加州理工学院发明利用超声激活药物靶向治疗癌症的创新疗法

加州理工学院发明利用超声激活药物靶向治疗癌症的创新疗法 靶向给药方式的突破但现在，加州理工学院的两个研究小组创造出了一种全新的给药系统，他们说，这种系统可能最终让医生有能力以更有针对性的方式治疗癌症。该系统采用的药物通过超声波激活，而且只在体内需要的地方使用。该系统由化学助理教授马克斯韦尔-罗伯（Maxwell Robb）和马克斯-德尔布吕克（Max Delbrück）化学工程与医学工程教授、霍华德-休斯医学研究所研究员米哈伊尔-夏皮罗（Mikhail Shapiro）的实验室开发。在发表于《美国国家科学院院刊》上的一篇论文中，研究人员展示了他们是如何将各自专业的元素结合在一起创造出这一平台的。通过合作，两个研究小组将气泡（某些细菌中充满空气的蛋白质胶囊）和机械分子（在物理力作用下会发生化学变化的分子）结合起来。夏皮罗的实验室以前曾利用气泡和超声波来对单个细胞进行成像，并精确地移动细胞。罗伯的实验室则创造出了在拉伸时会变色的机械分子，使它们能用于检测结构中的应变；还有其他机械分子，能在机械刺激下释放出较小的分子，包括药物。在这项新工作中，他们设计了一种使用超声波作为刺激的方法。在超声波的作用下，气体囊泡会破裂，在破裂的过程中，被称为"机械分子"的分子会破裂，释放出更小的、所需的分子。资料来源：加州理工学院超声激活的机械聚合物"我们考虑这个问题已经很久了，"罗伯说。"我刚到加州理工学院时，米哈伊尔和我就开始讨论超声波的机械效应。"当他们开始研究如何将机械孔和超声波结合起来时，他们发现了一个问题：超声波可以激活机械孔，但其强度过大，也会损伤邻近组织。研究人员需要的是一种能将超声波能量集中到他们想要的地方的方法。结果证明，夏皮罗的气囊技术提供了解决方案。小瓶中的气体囊泡在溶液中呈白色，在超声波作用下破裂后会变得透明。资料来源：加州理工学院在之前的研究中，夏皮罗利用了囊泡在超声波的轰击下会像钟一样振动或"响铃"的特性。然而，在目前的研究中，囊泡被敲得很响，以至于破裂，从而集中了超声波能量。这些囊泡实际上成了微小的炸弹，它们的爆炸激活了机械体。"通过超声波施力通常依赖于非常强烈的条件，这些条件会引发微小溶解气泡的内爆，"该研究的共同作者莫莉-麦克法登（23 岁，博士）说。"它们的内爆是激活机械体的机械力来源。小泡对超声波的敏感度更高。利用它们，我们发现在弱得多的超声波下也能实现同样的机械体激活"。未来的潜力和影响沙皮罗实验室的博士后助理研究员姚宇星说，这是聚焦超声首次能够在生物环境中控制特定的化学反应。姚说："以前，超声波一直被用来破坏或移动物体。但现在，它为我们开辟了一条使用机械化学的新道路。"到目前为止，该平台仅在受控实验室条件下进行了测试，但研究人员计划今后在生物体内对其进行测试。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

小小的救生贴片能读取大脑中的血流量

小小的救生贴片能读取大脑中的血流量 目前，为了检查脑卒中康复者等患者的脑血流量，技术人员会用超声波探头抵住患者的头侧。加州大学圣迭戈分校的科学家认为这种方法有两个缺点。首先，以这种方式获得的读数的准确性因每个技术人员的技能而异。另外，读数通常是在一天中间隔一定时间进行的。这就意味着在这些时间之间发生的任何血流变化都不会被检测到，而这正是这种贴片的设计初衷。在病人住院期间，这种弹性、柔韧的硅胶装置会一直贴在病人的太阳穴上，在此期间，它将持续监测和记录患者大脑中的血流量。这种贴片集成了多层可拉伸电子元件，包括多层铜电极和压电传感器。当受到电流刺激时，传感器会产生 2 兆赫的超声波，这些超声波会进入大脑并被大动脉反射回来。利用超快超声波成像系统，一台硬线计算机通过分析超声波回波，生成动脉的实时三维数字模型，显示其当前的体积、角度和位置。在对 36 名健康志愿者进行的实验室测试中，该技术能够测量收缩期峰值、平均流量和舒张末期血流速度，其精确度不亚于传统的手持式超声探头。目前研发团队正在计划对患有神经系统疾病的实际患者进行临床试验，并计划推出该贴片的独立无线版本，该技术正通过衍生公司 Softsonics 进行商业化。由 Sheng Xu 教授领导的这项研究的论文最近发表在《自然》杂志上。 ... PC版： 手机版：

新发现：虎甲虫利用拟态战胜拥有超声波探测能力的蝙蝠

新发现：虎甲虫利用拟态战胜拥有超声波探测能力的蝙蝠 访问：NordVPN 立减 75% + 外加 3 个月时长 另有NordPass密码管理器 虎甲虫独特的防御机制但是，虎甲虫却更进一步。当听到附近有蝙蝠时，它们会用自己的超声波信号做出反应，而在过去的 30 年里，没有人知道这是为什么。一项新研究的第一作者哈兰-高夫说："这对人类来说是一个非常陌生的想法：这些动物在夜间飞来飞去，试图在完全黑暗的环境中捕捉对方，用声音作为它们交流的方式，"这项新研究最终解开了这个谜团。他在佛罗里达自然历史博物馆做博士研究时推断，虎甲虫发出声音一定有很大好处，因为这也有助于蝙蝠找到它们。据科学家所知，虎甲虫是唯一一类似乎会对蝙蝠的捕食产生超声波的甲虫。不过，据估计有20% 的蛾类具有这种能力，这为了解其他昆虫的行为提供了有益的参考。"高夫说："这是一项非常有趣的研究，因为我们可以一层一层地剥开这个故事。许多在夜间活动的虎甲虫会发出高亢的超声波警告信号来驱赶蝙蝠。资料来源：Harlan Gough研究方法与观察研究人员首先证实，虎甲虫会在蝙蝠捕食时产生超声波。蝙蝠在夜空中飞行时，会周期性地发出超声波脉冲，从而捕捉到周围的环境。当蝙蝠找到潜在的猎物时，它们就会开始更频繁地发出声波，从而锁定目标。这也产生了一种独特的蝙蝠回声定位攻击序列，研究人员将其播放给虎甲虫听，看看它们会如何反应。甲虫飞行时，它的硬壳会张开，露出两片能产生升力的后翅。以前覆盖在翅膀上的鞘翅具有保护作用，对飞行没有帮助，这些后翅通常是竖起来不碍事的。研究人员在亚利桑那州南部的沙漠中度过了两个夏天，收集了 20种不同的虎甲虫进行研究。其中，有七种虎甲虫对蝙蝠的攻击序列做出了反应，它们向背部轻微摆动后翅。这使得跳动的后翅撞击到后缘，就像两对翅膀在鼓掌一样。在人耳中，这听起来像是微弱的嗡嗡声，但蝙蝠会接收到较高的频率，听到甲虫响亮而清晰的声音。昆虫对蝙蝠回声定位的反应"对蝙蝠的回声定位做出反应的能力远没有听到回声定位那么常见，"高夫说。"大多数蛾子并不是通过嘴巴来歌唱这些声音的，就像我们认为蝙蝠是通过嘴巴和鼻子进行回声定位一样。例如，虎蛾使用身体侧面的特殊结构，所以你需要这种结构来发出超声波，也需要耳朵来听到蝙蝠的声音。"虎甲虫会用超声波来回应蝙蝠的攻击声，但这是为什么呢？一些飞蛾可以通过近距离快速连续发出几声咔嗒声来干扰蝙蝠的声纳。不过，研究人员很快就排除了虎甲虫的这种可能性，因为它们产生的超声波过于简单，不可能达到这种效果。相反，他们怀疑会产生苯甲醛和氰化氢等防御性化学物质的虎甲虫在利用超声波警告蝙蝠它们是有害的就像许多飞蛾一样。"这些防御性化合物已被证明可以有效地对付一些昆虫捕食者，"高夫说。"有些虎甲虫当你把它们拿在手上时，实际上可以闻到它们产生的一些化合物的气味。"检验化学防御理论他们给大棕蝠喂食了 94 只虎甲虫来验证他们的理论，大棕蝠吃各种各样的昆虫，但对甲虫有强烈的偏好。出乎他们意料的是，90 只甲虫被完全吃掉，两只只被部分吃掉，只有两只被拒绝，这表明甲虫的防御性化学物质对大棕蝠几乎没有什么劝阻作用。据博物馆麦奎尔鳞翅目和生物多样性中心主任 Akito Kawahara 称，这是科学家第一次测试虎甲虫是否真的对蝙蝠有害。川原说："即使你确定了一种化学物质，也并不意味着它能抵御特定的捕食者。在与捕食者进行实验之前，你实际上并不知道。"模仿是一种生存策略原来，虎甲虫不会用超声波来警告蝙蝠它们的毒性。但还有最后一种可能。有些飞蛾即使是美味的，也会发出反蝙蝠的超声波。科学家认为，这些飞蛾是在模仿真正有害的飞蛾物种的超声波信号来欺骗蝙蝠。虎甲虫会不会也在做类似的事情呢？研究人员将早些时候收集到的虎甲虫超声波记录与数据库中已有的虎蛾记录进行了比较。在对超声波信号进行分析后，他们发现了一个明显的重叠，也找到了问题的答案。虎甲虫对蝙蝠没有化学防御能力，它们会产生超声波来模仿虎蛾，而虎蛾对蝙蝠是有害的。但这种行为仅限于夜间飞行的虎甲虫。在 2000 多种虎甲虫中，有些只在白天活动，利用视觉追逐和捕食较小的昆虫，没有蝙蝠捕食的选择性压力。研究人员在研究中发现的 12 种昼伏夜出的虎甲虫就证明了这一点。"如果你让一只晚上睡觉的虎甲虫对着它播放蝙蝠回声定位，它根本不会做出任何反应，"高夫说。"它们似乎很快就能失去害怕蝙蝠回声定位的能力。"生态影响和关注研究人员怀疑，鉴于对夜空声学研究的不足，可能还有更多未被发现的超声波拟态例子。川原说："我认为这在全世界都在发生。我们和我的同事杰西-巴伯（Jesse Barber）一起研究这个问题已经很多年了。我们认为这不仅仅是虎甲虫和飞蛾的问题。它似乎发生在各种不同的夜行性昆虫身上，我们之所以不知道，只是因为我们没有用这种方式进行过测试。"这些微妙的生态互动也有可能很快遭到破坏。声学拟态需要一个安静的环境才能发挥作用，但人类的影响，如噪音和光污染，已经在改变夜空的外观和声音。川原说："如果我们想了解这些过程，我们现在就需要做。在我们的后院里，正在发生着我们看不到的奇妙过程。但是，如果让我们的世界变得更响亮、更明亮，并改变温度，这些平衡就会被打破。"作者在《 生物学通讯》（ Biology Letters）杂志上发表了他们的研究报告 。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

新加坡国立大学研究人员设计出一种利用鱼鳞传递加密信息的方法

新加坡国立大学研究人员设计出一种利用鱼鳞传递加密信息的方法 这种工艺需要精确加热废弃的鱼鳞，鱼鳞由一种被称为羟基磷灰石的矿物质和交错的胶原链组成。高温会永久性地改变这两种物质的分子结构，使它们在紫外线照射下发出明亮的青色荧光。如果没有经过热处理，鳞片只会发出微弱的暗蓝色荧光。重要的是，即使鳞片经过热处理，在没有紫外线照射的情况下，它们看起来也与周围未经处理的鳞片无异。研究团队成员 Sow Chorng Haur 教授（左）和 Sharon Lim 博士 新加坡国立大学科学家们在研究中主要使用了广泛养殖的红罗非鱼的鳞片，尽管对其他鱼类鳞片的实验表明它们也同样有效。经过反复试验，他们发现将鱼鳞加热到 270 ºC（518 ºF）三分钟效果最好。更高的温度会产生更亮的荧光效果，但会导致鳞片烧焦，从而变得异常脆弱。该技术可用于以两种方式显示字符（如字母、数字、符号等）。首先，可以简单地将多个经过热处理的鳞片排列起来，使它们组合成一个特定角色的形状。同样，在这种情况下，它们会被伪装在未经处理的鳞片背景中。另外，还可以使用超精细激光束将图案加热到单个鳞片的某一部分，形成只能利用紫外光和显微镜成像的微观特征。这就像是给鳞片纹上了一个小纹身。没错，这确实让人想起了电影《银翼杀手》中带有序列号印记的蟒蛇鳞片。为了扩大鳞片的用途，对鳞片进行热处理还能使其表面更加多孔，使其能够选择性地吸附污染水中的一种名为罗丹明B 的有毒工业染料。在实验室测试中，经过处理的鳞片在短短 10 分钟的接触时间内就从受污染的水样中去除了 91% 的化学物质。这些鳞片可以通过超声波"清空"，然后重新用于水净化系统，或用于检测试剂盒，以显示水样中是否含有这种染料。从左到右：白光、紫外光和绿光下经过热处理的鱼鳞，包括一些吸附了污染物罗丹明 B 的鱼鳞 新加坡国立大学此外，当鳞片中含有吸附的罗丹明B时，它们在绿光照射下会发出橙色荧光。这种功能可与鳞片在紫外线下发出青色荧光的能力相结合，为其在包装或类似应用中的使用增加一层额外的安全性。"在全球范围内，预计每年有 720 万到 1200 万吨的鱼类废弃物被丢弃。这使得鱼鳞废弃物成为一种丰富的再循环资源，"Sow教授说。"通过重新评估废物流，可以发现以前可能被忽视的材料的迷人特性和多功能性。"鱼鳞的其他潜在用途还包括柔韧的"电子皮肤"、伤口敷料和骨折愈合材料。有关这项研究的论文已发表在《自然通讯》杂志上。 ... PC版： 手机版：

研究人员开发出一种利用磁子传输量子信息的新方法

研究人员开发出一种利用磁子传输量子信息的新方法 HZDR 的研究人员成功地在磁盘中产生了类似于波的激发即所谓的磁子来专门操纵碳化硅中原子大小的量子比特。这为量子网络中的信息传输开辟了新的可能性。图片来源：HZDR / Mauricio Bejarano为了满足这一需求，德累斯顿-罗森多夫亥姆霍兹中心（HZDR）的一个研究小组现在推出了一种传输量子信息的新方法：该小组通过利用磁子（磁性材料中的波状激起）的磁场来操纵量子比特（即所谓的量子比特），磁子发生在微观磁盘中。研究人员在《科学进展》（Science Advances）杂志上发表了他们的研究成果。建造可编程的通用量子计算机是当代最具挑战性的工程和科学研究之一。这种计算机的实现为物流、金融和制药等不同行业领域带来了巨大潜力。然而，由于量子计算机技术在存储和处理信息时存在固有的脆弱性，因此阻碍了实用量子计算机的建造。量子信息被编码在量子比特中，而量子比特极易受到环境噪声的影响。微小的热波动（几分之一度）就可能完全破坏计算。这促使研究人员将量子计算机的功能分布在不同的独立构件中，以努力降低出错率，并利用这些构件的互补优势。"然而，这就带来了一个问题，即如何在模块之间传输量子信息，使信息不会丢失，"HZDR 研究员、该刊物第一作者毛里西奥-贝哈拉诺（Mauricio Bejarano）说。"我们的研究正是在这个特定的利基上，在不同的量子模块之间传输通信。"目前，传输量子信息和寻址量子比特的既定方法是通过微波天线。这是Google和 IBM 在其超导芯片中使用的方法，也是在这场量子竞赛中处于领先地位的技术平台。"而我们则是通过磁子来寻址量子比特。磁子可被视为穿过磁性材料的磁激发波。这样做的好处是，磁子的波长在微米范围内，比传统微波技术的厘米波短得多。因此，磁子的微波足迹在芯片中花费的空间更少。HZDR 小组研究了磁子与碳化硅晶体结构中硅原子空位形成的量子比特的相互作用，碳化硅是一种常用于大功率电子器件的材料。这类量子比特通常被称为自旋量子比特，因为量子信息是由空位的自旋状态编码的。但是，如何利用磁子来控制这类量子比特呢？"通常情况下，磁子是通过微波天线产生的。"贝哈拉诺解释说："这就带来了一个问题，即很难将来自天线的微波驱动与来自磁子的微波驱动分离开来。"为了将微波从磁子中分离出来，HZDR 团队利用了一种在镍铁合金微观磁盘中可以观察到的奇特磁现象。"由于非线性过程，磁盘内的一些磁子具有比天线驱动频率低得多的频率。我们只用这些频率较低的磁子来操纵量子比特"。研究小组强调，他们还没有进行任何量子计算。不过，他们表明，完全用磁子处理量子比特从根本上是可行的。"迄今为止，量子工程界还没有意识到磁子可以用来控制量子比特，"Schultheiß强调说。"但我们的实验证明，这些磁波确实可以派上用场"。为了进一步发展他们的方法，研究小组已经在为未来的计划做准备：他们想尝试控制几个间距很近的单个量子比特，让磁子介导它们的纠缠过程这是进行量子计算的先决条件。他们的设想是，从长远来看，磁子可以被直接电流激发，其精确度可以达到在量子比特阵列中专门针对单个量子比特。这样就可以将磁子用作可编程量子总线，以极其有效的方式寻址量子比特。虽然未来还有大量工作要做，但该研究小组的研究强调，将磁子系统与量子技术相结合，可以为未来开发实用量子计算机提供有益的启示。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

这种薄如蝉翼的新材料竟是消音神器

这种薄如蝉翼的新材料竟是消音神器 这项突破性的研究，来自美国麻省理工学院和其他机构的跨学科合作团队。他们受到降噪耳机的启发，设计了一种特殊的丝绸织物。乍一看，它与普通丝绸并无二致，薄而轻盈，手感丝滑。但织入其中的却是一根根拥有“超能力”的压电纤维。抗噪织物示意图（a.透过；b.发射；c.主动降噪；d.振动抑噪）（图片来源：参考文献1）何谓压电？压电效应，源自希腊语“piezein”，意思是“压缩”或“挤压”。这一效应是指某些特定的材料在受到机械应力时，表面会产生电荷，从而形成电压。这种现象首次被发现于 1880 年，由居里兄弟（Jacques 和 Pierre Curie）在研究石英晶体时观察到。压电材料可以分为自然存在的晶体（如石英、盐类晶体、某些生物材料如骨骼和 DNA）和人工合成的材料（如某些陶瓷和聚合物）。这些材料的共同特点是，它们的晶体结构呈非中心对称，这使得在外力作用下它们的晶格易发生偏移，从而在其表面积累电荷。当压电效应材质的应变片改变形状后会产生电压（此为夸张的示意图）（图片来源：维基百科）从日常生活中的打火机和压电点火炉，到高科技领域的医疗成像设备和精密工业传感器，压电技术在现代科技中有着广泛的应用。比如在医疗领域，压电材料被用于制造超声波成像设备，这些设备可以非侵入性地观察人体内部结构，是现代诊断技术中不可或缺的一部分。在工业应用中，压电传感器能够检测机器的运行状态和健康状况，帮助进行维护和故障诊断。常见的压电效应分为以下两种模式第一种模式是直接压电效应。当压电材料受到外部力量（如压力或拉力）时，其内部晶体结构的变形会导致电荷的重新分布，进而在材料两端产生电压。这种效应常被用于制作传感器和发电设备。例如，用于探测压力变化或转化机械能为电能。第二种模式是逆压电效应。与直接压电效应相反，当电压被施加到压电材料上时，材料会经历物理形变。这种效应被广泛应用于精密控制系统（如精确驱动器和声学振动器）中。逆压电效应使得材料可以在电信号的控制下产生精确的机械运动。上文提到的这项研究制成的隔音丝绸所利用的压电纤维就是借助了逆压电效应。当环境中的声波激发压电纤维时，这些纤维能够将声波能量转换为电信号，然后再通过逆压电效应产生相对的机械振动，发出反向声波以抵消原有噪音，从而实现高效的噪声控制。神奇丝绸的“杀手锏”隔音丝绸中的压电纤维，先要“听见”声音，才能抑制声音。这些神奇的纤维，就像是超敏感的“耳朵”，当附近有噪音时，它们会随着声波振动，并将振动转化为电信号。研究人员巧妙利用这一特点，让织物化身为一台“隐形”的麦克风，实时捕捉周遭的声音。但仅仅听见声音还不够，关键是要消除噪音。于是，科学家们再次发挥创意，赋予丝绸以“发声”的技能。没错，这种织物不仅能听，还能“说话”！通过控制压电纤维的振动，让织物发出特定频率的声波，与不想要的噪音“打对台”，进行抵消。就像两个人同时大喊大叫，声音互相干扰，反而听不清彼此的声音一样，噪音也被织物发出的反向声波“掐灭”了。主动降噪技术的工作原理想象图，上方的蓝色波形代表正常音乐，下方蓝色波形为背景噪声，红色部分为耳机主动发出用来抵消噪声的声波。（图片来源：AI合成）除了主动发声，这种神奇的丝绸还有另一个“杀手锏”。要知道，声音的产生和传播，本质上都源于振动。如果我们能够抑制这些振动，就能从源头上防止噪音的产生，而这正是丝绸隔音的第二种模式。通过调节电压，可以使压电纤维保持静止，从而阻断声波的传递。这种模式堪称“噤声利器”，能让飞机、汽车等嘈杂的环境瞬间安静下来。实验数据印证了丝绸织物的隔音实力。在主动抵消模式下，它能显著降低高达 65 分贝的噪音，相当于把吵闹的餐馆变成了图书馆。而在抑制振动模式下，更是能减少 75%的声音传播。与看上去厚重笨拙的传统隔音材料相比，这层薄如蝉翼的丝绸简直是“斯文杀手”。降噪丝绸（标尺 1mm）（图片来源：参考文献1）阴差阳错带来未来科技值得一提的是，这项革命性的隔音技术，最初的灵感其实来自智能衣物的研发项目。研究人员最早尝试把压电纤维织入服装，用于实时检测人体生命体征，但他们发现这种材料还能“听到”噪音，由此灵光一现，一个全新的降噪方案应运而生。这种触类旁通正印证了科学研究的魅力所在，看似不起眼的无关发现，往往蕴藏着改变世界的力量。降噪丝绸的问世，让噪音防控有了新的利器，但科学家们并未止步于此。他们计划进一步挖掘这种材料的潜力，研究如何阻隔多频噪音，并通过调整压电纤维的编织方式、施加电压等参数，不断优化织物性能。可以预见，经过更多技术迭代，这种隔音丝绸有望成为集轻薄、透气、高效、可定制于一身的降噪“万金油”，为人们打造安静舒适的生活和工作环境。结语这项研究的意义，不仅在于创造了一种新型隔音材料，更在于它所蕴含的无限想象空间。试想，未来我们的衣服、窗帘、壁纸，都有可能用上这种“隔音丝绸”，随时随地营造一方宁静天地。在这个喧嚣的世界，一片小小的丝绸，或许就能带来意想不到的改变。让我们拭目以待，期待这项黑科技早日走进寻常百姓家，为更多人带去久违的宁静。参考文献[1]Single Layer Silk and Cotton Woven Fabrics for Acoustic Emission and Active Sound Suppression, Grace H. Yang, Jinuan Lin, Henry Cheung, Guanchun Rui, Yongyi Zhao, Latika Balachander, Taigyu Joo, Hyunhee Lee, Zachary P. Smith, Lei Zhu, Chu Ma, Yoel Fink[2]故渊：主动降噪织物问世，可让你的房间戴上“降噪耳机” ... PC版： 手机版：