國內外科技創新前沿技術成果與最新發現

◎ 本刊綜合報道

新型人工肌肉材料研發成功

人工肌肉是一種新型智能形狀記憶材料，它能夠通過材料內部結構的改變而伸縮、彎曲、束緊或膨脹。近日，記者從東南大學獲悉，該校化學化工學院楊洪教授課題組研制出一種聚氨酯/聚丙烯酸酯互穿網絡結構液晶彈性體材料，其具有超強的力學性能，突破了40 年來的研究瓶頸，在人造肌肉等領域有廣泛的應用前景。該研究成果于近日發表在國際期刊《美國化學會志》雜志上。液晶彈性體是一種典型的雙向形狀記憶材料，具有形變大、形變可逆等技術優點，在仿生器件、軟機器人等領域有很好的應用前景。楊洪教授科研團隊另辟蹊徑，采用將聚氨酯液晶彈性體和聚丙烯酸酯液晶熱固體的小分子前體組分混合，再同步交聯的技術途徑，制備了一種聚氨酯/聚丙烯酸酯互穿網絡結構液晶彈性體材料，首次全面滿足了液晶彈性體基人造肌肉的力學性能要求，突破了該領域的技術瓶頸。

世界首例基因編輯人體造血干細胞成功移植

一例與“柏林病人”（全世界唯一被治愈的艾滋病患者）相似的案例出現在北京。患者與“柏林病人”同患血液腫瘤兼艾滋病，治療方案同是造血干細胞移植；不同的是，前者通過基因編輯的方法獲得CCR5 基因突變的造血干細胞，而后者的突變天然擁有。9 月12 日，《新英格蘭醫學雜志》在線發表了我國學者“以基因編輯技術之長，補‘柏林病人’之短”的探索——北京大學生命科學學院鄧宏魁教授、解放軍總醫院第五醫學中心陳虎教授、首都醫科大學附屬佑安醫院吳昊教授等團隊合作，利用基因編輯手段在人體造血干細胞中失活CCR5 基因，并將編輯后的干細胞移植到HIV（艾滋病病毒）感染合并急性淋巴細胞白血病患者體內產生效果，這在世界上尚屬首次。基因編輯的造血干細胞能夠在患者體內存活并從“少數外來者”繁衍為“絕對多數的原住民”，是治愈艾滋病關鍵。鄧宏魁教授表示，研究團隊后續將繼續提高基因編輯效率，調整治療方案，以達到治愈目標。

兩滴修補液便可“種”出牙釉質

令人痛苦的蛀牙，是從牙釉質的破壞開始的。自恒牙長成的第一天起，人體牙釉質就在緩慢地消耗著，細菌酵解食物中的糖類物質釋放出酸以及酸性飲料都會加速它的消耗。一旦牙釉質的防線被突破，整顆牙就像失去了保護傘。修復牙釉質，堪稱是仿生領域一項最“硬”的挑戰，科學家們沒有停止過嘗試。常見的補牙材料，例如復合樹脂、陶瓷和汞合金等，發揮的大多是“填料”作用，適用于“大洞”修補，但對小缺小裂卻填不進去，并且與天然組織之間也不能完全結合。不久前，浙江大學化學系唐睿康教授團隊發明一種仿生修補液，在牙釉質的缺損處滴上兩滴，48 小時內能在缺損表面“長”出2.5 微米晶體修復層，其成分、微觀結構和力學性能與天然牙釉質幾乎一致，并與原有組織無縫連結，渾然一體。相關論文日前發表于《科學進展》雜志。唐睿康團隊提出的全新修復策略，有望將牙修復從“填補”時代帶入到“仿生再生”階段。

鋰電池新設計或減少對稀有金屬依賴

據最新一期《自然·材料》報道，美國佐治亞理工學院研究人員開發出一種有前景的新型陰極和電解質系統，用低成本的過渡金屬氟化物和固體聚合物電解質代替昂貴的金屬和傳統的液體電解質。新型陰極由氟化鐵活性材料和固體聚合物（一種塑料）電解質納米復合材料制造。聚合物基電解質有兩個突出優點，一是循環時彎曲和適應氟化鐵溶脹的能力強，二是能與氟化鐵形成非常穩定的柔性界面，解決了先前電池設計中使用氟化鐵出現的膨脹和大量副反應等關鍵問題。即使在高溫下，金屬氟化物也有非凡穩定性。這有望帶來更安全、更輕和更便宜的鋰離子電池。未來，研究人員將繼續改進和開發新固體電解質，以實現快速充電，并在新設計中融合固體和液體電解質，以與大型電池工廠中使用的傳統電池制造技術完全兼容。

印度開發出高靈敏度氫氣傳感器

印度研究人員最近開發出一種高靈敏度傳感器，可在濃度極低情況下檢測出氫氣，有望在使用氫燃料的地方用于檢測是否有氫氣泄漏。印度理工學院焦特布爾分校等機構研究人員近日在荷蘭學術刊物《傳感器和執行器B 卷：化學》發表相關論文。據介紹，在環境中氫氣濃度為100ppm（1ppm 為百萬分之一）時，這種傳感器檢測靈敏度可達74%。研究人員利用氧化鋅等材料與氫氣接觸時電阻會發生變化的原理來設計傳感器。有些氫氣傳感器需要約250 攝氏度的高溫來激活相關化學反應，這種新型傳感器可在150 攝氏度時達到同樣效果。這使得新型傳感器中不需要附帶較高溫度的加熱器。氫燃料是現在許多地方常用的新能源，但易燃易爆，必須防止泄漏。由于氫氣無色無味，在環境中檢測泄漏的氫氣一般比較困難。

加速器磁鐵場強刷新世界紀錄

美國能源部費米實驗室的科學家日前宣布，他們獲得了加速器轉向磁鐵迄今最高場強——將磁鐵冷卻到零下270 攝氏度左右時，創下14.1T（特斯拉）的新世界紀錄。此前，勞倫斯伯克利國家實驗室在同樣溫度下創下13.8T 的紀錄，并保持了11 年之久。物理學家組織網在報道中指出，對于計劃建造大型強子對撞機（LHC）“繼任者”的粒子物理學家來說，這項最新研究是一個重要的里程碑。未來高能強子對撞機成功的一個關鍵因素是高場強磁鐵。因為未來的環形對撞機需要將質子加速到LHC 質子能量的好幾倍，所以需要比LHC 更強的轉向磁鐵。與目前LHC 磁鐵中使用鈮-鈦不同，國際高能物理學界正致力于研制15T 的鈮-錫磁鐵，其核心是名為鈮-錫的先進超導材料。鈮-錫可支撐更大的電流但很脆弱，在加速磁鐵工作時容易受力破損。在接下來幾個月里，該小組計劃加強線圈的力學支撐，在今年秋天重新測試磁鐵，希望實現15T 的設計目標。

非“對癥”藥物竟可讓癌癥患者獲益

針對癌癥這一“疾病之王”，一些非“對癥”藥物反而能發揮奇效？據英國《自然》雜志最新一期發表的一項腫瘤學研究顯示，某些癌癥患者或能從“超適應癥”（off-label）藥物中獲益——這類藥物并不直接“對癥”，即在常規情況下不會用于他們所患類型的腫瘤治療中。這項研究是前瞻性試驗“藥物再發現”（Drug Rediscovery Protocol）的一部分，該試驗利用遺傳信息，為沒有合適的標準治療藥物可選的癌癥患者提供備選的“超適應癥”抗癌藥物。荷蘭癌癥研究所分子腫瘤學與免疫學部科學家埃米莉·沃伊斯特及其同事，此次研究了第一批參與此次試驗的215 名患者。目前，參與“藥物再發現”試驗的患者接受了腫瘤全基因組測序，使研究人員能夠鑒定罕見的和新的遺傳變異，進而與可用的藥物配對。

類軸子粒子在固態晶體中“被捕獲”

1977 年，科學家首次提出“軸子”（Axion）這一假想粒子，作為對粒子物理學標準模型的擴展。自此，他們一直在“抓捕”軸子，但一無所獲。據物理學家組織網2019年10月8日報道，在最新研究中，來自德國馬克斯普朗克固體化學物理研究所、美國普林斯頓大學以及中國科學院大學的科學家攜手，在外爾半金屬（TaSe4）2I 中，發現了由外爾型電子（外爾費米子）組成的類軸子粒子的“蛛絲馬跡”。馬克斯普朗克研究所的克勞迪婭·費爾瑟領導的小組制造出了電荷密度波（TaSe4）2I，并研究了這種材料在電場和磁場作用下的導電性。結果發現，低于零下11 攝氏度時，這種材料中的電流實際上由類軸子粒子攜帶。