國內(nèi)外最新科技發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新技術(shù)成果薈萃

◎ 本刊綜合報(bào)道

中國科學(xué)家造出生命“光開關(guān)”

光遺傳學(xué)連續(xù)幾年被認(rèn)為是諾貝爾獎(jiǎng)大熱門，生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)揭曉之前一直位列預(yù)測榜第一名。用一束光控制生命活動(dòng)，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(jīng)活動(dòng)就被激發(fā)……這樣的魔幻隨著合成生物學(xué)的精進(jìn)，正在成為現(xiàn)實(shí)。在體內(nèi)提前“埋進(jìn)”一個(gè)感光開關(guān)：660納米（紅光），打開，730納米（遠(yuǎn)紅光），關(guān)閉。2021年10月4日，國際頂刊《自然?生物技術(shù)》刊登我國科學(xué)家在光遺傳學(xué)領(lǐng)域的研究成果，介紹這種全新的生命“光開關(guān)”的創(chuàng)造和驗(yàn)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(yuǎn)離。”論文通訊作者華東師范大學(xué)生命學(xué)院、上海市調(diào)控生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員葉海峰告記者，光能夠改變這種蛋白的三維結(jié)構(gòu)，因此可以利用它來設(shè)計(jì)感光“開關(guān)”，新型生命“光開關(guān)”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(xué)一個(gè)研究小組開發(fā)出一種新裝置，可將熱量轉(zhuǎn)化為光并利用光伏電池發(fā)電，從而提高能源轉(zhuǎn)換效率。目前的硅光伏電池能源轉(zhuǎn)換效率理論極限約為30%，而熱光發(fā)電的轉(zhuǎn)換效率理論上可以超過35%。熱光發(fā)電作為一種有助于實(shí)現(xiàn)脫碳社會(huì)的新技術(shù)，計(jì)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(xì)結(jié)構(gòu)的技術(shù)，利用10微米的細(xì)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(chǎn)生的光不會(huì)在光源內(nèi)部反射，可以傳輸給光伏電池。在實(shí)驗(yàn)中，研究小組將光源加熱到1000℃左右發(fā)現(xiàn)，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(jīng)確認(rèn)，光伏電池產(chǎn)生的電流約為以往熱光發(fā)電裝置的5～10倍。

首個(gè)小鼠大腦代謝物圖譜發(fā)表

據(jù)最新一期《自然?通訊》雜志報(bào)道，美國加州大學(xué)戴維斯分校研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表了首個(gè)小鼠大腦代謝物圖譜。該數(shù)據(jù)集涵蓋雄性和雌性小鼠從青春期、成年再到老年的10個(gè)大腦區(qū)域的1547種不同分子。論文的資深作者、加州大學(xué)戴維斯分校基因組中心奧利弗?費(fèi)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(shí)別的代謝物，能夠表達(dá)大腦中能量、神經(jīng)遞質(zhì)或復(fù)雜脂質(zhì)的許多化學(xué)轉(zhuǎn)化。”研究結(jié)果表明，大腦代謝組在控制呼吸和血壓等生命機(jī)能的腦干等大腦區(qū)及控制運(yùn)動(dòng)、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(guān)的高濃度代謝物，如腺苷、神經(jīng)酰胺和磷脂醚等。從對(duì)不同年齡段小鼠的研究中，可以獲得更多關(guān)于大腦功能演變和大腦活動(dòng)的線索，從而增進(jìn)對(duì)人腦的理解。

“天問一號(hào)”環(huán)繞器進(jìn)入遙感使命軌道

2021年11月8日，“天問一號(hào)”環(huán)繞器成功實(shí)施第五次近火制動(dòng)，準(zhǔn)確進(jìn)入遙感使命軌道，開展火星全球遙感探測。

前期，“祝融號(hào)”火星車已圓滿完成既定巡視探測任務(wù)目標(biāo)，各項(xiàng)狀態(tài)良好，繼續(xù)開展探測任務(wù)。綜合考慮環(huán)繞器全球遙感探測和火星車中繼通信需求，工程研制團(tuán)隊(duì)優(yōu)化了軌道設(shè)計(jì)，確定了近火點(diǎn)約265千米、遠(yuǎn)火點(diǎn)約1.07萬千米、周期約7.08小時(shí)的遙感軌道方案，在保證開展環(huán)繞科學(xué)探測的同時(shí)，為火星車提供更多的中繼通信支持，提升任務(wù)開展的效率。

在遙感軌道，環(huán)繞器中分辨率相機(jī)、高分辨率相機(jī)、次表層探測雷達(dá)、礦物光譜分析儀、磁強(qiáng)計(jì)、離子與中性粒子分析儀、能量粒子分析儀等7臺(tái)科學(xué)載荷，將獲取火星形貌與地質(zhì)構(gòu)造、表面物質(zhì)成分與土壤類型分布、大氣電離層、火星空間環(huán)境等科學(xué)數(shù)據(jù)，重點(diǎn)關(guān)注隕石坑、火山、峽谷、干涸河床等典型地貌和地質(zhì)單元，實(shí)施高分辨率探測。

往復(fù)扭轉(zhuǎn)梯度塑性變形技術(shù)可用于梯度結(jié)構(gòu)材料構(gòu)筑

日前從中國科學(xué)院金屬研究所獲悉，沈陽材料科學(xué)國家研究中心盧磊研究員團(tuán)隊(duì)與國外合作者在高熵合金綜合性能與獨(dú)特變形機(jī)制研究方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究結(jié)果近日在《科學(xué)》上在線發(fā)布。長期制約傳統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)材料發(fā)展的“強(qiáng)度—塑性”倒置關(guān)系在高熵合金中普遍存在，原因是其塑性變形機(jī)制往往被認(rèn)為與傳統(tǒng)金屬材料并無本質(zhì)差別。因此，迫切需要借助新穎的微觀結(jié)構(gòu)構(gòu)筑來揭示高熵合金是否具有獨(dú)特變形機(jī)制，以豐富金屬材料的有效強(qiáng)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(fù)扭轉(zhuǎn)梯度塑性變形技術(shù)，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(nèi)部成功引入百納米尺度位錯(cuò)胞穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)了位錯(cuò)胞結(jié)構(gòu)從樣品表面至芯部的梯度序構(gòu)分布和可控制備。拉伸結(jié)果表明，梯度位錯(cuò)胞結(jié)構(gòu)不僅顯著提高材料屈服強(qiáng)度，同時(shí)還使其保持良好的塑性和穩(wěn)定的加工硬化。梯度位錯(cuò)結(jié)構(gòu)高熵合金的強(qiáng)塑積—屈服強(qiáng)度匹配明顯優(yōu)于文獻(xiàn)報(bào)道中相同成分的均勻或梯度結(jié)構(gòu)材料。該研究表明簡單、易行的往復(fù)扭轉(zhuǎn)梯度塑性變形技術(shù)可廣泛用于梯度結(jié)構(gòu)材料的構(gòu)筑與制備，具有重要的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用價(jià)值。

我國首次實(shí)現(xiàn)從一氧化碳到蛋白質(zhì)的合成

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所10月30日發(fā)布，我國在國際上首次實(shí)現(xiàn)從一氧化碳到蛋白質(zhì)的合成，已經(jīng)形成萬噸級(jí)的工業(yè)生產(chǎn)能力，獲得首個(gè)飼料和飼料添加劑新產(chǎn)品證書。該證書由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部于2021年8月頒發(fā)，新飼證字（2021）01號(hào)。中國農(nóng)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(guī)模生物合成蛋白質(zhì)，長期以來被國際學(xué)術(shù)界認(rèn)為是影響人類文明發(fā)展和對(duì)生命現(xiàn)象認(rèn)知的革命性的前沿科學(xué)與技術(shù)。戴小楓說，蛋白質(zhì)在自然界的天然合成一般要在植物或者植物體內(nèi)具有固氮功能的特定微生物體內(nèi)，在自然光合作用下形成碳水化合物的糖類，再經(jīng)過多個(gè)環(huán)節(jié)復(fù)雜的生物轉(zhuǎn)換。對(duì)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(guān)，突破了乙醇梭菌蛋白核心關(guān)鍵技術(shù)，大幅度提高反應(yīng)速度、原料物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)化效率，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化一步生物合成蛋白質(zhì)收率最高85%的紀(jì)錄，并與中國農(nóng)科院飼料所合作開展乙醇梭菌蛋白效價(jià)評(píng)定，共同在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃——藍(lán)色糧倉項(xiàng)目框架內(nèi)推廣該產(chǎn)品在飼料行業(yè)中的應(yīng)用。