Nature封面:回頭的時間。Nature雜志第7752期封面文章報道了一種技術(shù)系統(tǒng),能在豬腦死亡數(shù)小時后,恢復(fù)分離大腦的微循環(huán)和細胞功能。該系統(tǒng)名為BrainEx,包括一個灌注裝置、一種具有保護細胞和抗神經(jīng)元活性作用的溶液以及一種手術(shù)。它可以讓細胞保護性溶液在分離的大腦中循環(huán),模擬正常體溫下的脈動血流。在豬腦從豬身上移除4個小時后,研究人員將其接入BrainEx系統(tǒng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在6個小時的灌注期內(nèi),細胞死亡數(shù)量有所下降,一些細胞功能,如突觸活動等,得到了恢復(fù),但是沒有全腦電活動。
Nature封面:屏蔽水箱內(nèi)部的XENON1T暗物質(zhì)探測器。該探測器位于意大利亞桂拉附近的意大利國家核物理研究院所屬的格蘭薩索國家實驗室。Nature雜志第7753期封面文章報道了XENON合作組的最新成果。XENON合作組表明,XENON1T記錄下了一種極難探測到的核衰變類型。他們在氙-124中直接觀察到了雙中微子雙電子捕獲,這個過程的半衰期約是宇宙年齡的萬億倍。XENON1T探測器含有3.2噸超純氙,允許研究人員探測到氙-124衰變?yōu)轫?124時所釋放的X射線。他們測得該衰變的半衰期為1.8×1022年,與預(yù)期相符。
Nature封面:感受熱度。Nature雜志第7754期封面文章報道了387個冷血物種對氣候變化的敏感性評估結(jié)果,發(fā)現(xiàn)海洋物種比陸地物種更加脆弱。計算了299個陸地物種和88個海洋物種的熱安全邊際,亦即某個生物耐受的最高溫度與生物體驗到的最高溫度之間的差異。結(jié)果顯示,處境最危險的陸地物種分布于中緯度地區(qū),而處境最危險的海洋物種則位于熱帶地區(qū)。研究人員認為,海洋物種的脆弱性較大已經(jīng)產(chǎn)生了嚴重后果——在耐熱范圍極限滅絕的海洋物種數(shù)量已是陸地物種的兩倍。
Nature封面:新發(fā)現(xiàn)的Ambopteryx longibrachium恐龍的藝術(shù)想象圖。Nature雜志第7755期封面文章報道了距今1.63億年的上侏羅統(tǒng)Ambopteryx化石。Ambopteryx是一種擅攀鳥龍科(scansoriopterygid)恐龍,這一類群一般被復(fù)原為體型較小、帶羽的攀樹恐龍,手部和手指均很長。但是Ambopteryx很不一樣,它是第二種有證據(jù)表明長有羽毛和類似蝙蝠的膜翼的擅攀鳥龍科恐龍——膜翼由名為針狀骨的附骨支撐。Ambopteryx的發(fā)現(xiàn)表明奇翼龍并非孤例,除了羽毛之外,擅攀鳥龍科恐龍可能普遍具有類似蝙蝠的翅膀。
(本頁期刊封面圖來自Nature官網(wǎng))
Science封面:石墨烯之“握”。Science雜志第6438期封面文章報道了通過石墨烯的H原子散射形成共價鍵成像。觀察形成共價鍵所涉及的原子級運動和能量消耗途徑具有挑戰(zhàn)性??茖W(xué)家對來自石墨烯的H原子進行了散射實驗,并觀察到雙峰平移能量損失分布,利用精確的第一原理動力學(xué)模擬,證明準彈性通道涉及通過物理吸附井的散射。這種顯著快速的分子內(nèi)振動弛豫形式是由C原子在鍵形成過程中的重雜化再結(jié)晶引起的,并與導(dǎo)致H在石墨烯上的意外高黏附概率相關(guān)。
Science封面:3D打印的多血管水凝膠的聚焦堆積照片,其包含生物啟發(fā)的肺泡氣囊(底部寬度:~4.5mm),由血管網(wǎng)絡(luò)(直徑:≥0.3mm)包圍,模仿遠端肺結(jié)構(gòu)。Science雜志第6439期封面文章報道了生物相容性水凝膠內(nèi)的多種血管網(wǎng)絡(luò)和功能性血管內(nèi)拓撲結(jié)構(gòu)。科學(xué)家利用可光聚合的水凝膠建立血管內(nèi)和多血管的設(shè)計自由度,其中利用食品染料添加劑作為生物相容的投影立體光刻光吸收劑。隨后制作了血管網(wǎng)絡(luò),并研究周期通氣時人體紅細胞的氧合與流動,應(yīng)用于慢性肝損傷的嚙齒動物模型中。
Science封面:深海魚——管眼魚(Stylephorus chordatus)。Science雜志第6440期封面文章報道了深海魚類利用多種不同的視桿細胞的視覺研究??茖W(xué)家通過研究101個魚類基因組,發(fā)現(xiàn)三個深海硬骨魚譜系已經(jīng)獨立擴展了它們的視紫紅素1(RH1)基因譜系,其中銀洞鰭鯛(Diretmus argenteus)以擁有2個錐視蛋白和38個桿視蛋白在脊椎動物中居冠。洞鰭鯛類魚表達多達14種RH1,可覆蓋深海中殘余日光及生物發(fā)光的光譜。上述結(jié)果為脊椎動物中多個桿視蛋白為基礎(chǔ)的視覺反復(fù)演化提供分子和功能性證據(jù)。
Science封面:雙葉接觸形狀的雙星MU69。Science雜志第6441期封面文章報道了新視野號探索柯伊伯帶小天體2014 MU69的初步結(jié)果。2019年1月1日,新視野號飛向寒冷又古老的柯伊伯帶天體(486958)2014 MU69。該研究描述了對MU69的初步觀測結(jié)果。這是一個雙葉接觸的雙星,呈扁平的形狀,有著離散地質(zhì)單元和明顯的反照率不均勻性。觀測數(shù)據(jù)顯示沒有發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星、環(huán)或是其他塵埃云,也沒有氣體彗發(fā)或太陽風(fēng)相互作用的證據(jù)。MU69就像是由兩團鵝卵石云緩慢靠近,融合在一起形成的。
(本頁期刊封面圖來自Science官網(wǎng))
中國科學(xué)院沈陽自動化研究所趙新剛研究員團隊為解決非理想條件下的表面肌電穩(wěn)定識別,如新動作、肌肉疲勞與電極偏移等干擾,提出了一種自適應(yīng)混合分類器。相關(guān)成果發(fā)表于IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering。研究團隊首先提出了基于一類LDA算法的混合分類器;該分類器能夠識別新動作,并增量式更新分類模型;其次,設(shè)計了一個在線評估因子,可自更新模型應(yīng)對肌電信號變化;最后,提出一種識別策略,減少新動作、肌肉疲勞與電極偏移的干擾。實驗結(jié)果表明,該方法能夠應(yīng)對肌電信號中的非理想變化,并且取得了比前人突出的識別效果。
基于自更新的肌電魯穩(wěn)定識別技術(shù)(圖片來源于中國科學(xué)院沈陽自動化研究所網(wǎng)站)
南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院張偉華、魯振達課題組合作,發(fā)展了一種漸變圖案等離激元傳感器(Patterned Plasmonic Gradient,PPG)。該傳感器可將局域折射率信息轉(zhuǎn)換為二維圖像信息,即共振環(huán)的尺寸,從而可直接使用智能手機的拍照功能讀出數(shù)據(jù)。研究論文發(fā)表于Nanoscale。智能手機也為實現(xiàn)各類便攜式的健康檢測裝置,為家庭或邊遠地區(qū)提供快速、便捷、高質(zhì)量的健康服務(wù)提供了可能,科學(xué)家嘗試將基于光學(xué)的微納生化傳感器,特別是等離激元傳感器與手機結(jié)合。本實驗結(jié)果顯示,PPG傳感器的折射率測量精度優(yōu)于< 0.001RIU,可實時檢測到痕量(20μL,~10nM)蛋白質(zhì)的吸附過程(檢測限在~1nM)。
東華大學(xué)纖維材料改性重點國家實驗室游正偉教授團隊與蘇州大學(xué)文震副研究員、中山大學(xué)孫逸仙紀念醫(yī)院潘越教授合作研究設(shè)計制備了一種基于聚(乙烯醇)/瓊脂糖水凝膠的自愈合摩擦納米發(fā)電機(HS-TENG),具有高度可變形能力,并且力學(xué)和電學(xué)均可自愈合。研究論文發(fā)表于Journal of Materials Chemistry A。HS-TENG作為一種能量裝置可用于收集人體運動能量,即使在各種復(fù)雜變形的情況下,仍然可以作為一種可持續(xù)能量為商用電子器件充電,而且HS-TENG具有高靈敏度、可拉伸性和愈合能力等優(yōu)點。為設(shè)計具有雙重自愈模式的TENG提供了一種可行的思路。
中國工程院院士、清華大學(xué)自動化系教授戴瓊海領(lǐng)銜的國家自然基金委重大儀器研制團隊在多維多尺度高分辨率計算攝像顯微儀器研制和生命科學(xué)觀測領(lǐng)域取得進展。研究成果發(fā)表于Nature Photonics。研究團隊提出了多尺度曲面中繼協(xié)同顯微成像新架構(gòu):通過物方平場像方曲場的物鏡將樣本放大到曲面中繼像,像感器陣列分區(qū)域同步并行拍攝中繼像近似平場的小區(qū)域,經(jīng)計算重建為無縫的寬視場高分辨率動態(tài)圖像序列?;诖思軜?gòu),研制了“實時超寬場高分辨率成像顯微鏡”,兼具1cm×1.2cm超寬視場、全視場均一的1.2μm高分辨率、30幀每秒高幀率,數(shù)據(jù)通量高達51億像素每秒。
中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林院士和李舟研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊與北京市生物醫(yī)學(xué)工程高精尖中心樊瑜波教授研究團隊聯(lián)合研制了一種仿電鰻的可拉伸發(fā)電機(BSNG, bionic stretchable nanogenerator),可以用于水下傳感與能量收集。研究論文發(fā)表于Nature Communication。研究者模仿電鰻發(fā)電器官細胞膜上的離子通道,構(gòu)造了一種機械敏感性的仿生通道,用于控制發(fā)電機內(nèi)部的起電液體的往復(fù)運動,從而實現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)化。兩種獨特的工作模式使得BSNG在液體環(huán)境中可以實現(xiàn)超過10v的開路電壓,在干燥條件下可以實現(xiàn)超過170v的開路電壓。
基于BSNG的水下無線運動監(jiān)測系統(tǒng)(圖片來源于中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所網(wǎng)站)
仿電鰻的可拉伸水下發(fā)電機(圖片來源于中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所網(wǎng)站)
華中科技大學(xué)吳志剛教授課題組和丁漢教授課題組研發(fā)了一款全軟體機器人,能從環(huán)境能量梯度中獲得動能。研究論文發(fā)表于National Science Review。該軟體機器人由全軟材料構(gòu)成,不含任何機械傳動部件,噪音水平較低,驅(qū)動過程無明顯熱效應(yīng),不存在熱疲勞和機械磨損的問題。驅(qū)動力來源于液體環(huán)境的能量梯度,該軟體機器人只需攜帶一定的驅(qū)動材料,不存在能量源和機器人本體軟材料之間的集成問題。該軟體機器人結(jié)構(gòu)簡單,能夠在水面上以5.5個身長每秒的高速靈活運動,這一數(shù)值接近常見的魚類(如金魚,6.36),是現(xiàn)階段同類無線軟體機器魚的7倍多。
北京化工大學(xué)和馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校、美國能源部下屬勞倫斯伯克利國家實驗室等機構(gòu)研究人員采用全液相3D打印技術(shù),“打印”出直徑約1mm的鐵磁流體液滴,每個液滴中含有大量直徑為20nm的氧化鐵納米顆粒。研究成果發(fā)表于Science。磁力測定顯示,大約10億個納米顆粒“擠在一起”,它們在磁性線圈的激發(fā)下表現(xiàn)出磁性。這些外部的納米顆粒將磁性定向傳遞到液滴核心的納米顆粒上,使整個液滴具有了永久磁性。由于其特殊的物理性質(zhì),這種新型鐵磁液滴未來有望應(yīng)用在更多場景中,例如,可在人體內(nèi)靶向輸送藥物的磁控機器人、可操控的液態(tài)微反應(yīng)器等。
中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院數(shù)字所生物醫(yī)學(xué)信息技術(shù)研究中心研究員李燁領(lǐng)導(dǎo)科研團隊針對可穿戴心電信號提出了一種基于時空特征融合的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)了9類心律失常的自動分析診斷,有效提升了疾病自動分析的準確率。研究論文發(fā)表于Information Fusion。研究人員提出了一種基于時空特征融合的深度網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),有效提取了信號的空間和時間特征,突破了傳統(tǒng)方法對心電信號時間空間特性同時描述的不足。進一步在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中引入注意力機制,對分段信號的重要性進行自適應(yīng)評估,有效提高了模型對異常狀態(tài)的感知,降低了其他信息的干擾。上述方法實現(xiàn)了以房顫、傳導(dǎo)阻滯、早搏等為代表的9類心律失常疾病的有效判別。
中國科學(xué)院昆明植物研究所木本資源發(fā)掘與農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)構(gòu)建團隊許建初研究組揭示了通過生物技術(shù)真菌產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的50個途徑,并結(jié)合團隊自身與國際同行的案例,系統(tǒng)分析了產(chǎn)業(yè)開發(fā)前景,闡釋了真菌生物技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的前景。研究論文發(fā)表于Fungal Diversity。真菌多樣性研究與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)已成為菌物研究領(lǐng)域的熱點。此項最新有關(guān)真菌產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的研究綜述,對于真菌資源工業(yè)利用與產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了可借鑒的研究方法與途徑,也為工業(yè)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、林業(yè)與環(huán)境保護等真菌方面的研究提供了基礎(chǔ)資料。
真菌多樣性研究及其產(chǎn)業(yè)化過程:掃(測序與分子生物學(xué)特性)、讀(了解遺傳與物種多樣性)、寫(基因功能定位與編輯)、存(基因庫與數(shù)據(jù)庫)、用(開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用)(圖片來源于中國科學(xué)院昆明植物研究所網(wǎng)站)
真菌在生態(tài)系統(tǒng)中的生物降解、養(yǎng)分循環(huán)與信號傳輸中發(fā)揮著重要作用(圖片來源于中國科學(xué)院昆明植物研究所網(wǎng)站)
中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所畢昌昊研究員、孫媛霞研究員、張學(xué)禮研究員帶領(lǐng)的研究團隊和華東理工大學(xué)進行合作,在大腸桿菌構(gòu)建了高效合成藏紅花酸和藏紅花素的細胞工廠。研究論文發(fā)表于Microbial Cell Factories??茖W(xué)家先在產(chǎn)玉米黃素的重組大腸桿菌中引入不同裂解雙加氧酶CCD和醛脫氫酶ALD,構(gòu)建了新的藏紅花酸合成途徑,運用RBS文庫調(diào)控和CRISPR-Cas9技術(shù)進行調(diào)控表達優(yōu)化,并通過建立合適的分離檢測方法,篩選獲得藏紅花酸產(chǎn)量高達4.42mg/L(0.51mg/g DCW)的高產(chǎn)菌株,隨后將糖基轉(zhuǎn)移酶UGTs代謝途徑整合到藏紅花酸大腸桿菌生產(chǎn)菌株中,成功獲得藏紅花素(crocin-5)細胞工廠。
中山大學(xué)奚志勇教授團隊與國際原子能機構(gòu)、美國密歇根州立大學(xué)、中國廣州威佰昆生物科技有限公司、中國疾病預(yù)防控制中心等多家機構(gòu)合作,開發(fā)了一種控制蚊子種群的新方法。研究結(jié)果發(fā)表于Nature。研究團隊先讓蚊子感染上沃爾巴克氏菌,然后再對蚊子實施低劑量射線輻射,使輻射水平達到讓雌蚊絕育的效果,但不影響雄蚊生殖能力,最終將這些感染細菌并被輻射的蚊子釋放到野外。研究團隊在廣州市兩個島上開展了現(xiàn)場試驗,其間釋放了數(shù)百萬只攜帶沃爾巴克氏菌且受過輻射的白紋伊蚊。結(jié)果顯示,這種“雙管齊下”的新方法讓試驗區(qū)的野生白紋伊蚊種群幾乎被完全清除。
中國科學(xué)院微生物研究所馮婕研究組與北京大學(xué)第一醫(yī)院臨床藥理研究所李耘教授等合作,在肺炎鏈球菌β-內(nèi)酰胺耐藥快速檢測方法上取得新進展。研究成果發(fā)表于Briefings in Bioinformatics。研究團隊針對肺炎鏈球菌β-內(nèi)酰胺耐藥這一臨床問題,采用機器學(xué)習(xí)的方法挖掘耐藥相關(guān)數(shù)據(jù)的規(guī)律,建立了基因型和表型之間的聯(lián)系,使得基因檢測不再是一個輔助手段,而有望成為一種主要的耐藥快速檢測技術(shù)。應(yīng)用該預(yù)測方法,分析了NCBI數(shù)據(jù)庫中已測序的8138株肺炎鏈球菌,進而建立了耐藥表型、血清型以及ST型之間的關(guān)聯(lián),促進了對肺炎鏈球菌的流行病學(xué)的認識。
廈門大學(xué)分子疫苗學(xué)和分子診斷學(xué)國家重點實驗室夏寧邵教授團隊與合作者解析了乙肝病毒(HBV)X蛋白(HBx)BH3-like基序與宿主抗凋亡蛋白Bcl-xL的復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu),在體內(nèi)外模型中證實了該基序?qū)BV復(fù)制的重要性;基于此發(fā)現(xiàn)設(shè)計的短肽HBx-aa118-127可抑制HBV。研究論文發(fā)表于Nature Communications。功能研究表明,晶體培養(yǎng)中所使用的HBx BH3-like多肽HBx-aa113-135可部分回補HBx缺失的HBV病毒株的復(fù)制能力,而較短的多肽HBx-aa118-127可在體外感染模型中抑制HBV的復(fù)制。該研究揭示了HBx影響HBV復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的分子機制,有助于指導(dǎo)靶向該位點的抗HBV新藥開發(fā)。
多維功能的非結(jié)構(gòu)蛋白HBx(圖片來源于分子疫苗學(xué)和分子診斷學(xué)國家重點實驗室(廈門大學(xué))網(wǎng)站)
天津大學(xué)表層地球系統(tǒng)科學(xué)研究院余光輝教授等與國內(nèi)外合作者, 綜合應(yīng)用同步輻射顯微成像、高分辨透射電子顯微鏡等現(xiàn)代分析技術(shù)原位研究了真菌—礦物界面過程與機制。相關(guān)成果發(fā)表于Geochimica et Cosmochimica Acta。研究發(fā)現(xiàn),木霉菌絲體的生長尖端和分化部位可以通過分泌超氧化物(O2-)啟動類芬頓反應(yīng),生成高濃度(1000nM)的羥基自由基,致使鐵礦物溶解及納米礦物(ferrihydrite)形成。鐵是微生物必需的元素之一,微生物利用鐵元素的已知2種途徑為鐵還原反應(yīng)和釋放鐵載體;該發(fā)現(xiàn)表明微生物可以通過第3種途徑獲取鐵元素,即分泌超氧化物(O2-)啟動類芬頓反應(yīng)。
中國科學(xué)院上海巴斯德研究所張馳宇課題組與合作者發(fā)現(xiàn)了兒童多發(fā)急性呼吸道感染的相關(guān)因子。研究成果發(fā)表于Nature Communications。研究發(fā)現(xiàn)易感多發(fā)兒童有更高的呼吸道病毒感染率,且病毒多樣性更高,表明更高的呼吸道病毒易感性。此外,丙酸菌屬的噬菌體(Propionibacterium phages)豐度,血清TIMP-1和PDGF-BB水平均與多發(fā)ARTI緊密相關(guān)。而且該類噬菌體的存與高水平的血清TIMP-1和PDGF-BB成正比,提示呼吸道的炎癥損傷和局部微生物的穩(wěn)態(tài)有關(guān)聯(lián)。多元邏輯回歸和受試者工作曲線分析建議丙酸菌屬的噬菌體和TIMP-1和PDGF-BB可能作為預(yù)測多發(fā)ARTI的指標(biāo)。
中國科學(xué)院生物物理研究所劉志華研究組與中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院魏泓課題組合作,揭示了腸道共生菌調(diào)控胰島beta細胞胰島素的分泌促進血糖平衡的分子機制。研究論文以封面文章的形式發(fā)表于當(dāng)期Cell Research。研究人員發(fā)現(xiàn)胰島beta細胞通過表達胞內(nèi)細菌肽聚糖受體Nod1來感知腸道菌的配體信號,以協(xié)助胰島素囊泡的順勢轉(zhuǎn)運,促進胰島素的分泌。同時發(fā)現(xiàn)腸道菌的存在影響著胰島素分泌囊泡在胰島beta細胞中的分布,胰島beta細胞受腸道菌來源配體直接調(diào)控。研究進一步發(fā)現(xiàn)腸道溶菌酶是水解腸道菌細胞壁產(chǎn)生Nod1配體的關(guān)鍵蛋白。