连接在一起的聚合反应，以及获得对普通应用足够稳定的多糖材料，同时还能在特定化学条件下被分解和回收。"左起研究小组的佐藤俊文、水上雄太、李锋和矶野拓也。图片来源：李锋李补充说，研究过程中最大的惊喜是他们制作的聚合物薄膜具有很高的透明度，这对于这些聚合物似乎最适合的专业应用来说可能至关重要。另一位通讯作者 Toshifumi Satoh 教授补充说：由于这些材料相当坚硬，可能难以用作塑料袋等柔性塑料材料，因此我认为它们更适合用作光学、电子和生物医学应用领域的高性能材料。世界各地的其他研究小组也在探索用植物制造塑料替代聚合物的潜力，其中一些"生物塑料"已经可以在市场上买到，但佐藤的研究小组为这一快速发展的领域增添了一个重要的新机会。研究小组现在计划探索更多的可能性，但可行的结构变化非常多，因此他们希望与计算化学、人工智能和自动合成方面的专家联手探索这些选择。"我们希望这项工作能开发出多种有用的非天然多糖聚合物，使其成为从生物质到高效回收的可持续合成闭环的一部分。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

印刷电路板是怎么制造的？

印刷电路板是怎么制造的？ 如何将大量重要的接线挤进极小的空间里，这个过程其实跟CPU的制造有些类似，首先是好几片玻璃纤维堆在一起，再用树脂处理，变成一块又厚又结实的玻璃纤维板，之后在板的两面分别覆盖一层铜，再涂上一层光阻剂，将图案置于板上后将整体暴露在紫外线下，反复蚀刻几层铜上去，电路板就做好了。你想自己尝试一下吗？ 来自：雷锋 频道：@kejiqu 群组：@kejiquchat 投稿：@kejiqubot

科学家创造出的新材料兼具玻璃聚合物的硬度和凝胶的拉伸性

科学家创造出的新材料兼具玻璃聚合物的硬度和凝胶的拉伸性 研究人员创造了一种名为"玻璃凝胶"的新型材料，这种材料与玻璃聚合物一样坚硬，但如果施加足够的力，它可以拉伸到原长度的五倍，而不会断裂。玻璃态凝胶的一个关键特点是，它们的液体含量超过 50%，这使得它们比具有类似物理特性的普通塑料更能有效导电。资料来源：北卡罗来纳州立大学王美香科学家们发明了一种名为"玻璃凝胶"的新型材料，这种材料尽管含有 50% 以上的液体，但却非常坚硬且不易破裂。加上玻璃凝胶易于生产，这种材料有望应用于多种领域。凝胶体和玻璃态聚合物是历来被视为截然不同的两类材料。玻璃态聚合物质地坚硬，通常比较脆。它们用于制造水瓶或飞机窗户等物品。凝胶（如隐形眼镜）含有液体，柔软而有弹性。"我们创造了一类被称为玻璃凝胶的材料，这种材料和玻璃聚合物一样坚硬，但如果施加足够的力，它可以拉伸到原来长度的五倍，而不会断裂，"这项研究论文的通讯作者、北卡罗来纳州立大学化学和生物分子工程系卡米尔和亨利-德雷福斯教授迈克尔-迪基（Michael Dickey）说。"更重要的是，一旦材料被拉伸，你就可以通过加热使其恢复原状。此外，玻璃凝胶的表面具有很强的粘性，这在硬质材料中并不多见。"该论文的共同第一作者、北卡罗来纳州立大学博士后研究员王美香说："玻璃凝胶的一个关键特点是，它们的液体含量超过 50%，这使得它们比物理特性相当的普通塑料更能高效导电。考虑到这些材料所具有的许多独特性质，我们对它们的用途感到乐观。"玻璃态凝胶，顾名思义，实际上是一种结合了玻璃态聚合物和凝胶最诱人特性的材料。为了制造玻璃态凝胶，研究人员首先将玻璃态聚合物的液态前体与离子液体混合。将这种混合液体倒入模具中，暴露在紫外线下，使材料"固化"。然后移除模具，留下玻璃状凝胶。"离子液体是一种溶剂，就像水一样，但完全由离子组成，"Dickey 说。"通常在聚合物中添加溶剂时，溶剂会推开聚合物链，使聚合物变得柔软、可伸展。这就是为什么湿隐形眼镜柔软，而干隐形眼镜不柔软的原因。在玻璃态凝胶中，溶剂会将聚合物分子链推开，使其像凝胶一样具有拉伸性。然而，溶剂中的离子会强烈吸引聚合物，从而阻止聚合物链移动。链条无法移动就使其成为玻璃状。最终的结果是，由于吸引力的作用，材料变得坚硬，但由于额外的间距，材料仍然能够拉伸。"研究人员发现，玻璃凝胶可以用各种不同的聚合物和离子液体制成，但并非所有类别的聚合物都能用于制造玻璃凝胶。Dickey说："带电或极性的聚合物有望用于玻璃凝胶，因为它们会被离子液体吸引。也许玻璃凝胶最吸引人的特点就是它们的粘性，因为虽然我们知道是什么让它们变得坚硬和可拉伸，但我们只能猜测是什么让它们如此具有粘性。"在测试中，研究人员发现，玻璃状凝胶即使含有 50-60% 的液体，也不会蒸发或变干。他们还认为，玻璃凝胶易于制造，因此有望得到实际应用。Dickey 说："制造玻璃态凝胶是一个简单的过程，可以通过在任何类型的模具中固化或 3D 打印来实现。大多数具有类似机械性能的塑料都要求制造商将聚合物作为原料进行生产，然后将聚合物运输到另一个工厂，在那里聚合物被熔化并形成最终产品。我们很高兴看到如何使用玻璃凝胶，并愿意与合作者一起确定这些材料的应用"。这篇题为"由溶剂增韧的玻璃凝胶"的论文于 6 月 19 日发表在《自然》杂志上。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

日本科学家设计出超高效的直流升压转换器 成本更低还更好用

日本科学家设计出超高效的直流升压转换器 成本更低还更好用 神户大学开发的直流升压转换器大大降低了电磁噪声，能源效率高达 91% 以上，这对于具有高电压倍增比的 MHz 驱动器来说是前所未有的。这一比率也比现有设计高出 1.5 倍以上。资料来源：Mishima Tomokazu从阳光或振动中获取能量的设备，或为医疗设备或氢燃料汽车提供动力的设备，都有一个共同的关键部件。这种所谓的"升压转换器"将低压直流输入转换为高压直流输出。由于它是一个无处不在的关键部件，因此需要使用尽可能少的部件以减少维护和成本，同时以尽可能高的效率运行，而不产生电磁噪声或热量。升压转换器的主要工作原理是在电路的两种状态之间快速切换，一种状态储存能量，另一种状态释放能量。切换速度越快，元件的体积就越小，从而可以缩小整个设备的尺寸。然而，这也会增加电磁噪声和发热，从而降低功率转换器的性能。神户大学电力电子学研究员三岛友和的团队在开发新型直流电源转换电路方面取得了重大进展。他们成功地将高频开关（约为以前的 10 倍）与一种可减少电磁噪声和散热造成的功率损耗的技术（称为"软开关"）结合起来，同时还减少了元件数量，从而降低了成本和复杂性。神户大学的团队展示了一种新的电路设计，该设计采用了"谐振槽"电路，可以在开关期间储存能量，因此损耗要低得多。此外，他们还采用了一种节省元件的设计，将平面元件印刷到电路板上，称为"平面变压器"，这种设计非常紧凑，具有良好的效率和散热性能。资料来源：Mishima Tomokazu"当电路在两种状态之间变化时，开关有一段短暂的时间没有完全闭合，此时开关两端既有电压又有电流。这意味着在这段时间内，开关就像一个电阻器，因此会散热。开关状态变化越频繁，散热量就越大。"Mishima 博士解释说："软开关是一种确保开关转换在零电压下进行的技术，因此可以最大限度地减少热量损失。传统上，这种技术是通过缓冲器来实现的，缓冲器是一种在过渡期间提供替代能源的元件，因此会导致能量损失。"神户大学团队在《电气和电子工程师学会电力电子学期刊》（IEEE Transactions on Power Electronics）上介绍了他们的新电路设计及其评估结果。他们取得这一成就的关键在于使用了"谐振槽"电路，这种电路可以在开关期间储存能量，因此损耗要低得多。此外，他们还采用了一种节省元件的设计，将扁平元件印刷到电路板上，称为"平面变压器"，这种变压器非常紧凑，具有良好的效率和散热性能。Mishima 和他的同事还制作了电路原型，并对其性能进行了测量："我们的无缓冲器设计大大降低了电磁噪声，能量效率高达 91.3%，这对于具有高电压转换率的 MHz 驱动器来说是前所未有的。这一比率也比现有设计高出 1.5 倍以上。"不过，他们希望通过降低所用磁性元件的功率耗散来进一步提高效率。考虑到电气设备在我们的社会中无处不在，具有高电压倍增比的直流电源的高效率和低噪声运行极为重要。神户大学的这项研发成果对电力、可再生能源、交通、信息和电信以及医疗保健等领域的应用具有重大意义。三岛介绍了他们的未来计划，他说："目前开发的是 100 瓦级的小容量原型，但我们的目标是通过改进电子电路板和其他元件，在未来将功率容量扩大到更大的千瓦级容量。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

瑞士科学家发明新型"可可果冻"巧克力

瑞士科学家发明新型"可可果冻"巧克力 当然，在巧克力中加入糖意味着巧克力并不是一种特别健康的零食，而且环境和经济问题也意味着我们可能会面临全球性的可可短缺。苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）研究人员的一种新巧克力配方有可能解决这些问题。关键是要从可可豆荚中使用更多通常被丢弃的材料，包括更多的果肉以及被称为内果皮的外壳内层。可可果冻"甜度极高，可以替代大多数巧克力配方中的糖粉。与传统黑巧克力相比，新型可可果实巧克力的制作示意图找到合适的浓度需要反复试验。可可果冻用量过多会使巧克力结块，用量过少又会使巧克力不够甜。最终，研究小组确定了一种可可果冻含量高达 20% 的配方，根据训练有素的专家小组进行的盲品测试，这种配方的甜度与现有黑巧克力的甜度相似。与普通欧洲黑巧克力相比，这种巧克力的纤维含量增加了 20%，饱和脂肪含量减少了 30%。这可能会让巧克力不再是一种罪恶的享受，尤其是它可以帮助可可种植者从他们的作物中获得更多收入。研究报告的主要作者金-米什拉说："这意味着农民不仅可以出售豆子，还可以从果肉和内果皮中榨取汁液，磨成粉末后出售。这将使他们从三个价值创造流中获得收入。为可可果实创造更多价值使其更具可持续性"。"不过，在可可果冻巧克力进入超市货架之前，还需要改变基础设施。例如，可可种植者需要设备来烘干制作果冻的原料，而巧克力生产商则需要能够将其纳入工作流程。尽管如此，看到大家最喜欢的点心可以有新的改进方式，还是很吸引人的。这项研究发表在《自然-食品》杂志上。 ... PC版： 手机版：

科学家发明可穿越血脑屏障的纳米粒子

科学家发明可穿越血脑屏障的纳米粒子 科学家们乐观地认为，他们的方法已在临床前模型中初见成效，最终可用于用一种疗法同时治疗脑转移瘤和原发性乳腺癌肿瘤。迈阿密大学米勒医学院西尔维斯特综合癌症中心的研究人员创造了一种能够穿越血脑屏障的纳米粒子。他们的目标是通过一次治疗消除原发性乳腺癌肿瘤和脑转移瘤。实验室研究表明，这种方法能有效缩小乳腺癌和脑肿瘤的体积。这些继发性肿瘤被称为脑转移瘤，最常见于乳腺癌、肺癌和结肠癌等实体瘤，通常预后较差。当癌症侵入大脑时，治疗就会变得非常困难，部分原因是血脑屏障，这是一层几乎无法穿透的薄膜，将大脑与身体的其他部分隔开。领导这项研究的生物化学与分子生物学副教授、西尔维斯特公司技术与创新部助理主任香塔-达尔（Shanta Dhar）博士说，西尔维斯特团队的纳米粒子有朝一日可能被用于治疗转移瘤，同时还能治疗原发肿瘤。她是5月6日发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇论文的资深作者。Shanta Dhar 博士 Credit: Sylvester研究人员在粒子中加入了两种针对线粒体（细胞的能量产生中心）的原药，结果表明，他们的方法可以在临床前研究中缩小乳腺和脑肿瘤。达尔说："我总是说纳米医学是未来，当然我们已经进入了这个未来。"他指的是市售的COVID-19疫苗，其配方中使用了纳米颗粒。"纳米医学肯定也是癌症疗法的未来"。这种新方法使用了一种由生物可降解聚合物制成的纳米粒子，这种聚合物是由达尔的研究小组之前开发的，同时还使用了她的实验室开发的两种针对癌症能量来源的药物。由于癌细胞的新陈代谢形式往往不同于健康细胞，因此抑制癌细胞的新陈代谢可以有效地杀死肿瘤，而不伤害其他组织。其中一种药物是经典化疗药物顺铂的改良版，它通过破坏快速生长细胞的DNA来杀死癌细胞，从而有效阻止其生长。但肿瘤细胞可以修复自己的DNA，有时会导致顺铂产生抗药性。达尔的研究小组对这种药物进行了改良，将其目标从核DNA（构成染色体和基因组的DNA）转移到线粒体DNA。线粒体是我们细胞的能量来源，包含自己小得多的基因组，而且对于癌症治疗来说，重要的是，线粒体不具备与我们的大基因组相同的DNA修复机制。由于癌细胞可以在不同的能量来源之间切换，以维持其生长和增殖，研究人员将他们的改良顺铂（他们称之为Platin-M，攻击称为氧化磷酸化的能量生成过程）与他们开发的另一种药物Mito-DCA 结合起来，后者专门针对一种称为激酶的线粒体蛋白，抑制糖酵解（一种不同的能量生成方式）。达尔说，开发能够进入大脑的纳米粒子是一条漫长的道路。她的整个独立职业生涯都在研究纳米粒子，在之前一个研究不同形式聚合物的项目中，研究人员注意到，在临床前研究中，一些纳米粒子的一小部分可以进入大脑。通过进一步研究这些聚合物，达尔的团队开发出了一种既能穿过血脑屏障又能穿过线粒体外膜的纳米粒子。达尔说："要弄清这一点，我们经历了很多波折，我们仍在努力了解这些微粒穿过血脑屏障的机制。"研究小组随后在临床前研究中测试了这种特制的载药纳米粒子，发现它们能缩小乳腺肿瘤和在大脑中播种形成肿瘤的乳腺癌细胞。在实验室研究中，这种纳米粒子-药物组合似乎也是无毒的，并能显著延长存活时间。下一步，研究小组希望在实验室中测试他们的方法，以更接近地复制人类脑转移灶，甚至可能使用源自患者的癌细胞。他们还想在胶质母细胞瘤（一种侵袭性特别强的脑癌）的实验室模型中测试这种药物。在达尔实验室工作的迈阿密大学博士生阿卡什-阿肖坎（Akash Ashokan）说："我对高分子化学非常感兴趣，将其用于医疗目的真的让我着迷，"阿卡什-阿肖坎是这项研究的共同第一作者，他与博士生舒丽塔-萨卡尔（Shrita Sarkar）共同完成了这项研究。"看到它被应用于癌症治疗，我感到非常高兴。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：