科学家利用激光技术揭示了量子材料隐藏的特性

科学家利用激光技术揭示了量子材料隐藏的特性 加州大学圣迭戈分校的研究人员利用一种先进的光学技术进一步了解了一种名为Ta2NiSe5（TNS）的量子材料。他们的研究成果发表在《自然-材料》（Nature Materials）杂志上。材料可以通过不同的外部刺激受到扰动，通常是温度或压力的变化；然而，由于光是宇宙中速度最快的东西，材料对光刺激的反应非常快，从而揭示出原本隐藏的特性。通过改进技术，研究小组获得了更广泛的频率范围，从而揭示了 TNS 激子凝聚态的一些隐藏特性。资料来源：Sheikh Rubaiat Ul Haque / 斯坦福大学量子材料中的先进光学技术"从本质上讲，我们用激光照射一种材料，这就像定格摄影，我们可以逐步跟踪该材料的某种特性，"领导这项研究的物理学教授理查德-阿维特说，他也是论文的作者之一。"通过观察组成粒子如何在该系统中移动，我们可以找出这些以其他方式很难发现的特性。"该实验由第一作者谢赫-鲁巴亚特-乌尔-哈克（Sheikh Rubaiat Ul Haque）完成，他于2023年从加州大学圣地亚哥分校毕业，现在是斯坦福大学的一名博士后学者。他与阿弗里特实验室的另一名研究生张远一起改进了一种名为太赫兹时域光谱学的技术。这项技术允许科学家在一定频率范围内测量材料的特性，而哈克的改进使他们能够获得更广泛的频率范围。量子态和光放大这项工作基于论文的另一位作者、苏黎世联邦理工学院教授尤金-德姆勒（Eugene Demler）提出的理论。Demler 和他的研究生马里奥斯-迈克尔（Marios Michael）提出了这样一个观点：当某些量子材料被光激发时，它们可能会变成一种能放大太赫兹频率光的介质。这促使哈克及其同事仔细研究 TNS 的光学特性。当电子被光子激发到更高的层次时，会留下一个空穴。如果电子和空穴结合在一起，就会产生激子。激子还可能形成凝聚态当粒子聚集在一起并表现为单一实体时会出现的一种状态。在 Demler 理论的支持下，利用马克斯-普朗克物质结构与动力学研究所 Angel Rubio 小组的密度泛函计算，研究小组得以观测到反常的太赫兹光放大现象，从而揭示了 TNS 激子凝聚态的一些隐藏特性。凝缩物是一种定义明确的量子态，使用这种光谱技术可以将它们的某些量子特性印刻到光上。这可能会对利用量子材料的纠缠光源（多个光源具有相互关联的特性）这一新兴领域产生影响。哈克说："我认为这是一个广阔的领域。Demler的理论可以应用于一系列具有非线性光学特性的其他材料。有了这项技术，我们就能发现以前从未探索过的新的光诱导现象。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家揭开格陵兰接地带融化之谜

科学家揭开格陵兰接地带融化之谜 彼得曼冰川排水量约占格陵兰冰原的 4%，它正无情地向北冰洋移动。一项新的观测和建模研究表明，冰川比以前想象的更容易受到温暖海水侵入其底部的影响，从而导致加速融化，并增加未来海平面上升的潜在严重性。图片来源：Eric Rignot / UCI在最近发表在《地球物理研究快报》上的一篇论文中，由加州大学洛杉矶分校领导的研究小组利用欧洲多项卫星任务提供的雷达干涉测量数据绘制了彼得曼冰川的潮汐运动图，并利用麻省理工学院的通用计算模型估算了气候变化对冰川、海水和陆地等复杂环境的影响。冰川与海洋相互作用认识的进展"卫星数据显示，随着潮汐的变化，冰川会移动几公里（或几千英尺），"第一作者、加州大学洛杉矶分校地球系统科学博士候选人拉特纳卡尔-加迪（Ratnakar Gadi）说。"通过将这种迁移计入麻省理工学院的海洋数值模型，我们能够估算出 2000 年到 2020 年间冰层大约会变薄 140 米（460 英尺）。平均而言，融化速度从 20 世纪 90 年代的每年约 3 米增加到 2020 年代的每年 10 米。"该论文的资深合著者、加州大学洛杉矶分校地球系统科学教授埃里克-里格诺特（Eric Rignot）说，他的团队近年来进行的这项研究和其他研究使极地冰川研究人员对海洋和冰川相互作用的思考发生了根本性转变。"长期以来，我们一直认为冰与海洋之间的过渡边界是尖锐的，但事实上并非如此，它扩散到一个非常宽的区域，即'接地带'，有几公里宽，"里格诺特说，他同时也是美国宇航局JPL的高级研究科学家。"海水随着该区域海洋潮汐的变化而涨落，并从下往上有力地融化接地冰"。加迪说，根据模型预测，接地带空腔口附近的融化率最高，高于冰架空腔内的其他地方。冰下水温升高和海水入侵增加，解释了沿彼得曼中央流线观测到的冰层变薄的原因。根据这项研究，接地带空腔的拉长形状是导致冰加速融化的主要原因。在仅考虑海洋温度升高的情况下运行数值模型时，研究小组发现冰层变薄了约 40 米。在第二次建模中，接地带空腔从 2 公里增加到 6 公里，在这种情况下，冰层变薄增加到 140 米。对未来海平面上升预测的影响加迪说："这些建模结果得出结论，接地带长度的变化比单纯的海洋温度升高更能显著增加融化量。研究人员指出，接地带冰雪融化减少了冰川流向大海时的阻力，加速了冰川的后退。研究人员说，这是预测未来海平面上升严重程度的一个关键因素。"里格诺特说："本文发表的结果对冰原建模和海平面上升预测具有重大意义。早先的数值研究表明，如果将接地带的融水计算在内，冰川质量损失的预测值将增加一倍。本研究的建模工作证实了这些担忧。冰川在海洋中的融化速度要比之前假设的快得多。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家驯服了75%癌症背后的无形怪物

科学家驯服了75%癌症背后的无形怪物 MYC 是一种无形的蛋白质，它使大多数人类癌症患者的病情恶化。加州大学河滨分校的研究人员找到了抑制它的方法，为新时代的治疗带来了希望。在健康细胞中，MYC 帮助引导转录过程，在这一过程中，遗传信息从DNA转化为RNA，并最终转化为蛋白质。"正常情况下，MYC 的活性受到严格控制。在癌细胞中，它变得异常活跃，无法正常调节，"UCR 化学副教授 Min Xue 说。Xue 说："MYC不像癌细胞的食物，更像是促进癌症快速生长的类固醇。这就是为什么MYC是75%人类癌症病例的罪魁祸首。"在项目伊始，UCR 研究小组就相信，如果能够抑制 MYC 的过度活跃，就能为控制癌症打开一扇窗。然而，找到控制 MYC 的方法是一项挑战，因为与大多数其他蛋白质不同，MYC 没有结构。薛说："它基本上是一团随机的东西。传统的药物发现管道依赖于定义明确的结构，而MYC不存在这种结构。"药物发现的创新方法Xue作为资深作者发表在《美国化学学会杂志》上的一篇新论文介绍了一种能与 MYC 结合并抑制其活性的多肽化合物。2018 年，研究人员注意到，改变多肽的刚度和形状可以提高其与 MYC 等无结构蛋白靶标相互作用的能力。MYC蛋白（灰色丝带）与DNA结合，促进癌症进展。加州大学洛杉矶分校的研究人员开发出一种分子（橙色椒盐脆饼状），能与 MYC 结合，抑制其促癌功能。资料来源：Min Xue/加州大学洛杉矶分校肽可以呈现各种形式、形状和位置。一旦将它们弯曲并连接成环，它们就无法采用其他可能的形式，因此它们的随机性很低，这有助于结合。在这篇论文中，研究小组描述了一种新的多肽，它能以所谓的亚微摩亲和力直接与 MYC 结合，这种亲和力越来越接近抗体的强度。换句话说，这是一种非常强且特异的相互作用。研究人员介绍说："与以前的版本相比，我们将这种多肽的结合性能提高了两个数量级。这使它更接近我们的药物开发目标。"目前，研究人员正在使用脂质纳米粒子将多肽送入细胞。这是一种由脂肪分子组成的小球，并不适合用作药物。展望未来，研究人员正在开发化学方法，以提高先导肽进入细胞的能力。一旦肽进入细胞，它就会与 MYC 结合，改变 MYC 的物理特性，阻止它进行转录活动。这项工作部分得益于美国国防部和国会指导的医学研究以及美国国立卫生研究院的资助。Xue在加州大学河滨分校的实验室开发分子工具，以更好地理解生物学，并利用这些知识进行药物研发。长期以来，他一直对混沌过程的化学性质感兴趣，这吸引了他去挑战驯服 MYC。"MYC基本上代表着混乱，因为它缺乏结构。这一点以及它对多种癌症的直接影响，使它成为癌症药物开发的圣杯之一，"Xue说。"我们非常兴奋，因为它现在就在我们的掌握之中"。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员发现掌管深度睡眠的关键脑电波的起源

研究人员发现掌管深度睡眠的关键脑电波的起源 了解海马体的活动可以改善睡眠和认知疗法。加利福尼亚大学欧文分校生物医学工程系的研究人员发现了对深度睡眠至关重要的两种基本脑电波慢波和睡眠纺锤波的新来源。传统上，人们认为这些脑电波仅起源于连接丘脑和大脑皮层的回路，而发表在《科学报告》上的研究小组的发现表明，海马体记忆中心的轴突也在其中发挥了作用。几十年来，慢波和睡眠棘波一直被认为是深度睡眠的基本要素，是通过头皮上的脑电图记录测量到的。然而，加州大学欧文分校领导的研究小组在海马体中发现了这些脑电波的新来源，并能在单个轴突中测量它们。该研究证明，慢波和睡眠棘波可能源自海马角3区的轴突。这些电压振荡的发生与神经元的尖峰活动无关，这对有关这些脑电波产生的现有理论提出了挑战。"我们的研究揭示了深度睡眠大脑活动中一个以前未被认识到的方面，"第一作者、前加州大学欧文分校生物医学工程专业本科生、现约翰霍普金斯大学研究生王梦柯（王梦柯在加州大学欧文分校学习期间进行了这项研究）说。"我们发现，通常与记忆形成有关的海马体在产生慢波和睡眠棘波方面起着至关重要的作用，这为我们了解这些脑电波如何在睡眠期间支持记忆处理提供了新的视角。"研究小组利用创新技术包括体外重建海马亚区和用于单轴突通信的微流体隧道观察了离体海马神经元的自发纺锤波。这些发现表明，纺锤形振荡源于轴突内活跃的离子通道，而非之前认为的通过体积传导。生物医学工程兼职教授格雷戈里-布鲁尔（Gregory Brewer）说："在单个海马轴突中发现纺锤振荡为了解睡眠期间记忆巩固的内在机制开辟了新途径。这些发现对睡眠研究具有重大意义，有可能为治疗睡眠相关疾病的新方法铺平道路"。布鲁尔的其他研究机构包括记忆损伤和神经系统疾病研究所以及学习和记忆神经生物学中心。通过揭示海马在产生慢波和睡眠漩涡中的作用，这项研究拓展了我们对大脑在深度睡眠期间的活动及其对记忆处理的影响的认识。这些发现为今后探索针对海马活动的治疗潜力、改善睡眠质量和认知功能的研究奠定了良好的基础。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

神经生物学家发现了压力如何转化为恐惧 以及阻止它的方法

神经生物学家发现了压力如何转化为恐惧 以及阻止它的方法 发表在《科学》（Science）杂志上的最新研究确定了导致广泛恐惧体验的大脑生物化学和神经回路。图中，神经元显示为青色，逆行追踪器显示为黄色和品红色。资料来源：加州大学圣地亚哥分校斯皮策实验室但是，如果在没有实际威胁的情况下产生恐惧，就会对我们的健康造成危害。那些遭受过严重或危及生命的压力的人，即使在没有实际威胁的情况下，也会产生强烈的恐惧感。这种恐惧的泛化会对心理造成伤害，并可能导致长期的精神疾病，如创伤后应激障碍（PTSD）。在没有威胁的情况下，我们的大脑会产生恐惧感，这种由压力引起的机制一直是个谜。现在，加利福尼亚大学圣迭戈分校的神经生物学家确定了导致这种普遍恐惧体验的大脑生化变化，并绘制了神经回路图。他们的研究发表在《科学》杂志上，为如何预防恐惧反应提供了新的见解。背侧剑突是位于脑干的一个区域，图像中绿色显示的是血清素能神经元，红色显示的是病毒表达的 TdTomato 蛋白，黄色显示的是共聚焦细胞。加州大学圣地亚哥分校斯皮策实验室。图片来源：加州大学圣地亚哥分校斯皮策实验室恐惧研究的突破在报告中，前加州大学圣地亚哥分校助理项目科学家李慧泉（现为 Neurocrine Biosciences 公司高级科学家）、生物科学学院阿特金森家族特聘教授尼克-斯皮策（Nick Spitzer）和他们的同事描述了他们发现神经递质使大脑神经元能够相互沟通的化学信使是压力诱发广泛恐惧的根源的研究过程。研究人员通过对小鼠大脑中一个被称为背侧剑突的区域（位于脑干）进行研究，发现急性压力会诱发神经元中化学信号的转换，从兴奋性的"谷氨酸"神经递质转换为抑制性的"GABA"神经递质，从而导致普遍的恐惧反应。针对普遍恐惧的见解和干预措施加州大学圣地亚哥分校神经生物学系和卡夫利脑与心智研究所成员斯皮策说："我们的研究结果为了解恐惧泛化的相关机制提供了重要见解。从这一分子细节层面了解这些过程的好处是知道发生了什么以及发生在哪里可以针对驱动相关疾病的机制进行干预"。使用共聚焦显微镜拍摄的大脑背侧急流区图像。资料来源：加州大学圣地亚哥分校斯皮策实验室压力诱导神经递质的转换被认为是大脑可塑性的一种形式，在这一新发现的基础上，研究人员随后对患有创伤后应激障碍的人的死后大脑进行了检查。在他们的大脑中也证实了类似的谷氨酸-GABA 神经递质转换。研究人员接下来找到了一种阻止产生广泛恐惧的方法。在小鼠经历急性应激之前，他们给小鼠的背侧剑突注射了一种腺相关病毒（AAV），以抑制负责合成 GABA 的基因。这种方法阻止了小鼠获得广泛性恐惧。此外，当小鼠在应激事件发生后立即服用抗抑郁药氟西汀（百忧解）时，递质转换和随后出现的广泛性恐惧就会被阻止。研究人员不仅确定了切换发射器的神经元位置，还展示了这些神经元与中央杏仁核和外侧下丘脑的连接，而这些脑区以前与其他恐惧反应的产生有关。斯皮策说，"既然我们已经掌握了压力诱发恐惧的核心机制以及实施这种恐惧的电路，那么干预措施就可以有针对性和特异性。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家揭示维生素D的抗衰老作用

科学家揭示维生素D的抗衰老作用 在一项新研究中，来自釜山国立大学和韩国食品研究所的研究人员Joung-Sun Park、Hyun-Jin Na和Yung-Jin Kim旨在确定维生素D/维生素D受体途径在肠干细胞（ISC）老化过程中对分化肠细胞（EC）的保护作用。维生素 D 对中肠 ISC 中与年龄和氧化应激相关的超数中心体积累的抑制作用。资料来源：2024 Park et al.研究人员指出："本研究旨在利用成年果蝇肠道模型，确定 VitD/VDR 在 ISC 老化过程中对分化 EC 的保护作用。"研究人员利用成熟的果蝇中肠模型进行干细胞衰老生物学研究，发现维生素D受体基因敲除可诱导肠系膜细胞增殖、肠系膜细胞死亡、肠系膜细胞衰老和肠内分泌细胞分化。此外，年龄和氧化应激诱导的ISC增殖和中心体扩增也会因维生素D处理而减少。总之，这项研究提供了维生素D/VDR通路抗衰老作用的直接证据，包括在衰老过程中保护心肌细胞，并为探索果蝇健康衰老增强的分子机制提供了宝贵的见解。"我们的发现直接证明了维生素 D/维生素 D 受体通路的抗衰老作用，并为果蝇健康衰老的分子机制提供了见解"。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：