國內外最新科技發現和創新技術成果薈萃

◎ 本刊綜合報道

中國科學家造出生命“光開關”

光遺傳學連續幾年被認為是諾貝爾獎大熱門，生理學或醫學獎揭曉之前一直位列預測榜第一名。用一束光控制生命活動，不僅炫酷而且魔幻。如果光照后腫瘤就能消失，如果光“指哪”藥物就“打哪”，如果有了光神經活動就被激發……這樣的魔幻隨著合成生物學的精進，正在成為現實。在體內提前“埋進”一個感光開關：660納米（紅光），打開，730納米（遠紅光），關閉。2021年10月4日，國際頂刊《自然?生物技術》刊登我國科學家在光遺傳學領域的研究成果，介紹這種全新的生命“光開關”的創造和驗證過程。“在植物擬南芥中有一種光敏蛋白，不同納米的波長可以讓它與自己的‘伴侶’擁抱或遠離。”論文通訊作者華東師范大學生命學院、上海市調控生物學重點實驗室研究員葉海峰告記者，光能夠改變這種蛋白的三維結構，因此可以利用它來設計感光“開關”，新型生命“光開關”被命名為REDMAP。

一種新裝置或突破光伏電池能效極限

最近，日本京都大學一個研究小組開發出一種新裝置，可將熱量轉化為光并利用光伏電池發電，從而提高能源轉換效率。目前的硅光伏電池能源轉換效率理論極限約為30%，而熱光發電的轉換效率理論上可以超過35%。熱光發電作為一種有助于實現脫碳社會的新技術，計劃10年后投入使用。研究小組將裝置的光源與光伏電池之間的間隔縮小到140納米，比光的波長還要短。采用了精確堆疊微細結構的技術，利用10微米的細梁支撐光源。由于光源與光伏電池靠得很近，形成了一體化，產生的光不會在光源內部反射，可以傳輸給光伏電池。在實驗中，研究小組將光源加熱到1000℃左右發現，利用銦、鎵和砷制造的光伏電池可以獲得更多的光。這一成果超越了所謂的黑體極限。經確認，光伏電池產生的電流約為以往熱光發電裝置的5～10倍。

首個小鼠大腦代謝物圖譜發表

據最新一期《自然?通訊》雜志報道，美國加州大學戴維斯分校研究團隊發表了首個小鼠大腦代謝物圖譜。該數據集涵蓋雄性和雌性小鼠從青春期、成年再到老年的10個大腦區域的1547種不同分子。論文的資深作者、加州大學戴維斯分校基因組中心奧利弗?費恩教授稱，“這是全球最大的大腦代謝組分析。它涵蓋了1547種已識別的代謝物，能夠表達大腦中能量、神經遞質或復雜脂質的許多化學轉化。”研究結果表明，大腦代謝組在控制呼吸和血壓等生命機能的腦干等大腦區及控制運動、言語和思維的大腦之間有明顯不同。此外，特定切片顯示出與特定受體相關的高濃度代謝物，如腺苷、神經酰胺和磷脂醚等。從對不同年齡段小鼠的研究中，可以獲得更多關于大腦功能演變和大腦活動的線索，從而增進對人腦的理解。

“天問一號”環繞器進入遙感使命軌道

2021年11月8日，“天問一號”環繞器成功實施第五次近火制動，準確進入遙感使命軌道，開展火星全球遙感探測。

前期，“祝融號”火星車已圓滿完成既定巡視探測任務目標，各項狀態良好，繼續開展探測任務。綜合考慮環繞器全球遙感探測和火星車中繼通信需求，工程研制團隊優化了軌道設計，確定了近火點約265千米、遠火點約1.07萬千米、周期約7.08小時的遙感軌道方案，在保證開展環繞科學探測的同時，為火星車提供更多的中繼通信支持，提升任務開展的效率。

在遙感軌道，環繞器中分辨率相機、高分辨率相機、次表層探測雷達、礦物光譜分析儀、磁強計、離子與中性粒子分析儀、能量粒子分析儀等7臺科學載荷，將獲取火星形貌與地質構造、表面物質成分與土壤類型分布、大氣電離層、火星空間環境等科學數據，重點關注隕石坑、火山、峽谷、干涸河床等典型地貌和地質單元，實施高分辨率探測。

往復扭轉梯度塑性變形技術可用于梯度結構材料構筑

日前從中國科學院金屬研究所獲悉，沈陽材料科學國家研究中心盧磊研究員團隊與國外合作者在高熵合金綜合性能與獨特變形機制研究方面取得重要進展，相關研究結果近日在《科學》上在線發布。長期制約傳統金屬結構材料發展的“強度—塑性”倒置關系在高熵合金中普遍存在，原因是其塑性變形機制往往被認為與傳統金屬材料并無本質差別。因此，迫切需要借助新穎的微觀結構構筑來揭示高熵合金是否具有獨特變形機制，以豐富金屬材料的有效強韌化策略。中科院金屬所研究人員通過一種簡單、高效的小角度往復扭轉梯度塑性變形技術，保持Al0.1CoCrFeNi高熵合金棒材樣品中的初始晶粒大小，但在晶粒內部成功引入百納米尺度位錯胞穩定結構，并實現了位錯胞結構從樣品表面至芯部的梯度序構分布和可控制備。拉伸結果表明，梯度位錯胞結構不僅顯著提高材料屈服強度，同時還使其保持良好的塑性和穩定的加工硬化。梯度位錯結構高熵合金的強塑積—屈服強度匹配明顯優于文獻報道中相同成分的均勻或梯度結構材料。該研究表明簡單、易行的往復扭轉梯度塑性變形技術可廣泛用于梯度結構材料的構筑與制備，具有重要的基礎研究和應用價值。

我國首次實現從一氧化碳到蛋白質的合成

中國農業科學院飼料研究所10月30日發布，我國在國際上首次實現從一氧化碳到蛋白質的合成，已經形成萬噸級的工業生產能力，獲得首個飼料和飼料添加劑新產品證書。該證書由農業農村部于2021年8月頒發，新飼證字（2021）01號。中國農科院飼料所所長戴小楓研究員表示，在人工條件下，利用天然存在的一氧化碳和氮源（氨）大規模生物合成蛋白質，長期以來被國際學術界認為是影響人類文明發展和對生命現象認知的革命性的前沿科學與技術。戴小楓說，蛋白質在自然界的天然合成一般要在植物或者植物體內具有固氮功能的特定微生物體內，在自然光合作用下形成碳水化合物的糖類，再經過多個環節復雜的生物轉換。對此，北京首鋼朗澤新能源科技有限公司通過6年多的研究攻關，突破了乙醇梭菌蛋白核心關鍵技術，大幅度提高反應速度、原料物質和能量的轉化效率，實現了工業化一步生物合成蛋白質收率最高85%的紀錄，并與中國農科院飼料所合作開展乙醇梭菌蛋白效價評定，共同在國家重點研發計劃——藍色糧倉項目框架內推廣該產品在飼料行業中的應用。