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国际前沿周报第1期

2404    2022-03-11    发布者:中国测试杂志社    来源:中国测试杂志社

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本期导读:

1.翼状分子力探针(FLAP)可用于聚合物薄膜、凝胶破裂前的压力探测

2.石墨烯传感器可快速检测废水中的阿片类药物

3.科学家发现了对抗抗生素耐药性的新途径

4.用于检测早期阿尔茨海默病的光谱分型技术

5.一种利用原子超自然量子行为来探测地下物体的新型重力传感器


翼状分子力探针(FLAP)可用于聚合物薄膜、凝胶破裂前的压力探测

有弹性的薄膜和柔软的凝胶有助于使可穿戴电子设备、软体机器人和生物相容组织成为现实,但是外力过大会导致这些聚合物在没有预警的情况下破裂,为了及时发现并检测压力,研究人员在《美国化学学会杂志》上报告称,他们设计了一种带有“翅膀”的化合物,可以使得这些材料在拉伸或挤压时改变颜色。在之前的研究中,Shohei Saito及其同事研制了V型分子,称为翼状分子力探针(FLAP)。该探针有两个类似翅膀的侧面结构,在压力下会变平,导致颜色从蓝色变为绿色荧光。

研究人员对他们的早期版本进行了改进,用芘酰亚胺翼取代了两个蒽酰亚胺翼,将它们连接到同一个柔性中央-环辛四烯接头的相对两端。当他们将新的探针加入到聚合物薄膜中并拉伸材料时,其荧光从蓝色转变为绿色,它还产生了肉眼可见的颜色变化。接下来,研究人员将新的探针链接到浸泡在有机溶剂中的聚氨酯凝胶中,制造出一个发出蓝色荧光的黄色圆柱体,然后,他们开始挤压材料,随着压力的增大,圆柱体的荧光颜色明显变得越来越绿。在最后的测试中,研究人员将金属字母F-L-A-P放在一块矩形凝胶上。他们使用绿色与蓝色荧光的比例图来计算每个字母施加在凝胶上的压力,范围从0到1MPa。研究人员表示,这项研究可以帮助他们研制更坚韧的凝胶材料和用于细胞膜的纳米级张力探针。


来源:ACS



石墨烯传感器可快速检测废水中的阿片类药物

来自波士顿学院、波士顿大学和Giner实验室的一组研究人员发现了一种原子厚度的碳片(石墨烯)。该碳片拥有独特属性,可以在硬币大小的多路复用式生物传感器上进行应用,使之成为第一个检测废水中阿片类药物副产物的新型传感器。该实验结果在ACS Nano杂志上发表。

这种新型传感器首次使用基于石墨烯的场效应晶体管同时检测四种不同的合成或天然阿片类药物,同时保护它们免受废水中有害元素的影响。当特定的阿片类代谢物附着在石墨烯的分子探针上时,它会改变石墨烯上的电荷,这些信号很容易被连接在传感器上的每个探针以电子方式读取。

由波士顿学院、Giner实验室和波士顿大学的研究人员开发的石墨烯电子多路复用传感器 (GEMS) 平台能够同时检测废水样品中四种不同的阿片类药物衍生分子。

“我们开发的这种新型传感器能够快速、廉价且轻松地测量废水中的阿片类药物,”该报告的主要作者、波士顿学院物理学教授Kenneth Burch这样说道。“它的灵敏性和便携性将允许在本地范围内进行基于废水的流行病学研究,甚至可以深入到每个街区或每个住宅,同时这种方式也确保了隐私。”


来源:Nanowerk



科学家发现了对抗抗生素耐药性的新途径

细菌感染在历史上一直是导致死亡的主要原因,通过抗生素可以实现广泛地控制细菌感染。然而,由于人类和动物过度使用抗生素导致出现更强大、更有效的细菌菌株,这些菌株已经不能用常规的抗生素来治疗。

劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL) 的研究人员正在探索抗生素失效时的替代治疗方案。他们发现,某些天然存在的粘土沉积物具有抗菌特性并能杀死耐抗生素细菌。一个由 LLNL 地球化学家、细胞生物学家和微生物学家组成的团队着手生产天然存在的抗菌矿物质全合成版本,同时也会控制化合物的纯度和反应性。他们用合成的抗菌矿物质针对临床环境中容易“逃避”抗生素影响的最常见的人类病原体组——粪肠球菌、金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯菌、鲍曼不动杆菌、铜绿假单胞菌和大肠杆菌等进行了测试。结果表明,依靠合适的剂量,合成粘土可以在短短一小时内杀死细菌病原体。

该研究还调查了抗菌矿物质对哺乳动物成纤维细胞的影响。LLNL 的生物学家 Kelly Martin 发现成纤维细胞经历了初始毒性和活力下降的过程。然而,当从细胞培养物中去除抗菌矿物质时,成纤维细胞能够再生。


来源:LLNL



用于检测早期阿尔茨海默病的光谱分型技术

阿尔茨海默病是引起老年痴呆的主要原因,但这种疾病只能在死后通过脑组织活检才能明确诊断,因其包含复杂的症状和基因改变,早期检测一直是个难题。不同于亨廷顿病等单一基因引起的疾病,诊断测试只针对一个基因或生物标志物,阿尔茨海默氏症的诊断需要涵盖多种遗传原因,其中许多还是未知因素。但是现在,在科学家Cynthia McMurray与其伯克利实验室团队的努力下,阿尔茨海默病的早期检测终于看到了曙光。

该团队依托ALS实验室(Advanced Light Source)的红外显微镜开发了一种光谱分型技术,可以检测阿尔茨海默病的化学标志物。

“我们用红外光测量的实际物理现象是细胞中分子的振动状态”,患阿尔兹海默症的细胞与健康细胞样本可以观察到截然不同的化学特征,Cynthia McMurray将该过程比作“细胞指纹识别”。

“由于每个细胞的每种生物分子的数量都略有不同,我们可以使用光谱来识别细胞类型以及它是否具有疾病状态的标志物,”ALS 光子科学运营小组负责人 Mike Martin 补充道。

尽管光谱分型技术在脑细胞中起作用,但“直接采样人类的脑细胞并不容易,也不可取,”马丁指出。研究人员也在持续探索该技术的局限性。

“最大的惊喜之一就是它的识别性,”麦克默里说,“我们发现你不需要使用脑细胞来追踪疾病,因为阿尔兹海默病人的皮肤细胞也会到一定的影响。”

由于这项新技术可以在患者开始表现出症状之前进行早期诊断,并且检测的组织样本也更易获取,研究人员希望光谱分型技术能够在未来成为患者更好的选择。

“一旦发现与疾病类型和进展相关的光谱特征,我们就可以在各种医疗环境中实施基于激光的红外光谱以及先进的计算分析”,马丁说。

傅里叶变换红外 (FTIR) 光谱显微镜用于生成样本的“细胞指纹”。(b) 由于这些细胞的生化变化,指纹的差异足以区分患有阿尔茨海默病的样本(AD,紫色)和没有(对照样本,C,绿色)的样本。(c) 亨廷顿病样本 (HD, 红色) 的指纹也与阿尔茨海默病样本 (AD, 紫色) 不同。


来源:Berkeley Lab



一种利用原子超自然量子行为来探测地下物体的新型重力传感器

量子重力传感器可以利用自由落体的超冷原子的量子行为检测隐藏在地下的物体。

自由下落的原子拥有最原始、最可靠的测试质量,量子重力传感器就是利用原子进行测量。因此,从长远来看,量子重力传感器有望比其他重力探测器更精确、更稳定。

在量子重力传感器内部,一个超冷原子云从斜槽中下落。然后,一个光脉冲将每个下落的原子分裂成叠加态——“量子困境”,即每个原子同时存在于两个地方。由于两个原子在地球引力场中的位置略有不同,它们下落时会感受到不同的向下拉力。然后,另一个光脉冲将分裂的原子重新组合。由于原子的波粒二象性,重新结合的原子相互干扰。这种模式反映了每个原子在下落时感受到的略微不同的向下拉力,揭示了原子云所在位置的重力场。

霍林斯基和他的同事们测试了他们的传感器——一个2米高的带轮滑槽,拴在一辆滚动的设备车上,可以探测到伯明翰大学校园的地下通道。这条2米×2米长的混凝土隧道位于两栋多层建筑之间的道路下方。在穿越隧道的一条8.5米长的线上,量子传感器每隔0.5米测量一次局部重力场。这些读数与计算机模拟的预测相符。计算机模拟根据隧道的结构和其他可能影响局部重力场的因素(如附近的建筑物)估计了隧道的重力信号。研究人员估计,基于这台机器在本实验中的灵敏度,它可能在不到2分钟的时间内在每个位置提供可靠的重力测量,这大约是其他类型重力传感器所需时间的十分之一。这项新的实验发表于2月24日的《自然》杂志上。


来源:ScienceNews



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