前沿

李青　朱崇恺

研发疫苗为何这么“慢”

期待疫苗和药物早日问世

2020年因新型冠状病毒肺炎引起的全球性疫情是自1918年西班牙大流感之后的又一场世界性灾难。目前，它已导致数十万人感染，更糟糕的是，每天都有新的感染病例出现。情况十分危急。一方面，我們必须控制疫情继续蔓延，另一方面，我们必须找到预防和治疗的方法。为了让人们免于遭受病毒的侵害，当务之急是尽快研发出对抗病毒的疫苗。现如今，各国科研人员都在抓紧疫苗的研制。可是，事情并不是一蹴而就的。

不知大家是否还记得天花（Small Pox）？作为一种由天花病毒引起的烈性传染病，天花是最古老也是死亡率超高的传染病之一。英国医生爱德华·詹纳（Edward Jenner）在牧场观察女孩子们挤牛奶时意外发现，那些得过牛痘的女孩子们居然安然无恙，没有被传染上天花。于是，他在1796年成功研制出了天花疫苗，拯救了无数人，特别是孩子的生命。20世纪30年代，我们相继研制出了对抗狂犬病、白喉、破伤风、炭疽、霍乱、鼠疫、伤寒和肺结核的疫苗;20世纪中期，由于科技的飞速发展，试验室的条件日益完善，研发疫苗达到了一个高峰，那之后，我们有了针对脑膜炎、麻疹、腮腺炎和风疹等的疫苗。而21世纪，科学家已经可以利用DNA重组技术，更精准地研制疫苗，比如每年针对不同流感病毒特点研制出来的流感疫苗。

一般来说，研发出安全有效的疫苗需要2～5年的时间。为什么需要这么长的时间呢？首先，我们必须了解病毒在宿主（人类）中的特征和行为。这需要建立一个动物模型。其次，我们必须证明未来的这个疫苗是安全的，它只触发人体免疫系统的某些部分而不会对人体造成损害。接着，我们要用动物模型对这个未来的疫苗进行临床前的动物测试。在成功通过动物测试之后，接着进行人体测试，如果结果安全有效的话，需要经过医药监管部门的审核，然后，找到性价比最高的方法进行大规模的生产制造，最后，才能把疫苗分发到各级医药单位，服务大众。研制疫苗的每一个环节都充满了挑战，尤其是目前这个流行全世界的新型冠状病毒，已经发生了各种变异。研制疫苗是一项巨大的工程，并非易事，不过，如果能计划好，也可能比我们想象的来得快！

调整光保护机制，提高农作物产量

农作物通过光合作用将二氧化碳固定在食物中。但在充足阳光直射的情况下，为了保护自身，植物会激活称为光保护的机制，暂停光合作用，将多余的光能转化为热量消散。不过，当光照水平下降时，光保护机制可能需要几分钟到几小时才能减缓和停止，这会浪费农作物的潜在产量。

就总产量而言，大豆是全球第四重要的农作物，也是植物蛋白最主要的来源。根据美国伊利诺伊大学RIPE（研究增进光合作用效率方法的计划Realizing Increased Photosynthetic Efficiency）小组最新的报告，因为无法对光照强度变化进行足够迅速的调整，光保护机制的延时效果会使大豆植物损失高达13%的生产力。听起来可能不算多，但就全球产量而言，这是巨大的。RIPE已经开始着手解决农作物（包括大豆、木薯、豇豆和水稻）的光保护限制问题。通过增加与光保护有关的三种蛋白质的水平，就可以使农作物的生产力提高。此外，兰开斯特大学环境中心的RIPE小组正在寻找更好的光合作用活化酶。RIPE项目及其赞助者致力于确保将这些技术提供给最需要它们的农民们。

伊利诺伊大学研究生艾尔莎·德·贝克尔（左）和博士后研究员史蒂文·伯吉斯（右）在收集大豆叶样品

由阳光驱动的扑翼

光驱动演示

在古希腊神话中，当伊卡洛斯飞得离太阳太近较近时，蜡制的双翼遭太阳融化而跌落。而现在，研究人员已经制作出了由太阳驱动的人造翼，人造翼上的薄膜可以将自然阳光转换为拍打动作，而无需其他硬件。

研究人员称这种薄膜为柔性生物蝴蝶翅膀，它是在聚合物薄板上涂纳米晶金属膜制造而成的。当将翅膀的一端固定到支架上并将模拟的阳光照在其上时，翅膀的温度升高，由于金属层和聚合物层之间的热膨胀差异很大，其自由端就会卷曲;卷曲的部分遮盖住下面的金属层，温度下降，翅膀展开。连续的卷曲和展开循环就产生了拍打动作，该拍打动作的频率可以做到每秒4.49次，比自然界中的蝴蝶翅膀拍得更快。目前，研究人员已经演示了光驱动的“风车”和帆船，以及将阳光转化为电流的设备，他们希望有朝一日柔性蝴蝶翅膀可以用于微型飞行机器人中。