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科技信息参考2011年第2期0科技信息参考目录科技信息参考2011年第2期1科技信息参考2011年第2期双月刊总第24期主办单位:中国计量学院图书馆主编:陈永良编辑:王炜宋加龙蒋新民沈敏芳叶亚娜电话:0571-86835722电子邮箱:zixun@cjlu.
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cn科技信息参考2011年第2期2目录政策与战略我国重大科技成果首次通过拍卖等方式公开交易.
1第六次科技革命的机遇与对策.
1基础研究纳米级光学显微镜问世.
13美观察到迄今最重反物质反氦-413硅纳米晶体管展现出强量子限制效应.
14大爆炸模拟实验显示时间旅行不可能.
15科学家将捕获的反氢原子保持1000秒.
16欧洲大型强子对撞机粒子束流亮度创新纪录.
17自动化与材料高效储氢纳米复合材料研制成功.
18日本成功研制无需稀土的强力磁铁.
19研究利用激光制得稀土超导材料.
19美科学家开发出可吹塑成型的合金材料.
20高效存储氢的纳米复合材料研制成功.
21IBM研发出新石墨烯晶体管.
22新材料可解玻璃防水雾难题.
23石墨烯能有效传导电子自旋.
23澳大利亚研制成功一种新型石墨烯材料.
24新智能材料能自我修复划痕.
25新型氢燃料电池催化剂不含贵金属.
26美科学家制造出新型单分子磁体.
27电子与信息技术美国研制出灵敏度增强10亿倍的超灵敏传感器.
23中红外激光调频首次实现.
24强扩展性量子电路架构研制成功.
25德开发出通用DNA结构单位检测器.
26纳米尺度富勒烯电子器件可自行制冷.
27美制造出超小型单电子晶体管.
28科技信息参考2011年第2期3美研制出新式超导场效应晶体管.
29美制造出被思维操控的计算机.
30我国首个自主知识产权智能终端操作系统面世.
31我国成功发射第八颗北斗导航卫星.
31新技术使分子计算机实现任意演算.
32生物医药内源性钠-钾泵激动剂调节痛觉信息传递34嵌段共聚物纳米膜能过滤水中细菌.
35研究首次解析NAT家族蛋白结构.
36大脑具有惊人可塑性37研究揭开细菌基因跳跃转移机理.
38美利用光实现活细胞内分子移动.
39植物LED光源高效生产突破关键技术.
39迄今最完整人脑基因图谱出炉.
40基因大规模变异速检技术问世.
41果蝇蛋白与功能蛋白编织成天然纤维.
42美成功制造出可生物降解的新型聚合物.
43美将成人皮肤细胞变成神经干细胞.
43美揭示神经元转运蛋白的分子运动机制.
44新技术让研究进入单细胞内RNA的世界45科技信息参考2011年第2期1政策与战略我国重大科技成果首次通过拍卖等方式公开交易作者:吴晶晶来源:新华网发布时间:2011-3-133月13日举行的"十一五"国家重大科技成果公开交易发布会上,我国"科技重大专项""科技支撑"等国家科技计划取得的一批重大科技成果将首次尝试通过拍卖等方式进行公开交易,这将为我国探索科技成果转移转化的新模式.
首批进行公开交易的国家重大科技成果共有26项,分别是国家"973""863""科技支撑""科技重大专项"等计划支持的项目,涉及生物医药、节能减排、农业科技、信息技术等领域,将通过挂牌、拍卖、招投标等方式进行公开交易.
当前,我国科技发展进入重要跃升期,相当一部分科技成果通过技术市场转移转化实现了价值,有力支撑了经济社会发展.
据统计,"十一五"期间我国利用财政资金支持研发的科技成果转化规模不断扩大,通过技术市场合同交易共128671项,成交金额2840亿元.
"十一五"以来,我国科技成果转化机制不断完善,通过科技重大专项的实施,一批研发基础好、市场需求大的重大产品快速进入市场,直接服务于战略性新兴产业发展.
在资金投入方面,财政性资金投入不断加大,使用方式不断创新.
科技与金融进一步结合,多元化、多渠道、多层次的科技投融资体系逐步形成,企业开展自主创新活动的投融资渠道明显拓宽.
在科技成果转化环境建设方面,促进科技成果转化的政策法规体系不断完善,科技中介机构数量快速增长,规模不断扩大,服务水平和能力不断增强.
科技部有关负责人表示,我国经济社会发展对科技成果转化工作提出了更高要求,相关部门将不断探索新模式,采取更有力措施,开创科技成果转化和产业化工作新局面.
第六次科技革命的机遇与对策作者:何传启来源:科学网发布时间:2010-5-5在过去500年里,世界上先后大约发生了五次科技革命,包括两次科学革命和三次技术革命.
中国与前四次科技革命无缘;失去四次科技革命的机会,中国的国际地位一路下科技信息参考2011年第2期2滑.
以社会生产力(按购买力平价计算的人均国内生产总值)为例,1700年中国社会生产力水平排名世界第18位,1820年排第48位,1900年排第71位,1950年排第99位.
目前,世界正处于第六次科技革命的前夜.
第六次科技革命将是中国复兴的一次历史性机遇,值得科技界和全社会重视和思考.
从人类文明和世界现代化的角度看,第六次科技革命将以生命科学为基础,融合信息科技和纳米科技,提供解决和满足人类精神生活需要的最新科技.
从科学革命角度看,第六次科技革命有可能是新生物学革命;从技术革命角度看,第六次科技革命有可能是"再生革命",包括仿生—创生—再生的三生技术革命.
第六次科技革命将上接第五次科技革命(信息革命),下接第七次科技革命(时空革命).
它的主体部分和带动部分将与这两次科技革命有关.
有些内容是交叉的和跨学科的,依据观察角度不同可以归于不同的科技革命.
首先,第六次科技革命的主要标志.
信息转换器:实现人脑与电脑之间的直接信息转换,引发学习和教育革命.
两性智能人:解决和满足人类对性生活的需要,引发家庭和性模式的革命.
体外子宫:实现体外生殖,解放妇女,引发生殖模式和妇女地位的革命.
人体再生:通过虚拟、仿生和再生实现人体永生,引发人生观革命.
其他标志:合成生命、神经再生、人格信息包、耦合论、整合论、永生论等.
其次,第六次科技革命的主体部分(主要方向).
第六次科技革命是科学革命和技术革命的融合,并与信息革命和时空革命有部分交叉.
它的主体部分涉及两类革命和多个学科,可以和需要分类讨论.
其三,第六次科技革命的扩展和带动部分,涉及两类革命和多个学科.
生命科学的相关学科.
如发育生物学、细胞生物学、分子生物学、信息生物学、空间生物学、认知科学、心理学、生物医学、再生医学、分子和生态农业、生态学、仿生学和仿真学、生命和宇宙起源等.
目前,我们不确切知道宇宙有多大,人类来自何方,将走向哪里,人类是否是茫茫宇宙的唯一智慧生物.
此外,空间科技、能源科技、海洋科技、国防科技、人工智能、机器人学、社会科学、行为科学、科技伦理学和现代化科学等,都会受到比较大的影响.
第六次科技革命的主要挑战首先是伦理挑战.
人造生命、人造子宫、两性智能人和人体再生等一系列突破,将彻底改变人类对生命、家庭和性关系的认识,引发重大伦理争论.
其次是副作用.
生命工程、再生工程和仿生工程的技术和成果,既可以促进文明发展和人类进化,也会产生许多新型武器和犯罪形式.
科技革命是一种历史现象.
关于科技革命的历史影响的分析,可以加深我们对第六次科技革命的理解.
一般而言,科技革命必然改变人类的生活观念、生活方式和生产方式,改变科技结构和世界结构,影响文明进程和国家兴衰等.
关于科技革命的历史影响,可以和需要多角度和多层次的分析.
科技信息参考2011年第2期3首先,科技影响.
科技革命产生了一系列的新理论、新技术和新方法,催生一批新学科,促进了科技结构的变化,影响了世界科学中心的转移.
16世纪以来,世界科学中心先后从意大利、英国、法国、德国转移到美国.
其次,社会影响.
科技革命为社会进步提供了新观念、新生活和新知识,如科学精神、科学方法和科学知识等.
人类生活方式从机械化、电气化、自动化到信息化,从乡村生活、城市生活到国际化生活,从实体生活到网络生活等.
其三,经济影响.
科技革命为经济发展提供了新技术和新手段,导致了新产品和新产业的不断涌现,产业结构、就业结构和世界经济重心随之变迁,而且与经济周期有较大关系.
世界经济的主导产业从农业、工业、服务业到知识产业,先后出现工业超过农业、服务业超过工业、知识产业超过物质产业等现象.
其四,世界影响.
科技革命既推动了世界现代化,也为国家现代化提供了战略机遇.
抓住机遇的国家,能够保持世界先进水平或者后来居上;忽视或失去机遇的国家,一般表现平庸,甚至国际地位下降.
第六次科技革命的预期影响首先表现在对人类文明的预期影响.
第六次科技革命是一次改变人类自身的科技革命,它将彻底改变人类的生活观念和生活模式,从学习、工作、家庭、性关系到寿命.
例如,信息转换器的发明和普及,使人类从没完没了的学习压力中解放出来,学习成为"知识充电",学校成为"心理培训所",人类的知识和信息鸿沟将消失或减小.
人类的生产方式和经济结构也将发生变化,当然科技结构的本身变化是必然的.
如果它的预期目标能够实现,人类文明将进入"再生时代".
其次,对世界现代化的预期影响.
第六次科技革命将推动世界现代化的第五次浪潮.
从科学角度看,第六次科技革命是一次新生物学革命;从技术角度看,它是一次"创生和再生革命";从产业角度看,它是一次"仿生和再生革命";从文明角度看,它是一次"再生和永生革命".
抓住科技机遇的国家,将获取巨大经济和社会利益.
由于信息转换器的普及、知识和信息鸿沟的缩小,国际间的贫富差距有可能逐步缩小,人类社会趋向于国际公平.
从人类文明和世界现代化的角度看,第六次科技革命(约2020~2050)有可能以生命科学为基础,融合信息科技和纳米科技,提供解决和满足人类精神生活和生活质量需要的最新科技.
从科学角度看,第六次科技革命将是一次新生物学革命;从技术角度看,它是一次"创生和再生革命";从产业角度看,它是一次"仿生和再生革命";从文明角度看,它是一次"再生和永生革命".
第六次科技革命的主体部分将包括:整合和创生生物学、思维和神经生物学、生命和再生工程、信息和仿生工程、纳米和仿生工程等.
它的扩展和带动部分将包括:生命科学的相关学科、材料科学和生物材料、地球和环境科学、绿色超级制造和绿色超级运输等.
此外,空间科技、能源科技、海洋科技、国防科技、社会科学、行为科学、科技伦理学和现代化科学等,都会受到较大的影响.
科技信息参考2011年第2期4生命科学、信息科学、纳米科学、仿生工程和机器人学的结合,信息转换器、人格信息包、两性智能人、人体再生和互联网的结合,人类将获得三种新的"生存形式",即网络人、仿生人和再生人,实现某种意义的"人体永生".
科技信息参考2011年第2期13基础研究纳米级光学显微镜问世作者:黄堃来源:新华网发布时间:2011-3-3英国和新加坡研究人员1日报告说,他们制造出能够观测50纳米大小物体的光学显微镜,这是迄今观测能力最强的光学显微镜,也是世界上第一个能在普通白光照明下直接观测纳米级物体的光学显微镜.
英国曼彻斯特大学研究人员和新加坡同行当天在新一期《自然·通信》杂志上报告了这项成果.
由于光的衍射特性的限制,光学显微镜的观测极限通常约为1微米.
研究人员通过为光学显微镜添加一种特殊的"透明微米球透镜",克服了上述障碍,使这一极限达到50纳米,观测能力提高了20倍.
论文第一作者王增波博士告诉新华社记者:"这是目前世界上唯一能在普通白光照明下直接观测纳米级物体的光学显微镜,是一个新的世界纪录.
"据介绍,目前一般使用电子显微镜观测极其微小的物体,但它也有一些缺陷.
比如在观测细胞时,电子显微镜只能显示出细胞表面的状况,而不能用于观测细胞内部结构.
之前还有研究人员先为细胞染色,然后利用特制光学显微镜观测染色后的细胞内部结构,但这种方法对病毒无效,因为染料无法进入病毒内部.
而这种新型光学显微镜首次提供了在普通条件下观测细胞内部结构和病毒活动机理的手段.
领导该项研究的曼彻斯特大学教授李琳说,这可能会为观测细胞和病毒的方式带来革命性变化,有助于研发新的药物和疾病治疗方法.
研究人员还表示,利用类似方法可以进一步制造出观测能力更强的光学显微镜.
从理论上说,这种基于"透明微米球透镜"的光学显微镜不存在观测极限.
美观察到迄今最重反物质反氦-4作者:刘霞文章来源:科技日报发布时间:2011-03-24据美国物理学家组织网3月23日(北京时间)报道,美国布鲁克海文国家实验室相对论重离子对撞机国际合作组的科学家,首次观察到了新型反物质反氦-4,这是迄今科学家科技信息参考2011年第2期14观察到的最重反物质.
高能对撞能形成夸克胶子等离子体,这种炽热、稠密的物质包含数量大致相当的夸克和反夸克粒子.
夸克胶子等离子体逐渐冷却后会变成一种强子气体并产生质子、中子和它们的反粒子.
科学家们在金核相互对撞10亿次后形成的强子气体中共观察到了18个反氦-4,证明反氦-4确实存在,其包含4个反物质粒子:2个反质子和2个反中子.
科学家指出,反氦-4很可能是迄今观察到的最重的反物质,并预测下一个可能会"现身"的更重反物质将是反锂-6.
1932年,科学家首次观察到反物质粒子-正电子.
从此,越来越多更重的反物质逐渐映入科学家的眼帘.
1955年观察到的是反质子和反中子,在接下来的20年里,科学家们依次观察到了反氘核、反氦核-3.
加速器和探测器技术的不断改进让科学家在1995年首次观察到了反氢;2011年观察到了新型反物质"反超氚","反超氚"是反氦-4出现之前最重的反物质,也是首个含有反夸克的粒子.
科学家们还表示,这次实验中观察到的反氦-4数量表明,宇宙中反氦-4并不多,在宇宙中观察到反氦-4的可能性微乎其微.
如果真的在宇宙中观察到了反氦-4,这些反氦-4一定是由另一种机制所产生,这种机制很可能在宇宙中很多地方产生大量反物质.
4月发射的奋进号航天飞机将携带阿尔法磁谱仪前往国际空间站搜寻宇宙射线中的反物质.
阿尔法磁谱仪肩负着寻找宇宙中的反碳核、反氦核及其他更重的反核来确定宇宙中是否存在反物质的重要使命.
如果科学家能找到宇宙中某个包含更多反物质的区域,就能解决长期困扰他们的一个重大问题:为何可见的宇宙主要由物质而不是反物质组成,并厘清宇宙诞生之初所发生的事情.
硅纳米晶体管展现出强量子限制效应作者:常丽君文章来源:科技日报发布时间:2011-03-25据美国物理学家组织网3月21日报道,美国得克萨斯大学的一个研究小组用非常细的纳米线制造出一种晶体管,表现出明显的量子限制效应,纳米线的直径越小,电流越强.
该技术有望在生物感测、集成电路缩微制造方面发挥重要作用.
相关研究发表在最近出版的《纳米快报》上.
实验中,他们用平版印刷技术制造了一种直径仅有3纳米到5纳米的硅纳米线.
由于直径非常小,表现出明显的量子限制效应,纳米线的块值(bulkvalues)性质发生了变化.
尤其是用极细纳米线制造的晶体管,在空穴迁移率、驱动电流和电流强度等方面属性明显科技信息参考2011年第2期15增强,大大提高了晶体管的工作效率,其性能甚至超过最近报道的用半导体掺杂技术改良的硅纳米线晶体管.
大爆炸模拟实验显示时间旅行不可能作者:刘霞文章来源:科技日报发布时间:2011-04-16据英国《每日邮报》4月15日(北京时间)报道,美国科学家在实验室模拟出了137亿年前宇宙大爆炸时(科学家认为宇宙从此而诞生)光和时间流动的情景.
实验结果同时表明,时间旅行不可能实现.
该研究成果发表在《物理评论快报》杂志上.
马里兰大学工程师伊格·斯莫亚尼诺夫和洪玉珠(音译)在实验中使用了由丙烯酸(腈纶)和黄金合成的超颖材料(一类具有新奇人工结构和自然界材料所没有的超常物理性质的材料),并采用一种独特的方式让光发生扭曲,以模拟出宇宙中发生的事件,诸如行星自转以及光在黑洞中的一举一动等.
当一束激光射向这种超颖材料时,激光会激发该材料表面的等离子体波,而这种等离子体波仅朝一个方向移动.
这种运动模式和大爆炸发生时大质量粒子在时空中的运动模式一样,从而模拟出了宇宙大爆炸时的情景.
科学家起初以为,让光在这种超颖材料中沿环形轨道运动(在数学上与宇宙大爆炸时大质量粒子在时间中的运动一致),接着,再朝一个环形轨道发送一束等离子体,并将其带回到起始点,他们就能创造出时间旅行.
但实验结果却比预想的要复杂很多.
研究发现,与在时间中运行的粒子相互作用的特定波长的光无法进入一个环形轨道.
斯莫亚尼诺夫表示:"似乎,在这一模型中,时间旅行无法实现.
"然而,该研究小组也承认,这一实验结论也无法绝对地回答"时间旅行是否可行"这一问题.
斯莫亚尼诺夫说:"模拟实验永远无法告诉你与宇宙大爆炸和真实时间有关的真相.
但如果你去研究,或许会有所发现,然后再进行更深入的研究.
"科学家表示,新研究将有助于科学家解释一直盘旋在人们脑海中的问题,包括:为什么时间总是大踏步向前迈进以及为何无序性(熵)总是不断增加,这些问题更通俗一点讲就是:为什么我们不断老去而不是越来越年轻为什么破镜不能重圆新研究还有助于他们更好地理解"宇宙大收缩论",这种与宇宙终极命运有关的理论认为,宇宙大爆炸产生的光和时间的无限膨胀将反转,宇宙最终会坍塌成一个黑洞.
得克萨斯大学研究人员沃尔特·胡介绍说,我们已经证明,载荷子迁移率会随着硅隧科技信息参考2011年第2期16道的量子限制程度增加而不断提高,这在理论上为3纳米直径纳米线的受激高速空穴流动提供了实验证据.
这好像是违反直觉的,一根更细的纳米线能产生比更粗的线更高的流动性.
但研究人员解释说,在块状硅中,形成电流的空穴能量分布很宽,量子限制效应限制了空穴,形成了更加一致的能量排列,从而提高了导线中的载荷子迁移率.
在细纳米线中,由于空穴能量分布更窄,反而提高了流动性和电流强度.
当与构造类似的纳米带(只在厚度维度进行限制)相比时,细纳米线也显出隧道的量子限制程度提高,能产生更高的载荷子迁移率.
纳米线晶体管技术主要用于制造廉价且超灵敏的生物传感器,其灵敏度将随纳米线直径的减小而增加.
"我们计划用这种型号的微细纳米线晶体管来开发蛋白质生物感测器.
"沃尔特·胡说,小直径纳米线依靠本身优势,可在生物感测方面发挥重要作用,有望开发出最终达到一个单分子的灵敏感测仪器,而且信噪比更好.
除了生物感测器,新型高性能晶体管还在互补金属氧化物半导体缩微技术(CMOS,一种集成电路材料微型化)上有极大潜力,目前该领域的发展已经接近极限,变得越来越难.
沃尔特·胡认为,硅材料在纳米电子设备领域仍具有很多潜能.
硅纳米线晶体管的性能随着直径减小而增强,将细微纳米线晶体管排成阵列,无需新的工艺技术就能制造出高性能产品.
新型纳米线晶体管在把CMOS缩小到纳米级别时甚至能简化目前的工序,并不需要用高掺杂的补充质结作为源漏.
科学家将捕获的反氢原子保持1000秒作者:常丽君来源:科技日报发布时间:2011-5-61000秒并不太长,但对于欧洲核子研究中心(CERN)反氢激光物理装置(ALPHA)项目的物理学家来说,却是4个数量级的重大突破.
据美国物理学家组织网5月4日报道,CERN此前的记录是捕获了38个反氢原子并保持了172毫秒,而本次实验捕获了309个反氢原子并保持了1000秒,为进一步证明反物质属性铺平了道路.
特殊反物质概念是现代科幻小说和电影的最爱,在大众心理层面产生的效果经常会扭曲了反物质的真实性质,或对使用反物质带来的后果产生误解.
因此,任何CERN取得的新进展,都可能引发更多联想.
由粒子和反粒子构成的原子很不稳定,通常仅能存在不到1微秒.
而反氢原子完全由反粒子构成,被认为是稳定的,成为精确研究物质—反物质对称体系的最佳目标.
反氢原子和氢原子是否具有同样的能级它和重力会怎样反应反氢原子在重力作用下会向下落科技信息参考2011年第2期17还是向上升,抑或是以其他某种人们想不到的方式CERN进行的系列实验正是要回答这些问题.
ALPHA项目研究小组在反质子和正电子结合的时候,将其冷却以降低能量制造出反氢原子,低能态让反氢原子在磁阱中保持一团云状.
在实验中,研究人员捕获了309个任意速度的反氢原子,它们在跟各种微量气体碰撞而彻底湮灭或者得到能量逃出磁阱之前,持续存在了1000秒时间.
研究人员指出,这意味着ALPHA小组掌握了捕获更多反氢原子的技术.
下一步计划是冷却一小群反氢原子,以观察它们在重力作用下是升还是降,回答有关反物质属性的关键问题之一.
实验还首次测量了被捕获反氢原子的能量分布.
根据计算显示,大部分被捕获的反氢原子处于基态.
这些研究拓宽了进一步实验的范围,包括精确研究CPT(电荷—宇称—时间反演)对称、凸显万有引力效应的制冷温度等,也为系统地研究磁阱动力学提供了关键工具.
欧洲大型强子对撞机粒子束流亮度创新纪录作者:杨京德、刘洋文章来源:新华社发布时间:2011-04-25欧洲核子研究中心大型强子对撞机(LHC)4月22日凌晨创下新的世界纪录,其粒子束流亮度达到每秒每平方厘米4.
67乘以10的32次方,打破美国费米国家实验室粒子加速器2010年保持的每秒每平方厘米4.
024乘以10的32次方的粒子束流亮度.
欧洲核子研究中心公报称,这一新纪录是大型强子对撞机运行的重要阶段.
亮度是单位时间、截面碰撞发生的频率,也是粒子加速器中粒子对撞数量的测量标准,亮度越高,粒子对撞的几率越大,获得的数据也更多,这也意味着获得新发现的可能更多.
欧洲核子研究中心说,大型强子对撞机目前运行阶段将持续到2012年年底,其主要目标是收集到足够的实验数据,判定是否存在希格斯玻色子.
有研究人员认为,如果在这一阶段运行中,仍然无法找到希格斯玻色子存在的证据,那么科学界将有必要改变他们对现有物理学定律的认识.
科技信息参考2011年第2期18自动化与材料高效储氢纳米复合材料研制成功作者:刘霞来源:科技日报发布时间:2011-3-23据美国物理学家组织网近日报道,美国科学家设计出了一种新的储氢纳米复合材料,它由金属镁和聚合物组成,能在常温下快速吸收和释放氢气,这是氢气储存和氢燃料电池等领域取得的又一个重大突破.
上世纪70年代,人们开始将氢气看成化石燃料的替代品并对其寄予厚望,因为氢气燃烧后得到的副产品只有水,而其他碳氢化合物燃料燃烧后会喷射出温室气体和有害污染物.
另外,同汽油相比,氢气的质量更轻,能量密度更大且来源丰富.
但氢气要想作为燃料替代汽油,就必须解决两大难题:如何安全且密集地存储,以及如何更容易获得.
最近几年,科学家一直尝试解决这两个问题.
他们试着将氢气"锁"在固体中;试着在更小的空间内存储更多氢气,同时让氢气的反应性很低——要让氢气这种易挥发的物质保持稳定,低反应性非常重要.
然而,大多数固体只能吸收少量氢气,同时,还需要对整个系统进行极度地加热或冷却来提升其能效.
现在,美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室的科学家设计出了一种新的纳米储氢复合材料,其由金属镁纳米离子散落在一个聚甲基丙烯酸甲酯(同树脂玻璃有关的聚合物)基质组成.
新材料在常温下就能快速地吸收和释放氢气,在吸收和释放氢气的循环中,金属镁也不会氧化.
研究论文发表在《自然—材料学》上.
研究人员詹弗·厄本表示,这项研究表明,在设计纳米复合材料中,他们能够突破基本的热力学和动力学障碍,让物质很好地结合在一起;而且也能有效地平衡新复合材料中的聚合物和纳米金属粒子,从而为其他能源研究领域解决相关问题提供借鉴.
厄本和同事克里斯蒂安·基思洛维斯基使用美国能源部下属的国立电子显微镜中心的TEAM0.
5显微镜观察到了散落在聚合物内的单个镁纳米晶体.
TEAM0.
5显微镜是全球功能科技信息参考2011年第2期19最强的电子显微镜,能在0.
5埃(大约是碳原子尺寸的三分之一,也是原子尺度研究的一个关键尺寸)分辨率下直接观察和分析纳米结构.
使用该显微镜,研究人员也能追踪到"瑕疵"——晶体内的不规则排序和原子空白,据此,科学家能以前所未有的精度和准确度理解新储存材料中的氢原子行为.
基思洛维斯基说:"使用TEAM0.
5显微镜,可以证实这种材料中存在着氢气,并可以直接给新材料中的氢原子阵列直接拍照,让我们更好地观察氢原子的行为.
"日本成功研制无需稀土的强力磁铁作者:赵松来源:人民网发布时间:011-03-08据《朝日新闻》网站报道,日本东北大学研究生院等科研机构团体宣布,目前已成功开发出一种无需稀土即可获得强磁力磁铁的基础技术.
这种"无稀土磁铁"的磁力可与用于混合动力车的发动机和家电的钕磁铁磁力相匹敌,预计2025年前后该技术将走向实用化.
据悉,这种磁铁主要由铁和氮物质合成,无需从中国进口具有供应风险的钕等稀土矿.
这将意味着日本先于其它国家,首次成功合成"强磁性氮化铁".
强磁性氮化铁在大约40年前即被看好,由于纳米合成技术成为可能,该研究取得巨大发展.
此次研制成功的强磁性氮化铁所需原料由生产磁性材料的户田工业(位于广岛县)提供,合成技术则由东北大学研究生院的高桥研等教授开发.
据悉,该研究作为独立行政法人新能源产业综合开发机构(NEDO)的项目,将得到丰田汽车等的协助,今后共同提高强磁性氮化铁的耐高温性和磁力的持久性.
研究利用激光制得稀土超导材料作者:D.
Fausti来源::《科学》、科技部发布时间:2011-3-22近日,德国马普学会动态结构研究小组成功利用强红外激光脉冲照射将稀土氧化物陶瓷材料(La1.
675Eu0.
2Sr0.
125CuO4)转变为高温超导体:在高于绝对零度20度的温度下,该稀科技信息参考2011年第2期20土氧化物陶瓷材料在瞬间变成了超导体.
研究结果证明:材料的非导电状态与导电状态之间没有明显区别,只需要百万分之一秒强红外激光脉冲照射可使这些电子'同步'进而具有导电性;而且非导电材料中电子已经处于同步状态,只是某些东西阻止了这些电子的运行,特定激光束可移除这些阻碍,并释放出它们的导电性能.
该项研究为材料导电性能产生提供了全新的研究方式,相关研究结果发表在《科学》杂志上.
美科学家开发出可吹塑成型的合金材料作者:常小龙来源:科技日报发布时间:2011-3-3几十年来,科学家们一直试图找到或制造出这样一种材料,既能像塑料一样具有良好的可塑性和较低的加工成本,又能像钢一样具有很好的强度和耐久性.
这并非不切实际的幻想,据美国物理学家组织网3月2日报道,日前美国耶鲁大学的科学家们已实现了这一目标.
耶鲁大学材料学家简·施洛尔斯领导的一个研究小组证明,由他们制成的一种块体非晶合金(BMGs)材料能够像制作玻璃或塑料制品一样吹膜成型,且不会牺牲其原有的强度和耐久性.
相关论文已在线发表在国际材料学著名期刊《今日材料》杂志上.
据介绍,这种材料由包括锆、镍、钛和铜在内的多种金属构成.
其材料成本与高端钢材大致相同,但加工成本却和塑料一样便宜.
吹塑过程在低温低压下进行,此时这种非晶合金会逐渐软化,并能像融化的塑料一样流动,但又不会像普通的金属一样出现结晶现象,由此为后续的吹塑工作带来了前所未有的便捷.
为了达到并保持理想的精度和温度,吹塑过程能在真空或液体中进行.
施洛尔斯说,目前金属材料加工中面临的关键问题就是如何避免不必要的摩擦,而对于这种合金材料来说则完全不存在这个问题,借助吹塑工艺就可以制造出任意复杂形状的物体,最小可到纳米级.
到目前为止,该团队已经用该材料制造出了无缝金属瓶、表壳等外形较为简单的物品和用于微机电系统(MEMS)的微型谐振器以及生物医学植入物等结构较为复杂的设备.
这些材料的加工过程不到一分钟,但强度可以达到普通钢材的两倍.
此外,通过吹塑法来加工块体非晶合金,该团队还将传统金属加工的三大步骤(成型、接缝、精加工)合为一步,从而免去此前繁琐、费时、耗能的加工程序,在时间上新工艺最短只需一分钟.
"这可能成为金属加工的一种全新模式,"施洛尔斯说,"凭借其独特的性能,它将科技信息参考2011年第2期21有望成为一种极具潜力的新型材料,就如同当年的合成塑料一样,在相关工业领域引发一场革命.
"据了解,不久前苹果公司与拥有该项专利的液体金属科技公司签署协议,获准在消费电子领域使用这项技术.
或许在未来的几年内我们就能用上由该材料制成的笔记本电脑和手机.
高效存储氢的纳米复合材料研制成功作者:刘霞文章来源:科技日报发布时间:2011-03-21据美国物理学家组织网近日报道,美国科学家设计出了一种新的储氢纳米复合材料,它由金属镁和聚合物组成,能在常温下快速吸收和释放氢气,这是氢气储存和氢燃料电池等领域取得的又一个重大突破.
上世纪70年代,人们开始将氢气看成化石燃料的替代品并对其寄予厚望,因为氢气燃烧后得到的副产品只有水,而其他碳氢化合物燃料燃烧后会喷射出温室气体和有害污染物.
另外,同汽油相比,氢气的质量更轻,能量密度更大且来源丰富.
但氢气要想作为燃料替代汽油,就必须解决两大难题:如何安全且密集地存储,以及如何更容易获得.
最近几年,科学家一直尝试解决这两个问题.
他们试着将氢气"锁"在固体中;试着在更小的空间内存储更多氢气,同时让氢气的反应性很低——要让氢气这种易挥发的物质保持稳定,低反应性非常重要.
然而,大多数固体只能吸收少量氢气,同时,还需要对整个系统进行极度地加热或冷却来提升其能效.
现在,美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室的科学家设计出了一种新的纳米储氢复合材料,其由金属镁纳米离子散落在一个聚甲基丙烯酸甲酯(同树脂玻璃有关的聚合物)基质组成.
新材料在常温下就能快速地吸收和释放氢气,在吸收和释放氢气的循环中,金属镁也不会氧化.
研究人员詹弗·厄本表示,这项研究表明,在设计纳米复合材料中,他们能够突破基本的热力学和动力学障碍,让物质很好地结合在一起;而且也能有效地平衡新复合材料中的聚合物和纳米金属粒子,从而为其他能源研究领域解决相关问题提供借鉴.
厄本和同事克里斯蒂安·基思洛维斯基使用美国能源部下属的国立电子显微镜中心的TEAM0.
5显微镜观察到了散落在聚合物内的单个镁纳米晶体.
TEAM0.
5显微镜是全球功能最强的电子显微镜,能在0.
5埃(大约是碳原子尺寸的三分之一,也是原子尺度研究的一个关键尺寸)分辨率下直接观察和分析纳米结构.
使用该显微镜,研究人员也能追踪到"瑕科技信息参考2011年第2期22疵"——晶体内的不规则排序和原子空白,据此,科学家能以前所未有的精度和准确度理解新储存材料中的氢原子行为.
基思洛维斯基说:"使用TEAM0.
5显微镜,可以证实这种材料中存在着氢气,并可以直接给新材料中的氢原子阵列直接拍照,让我们更好地观察氢原子的行为.
"IBM研发出新石墨烯晶体管作者:刘霞文章来源:科技日报发布时间:2011-04-12据美国物理学家组织网4月11日报道,IBM公司的科学家林育明(音译)等人在4月8日出版的《自然》杂志撰文指出,他们研发出了新的石墨烯晶体管,其截止频率为155GHz(吉赫),比去年2月推出的100GHz石墨烯晶体管的速度增加了50%,而且块头更小.
石墨烯是只有一个碳原子厚度的单层片状结构,可由石墨剥离而成.
石墨烯不仅是已知材料中最薄的一种,还非常牢固坚硬.
作为单质,它在室温下传递电子的速度比已知导体都快,因此,它有望替代硅作为顶级电子材料来制备速度更快的晶体管.
以前,科学家通过将石墨烯薄层置于一个绝缘衬底(诸如二氧化硅)的上方来制造石墨烯设备,然而,这种衬底会削弱石墨烯的电学性能.
现在,IBM公司的科学家找到了办法,将衬底对石墨烯电学性能的影响减至最低.
科学家将一个"类金刚石碳"放置在一个硅晶圆衬底上,制备出了新的石墨烯晶体管.
这种"类金刚石碳"是无极性介质,也不会像二氧化硅那样捕获或驱散电荷,因此,新石墨烯晶体管在温度发生改变时(包括像太空中那样的极低温度下),显示出了卓越的稳定性.
IBM表示,这种新的高频石墨烯晶体管将在手机、互联网或雷达等通讯设备领域大展拳脚.
而且,现有的制备标准硅设备的技术也可以用于制造新的晶体管,这意味着新石墨烯晶体管可以随时进行商业化生产.
该晶体管的研制是IBM承接的美国国防部高级研究计划局的一项任务的一部分,美国军方希望该研究能有助于他们研发出高性能的无线调频晶体管.
科技信息参考2011年第2期23新材料可解玻璃防水雾难题作者:杜华斌文章来源:科技日报发布时间:2011-03-21加拿大拉瓦尔大学的科学家成功研制出一种新型玻璃防水雾涂层材料,涂层不会对玻璃的光学性质产生任何影响.
他们认为该材料可以最终解决汽车玻璃、眼镜片以及光学镜头的防水雾难题.
相关文章发表在最新出版的《应用材料与界面》杂志网络版上.
据研究小组负责人拉罗切教授介绍,这种新型涂层材料由基于聚乙烯醇的吸水材料制成,具有阻止在其表面形成使玻璃和塑料变得模糊的水雾的性质.
这种超薄涂层材料可以长时间保留在玻璃表面,能够将玻璃表面的水完全去除,不会在玻璃表面形成任何微小水滴.
研究人员介绍说,该项技术的难点在于如何使涂层材料与玻璃表面能够长久结合在一起.
他们首先在玻璃表面涂抹上多层特殊的分子材料,将其作为基础层,这种基础层表现出很强的黏性.
然后,他们再将防雾材料涂抹于其上.
研究人员声称,目前已有的防雾涂层经不住清洗,因此需要经常重复涂抹,而新的涂层技术只需一次涂抹.
拉罗切教授表示,他们正在与一家大型眼镜厂商讨论这种新型防雾涂层技术的专利转让问题.
石墨烯能有效传导电子自旋作者:黄堃文章来源:新华网发布时间:2011-04-17英国曼彻斯特大学教授安德烈·海姆(AndreKonstantinGeim)与其同事因制成石墨烯而荣获去年诺贝尔物理学奖.
日前,他和同事又在新一期美国《科学》杂志上报告说,他们发现石墨烯能有效传导电子自旋,有望成为下一代基于电子自旋的电子元件材料.
目前的电子元件基本上都是利用电子具有电荷这种性质,电荷的传导能够形成电流并成为电子元件工作的基础.
然而,电子还具有另一种被称作自旋的性质,如果能够加以开发利用,可制造出比现有电子元件更小、更快的电子元件.
但是,寻找能够有效传导自旋的材料成为一个难题.
海姆领导的国际研究小组报告说,他们发现如果给石墨烯施加一个特殊磁场,就可以在其中实现电子自旋的传导,而这种"自旋流"具有成为下一代电子元件工作基础的潜力.
科技信息参考2011年第2期24研究还显示,在石墨烯中产生的"自旋流"比在其他一些材料中更强烈并且更易控制.
海姆表示,本次研究提供了一个新的机制,有助于推动基于电子自旋的下一代电子元件的研发.
石墨烯是从石墨材料中剥离出来的、由碳原子组成的二维晶体,它只有一层碳原子的厚度,是目前世界上最薄的材料.
2004年,海姆与同事康斯坦丁·诺沃肖洛夫制成石墨烯,它从此成为科学界和工业界关注的焦点.
澳大利亚研制成功一种新型石墨烯材料作者:王小龙文章来源:科学时报发布时间:2011-04-22据美国物理学家组织网4月21日报道,澳大利亚悉尼科技大学的科学家日前宣布,他们开发出了一种厚度和纸相当、强度比钢还高的石墨烯复合材料,这种纳米结构的石墨烯材料复验性测试结果良好,有望在汽车制造、航空工业、电子以及光学等领域引发革命性变革.
相关论文发表在最新一期《应用物理学》杂志上.
由悉尼科技大学王国秀(音)教授带领的这个研究小组,通过合成法和热加工法对石墨进行提纯和过滤,进而将其制成像纸一样薄的薄片.
这种石墨烯纸(GP)在微观上呈单层六角形碳素晶格结构,具有独特的热学、电学和机械性能.
对比实验显示,与普通钢材相比,石墨烯纸在重量上要轻6倍,密度上小5到6倍,强度上大2倍,抗拉强度大10倍,抗弯刚度大13倍.
负责该项研究的阿里·利萨·兰迪巴托契说,此前还没有人用类似的方法制造出有如此性能的石墨烯纸,这种材料与钢相比不但更轻、更强、更灵活,而且还可回收和循环使用,是一种环境友好型产品,有望在汽车制造和航空工业领域首先获得应用.
与传统的钢材和铝材相比,用新材料制成的汽车和飞机不但会更加省油,产生的排放也会更少,同时其运行成本也会更加低廉.
据了解,目前不少飞机和汽车制造商已经开始用碳纤维材料取代金属材料.
空客A350碳纤维复合材料用量已占总重量的40%;波音787机翼和机身上使用的碳纤维复合材料超过50%.
采用这种材料的客机油耗少,减排效果显著,维护方便,能够给航空公司节省燃料和维护费用,出现后立即引起了世界各国的关注.
被喻为"公路上的F1"的梅赛德斯奔驰SLR迈凯轮跑车也采用了高强度碳复合材料,其最高时速可达334公里/小时,100公里内的加速仅需3.
8秒.
与碳纤维复合材料相比,石墨烯纸的性能无疑更为出色.
兰迪巴托契说,10年来越来越多的金属材料已经被碳基材料取代,以澳大利亚为例,科技信息参考2011年第2期25在其采矿业、材料加工和制造业中,碳基材料的应用正日渐广泛.
而澳大利亚具有丰富的石墨资源,为石墨烯材料的大规模生产和开发提供了便利.
新智能材料能自我修复划痕作者:刘霞文章来源:新华社发布时间:2011-04-23据英国《每日邮报》4月21日报道,科学家近日研制出一种具有"自愈"能力的聚合物,能自我修复划痕、清理污点等,汽车上的划痕和脏兮兮的鞋子可能将成为历史.
相关研究发表在4月21日出版的《自然》杂志上.
美国凯斯西储大学的斯图尔特·罗文教授和军事专家以及瑞士的化学家携手研制出的这种具有自愈能力的"金属超分子聚合物"由碳氢化合物长链(长链也由非常小的链结合而成)组成,长链聚合物间隙内有微小的金属,这些金属就像"胶水"一样,将长链"胶合"在一起,形成了这种新式聚合物.
科学家表示,迄今研制出的大部分具有自修复功能的聚合物材料都需要对受损区域进行加热,才能启动"修复"键,但新聚合物主要依靠曝光来进行自我修复.
当紫外线照射在这种聚合物上时,其内部的金属会吸收紫外线并将其转化为热量,热量使金属周围的聚合物融化,将聚合力打破,随后,该材料能像液体一样流动,渗透进划痕或磨损处,进行快速、高效的缺陷修复.
而当光离开时,这种聚合物又恢复到起初的固态.
原则上,修复可在原位、同时在有负载的情况下发生.
实验测试表明,剃须刀片造成的深划痕一分钟就能愈合.
而且,不管该区域受损多少次,这种材料都能一遍又一遍不竭余力地使划痕自愈.
科学家表示,该修复过程类似于人体受损皮肤的愈合,只不过这个过程不需要缝线,因此也不会留下伤疤,而且耗时更短,几秒钟就可以完成.
科学家在实验中使用了紫外线灯进行测试,他们表示,用紫外线灯会使修复过程更快、更简单、更精确,且只针对受损地方进行修复而不波及其他地方.
美国伊利诺伊大学香槟分校的材料工程师南希·索托丝指出,这种坚硬有弹性的聚合物将彻底改变从休闲包、存储集装箱到轮胎内胎以及涂层等大部分消费产品的面貌,让它们可循环使用,免于被抛弃的命运,但这种聚合物何时进入市场还没有日期表.
科技信息参考2011年第2期26新型氢燃料电池催化剂不含贵金属作者:刘霞文章来源:新华社发布时间:2011-04-25据美国物理学家组织网4月21日报道,美国科学家研制出一种新型氢燃料电池催化剂,与目前催化剂的最大不同点在于,该新催化剂不含贵重金属铂,而由碳、铁、钴制成,并且产能更大,效率更高,有望解决氢燃料电池推广过程中的一个主要障碍,助推氢燃料电池在个人设备到汽车等多个应用领域大展拳脚.
研究发表在22日出版的美国《科学》杂志上.
氢燃料电池能将氢气和氧气转化为电能,将这种电池串联起来能产生更多电能,可为汽车等大型设备供电,而且其副产品只有水,不会排放出温室气体.
但含铂催化剂限制了氢燃料电池的广泛应用.
现在,洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家吴刚(音译)、克里斯蒂娜·约翰斯顿、皮欧特·泽伦亚和橡树岭国家实验室的科学家凯伦·摩尔携手,用碳(部分源于高温过程产生的聚苯胺)、廉价的铁和钴研制出了这种新的非铂基催化剂,其将应用于氢燃料电池阴极同氧气发生反应的那部分.
用铁、钴等廉价金属取代比金更贵重的铂,将大大缓解目前氢燃料电池面临的成本高企问题.
研究结果证实,这种新的碳—铁—钴催化剂让电池的能量更多、效率更高且寿命更长,且能让燃料电池在不断充放电的过程中损耗更小.
更重要的是,该碳—铁—钴催化剂燃料电池能有效地将氢气和氧气变成水,而不会产生大量不需要的过氧化氢.
产生大量过氧化氢会使燃料电池产出的能量减少50%以上,同时还可能破坏燃料电池的膜.
即使同现在技术最先进的铂基催化剂相比,碳—铁—钴催化剂产生的过氧化氢也微乎其微.
泽伦亚表示,与铂基催化剂相比,新催化剂一样经久耐用,但其成本几乎为零,因此,它清除了氢燃料电池"飞入寻常百姓家"面临的主要壁垒.
因为新催化剂拥有的高效能,洛斯阿拉莫斯国家实验室为其申请了专利.
洛斯阿拉莫斯燃料电池计划的负责人肯·斯特罗指出,新燃料电池克服了商用燃料电池发展中的两个最大"瓶颈":高成本和低耐用度.
该科研团队计划深入理解该碳—铁—钴催化剂的工作原理,以改进其性能,进一步提高氢燃料电池的效能和使用寿命.
科技信息参考2011年第2期27美科学家制造出新型单分子磁体作者:王小龙、刘海英文章来源:新华社发布时间:2011-04-23据美国物理学家组织网4月22日报道,英国诺丁汉大学的一个研究小组制备出了一种新化合物,可大幅提高计算机的数据存储能力.
相关论文发表在最新一期《自然·化学》杂志上.
这种新化合物的分子包含两个铀原子,会在低温下保持磁性,具有这种特性的分子也被称为单分子磁体(SMM).
制备出这种新化合物的诺丁汉大学史蒂夫·利德尔博士称,单分子磁体在信息存储技术上有极大应用潜力,能将目前计算机的存储能力提高成百上千倍.
通过这种技术将有可能把需要若干个大容量硬盘才能存储下的数据装入一个小薄片中.
据了解,计算机硬盘都是由磁性材料制成的,数据的存储和读取都与此相关.
硬盘的存储能力与磁体的大小有直接关系.
对于普通金属来说,其磁性是一种以整体形式表现出来的平均效应;而单分子磁体中的每一个分子都可以被看作是一个超小的磁体,都可以用来存储信息.
与常规磁体相比,单分子磁体显然小得多,这就意味着通过这种磁体制成的存储设备具有更强的数据存储能力.
因此,单分子磁体的研发具有显著的商业和产业价值.
利德尔的研究小组是通过甲苯分子将这两个铀原子键合在一起,并使其表现出单分子磁体特性的.
利德尔称,这项工作为获取具有单分子磁体特性的材料指明了一条新路,同时它也为人们对铀的认识提供了一个新的角度,由其实现的高性能计算技术,在量子信息处理和自旋电子学研究领域都有广泛的应用价值.
利德尔称,虽然这项研究使用的主要是放射性较小的贫化铀,但铀的固有特性仍使其面临不少问题,下一步研究人员将会把镧系金属考虑在内.
相对于铀,镧更易于控制,或许是更适合的单分子磁体制备材料.
此外,单分子磁体的奇异磁性只有在低温下才能表现出来,如何能让它们在室温下工作仍是一个需要攻克的难题.
科技信息参考2011年第2期23电子与信息技术美国研制出灵敏度增强10亿倍的超灵敏传感器作者:刘霞来源:科技日报发布时间:011-03-23据美国物理学家组织网3月22日(北京时间)报道,美国科学家研制出一种超灵敏传感器,可使用其增强的拉曼散射来探测包括癌症信号、炸药等物质,其灵敏度比普通拉曼散射传感器增强了10亿倍.
拉曼散射是指光通过介质时由于入射光与分子运动相互作用而引起光的频率变化,1928年由印度物理学家钱德拉塞卡拉·拉曼发现.
在拉曼散射中,一束单色光照射到一个物体后,其反射光会包含另外两种频率的光,这两种光的频率仅与该物体的分子组成相关,这就潜在地提供了一种有效识别物质的方法.
但由于这种额外的光太微弱,科学家几十年来很难将拉曼散射付诸于实践.
上世纪70年代,科学家研制出表面增强拉曼散射(SERS)技术,可以通过将所鉴别物质放在粗糙的金属表面或金、银小粒子之上来增强拉曼信号.
但科学家随后发现,这种增强的拉曼信号仅出现在传感器表面的几个随机点上,很难预测其具体位置,仍然非常微弱.
而普林斯顿大学电子工程系教授斯蒂芬·周领导的团队摒弃了以往设计和制造拉曼传感器的方法,研发出一种全新的SERS结构:一块芯片上布满一行行由金属和半导体组成的小柱子.
新传感器获胜的"秘密武器"就是这些小柱子的排列方式:每个柱子上部和底部各有一个由金属制成的中空部分;柱壁上布满直径约为20纳米的金属粒子(等离子体纳米点),金属粒子之间有2纳米左右的空隙.
金属粒子和空隙能显著增强拉曼信号;中空部分能捕捉光信号,让光多次而不是仅一次地通过等离子体纳米点,从而也能增强拉曼信号.
迄今为止,该芯片的灵敏度比不经过拉曼增强而研制出的传感器高10亿倍,而且其灵敏度非常稳定,能可靠地应用于感应设备中.
除灵敏度大增之外,借助纳米压印技术和纳米粒子自组装技术,新芯片能实现高质量、规模化制造,研究人员已经在4英尺的晶片上制造出这些传感器.
美国海军研究实验室的科学家也在进行相关实验,希望军队也能使用该技术探测化学物质、生物试剂和炸药.
科技信息参考2011年第2期24中红外激光调频首次实现作者:刘霞文章来源:科技日报发布时间:2011-03-30据美国物理学家组织网3月28日报道,美国科学家首次在实验室实现了中红外线激光的频率调制,在波长为100吉赫兹(GHz)及以上的光谱范围内,移动式平台不需要使用光纤也能实现每秒传输1000亿字节数据.
新研究有望给通讯方式带来变革.
最新技术由斯蒂文斯理工学院超速激光光谱实验室主任、物理学和工程物理学副教授赖纳·马汀尼领导的研究团队所完成,相关成果发表在最新一期《应用物理学快报》杂志上,《自然·光子学》杂志也将重点推介该研究.
随着高速本地环路网络互联需求的不断增长,光纤网络布线难以及成本高的问题日益突出,无线激光通信(OWC)技术开始受到青睐.
OWC又称自由空间激光通信(FSO),该技术不用光纤作为传输媒介,而是一种在自由空间中用太赫兹(THz,1012赫)光谱范围内的激光或光脉冲传送分组数据(数据包)的通信系统.
FSO能提供与光纤传输相近的速率,且比光纤线路成本低.
由于激光技术的进步、激光器件造价的降低,FSO成为当前热门的一种新通信技术.
但该技术也面临着一些挑战,比如光束的传输极易受大雾等天气环境的影响而改变光束的传输路径、降低数据通信的可靠性等.
而对激光束进行调制能让FSO技术更好地传输更多数据.
几年前,马汀尼团队实现了中红外线的幅度调制(AM),但调幅信号容易受灰尘和雾气的干扰.
现在,他们首次实现了中红外线的频率调制(FM).
马汀尼说:"调幅(AM)传输的数据会受环境的影响,但是,影响调幅传输的环境并不会影响调频传输的数据,因此更加可靠.
新研究使通过调频传输数据成为可能.
"作为方兴未艾的FSO技术先驱,马汀尼团队希望其技术成果能更好地应用于日常生活中.
他们的一个关注重点是,将FSO系统同现有的光纤网络系统整合在一起,使地上和地下的高速激光通讯成为可能.
该研究团队也在着手研发一种相位控制检波器,以与他们最新制造的相位控制发射器结合在一起,相位控制发射器将制造出一个全新的相位控制系统,使研究人员能管理该系统的方方面面.
另外,新研究成果或许也能将化学和生物探测器的探测能力提高100万倍.
科技信息参考2011年第2期25强扩展性量子电路架构研制成功作者:刘霞文章来源:科技日报发布时间:2011-03-24据英国广播公司(BBC)3月22日报道,美国科学家在美国物理学会的年度大会展示了量子计算领域的最新进展——采用RezQu架构制成的量子电路组成的芯片,该架构具有很强的可扩展性.
科学家表示,未来可使用这种架构研制出量子计算机.
量子计算依靠量子机制内在的不确定性来处理信息,其信息处理速度远远快于传统机器.
普通的信息比特只能代表0或者1,而量子比特(qubits)以0和1的叠加状态存在,这种模糊性使几个量子比特可以被并行处理,因此可以一次执行多个运算.
加州大学圣塔芭芭拉分校的科学家展示了一块6厘米*6厘米的芯片,这种芯片包含有9块量子设备,在这些量子设备中,有4个量子比特执行运算,科学家表示,他们今年有望将执行运算的量子比特增加到10个.
从某种意义上来讲,量子计算的一个"诡计"是一次执行所有处于量子比特的计算,多一个量子比特所造成的差别并不大,但量子比特越多,影响就越大.
科学家们认为,当进行运算的量子比特达到100个时,量子计算才真正显示出竞争力.
不过,每增加几个量子比特都是重大的进步.
该研究团队的关键创新是找到了一种方法来完全"解开"量子电路各个元素之间的相互作用.
该项目领导者、加州大学圣塔芭芭拉分校的约翰·玛提尼斯表示:"如何中断这些相互作用让我们纠结了多年,现在,我们解决了这个问题.
"该研究团队将解决方案称为RezQu架构,这也是他们为未来量子计算机绘制的蓝图.
RezQu在可扩展性上拥有独特的优势,这使它能替代其他更复杂量子计算机架构.
其他一些极富竞争力的架构,比如离子陷阱,使用激光捕获离子,但运行激光需要很大的空间和人力.
美国锡拉丘兹大学的量子计算机专家布立顿·普罗德表示,对于量子计算来说,重要的是这种精细的量子状态能持续多长时间,自从研究开始,持续时间已增加了1000倍.
研制出大型量子计算机还有很长的路要走,但我们每天都在进步.
科技信息参考2011年第2期26德开发出通用DNA结构单位检测器作者:何屹文章来源:科技日报发布时间:2011-04-01据美国物理学家组织网近日报道,德国美因茨马普高分子研究所的研究人员,以构成DNA(脱氧核糖核酸)基本结构单位的寡核苷酸适配子为基础,开发出了一种可以有效检测抗生素、毒品和爆炸物等不同物质的方法.
该研究发表在美国化学协会期刊上.
这种方法的关键是利用原子力显微镜.
原子力显微镜是一种可用来研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构的分析仪器.
它通过检测待测样品表面和一个微型力敏感元件之间的极微弱的原子间相互作用力来研究物质的表面结构及性质.
马普高分子研究所的研究人员重点研究了构成DNA基本结构单位的寡核苷酸适配子.
如果某种物质可与寡核苷酸适配子相结合,通过研究两者断裂开时的力的变化,不仅可以在物质浓度极低的条件下进行测量,同时也可以精确地研究该物质,包括这物质是如何与寡核苷酸适配子相结合,以及两者之间的结合力到底有多大等等.
寡核苷酸适配子是检测包括遗传物质DNA和RNA(核糖核酸)在内的各种化学物质的理想手段,就像诱饵可以捕捉到鱼一样.
组成DNA的四种不同的碱基具有无限可能的序列,这样就可获得多种多样的结果.
更为特殊的是,DNA的不同碱基有不同的物理结构.
这样,寡核苷酸适配子可以形成特定的囊状结构来适应相应的分子.
包括抗生素、可卡因、TNT以及蛋白质在内的大多数分子均可以找到相应的寡核苷酸适配子囊状结构.
马普高分子研究所的研究人员试图寻找一种可以分裂为两个部分的寡核苷酸适配子,并且目标分子可在囊状结构的两部分之间形成桥梁.
这样的寡核苷酸适配子可以筛选出来.
在通用型检测器的首次试验中,研究人员将磷酸腺苷(AMP)作为目标分子,而囊状寡核苷酸适配子可以容纳两个磷酸腺苷分子.
然后,他们将囊状寡核苷酸适配子的一部分附着在原子力显微镜探针的尖端,另一部分则置于载物台上.
降低探针的尖端,使两部分发生接触,囊状寡核苷酸适配子内的两个碱基之间形成氢键.
提高探针的尖端,结合在一起的囊状寡核苷酸适配子的两部分能像弹簧一样发生伸缩.
此时,可以测量两者之间所产生的力.
随着拉力的不断加大,两者最终会发生断裂.
随后,研究人员又进行了第二个实验.
在囊状寡核苷酸适配子的两部分发生断裂之前,加入二磷酸腺苷分子溶液.
这样两个磷酸腺苷被置于空的囊状寡核苷酸适配子中,囊状寡核苷酸适配子的两部分再次形成氢键.
由于磷酸腺苷分子增强了两部分的结合力,因此要想使两部分发生断裂,必须使用更大的力,这样就可通过力的差异测出磷酸腺苷分子.
为了确定断裂力的大小,研究人员反复测量了1000次,确定AMP寡核苷酸适配子平均约为39皮牛(piconewtons),比没有AMP分子时约高12皮牛.
作为对照,他们使用不同的囊状适配子,并确定了不同适配子分裂成两部分所需要的力的大小.
科技信息参考2011年第2期27研究人员表示,新方法不仅适用于检测特定的分子,也可研究单个分子.
比如可以确定当适配子不发生断裂时力的大小,进而发现分子适配子氢键的变化;也可以改变目标分子的形成方式,使之形成两个或三个氢键桥,这对于理解目标分子及核酸适配子十分重要.
适配子的结合性质具有广泛的应用潜力,比如DNA片段现已广泛应用于环境分析和医疗诊断,作为分子工具和基本结构其应用范围还具有广阔的发展前景.
纳米尺度富勒烯电子器件可自行制冷作者:常丽君文章来源:科技日报发布时间:2011-04-05据美国物理学家组织网4月3日报道,近日,美国伊利诺伊大学研究人员宣布,他们用原子力显微镜探针检测了与富勒烯(石墨单原子层)接触点的热电效应,首次发现富勒烯晶体管在纳米尺度具有自行制冷效应,能降低自身温度.
该研究成果发表在4月3日网络版的《自然·纳米技术》杂志上.
计算机芯片的速度和尺寸大小受制于散热效果.
电流通过设备材料由于碰撞而产生热,这种现象称为电阻热,这种热大大超过了给设备局部制冷的电效应,因此绝大部分电子设备都需要散热.
使用硅芯片的计算机要用风扇或流水给晶体管制冷,这一过程消耗了大量的电能.
未来由富勒烯制造的计算机芯片,比硅芯片速度更快更省电.
但由于富勒烯太薄,人们对它的发热散热机制一直不太了解.
由伊利诺伊大学机械科学与工程教授威廉姆·金和该校微尺度与纳米技术实验室电学与计算机工程教授埃里克·波普共同领导的研究小组,用一种原子力显微镜探针(AFMtip)作为温度计,扫描了一个富勒烯—金属接头,首次测量了富勒烯晶体管在工作过程中的温度.
他们发现,在富勒烯晶体管和金属接触点,热电制冷效应比电阻发热效应更强,晶体管的温度更低.
"在硅和大部分材料中,电热效应比它们的制冷效应要强得多.
"金解释说,"但我们发现在富勒烯晶体管中,存在一个制冷效果比电阻热更强的区域,让它们能自行冷却.
以前从未发现过富勒烯设备有这种自行制冷效应.
"而这种自行制冷效应意味着,富勒烯电子设备不需要制冷,或只要很少的制冷,将带来更高的能效,进一步加大了富勒烯作为硅替代品的吸引力.
波谱表示,富勒烯电子设备还处在初级阶段,这一新发现将使它在热电方面的应用得到加强.
下一步,他们打算用AFM温度探针来研究碳纳米管及其他材料的冷热效应.
科技信息参考2011年第2期28美制造出超小型单电子晶体管作者:王小龙文章来源:科学时报发布时间:2011-04-20据美国物理学家组织网4月19日(北京时间)报道,由美国匹兹堡大学领导的一个研究小组日前宣布,他们制造出了一种核心组件直径只有1.
5纳米的超小型单电子晶体管.
该装置是制造下一代低功耗、高密度超大规模集成电路理想的基本器件,具有极为广泛的应用价值.
相关论文发表在最新一期《自然·纳米技术》杂志上.
单电子晶体管是用一个或几个电子就能记录信号的晶体管,其尺度都处于纳米级别.
随着集成电路技术的发展,电子元件的尺寸越来越小,由单电子晶体管组成的电路日益受到研究人员的青睐,其高灵敏度的特性和独特的电气性能使其成为未来随机存储器和高速处理器制造材料的有力竞争者.
据研究人员介绍,这种新型单电子晶体管的核心组件是一个直径只有1.
5纳米的库伦岛,另外还有一两个电子负责对信号进行记录.
负责该项研究的匹兹堡大学文理学院物理学和天文学教授杰里米·利维称,该晶体管未来可用于研制具有超密存储功能的量子处理器.
这种处理器将能轻松应对那些让目前全世界所有的计算机同时工作数年也计算不完的复杂问题.
同时因其中央的库伦岛可以被当作人工原子,该晶体管还可用来制造自然界原本并不存在的新型超导材料.
利维和其同事将这种超小型单电子晶体管命名为"SketchSET".
原因在于这项技术受到了一种名为蚀刻素描画板(EtchASketch)的启发,这种晶体管的制造原理也与其类似.
在实验中,通过原子力显微镜,研究人员用一种极为尖锐的电导探针就能在钛酸锶晶体界面上用1.
2纳米厚的一层铝酸镧"蚀刻"出所需的晶体管.
据介绍,SketchSET是第一个完全由氧化物制成的单电子晶体管,并且其库伦岛内能容纳两个电子.
经过库伦岛的电子数量可以是0、1或2,而不同数量的电子将决定其具有怎样的导电性能.
利维表示,这种单电子晶体管对电荷极为敏感,且所使用的氧化物材料具有铁电效应,该晶体管还可制成固态存储器,即便没有外部电源,该晶体管存储器也不会丢失此前存储的信息.
此外,这种晶体管对压力变化也极为敏感,根据这一特性可用其来制成纳米尺度的高灵敏度压力传感设备.
科技信息参考2011年第2期29美研制出新式超导场效应晶体管作者:刘霞文章来源:科学时报发布时间:2011-04-29据美国物理学家组织网4月28日(北京时间)报道,美国科学家使用自主设计的、精确的原子逐层排列技术,构造出了一个超薄的超导场效应晶体管,以洞悉绝缘材料变成高温超导体的环境细节.
发表于当日出版的《自然》杂志上的该突破将使科学家能更好地理解高温超导性,加速无电阻电子设备的研发进程.
普通绝缘材料铜酸盐在何种情况下从绝缘态跃迁到超导态这种跃迁发生时,会发生什么这些问题一直困扰着物理学家.
探究这种跃迁的一种方法是,施加外电场来增加或减少该材料中的自由电子浓度,并观察其对材料负载电流能力的影响.
但要想在铜酸盐超导体中做到这一点,还需要构建成分始终如一的超薄薄膜以及高达100亿伏/米的电场.
美国能源部物理学家伊万·博若维奇领导的布鲁克海文薄膜研究小组之前曾使用分子束外延技术制造出这种超导薄膜,该技术在一次制造一个原子层时还能精确控制每层的厚度.
他们最近证明,用分子束外延方法制造出的薄膜内,单层酮酸盐能展示出未衰减的高温超导性,他们用该方法制造出了超薄的超导场效应晶体管.
作为所有现代电子设备基础的标准场效应晶体管内部,一个半导体材料将电流从设备一端的"源"电极运送至另一端的"耗"电极;一个薄的绝缘体则作为第三电极"门"电极负责控制场效应晶体管.
当在绝缘体上施加特定的门电压时,该门电极会打开或关闭.
但没有已知的绝缘体能对抗诱导该酮酸盐内部高温超导性所需的高电场,因此,标准场效应晶体管的设计并不适用于高温超导场效应晶体管.
博若维奇团队用一种能导电的液体电解质来分离电荷.
当朝电解液施加外电压时,电解质中的正电荷离子朝负电极移动,负电荷离子朝正电极移动,但当到达电极时,离子会突然停止移动,就像撞到"南墙"一样.
电极"墙"负载的等量相反电荷之间的电场能超过100亿伏/米.
新研制的超导场效应晶体管中,高温超导体化合物模型(镧-锶-铜-氧)的临界温度可达30开氏度左右,为其最大值的80%,是以前纪录的10倍.
科学家可使用该晶体管来研究与高温超导性有关的物理学基本原理.
超导场效应晶体管的应用范围很广泛.
基于半导体的场效应晶体管能耗大,而超导体没有电阻也无能耗.
另外,原子逐层排列制造出的超薄结构也使科学家能更好地使用外电场来控制超导性.
博若维奇表示,这仅仅只是一个开始,高温超导体还有很多秘密有待探寻,随着其神秘"面纱"逐一揭开,将来能制造出超快节能的高温超导体.
科技信息参考2011年第2期30美制造出被思维操控的计算机作者:刘霞文章来源:科技日报发布时间:2011-04-09据英国《每日邮报》4月8日(北京时间)报道,美国科学家制造出了能被思维控制的计算机.
在实验测试中,志愿者只需在大脑中"说出"相关单词,就能让屏幕上的鼠标移动.
新突破有望成为哑巴或者有语言障碍人士的福音,可以帮助残障人士控制轮椅或仿生手臂,甚至彻底革新计算机游戏工业的面貌.
相关研究发表在最新一期的《神经工程学》杂志上.
该研究的领导者、华盛顿大学医学院神经科学与技术创新中心的主管埃里克·鲁塔德表示,这是最低层次的"阅读思想".
在实验中,鲁塔德使用皮层脑电图(EcoG,科学家以前使用该技术识别大脑的不同区域)技术将4名年龄在36岁至48岁的癫痫病患志愿者的大脑同一台计算机直接相连.
随后,科学家将电极顺着志愿者的颅骨插入,直到电极同大脑接触,在此处,电极能阅读大脑内的电活动.
整个实验过程中,电极发射出信号,科学家捕捉到这些信号并将其记录在一台计算机上.
志愿者坐在计算机屏幕前,通过说或想一些预先定义好的词汇来移动鼠标.
比如,单词"ah"表示鼠标向右移动;单词"ee""oo""eh"分别表示鼠标向上、向下和向左移动.
科学家表示,志愿者们没有经过很多训练,很快就可以控制计算机.
科学家希望未来能将电极永久地插入病人的大脑中以帮助他们交流,甚至使计算机能阅读他们的思想.
所谓"阅读思想"就是探测人们内在的思维和想法.
鲁塔德说,"阅读思想"这个想法既令人兴奋又令人担忧,但对那些无法交流或有其他残疾的人士来说,这不啻为一个福音.
过去十年里,科学家研制出了很多能用思想或脑—机接口进行控制的小玩意儿.
人们也使用"阅读思想"这项技术来控制轮椅、电视遥控器等.
在美国,有50名截肢人士安装了可由思想控制的义肢.
今年2月,美国医生推出了最新的仿生手臂,该手臂能将从严重受伤的神经传来的大脑信号发送给正在工作且健康的肌肉,安装了仿生手臂的人能通过想法让拇指和食指捏在一起,抬起前臂和弯曲手肘.
科技信息参考2011年第2期31我国首个自主知识产权智能终端操作系统面世作者:操秀英来源:科技日报发布时间:2011-3-1中国联通2月28日在京召开发布会,正式推出沃Phone智能手机及我国首个自主知识产权的智能终端操作系统,国外软件企业在该领域长期一统天下的局面有望得以改变.
沃Phone系统以Linux内核为基础,包含智能终端图形交互系统、核心功能库、应用框架、安全套件、业务模型组件、基础应用软件等多层架构软件实体.
该系统可支持WCDMA、CDMA、TD—SCDMA及未来的LTE等多种网络制式,其应用可覆盖金融、证券、医疗、交通等众多行业,并可满足平板电脑、电视机等多种移动终端的需要.
中国联通从2008年就开始组织相关企业开始3G移动智能操作系统和基础软件平台的自主研发工作,该项目也是国家"核心电子器件、高端通用芯片级基础软件产品"重大科技专项的课题之一.
出席会议的科技部副部长曹健林表示,中国联通沃Phone手机及操作系统的推出,不仅打破了国外软件产业对智能终端操作系统的垄断,提升了中国企业的自主创新能力和产业竞争力,而且有助于终端生产厂家及时、快速地根据多样化市场需求设计并推出新产品.
据中国联通技术部总经理兼联通研究院院长张智江介绍,目前7款沃Phone手机已开发完成,其中2款已通过工信部的入网监测进入生产阶段,预计下月上市销售.
中国工程院院士、中国联通科技委主任刘韵洁随后在接受采访时表示,该操作系统的研发成功表明我国已在技术层面做好准备,但若要大规模推广自主知识产权的智能终端操作系统并形成完整产业链,则还需要加大投入,由政府进行总体规划.
我国成功发射第八颗北斗导航卫星作者:李清华张利文来源:新华网发布时间:2011-4-104月10日4时47分,我国在西昌卫星发射中心用"长征三号甲"运载火箭,成功将第八颗北斗导航卫星送入太空预定转移轨道.
这是一颗倾斜地球同步轨道卫星.
这次发射是今年北斗导航系统组网卫星的第一次发射,也是我国"十二五"期间的首次航天发射.
科技信息参考2011年第2期32这次北斗导航卫星的成功发射,标志着北斗区域卫星导航系统的基本系统建设完成,我国自主卫星导航系统建设进入新的发展阶段.
这颗卫星将与2010年发射的5颗导航卫星共同组成"3+3"基本系统(即3颗GEO卫星加上3颗IGSO卫星),经一段时间在轨验证和系统联调后,将具备向我国大部分地区提供初始服务条件.
今明两年,我国还将陆续发射多颗组网导航卫星,完成北斗区域卫星导航系统建设,满足测绘、渔业、交通运输、气象、电信、水利等行业,以及大众用户的应用需求.
北斗卫星导航系统是中国独立发展、自主运行,并与世界其他卫星导航系统兼容互用的全球卫星导航系统.
北斗卫星导航系统除了能够提供高精度、高可靠的定位、导航和授时服务,还保留了北斗卫星导航试验系统的短报文通信、差分服务和完好性服务特色,是我国经济社会发展不可或缺的重大空间信息基础设施.
目前,北斗卫星导航系统正按照"质量、安全、应用、效益"的总要求,坚持"自主、开放、兼容、渐进"的发展原则,按照"三步走"发展战略,稳步推进.
第一步已实现,从2000年到2003年,建成了北斗卫星导航试验系统,成为继美国、俄罗斯后世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家.
第二步,2012年左右,建成北斗区域卫星导航系统,提供亚太地区服务能力.
第三步,2020年左右,建成由30余颗卫星组成的北斗全球卫星导航系统.
这次发射的卫星和火箭分别由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院和中国运载火箭技术研究院研制.
这是长征系列运载火箭的第137次飞行.
新技术使分子计算机实现任意演算作者:KenjiOhmori来源:《自然—物理学》发布时间:2011-4-30日本自然科学研究机构分子科学研究所大森贤治教授领导的一个研究小组近日宣布,他们利用10万亿分之一秒的高强度红外激光脉冲,成功向一个分子中的量子力学原子状态(波函数)瞬间读入信息.
现在的高速信息处理依赖基于硅晶体管的大规模集成电路,但更大规模的集成电路会由于绝缘体的幅度达到数个原子层水平后而出现电子渗出,导致过热和错误发生.
最新的纳米技术由于同样以电荷为信息载体,因此也逃不过这一命运.
为解决这一难题,研究小组选择了电子性质为中性的量子力学波函数作为信息载体进行试验.
大森的研究小组之前曾成功利用0.
3纳米尺寸的分子波函数,使超级计算机的傅里叶科技信息参考2011年第2期33变换提高1000倍,验证了一个分子可以具有超高速计算机的功能.
这一技术比以硅晶体管为基础的元件体积小1000倍,速度却提高1000倍以上.
但是,分子内复数的波函数由于分子固有的性质,只能进行几种特定的计算.
要实现任意演算,还需要开发出从外部置换分子内部信息的新技术.
之前科学家们认为分子中不同能量状态的波函数不发生干扰,而此次研究小组发现,在10万亿分之一秒高强度红外激光脉冲的照射下,不同能量状态的波函数出现了干扰这一全新的物理现象.
这种干扰现象可使分子内复数的波函数强度发生变化,进而可成功从外部读入信息.
新成果意味着这一技术今后可能成为分子计算机的基础技术,研究小组还将对固体和液体中杂乱的波函数进行复元试验,以期建立分子计算机的基础技术.
http://doc.
sciencenet.
cn/DocInfo.
aspxid=677生物医药内源性钠-钾泵激动剂调节痛觉信息传递来源:中国科学院上海生命科学研究院发布时间:2011-03-113月10日,美国《神经元》(Neuron)杂志发表了中科院上海生命科学研究院神经所张旭研究员的博士后李开诚、研究生张方雄、李昌林和王烽等共同完成的研究论文.
他们发现了传导痛觉的背根节神经元可以释放一种名为滤泡素抑制素样蛋白1(follistatin-like1,FSTL1)的蛋白质,通过激动初级感觉传入神经纤维上的钠-钾泵,调节痛觉等感觉信息的传递.
神经元消耗能量,通过钠-钾泵(Na+,K+-ATPase),在细胞浆中浓集钾离子并排出细胞内的钠离子,从而维持细胞膜内外的钠、钾离子浓度梯度,调控细胞膜电位和兴奋性,对调节神经元功能起十分重要的作用.
然而,人们一直不清楚除了ATP、钠和钾离子对钠-钾泵的驱动作用,以及一些神经递质、激素通过它们的受体间接地调节钠-钾泵活性以外,身体内是否存在可以直接激动钠-钾浆的物质,并对神经系统功能进行调节.
作者通过一系列的实验发现,传导痛觉的背根节神经元高表达FSTL1,并且通过清亮小泡将FSTL1运输至脊髓内的传入神经终末释放,直接与位于感觉传入神经终末突触前膜上的钠-钾泵α1亚基相结合,增强钠-钾泵活性,使细胞膜超级化,从而对感觉传入神经终末的兴奋性突触传递起抑制性调控作用.
课题组与南京大学模式动物研究所高翔教授的科研团队密切合作,制备了当时国内第一例条件式敲除小鼠,在背根节神经元中特异性敲除了FSTL1的基因.
研究发现,FSTL1条件式敲除小鼠兴奋性突触传递增强,痛觉敏感度增强.
因此,FSTL1作为第一个被发现的内源性钠-钾泵激动剂,对于保持正常的躯体感觉是必需的,FSTL1减少则会导致异常痛觉.
该发现表明,内源性钠-钾泵激动剂可以通过调控突触传递对神经系统功能起重要的影响.
该研究到了中国科学院、科技部973项目、国家自然科学基金等项目的资助.
FSTL1-钠钾泵系统调节突触传递的模式图:膜去极化导致突触囊泡和FSTL1囊泡释放,释放的FSTL1激活位于初级感觉传入神经终末突触前膜上的钠钾泵的a1亚基,使细胞膜超科技信息参考2011年第1期35级化,从而对初级感觉传入神经终末的兴奋性突触传递起抑制性调控作用.
嵌段共聚物纳米膜能过滤水中细菌作者:刘霞来源:科技日报发布时间:2011-3-2据美国物理学家组织网近日报道,美国科学家使用嵌段共聚物合成出一种新式的纳米膜,该膜可过滤掉饮用水中的细菌.
科学家认为,这种纳米膜或可解决一个多年悬而未决的全球健康问题:如何将细菌从饮用水中隔离开.
该研究发表在《纳米快报》杂志上.
水分子和细菌非常微小,人的裸眼无法看到,科学家一般以纳米为单位来标注其大小.
但在显微镜下,水分子和细菌的大小则迥然不同.
单个水分子的直径远远小于1纳米,而大多数细菌的大小则有几百纳米.
纽约州立大学水牛城分校的化学家扎维德·罗扎耶夫领导的研究小组,使用嵌段共聚物合成出一种新式纳米膜,该纳米膜含有直径约为55纳米的孔隙,这种孔隙的大小足以让水分子成为"漏网之鱼",但细菌却无法通过;而且,嵌段共聚物拥有的特殊属性能让孔隙平均分布于该纳米膜上.
罗扎耶夫表示,商用膜在孔隙密度或孔隙大小的一致性方面都存在局限,但新式纳米膜上的孔隙分布均匀,孔隙的大小也整齐划一,该膜可作过滤膜使用.
并且,这个直径为55纳米的孔隙是迄今为止科学家使用嵌段共聚物制造出的最大的孔隙.
增大孔隙会增加水流、降低成本、节省时间.
另外,直径为50纳米到100纳米的孔隙也足够小,任何细菌都无法通过.
新纳米膜拥有的特殊属性要归功于其原始材料嵌段共聚物.
嵌段共聚物由化学结构不同且较短的聚合物交替构成.
这两个聚合物会相互排斥,但在另一端会紧紧依附在一起形成一个聚合物.
当许多嵌段共聚物混杂在一起时,它们之间的相互排斥力会让它们采用一种有规则的、交替的模式集合在一起.
这个自我组装过程最终得到的结果就是一个由两类不同聚合物组成的固体纳米膜.
为了让该纳米膜上的孔隙平均分布,罗扎耶夫团队移除了其中的一种聚合物.
孔隙相对较大是因为组成原初嵌段共聚物的分子具有类似于试管刷状的独特结构.
科技信息参考2011年第1期36研究首次解析NAT家族蛋白结构来源:《自然》发布时间:2011-3-233月20日,清华大学医学院教授、生命学院兼职教授颜宁和生命学院王佳伟副研究员合作领导的科研小组,在《自然》(Nature)发表了名为"StructureandmechanismoftheuraciltransporterUraA"(尿嘧啶转运蛋白UraA的结构和机制)的科研论文,在世界上首次解析了NAT(Nucleobase/AscorbateTransporter,核苷碱基-维生素C转运蛋白)家族蛋白UraA的晶体结构,由此解决了困扰广大生物学家的一大难题.
各种核苷碱基(nucleobases)以及维生素C的吸收由一类跨膜转运蛋白家族NAT蛋白介导.
而他们通过怎样的机制完成跨膜转运,一直是个谜.
核苷碱基-维生素C转运(NAT)蛋白家族,又称为核苷碱基-阳离子同向转运载体2(NCS2)蛋白家族,在各种生物核苷碱基摄取的生理活动中发挥着重要作用.
核苷碱基作为DNA、RNA的重要组成成分,是各种生物必需的分子,而维生素C则在人类健康中起着关键的作用,众所周知,维生素C的摄入不足会导致坏血病.
因此,知晓NAT家族蛋白的三维结构信息以及其发挥生理活性的机制结构至关重要.
颜宁研究组此次解析UraA的晶体结构及其机制则揭晓了这一谜底.
该科研小组研究人员经过结构分析,发现UraA在空间排布上呈现两个明显的结构域,即核心结构域和门控结构域.
在已有的结构基础上,他们通过大量的体内体外生化实验进一步证明了该蛋白特殊结构的生理意义:蛋白底物尿嘧啶在跨膜转运的过程中首先被准确地定位在两个结构域之间,进而通过核心结构域和门控结构域之间的构像变化完成整个转运过程.
他们还发现了在底物识别共转运中起关键作用的数个氨基酸.
科研小组根据序列比较,进一步提出了NAT家族利用钠离子或质子共转运底物的分子机理.
颜宁教授率领的科研小组自建立以来即致力于对膜转运蛋白结构,特别是营养物质——质子共转运蛋白的结构与分子机理的研究.
他们在2007年开始了对NAT家族蛋白的研究,首先选取了大肠杆菌尿嘧啶-质子共转运蛋白(Uracil:protonSymporter)UraA这一该家族代表性成员作为研究对象,利用现代结构生物学的方法,终于在2010年4月首次获得了UraA与底物尿嘧啶高达2.
8埃的高分辨率三维精细结构.
通过对三维晶体结构的分析,他科技信息参考2011年第1期37们惊喜地发现:在拥有由14个跨膜片段形成的两个反向重复序列的UraA蛋白中,存在着一种全新的蛋白折叠形式.
在第3号和第10号跨膜片段间存在着一对反向平行的beta-折叠片,它们在蛋白结构的维持和蛋白底物的识别中发挥了重要作用.
这一发现基本颠覆了一直以来对于膜整合蛋白结构的认知.
过去25年的膜蛋白结构生物学研究似乎表明,膜整合蛋白的跨膜区或者只有alpha螺旋,或者只有beta折叠.
唯一的例外是S2P蛋白,其在膜边缘处还有三个beta折叠,由于是出于蛋白边缘,还一度被专家质疑是否是由于体外结晶造成的结构变相.
而UraA的结构毫无疑义地证明alpha螺旋和beta折叠两种蛋白二级结构可以在膜蛋白的跨膜区中同时存在,这一发现为研究膜蛋白的折叠和进化提供了重要线索.
大脑具有惊人可塑性作者:常丽君文章来源:科技日报发布时间:2011-03-19据每日科学网站3月18日(北京时间)报道,加拿大蒙特利尔大学科学家发现,大脑有惊人的可塑性,正常情况下与眼睛相连的视觉信息处理与空间感知脑区,也能与声音信息形成重新连接,因此一些先天性失明的盲人能通过声音来感知空间,实现以耳代目.
该研究发表在3月15日的美国《国家科学院院刊》上.
蒙特利尔大学圣-贾斯汀医学研究中心奥利弗·柯利根和神经心理学与认知研究中心的弗朗哥·莱普合作,对11位先天失明者和11位正常人进行了比较研究.
研究人员在给他们听不同声音的同时,用核磁共振成像(MRI)扫描他们的脑部活动.
此前的一些研究也显示,盲人在将声音处理作为空间感知方面的能力比正常人要强.
柯利根解释说:"之前的研究表明,先天失明的人脑部枕区与非视觉信息处理过程有关.
而我们最近的研究表明,盲人的脑部枕区在与声音信息处理系统重新连接之后,其视觉皮层还保留着像正常人那样的功能组织.
视觉皮层中右背侧枕流区的某些地方能将原有大脑神经网络的功能重新组合,以处理空间信息.
"视觉皮层位于大脑后部,左右半球各有一个,称为枕叶,负责处理视觉画面.
柯利根认为,这证明大脑具有惊人的可塑性,而可塑性是指大脑由于阅历经验变化而发生变化的能力.
大脑中有专门的脑区用于空间处理,即使一个人刚出生就失明,他的大脑也非常灵活,可以让神经元周围的微环境发展变化,使神经元拥有并执行一些新功能.
对于先天失明婴儿的大脑如何发育出这种重新连接,柯利根解释说,在早期生命中,大脑在经验感受的基础上塑造着自身,某些突触连接消失了,而另一些会得到加强,突触科技信息参考2011年第1期38连接使神经元得以互相交流.
"在婴儿8个月左右,大脑发育高峰结束,此后大约40%的视觉皮层突触开始逐渐移除,到11岁左右突触密度达到稳定.
重新连接的发生,可能是作为不断变化的神经连接维护机制的一部分,但这一理论还需要进一步检验.
"研究揭开细菌基因跳跃转移机理作者:何屹文章来源:科技日报发布时间:2011-03-21一种本来没有耐药性的细菌如何通过"窃取"其他细菌具有耐药性的DNA(脱氧核糖核酸)片段,从而演变成耐药菌株,这是一个长期困扰生物学家的难题.
据美国物理学家组织网报道,美国北卡罗来纳德汉姆国家进化综合中心的研究人员通过研究30多种可导致包括肺炎、脑膜炎、胃溃疡和瘟疫等疾病在内的致病细菌,终于找到了答案.
大多数生物是从双亲处获得基因,但细菌可以说是适应性最强的生物之一,它们擅长于相互之间的基因交流——不断选择保留有用的遗传信息而抛弃无用的,以适应周围环境的变化.
DNA片断能够在细菌细胞之间跳跃转移也被称为基因横向转移,这是耐药性在致病细菌之间迅速蔓延的罪魁祸首.
之前关于"为什么有些基因更容易从一个物种转移到其他物种以形成新的致病菌株"的问题,一种理论认为这主要依赖其基因在细胞内的功能.
涉及细胞核功能的基因,如负责转录蛋白质的RNA(核糖核酸),不太可能实施跳跃转移,因为如果一个物种已经拥有了基本的转录和翻译功能的分子,获取其他物种的相同基因将不会产生任何优势.
还有研究认为,在基因横向转移的过程中,基因的功能并不重要,重要的是其表达的蛋白质与其他蛋白质的相互作用关系.
比如,基因转录和表达需要众多的参与者协调配合才能完成.
为了了解基因的功能和其与蛋白质间的作用关系哪个因素更重要,研究人员调查了30多种细菌的基因转移证据.
当他们比较与蛋白间关系相近的基因时发现,基因功能的影响并不重要.
研究人员认为,一些蛋白质不易获取是因为需要与其他蛋白质协调配合,一种需要众多合作伙伴的蛋白质,很难在新宿主中生存.
这就像将一台传真机送到偏远的乡村,如果没有电,没有电话线,没有传真纸或者没有技术人员,那么这个传真机就是一件废物.
因此细菌容易接纳"孤独"基因,而不是与其他基因关联性高的基因.
科技信息参考2011年第1期39美利用光实现活细胞内分子移动作者:何屹文章来源:科技日报发布时间:2011-03-25据每日科学网近日报道,利用光触发剂,美国约翰霍普金斯大学的科学家开发出一种新方法,可以在活细胞内移动分子,并能在特定时间将分子递送到确切的位置.
新方法可以让科学家操纵分子,以了解分子在细胞某些特定的位置如何影响细胞的行为,比如如何决定细胞的生长、死亡、运动和分裂等.
约翰霍普金斯大学的研究人员将光触发剂附着在体积较大的分子上,在紫外线照射下,光触发剂与分子发生断裂,并进入到细胞内,使细胞内两种不同的特定蛋白结合在一起.
利用这种特性,研究人员可以启动分子之间的相互作用,并将分子之间的相互作用限制在一定的空间内.
两种蛋白质分子通过附着上特定的分子进行修饰后,其中一种蛋白被递送到细胞边缘,另一种蛋白如与其发生相互作用,细胞边缘将形成波纹.
因此,如果在细胞边缘发现波纹,就意味着两种蛋白发生了相互作用.
研究人员将经修饰的两种蛋白质放入人类皮肤细胞内,并将其泡入光触发剂,然后,用一小束紫外线光束照射在皮肤细胞边缘约百分之十处的地方.
结果在被紫外线照射的细胞区域发现波纹,表明该方法可以在非常精确的位置限制细胞活性.
科学家可以利用该技术对分子进行监测,进而从分子水平上更好地理解细胞功能以及细胞特定部位的分子功能.
植物LED光源高效生产突破关键技术作者:潘锋、姜雯文章来源:科技日报发布时间:2011-03-25由中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所研究员杨其长主持完成的"植物LED光源节能高效生产关键技术研究与应用"项目,日前通过农业部鉴定.
该成果是LED(发光二极管)光源在植物领域应用的重大技术突破,为现代设施农业、植物组培、植物工厂等领域的节能高效生产提供了重要的技术支撑,总体达到国际先进水平.
针对国内外节能减排的迫切技术需求,研究人员历经8年多探索,系统研究了LED在植物组培、育苗、叶菜与药用植物种植、蔬菜品质调控、温室补光等生产系统的应用机理,科技信息参考2011年第1期40探明了提高植物光能利用效率的光环境优化指标体系,为LED在植物领域应用和节能光源系统开发提供了重要的理论依据.
针对植物组培、人工光育苗与种植、温室补光等不同用途对光源的特定需求,研究人员开发出了以红蓝光LED为主要光谱成分、光环境智能可调、易于安装的LED柔性灯带、灯管、灯板等多个系列的LED光源系统;在国际上率先将LED光源用于植物育苗工厂、家庭植物工厂等领域,拓展了LED光源的应用范围;首次发明了一种带LED光源的组培容器,彻底解决了传统组培容器及其瓶盖的遮光问题,显著提升了组培植物的光合效率,节能效果达80%以上.
植物LED光源及关键配套技术已累计推广应用面积20多万平方米.
植物LED光源节能高效生产关键技术的突破,为我国跻身LED农业应用大国行列提供了有效的技术保障,同时也为未来在戈壁、沙漠、岛礁、极地、摩天大楼等非可耕地的高效生产以及太空的食物自给提供了重要的技术支撑,应用前景广阔.
迄今最完整人脑基因图谱出炉作者:刘霞文章来源:科技日报发布时间:2011-04-15据美国麻省理工学院出版的《技术评论》杂志4月13日报道,艾伦脑科学研究所的科学家绘制出了两个迄今最完整的人脑基因图谱,为神经科学研究提供了重要的数据支撑.
科学家表示,最新"出炉"的人脑基因图谱提供的数据将被广泛用于与帕金森症、精神分裂症、多发性硬化症甚至肥胖等与神经障碍和认知功能有关的疾病的研究,以及探究健康的大脑如何工作.
科学家将相关数据编制成一个名为"艾伦人脑图谱"的数据库,该图谱除了显著标识出人类基因图谱中的每个基因在大脑的何处表达之外,还涵盖了大脑核磁共振成像(MRI)和磁共振弥散张量成像(DTI)提供的数据,供公众自由免费访问.
这些数据显示,人脑之间的相似度高达94%,至少82%的人类基因都会在大脑中表达.
2002年,微软公司的共同创始人之一保罗·艾伦出资一亿美元成立了脑科学研究所,并着手进行大脑基因谱图的绘制工作.
2006年,该研究所公布了实验鼠的大脑基因图谱,为开启人类大脑之谜迈出了重要一步.
艾伦脑科学研究所的首席执行官艾伦·琼斯表示:"这是迄今为止科学家绘制出的最全面最精确的人脑基因图谱,让我们能更深层地洞悉人体最复杂、最重要的器官;理解基因在大脑中如何运作;帮助科学家和医学工作人员更好地理解各种精神疾病和大脑疾病,并研发出新的药物和治疗方法.
"与高性能、多功能的全球定位系统(GPS)一样,艾伦人脑图谱确定了人脑中的1000科技信息参考2011年第1期41个解剖点,指明了每个点上特定的基因表达和基本的生物化学特性.
科学家能借用艾伦人脑图谱探测人脑,厘清人脑遭受的疾病和损伤(包括生理损伤和精神健康疾病)对大脑特定区域的影响.
科学家有望借此准确定位出某种特定的药物应作用于大脑的哪个区域并最终更好地控制很多疗法的治疗结果.
基因大规模变异速检技术问世作者:常丽君文章来源:科技日报发布时间:2011-04-16据美国物理学家组织网近日报道,马萨诸塞大学医学院研究人员开发出一种新的突变基因筛查技术,该技术能在同一试管中检测出可能发生突变的每个氨基酸,并分析出每种突变对细胞造成的影响.
新技术为检测遗传疾病、识别突变细菌和新疫苗开发开辟了一条捷径.
该研究发表在近日的《美国国家科学院院刊》网站上.
人类染色体组中每个基因都由上千个DNA(脱氧核糖核酸)密码组成,其中一个密码改变就可能造成严重疾病,如癌症、囊性纤维化、肌肉萎缩或亨廷顿病等.
同样,病毒或细菌中一个微小突变也能产生抗药性菌种,使常规药物失效.
即使很小的基因片段都可能有上千种变化,要系统分析它们很难.
通常的DNA测序是阅读整个染色体组.
而生化与分子制药副教授丹尼尔·玻仑领导的研究小组开发出名为EMPIRIC的新技术,能在同一个试管中,精确计算并记录细胞的上百种不同变异.
波尔他们使用新技术对活性面包酵母菌进行了检测,该酵母菌基因包含9个氨基酸,同时在同一试管中检测出这一小片基因中发生的500多种不同DNA突变.
而之前的检测技术需要做几千次试验,花几年才能完成.
新技术的关键突破在于,能在同一个试管中同时分析大量突变.
目前的抗药性筛查技术要依赖偶然的突变,所以效率低下,对那些可能发生却并未发生的突变更是无从下手.
但由于病毒基因氨基酸相对较少,新技术可在同一试管中检测出某种病毒进化出抗药性的所有突变,将病毒整个基因组系统地筛查一遍.
这为系统地鉴定抗药性突变、开发新型疗法和新疫苗提供了一条捷径.
新方法还有助于深入理解生物寄主的问题,包括环境压力怎样在基因层面影响了进化过程,何种突变可能造成基因疾病,如何筛查可能产生抗药性的突变病毒等.
科技信息参考2011年第1期42果蝇蛋白与功能蛋白编织成天然纤维作者:常丽君文章来源:科学时报发布时间:2011-04-22据美国物理学家组织网4月21日(北京时间)报道,美国莱斯大学和德克萨斯农工大学研究人员通过基因嵌入融合技术,将不同蛋白质与一种来自果蝇的转录因子结合,再拉成纤细结实的线,就能织成任何想要的纹理构造.
这种材料拥有多种潜在功能,可作为化学催化剂和生物传感器,在未来的组织工程领域前景广阔.
最新论文发表在今天的《先进功能材料》网络版上.
莱斯大学生化实验室的凯瑟琳·马修与德克萨斯农工大学副教授沙拉·邦多斯共同合作,对黑腹果蝇基因中一种能调控翅膀和腿发育的重组转录因子蛋白——超级双胸基因(Ubx)进行了研究.
他们利用基因融合技术将Ubx和荧光、冷光蛋白结合,生成了嵌合体,并将该嵌合体拉成纤维,放在显微镜下观察,结果发现,Ubx和强化绿色荧光蛋白结合呈现明亮的绿色,而与红色荧光蛋白和棕色蛋白肌球素结合,分别显出亮红色和棕色,和荧光素酶结合发出炽红色的光.
表明这些功能蛋白在嵌合体中保留了各自的功能.
生物学意义上的嵌合体包含两种以上不同基因的细胞系,比如植物的整体嫁接;而在分子水平上,嵌合体是将不同的蛋白质聚合而成的单分子多肽.
论文主要作者、莱斯大学的黄兆(音译)将各种蛋白质扭转折叠生成嵌合体拉成了线,并用这些线织成了各种图案,或把它们系缚在一个框架上.
"用功能蛋白制作固体材料的理化过程通常会伤害蛋白质活性,而我们生成的三维结构具有活性.
这种制作技术简单独特,不需要特殊设备.
"黄兆解释说.
该研究小组曾在2009年《生物大分子》杂志上发表论文,称开发出一种"超级"材料,一种超强、高弹性的天然纤维.
"当时我们能制造三维体.
在此基础上,现在能制作小棒和小片,并能把它们结合在一起.
任何用拼装玩具能做出来的东西,我们都能用Ubx制造出来.
"邦多斯说.
以Ubx为基础的生物材料能媲美构成皮肤和其他柔软组织的天然弹性蛋白,这种嵌合体纤维的力学性质还可通过改变其直径来调整.
功能化的Ubx能一层层地生成三维器官.
"我们能建造像心脏那样的形状,还可以在材料内部建立指令,让细胞分化成肌肉、神经、血管或其他组织.
"马修指出,嵌合了多种功能蛋白的纤维还有很多用途.
它能将酶、抗体、生长因子和肽识别序列结合在一起,也能制造按特定顺序排列的功能纤维,作为逐步递进的催化剂.
玻仑说:"虽然我们只用酵母菌细胞做了试验,但新技术很全面,能用于任何迅速生长的细胞,还能作为一种对癌症、病毒或细菌的基因控制手段.
"科技信息参考2011年第1期43美成功制造出可生物降解的新型聚合物作者:刘霞文章来源:科学时报发布时间:2011-04-19据美国物理学家组织网4月17日报道,美国科学家首次成功制造出可生物降解的新型聚合物,这种聚合物能自我组装成中空的纳米纤维球,当将这种纤维球和细胞一起注射入伤口时,纤维球会生物降解,而细胞则活下来形成新组织.
相关研究将发表在《自然·材料学》杂志网络版上.
该技术研发人、美国密歇根大学生物材料系终身教授皮特·马表示,这种纳米纤维球能模拟细胞的自然生长环境,因此可作为细胞载体将细胞送到伤口处,这是组织修复领域的重要进步.
由于缺乏足够的捐赠组织以及现有治疗受损软骨的方法效果有限,该技术有望为一些软骨受损患者带来福音.
目前修复受损软骨的技术是将病人自己的细胞直接注入病人体内,没有模拟该细胞的自然生长环境并将细胞运送入体内的载体,注入体内的细胞稀稀拉拉,治疗效果因此并不乐观.
这种纳米纤维微球有很多孔隙,使营养物质很容易进入其中,而且,这种微球也承当了细胞基质的功能,同时也不会产生伤害细胞的降解副产品.
科学家先将这种中空的纳米纤维微球同细胞结合在一起,随后将其注射入伤口,当这些仅仅比其携带的细胞大一点的纳米纤维球在伤口处降解时,其携带的细胞已开始很好地生长,因为,这些纳米纤维球提供了一个让细胞茁壮生长的环境.
皮特·马表示,这是科学家首次制造出能够注入体内的复杂细胞基质.
在对实验鼠进行测试的过程中,这种纳米纤维球修复组生长出的组织是控制组的3倍到4倍.
为了修复形状复杂或怪异的组织缺陷,能被注射入体内的细胞载体要求大小非常精准,而且尽量不要进行手术.
皮特·马的团队一直试图通过仿生方法,使用能进行生物降解的纳米纤维设计出细胞基质——在细胞生长并形成组织的过程中为其提供支撑的一套系统.
美将成人皮肤细胞变成神经干细胞作者:刘霞文章来源:科学时报发布时间:2011-04-28据美国物理学家组织网4月25日报道,美国戴维·格拉斯通研究所的科学家丁盛(音科技信息参考2011年第1期44译)报告称,他通过细胞重组技术,对现有的诱导多功能干细胞(iPS细胞)技术进行改进,将成人皮肤细胞直接转化成了神经干细胞,新方法在再生医学领域具有重要的应用潜力.
相关研究发表于4月25日出版的《美国国家科学院院刊》上.
人类胚胎干细胞是一种多功能细胞,能发育成人体内任何类型的细胞,因此在再生医学领域拥有巨大的应用潜力.
很多科学家认为,未来可以使用人类胚胎干细胞治疗和根除心脏病、糖尿病和帕金森氏症等多种疾病.
然而,由于获取人类胚胎干细胞需要使用人类早期胚胎,相关研究一直饱受伦理方面的指责和争议.
格拉斯通研究所的山中伸弥为了克服使用人类胚胎干细胞面临的挑战,培育出iPS细胞.
iPS细胞源于病人自己的皮肤细胞,其作用同胚胎干细胞类似,但却拥有胚胎干细胞不具备的优势,可被用于个性化医疗,免除移植可能会引发的风险,同时还能避免胚胎干细胞面临的伦理问题.
在最新的细胞重组研究中,丁盛对iPS细胞技术进行了些许改进,通过重组将皮肤细胞直接变成了神经干细胞.
丁盛的方法是让iPS细胞不进入可发育成任何类型的细胞的多功能状态.
避免多功能状态非常重要,因为,它避免了被用来替代或修复受损器官或组织时,有些iPS细胞会发育成肿瘤的潜在风险.
所得到的神经干细胞是一类具有分裂潜能和自更新能力的母细胞,可以通过不对等的分裂方式产生神经组织的各类细胞.
这种细胞重组技术也使科学家能制造出更多的细胞以用于科学研究和再生医学领域.
丁盛表示,这些细胞还无法用于移植,但新技术消除了利用iPS细胞制造可以移植的细胞以治疗多种疾病所面临的一些主要障碍.
美揭示神经元转运蛋白的分子运动机制作者:刘霞文章来源:科学时报发布时间:2011-04-26神经元细胞拥有不同的转运蛋白,但这些转运蛋白如何工作迄今还是一个谜.
据美国物理学家组织网4月24日报道,美国科学家最近终于弄清楚了转运蛋白分子的工作机制,研究发表在24日出版的《自然》杂志上.
科学家表示,新研究有望改进对精神疾病治疗的效果,加深理解可卡因等神经药物的作用原理.
转运蛋白是内嵌于神经元细胞膜内的分子机器,其作用是调节神经细胞之间的信号传导并循环利用神经递质.
在大脑中,神经元之间通过向突触(两个神经元的相接处)释放神经递质来"通话".
为了让信号传递停止,需要专门的转运蛋白将突触处的神经递质运科技信息参考2011年第1期45回原细胞内.
然而,让神经递质集结在突触处对很多疾病的治疗大有裨益.
抗抑郁药物就是通过干预特定转运蛋白,使神经递质集结在突触处来起作用,可卡因和安非他明等兴奋剂也如此.
最新实验中,威尔康乃尔医学院生理学和生物物理学副教授斯科特·布兰查德领导的科研团队使用单分子荧光共振能量转移(smFRET)技术,对2005年从原核生物中发现的一种亮氨酸转运蛋白分子(LeuT,与哺乳动物神经递质钠转运体在结构和功能上非常相似)进行了成像,监测出LeuT在组成和动力学方面的变化,阐释了LeuT内的分子活动.
他们将荧光染料贴在蛋白的运动部分,当染料间的距离变化时,荧光染料会释放出不同数量的光.
在整个过程中,转运蛋白的移动、荧光团之间的距离依时间而产生的变化都被直接成像,从而首次定量地洞悉了转运机制的动力学过程.
新实验证明,依附于LeuT的丙氨酸会增加转运蛋白在两个形态之间变换的速率:一个形态是面朝外,好像转运蛋白准备接受从细胞外传来的基质(朝内关闭).
另一个形态是面朝内,好像转运蛋白朝细胞释放其所包含的物质(朝内开启).
另外,钠对丙氨酸增强这种动力机制来说是必需的.
但只有钠离子而没有丙氨酸时,转运蛋白开启和关闭状态之间的转化速度会减少.
抗抑郁的氯米帕明就是阻挡丙氨酸的这种效果并将该转运蛋白限制在其朝内关闭的状态,以抑制转运过程.
威尔康乃尔医学院计算生物医学研究所所长阿雷尔·温斯坦表示,只有理解了这种动力学,我们才能真正理解药物分子的工作原理.
温斯坦表示,因为细菌和哺乳动物的转运蛋白几乎是一样的,该研究结果很有可能适用于哺乳动物,包括人体神经细胞中的转运蛋白.
新技术让研究进入单细胞内RNA的世界作者:常丽君文章来源:科学时报发布时间:2011-04-29据美国物理学家组织网4月25日(北京时间)报道,美国麻省理工大学布罗德学院开发出一种高分辨率新技术,提供了多个窗口研究核糖核酸(RNA)的世界,让科学家能深入到单个细胞内部,观察RNA"机器"运转的各个步骤,并在其发生故障时检查问题出在哪里.
研究论文发表在4月24日的《自然·生物技术》网站上.
RNA在指导蛋白质合成过程中至关重要,其从出生、成熟到死亡的生命周期也是造成疾病的关键.
对生物来讲,RNA生命周期对细胞的影响,比出生率和死亡率对一个国家人口的影响还要大.
科技信息参考2011年第1期46细胞能调控RNA的数量水平,在一个细胞的生命周期中,RNA数量水平呈动态变化.
新技术可以瞄准一个特定细胞,研究所有RNA的变化过程.
通过在极短的时间间隔内给RNA拍摄快照,并将这些照片连在一起,不仅能显示出RNA的数量变化,还能看到其生命周期中短暂的中间过程.
研究小组将这种追踪新生RNA生命周期的技术与一种新的测序技术结合,就能计算出mRNA(信使RNA,携带遗传信息,在蛋白质合成时充当模板)的数量.
运用该技术分析RNA分子产生、分解和组装等不同步骤中细胞内活性RNA分子的数量,研究人员就可将RNA生命周期分成不同阶段,然后研究不同阶段如何影响RNA的最终表达结果.
这种将广泛与特定结合的方法提供了一种实时观察RNA变化的系统化视角.
论文合著者伊多·艾米特说:"如果我们想观察大脑中某个特定的神经元,或者位于肺部不同细胞之间的某个特定细胞,这种技术能让我们把视野收缩到10亿个细胞中一个细胞内的一次分子过程.
许多疾病的产生,正是由于某一类特殊细胞出现了短路.
新技术将成为发现病因的强大工具.
"新技术的一个关键应用是跟踪如癌症或其他影响到RNA生命周期的疾病中的基因突变.
过去人们只知道发生了突变,而要看到细胞里分子过程中所发生的突变结果却非常困难.
新技术能让研究人员深入透视到细胞内部,看到基因突变如何扰乱了RNA的数量水平,反过来又合成了哪种蛋白质.