一項(xiàng)重大綠色技術(shù)進(jìn)步：用樹(shù)葉制造電路板

　　德國(guó)德累斯頓工業(yè)大學(xué)(TU Dresden)的研究人員開(kāi)發(fā)出一種可用樹(shù)葉制成的生物降解材料，用以替代傳統(tǒng)電子設(shè)備中的印刷電路板(PCB)。根據(jù)本月早些時(shí)候發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》(Science Advances)上的報(bào)告，這種名為“leaftronics”的樹(shù)葉電路板有望顯著減少人類每年產(chǎn)生的數(shù)千萬(wàn)噸電子廢物。

　　樹(shù)葉雖然可生物降解，但其“骨架”——由木質(zhì)纖維素組成的高度分枝細(xì)脈網(wǎng)絡(luò)——賦予了其超強(qiáng)的耐久性，使其能夠抵御強(qiáng)風(fēng)和極端環(huán)境。研究人員通過(guò)化學(xué)處理去除了葉片的細(xì)胞組織，僅保留骨架結(jié)構(gòu)，并用乙基纖維素(一種堅(jiān)韌的可生物降解聚合物)填充細(xì)脈孔隙，制成柔性電路板。

　　這種“leaftronics”電路板經(jīng)受住了各種電子制造工藝的考驗(yàn)，包括激光切割電路板形狀、用商用銀墨水印刷電路，以及焊接電子元件等操作。

　　更重要的是，“leaftronics”不僅性能可靠，還能自然降解。研究人員將其置于超聲波酸浴中，成功回收昂貴的金屬和電子元件，而電路板基材在堆肥條件下僅一個(gè)月便開(kāi)始分解。

　　此外，研究表明，“leaftronics”的生產(chǎn)過(guò)程排放的溫室氣體遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)PCB。

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　　科學(xué)家發(fā)現(xiàn)腎細(xì)胞和腦細(xì)胞一樣也能“記憶”

　　長(zhǎng)期以來(lái)，神經(jīng)元被視為與記憶聯(lián)系最緊密的細(xì)胞。然而，美國(guó)紐約大學(xué)的研究人員近日在《自然通訊》(Nature Communications)上發(fā)表報(bào)告稱，遠(yuǎn)在大腦之外的腎細(xì)胞也能夠以類似神經(jīng)元的方式存儲(chǔ)信息和識(shí)別模式。

　　大腦以外的細(xì)胞同樣需要記錄信息，其中一種機(jī)制依賴于對(duì)記憶處理至關(guān)重要的蛋白質(zhì)CREB。這種蛋白以及其他與記憶相關(guān)的分子成分，存在于神經(jīng)元和非神經(jīng)元細(xì)胞中。然而，研究人員此前尚未確定這些分子在不同細(xì)胞中的工作方式是否一致。

　　在研究中，科學(xué)家將人工基因植入人類胚胎腎細(xì)胞。這種人工基因與自然產(chǎn)生的DNA片段——研究人員稱之為“記憶基因區(qū)域”——高度相似。基因中還包含螢火蟲發(fā)光蛋白的生產(chǎn)指令，作為基因活躍程度的指示器。

　　研究團(tuán)隊(duì)隨后用化學(xué)脈沖刺激這些腎細(xì)胞，這些脈沖模仿了神經(jīng)元觸發(fā)記憶機(jī)制的信號(hào)。通過(guò)觀察細(xì)胞產(chǎn)生的光亮強(qiáng)度，研究人員能夠判斷記憶基因的激活水平。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同的脈沖時(shí)間模式導(dǎo)致了不同的細(xì)胞響應(yīng)。

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　　1、生物工程研究或?qū)⒏淖?型糖尿病的治療

　　再生醫(yī)學(xué)展現(xiàn)了非凡的潛力，未來(lái)需要移植新細(xì)胞、組織或器官的患者將無(wú)需依賴捐贈(zèng)者。器官短缺和細(xì)胞類型不匹配的問(wèn)題或?qū)⒊蔀闅v史，取而代之的是安全、按需的治療選擇。

　　盡管如此，這一革命性領(lǐng)域仍面臨諸多挑戰(zhàn)，其中包括如何引導(dǎo)干細(xì)胞分化為治療所需的特定細(xì)胞類型。即便成功制造出正確的細(xì)胞并使其在體內(nèi)正常工作，免疫排斥問(wèn)題仍然是一個(gè)巨大障礙。為克服這一難題，目前再生醫(yī)學(xué)治療常依賴全身免疫抑制，這使患者更易受到病毒、細(xì)菌和癌癥等外部威脅的侵害。

　　為解決這些難題，美國(guó)南卡羅來(lái)納醫(yī)科大學(xué)和佛羅里達(dá)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)合作提出了一種全新策略。他們?cè)O(shè)計(jì)了一種結(jié)合標(biāo)記β細(xì)胞移植與特異性免疫細(xì)胞局部保護(hù)的治療方案。這些免疫細(xì)胞也帶有惰性的靶向分子標(biāo)記。

　　研究人員表示，這項(xiàng)將干細(xì)胞工程與調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Tregs)工程相結(jié)合的方法，為T1D治療提供了現(xiàn)成解決方案的初步嘗試。

　　這項(xiàng)研究已發(fā)表在《細(xì)胞報(bào)告》(Cell Reports)雜志上。

　　在這一解決方案中，研究人員利用干細(xì)胞生成標(biāo)記的β細(xì)胞，并通過(guò)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞誘導(dǎo)局部免疫保護(hù)。實(shí)驗(yàn)使用小鼠模型進(jìn)行測(cè)試，將帶有非反應(yīng)性標(biāo)簽的β細(xì)胞移植至免疫缺陷小鼠的腎膠囊中。結(jié)果顯示，這些細(xì)胞成功整合并開(kāi)始分泌功能性胰島素。然而，在下一階段測(cè)試中，當(dāng)小鼠暴露于攻擊性免疫細(xì)胞時(shí)，所有移植的β細(xì)胞都被免疫反應(yīng)摧毀，這一結(jié)果與T1D患者的實(shí)際情況一致。

　　2、科學(xué)家揭示天王星與海王星平淡表面下的隱藏奧秘

　　天王星和海王星在太陽(yáng)系中獨(dú)一無(wú)二，雖表面平淡無(wú)奇，卻隱藏著復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。40年前，“旅行者2號(hào)”探測(cè)器飛越天王星和海王星時(shí)，天文學(xué)家驚訝地發(fā)現(xiàn)它們并不像地球那樣具有全球偶極磁場(chǎng)，而是擁有無(wú)序的磁場(chǎng)。這表明在它們深層內(nèi)部并不存在像地球那樣的物質(zhì)對(duì)流運(yùn)動(dòng)。

　　為了解釋這一現(xiàn)象，20多年前的兩支獨(dú)立研究團(tuán)隊(duì)提出，這兩顆行星可能擁有不能混合的層，從而阻止大規(guī)模對(duì)流和全球偶極磁場(chǎng)的形成，但其中某些層可能會(huì)產(chǎn)生混亂的磁場(chǎng)。然而，這些非混合層的組成成分始終未能明確。

　　近日，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的一位行星科學(xué)家利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，運(yùn)行了模擬540個(gè)原子行為的計(jì)算機(jī)模型。模型中的碳、氧、氮和氫比例反映了早期太陽(yáng)系中已知的元素構(gòu)成。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)這些原子被加熱并受到高壓時(shí)，層狀結(jié)構(gòu)會(huì)自然形成：一層富含水，另一層富含碳?xì)浠衔铩?/p>

　　研究預(yù)測(cè)，天王星在其約3000英里(約4828公里)厚的大氣層下方存在一層約5000英里(約8047公里)厚的富水層，下面緊鄰一層同樣厚度的富碳?xì)浠衔飳印ｋm然海王星的質(zhì)量更大，但其直徑更小，大氣層更薄，卻也擁有類似的富水層和富碳?xì)浠衔飳印?/p>

　　這項(xiàng)研究本周發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院學(xué)報(bào)》(PNAS)上。

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　　1、科學(xué)家利用表面活性劑成功生產(chǎn)非晶納米片

　　日本名古屋大學(xué)的研究人員成功解決了納米片技術(shù)的一大難題。他們采用表面活性劑，從多種材料中生產(chǎn)出非晶納米片，包括鋁和銠等難以合成的超薄非晶金屬氧化物。這一突破性研究發(fā)表在《自然通訊》(Nature Communications)雜志上，為非晶納米片在燃料電池等領(lǐng)域的應(yīng)用鋪平了道路。

　　研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種靈活的合成方法。其過(guò)程從固態(tài)表面活性劑入手，這種活性劑能夠在其框架結(jié)構(gòu)中排列金屬離子，尤其是在層間空間中進(jìn)行排列。由于非晶納米片本身沒(méi)有層，表面活性劑層則充當(dāng)了替代品。

　　表面活性劑通過(guò)限制金屬離子在其晶體內(nèi)的分布，形成了不同種類的晶體。加入水后，水與表面活性劑中的金屬離子發(fā)生反應(yīng)，觸發(fā)水解作用，導(dǎo)致這些金屬離子部分分解，形成小的、孤立的金屬簇。

　　隨后，研究人員使用甲酰胺等溶劑幫助這些金屬簇排列成有序結(jié)構(gòu)。這種組織過(guò)程由表面活性劑的初始晶體形狀引導(dǎo)，形成了金屬簇模仿表面活性劑晶體形狀的薄片。

　　利用這一方法，研究團(tuán)隊(duì)成功用鎵離子制造了厚度僅約1.5納米的非晶納米片。隨后，他們將該技術(shù)擴(kuò)展至其它難以處理的金屬氧化物和氫氧化物(如鋁和銠)，進(jìn)一步驗(yàn)證了這項(xiàng)技術(shù)的廣泛適用性。

　　2、跨度達(dá)數(shù)十億年的宇宙地圖證實(shí)了愛(ài)因斯坦引力理論

　　一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)利用宇宙規(guī)模的觀測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的引力預(yù)言。

　　科學(xué)家們使用美國(guó)暗能量光譜儀(DESI)，繪制了涵蓋約600萬(wàn)個(gè)星系、時(shí)間跨度達(dá)110億年的宇宙地圖。這些觀測(cè)數(shù)據(jù)代表了廣義相對(duì)論在大尺度宇宙結(jié)構(gòu)上的最嚴(yán)苛測(cè)試之一，為理解引力如何塑造宇宙提供了重要見(jiàn)解。

　　通過(guò)分析星系隨時(shí)間聚集的模式，研究人員揭示了宇宙結(jié)構(gòu)的演化方式，并利用這些數(shù)據(jù)測(cè)試了修正引力理論的可能性——這是一種用于解釋宇宙加速膨脹現(xiàn)象的替代假設(shè)，通常歸因于暗能量的作用。

　　研究結(jié)果顯示，星系聚集的模式與標(biāo)準(zhǔn)引力模型以及愛(ài)因斯坦的預(yù)測(cè)完全一致。這一發(fā)現(xiàn)驗(yàn)證了當(dāng)前宇宙學(xué)的主要模型，同時(shí)對(duì)修正廣義相對(duì)論的可能性提出了嚴(yán)格限制。修正理論通常用于解釋宇宙膨脹等異常觀測(cè)結(jié)果。

　　DESI國(guó)際合作小組已在在線知識(shí)庫(kù)arXiv上發(fā)表了。