仿生材料研發(fā)出現(xiàn)新思路

大熊貓曾是食肉動物，經(jīng)長期進化后才成為“素食者”。表面寬闊和鋒利堅固的牙齒可以碾壓磨碎竹子成為其胃囊之物。近日，中國研究團隊首次發(fā)現(xiàn)大熊貓牙齒能夠?qū)崿F(xiàn)自修復，這不僅為新型仿生材料研發(fā)提供了新思路，更可能為人牙匹配型仿生復合義齒材料、高強高導電接觸材料等方面的研究帶來新進展。

牙齒，是動物天生的進攻防衛(wèi)武器和咀嚼食物助消化的工具，也是仿生材料的重點研究對象。研究發(fā)現(xiàn)，大熊貓牙齒能夠?qū)崿F(xiàn)自修復，主要得益于其牙釉質(zhì)具有高密度、富含有機質(zhì)的礦物質(zhì)縫隙和巧妙的組織結(jié)構(gòu)。大熊貓牙齒的礦物質(zhì)像樹木一樣垂直緊密地排列，從而形成牙釉質(zhì)的“堅固森林”，而有機質(zhì)則填充在“礦物質(zhì)樹”之間微小的縫隙中，牙釉質(zhì)的變形、損傷與自動修復，微觀上都是通過這種微小的縫隙實現(xiàn)的。

據(jù)介紹，熊貓牙釉質(zhì)界面中的天然有機質(zhì)，在水合條件下會發(fā)生溶脹，進而發(fā)生高分子鏈柔性提高、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低等轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，從而實現(xiàn)牙釉質(zhì)的自修復，而熊貓唾液中的水分子能夠?qū)ψ孕迯托鸬斤@著的促進作用。

大熊貓牙齒能夠?qū)崿F(xiàn)自修復

研究團隊首次提出了新型材料組織結(jié)構(gòu)取向梯度的概念與設計原則，即通過調(diào)整自身的組織結(jié)構(gòu)與所受外力之間的取向關系，實現(xiàn)材料抗拉又抗壓，從而提高材料整體的力學性能。此外，該研究組還闡明了熊貓牙齒的主要種類、形式以及組織結(jié)構(gòu)特征，從材料科學與力學角度揭示出其同步實現(xiàn)進攻與防護效果的性能優(yōu)化機理，從而提煉出共性的仿生材料設計原則。

科研人員找到生物材料形態(tài)變化的控制鍵

含羞草的特性啟發(fā)了科研人員。我國一個科研團隊近日稱，他們從含羞草獲得靈感，成功控制了傳統(tǒng)生物材料的形態(tài)變化，這一發(fā)現(xiàn)有望拓展人工器官的材料來源。這篇研究論文發(fā)表在近期的Research雜志上。Research是中國科協(xié)與Science主辦方——美國科學促進會合辦的權威學術期刊。

如何讓生物材料的外形根據(jù)人們的需求發(fā)生變化，制造出更適合醫(yī)學應用的材料，這是長期困擾科研人員的難題。

論文通信作者告訴記者，從海帶中提取的海藻酸鈉可以形成一種柔軟的水凝膠，其力學和生物特性都與人的軟體組織類似。但是，這種水凝膠缺乏形態(tài)變化的能力，難以成為人工器官的材料。

含羞草給了科研人員靈感。中國科研團隊發(fā)現(xiàn)，含羞草之所以會“害羞”，核心是植物細胞內(nèi)部離子的調(diào)節(jié)作用。因此，他們花了9個月時間，在海藻酸鈉制成的水凝膠上，設計出了類似含羞草的結(jié)構(gòu)，并將水凝膠放在特制溶液中，通過調(diào)節(jié)溶液中鈉離子和鈣離子相互作用，成功控制了水凝膠“從螺旋狀到反向螺旋狀”的形態(tài)變化。這項仿生設計為解決傳統(tǒng)生物材料的形態(tài)變化提供了普適性方法，有望拓展部分生物材料在再生醫(yī)學、柔體機器人等領域的應用范圍。

中國科考隊在南極冰蓋上架設自動氣象站

中國第35次南極科學考察隊內(nèi)陸隊隊員2月7日在距離中山站100公里處的南極冰蓋上架設了一套自動氣象站，以獲取南極地區(qū)的溫度、相對濕度、風向和風速等相關資料，提升極地氣象服務和對極地大氣的了解。

南極洲地處偏遠、地域遼闊，氣象數(shù)據(jù)稀缺，中國南極考察隊此前曾在中山站至昆侖站沿線設立過多個自動氣象站?！靶录茉O的自動氣象站彌補了Panda斷面（從中山站到昆侖站沿線）區(qū)域的氣象探測空白，進一步完善了中國在Panda斷面的氣象觀測能力?！敝袊?5次南極科考隊隊員、國家海洋環(huán)境預報中心工程技術帶頭人孟上說。

孟上表示，新的自動氣象站與已有的昆侖站、泰山站等幾個自動氣象站實時獲取的長期、連續(xù)的常規(guī)氣象數(shù)據(jù)，可以顯著提高中國在南極地區(qū)的觀測和預報能力，對于保障中山站及內(nèi)陸隊開展科學考察及業(yè)務化運行具有重要作用。

Panda斷面是一條研究南極冰蓋科學的重要通道，它將南極普利茲灣—埃默里冰架—冰穹A連接起來。據(jù)了解，中國未來還將在Panda斷面架設更多自動氣象站，為提升中國在南極的天氣和氣候研究及預報服務提供數(shù)據(jù)支撐。

“長征六號”運載火箭改進型正在研制

“長征六號”運載火箭改進型正在研制

從中國航天科技集團八院了解到，為滿足中型載荷的發(fā)射需求，八院正在研制“長征六號”改運載火箭，通過捆綁4枚固體助推器，進一步提高運載能力，預計于2020年年底首飛。

“長征六號”運載火箭作為八院商業(yè)發(fā)射的主力軍，具有運載能力適中、整流罩空間大、環(huán)境條件優(yōu)、發(fā)射周期短、配套專屬發(fā)射工位等優(yōu)勢。此前分別于2015年9月和2017年11月以一箭20星和一箭3星的方式圓滿完成兩次飛行試驗。

“長征六號”全箭長29.3米，為三級構(gòu)型，起飛質(zhì)量約103噸，700公里太陽同步軌道運載能力為1噸，支持單星發(fā)射、多星發(fā)射和搭載發(fā)射。通過水平整體測試、水平整體星箭對接、水平整體運輸起豎的“三平”測發(fā)模式，可完成各類航天器的快速發(fā)射任務。

針對當前日益增長的商業(yè)發(fā)射需求，“長征六號”可為衛(wèi)星配套多種標準化、通用化、產(chǎn)品化和系列化的星箭分離裝置，可為國內(nèi)外商業(yè)用戶提供“專車、拼車、順風車”等多種靈活的服務模式，并將通過整流罩型譜擴充、流程優(yōu)化等系列技術改進，進一步增強市場競爭力，為商業(yè)發(fā)射提供更為方便、快捷、全面的服務。

科學家發(fā)現(xiàn)硅藻捕光新機理

中國科學家的一項最新研究發(fā)現(xiàn)了自然界“奇葩”光合物種——硅藻，如何利用其獨特結(jié)構(gòu)去高效地捕獲、利用光能。2月8日，國際知名學術期刊Science以長文形式在線發(fā)表了這一成果?；谠撗芯浚茖W家未來有望設計出可以高效捕光的新型作物。

對于綠色植物而言，光合作用主要吸收的是紅光和藍紫光，該現(xiàn)象與綠色植物吸收光的基本單位有關。綠光波段的能量基本沒有被綠色植物所利用，這也是它們呈現(xiàn)綠色的主要原因。但是，自然界中并非沒有能利用綠光的光合生物。海洋藻類擁有色彩斑斕的捕光蛋白，比如藍藻的藻藍蛋白、紅藻的藻紅蛋白、硅藻的巖藻黃素—葉綠素蛋白等，可以幫助海藻在不同的海水深度利用不同的太陽光能。其中，海洋赤潮的主要“肇事者”硅藻可謂是最成功的光合生物之一，其分布范圍廣，吸收二氧化碳的能力約占全球生態(tài)系統(tǒng)的1/5，比熱帶雨林的貢獻還高。

此前研究表明，硅藻特有的捕光天線蛋白具有出色的藍綠光捕獲能力和極強的光保護能力。然而，硅藻光合膜蛋白的結(jié)構(gòu)長期沒有得到解析，極大限制了硅藻光合作用的研究。中國科學家的最新研究即填補了這一空白，為人工模擬光合作用機理提供了新理論依據(jù)。該研究同時表明，學術界過去一些主流觀點可能存在問題。來自研究團隊的科學家表示，基于該成果，科學家有望設計出能夠利用綠光波段、具有高效捕光和光保護能力的新型作物，也可為現(xiàn)代化智能植物工廠的發(fā)展提供新方向。

我國實現(xiàn)室溫下固態(tài)可編程的量子處理器

量子計算被認為是下一代信息技術的重要方向，但由于量子比特非常脆弱，通常只能在極低溫等特殊條件下才能保持量子特性。近期，中國科學家運用一系列新技術，首次在室溫大氣條件下實現(xiàn)了基于固態(tài)自旋體系的可編程量子處理器。國際學術期刊《NPJ量子信息》日前發(fā)表了該成果。

科研團隊利用金剛石中的電子自旋與核自旋作為兩量子比特體系，首次實現(xiàn)了室溫固態(tài)自旋可編程量子處理器。他們利用綠色激光脈沖實現(xiàn)該量子處理器的初始化和讀出功能，并利用一系列高精度的微波與射頻脈沖序列來執(zhí)行量子算法。設計了一類普適量子線路，將一系列量子算法的執(zhí)行轉(zhuǎn)化成為相應的微波和射頻脈沖的幅度和相位參數(shù)。用戶僅需要對這一系列參數(shù)進行有效配置，就可以完成多種量子算法，避免了煩瑣而且昂貴的硬件重設。

研究人員在新研制出的這款可編程量子處理器上，成功運行了多種量子算法，成功率超過80%。預期未來通過提升量子處理器材料性能，將有助于進一步提升算法成功率。該研究展示了可編程量子處理器的靈活性，向構(gòu)筑室溫固態(tài)量子計算邁出了重要一步。