国内外科技创新前沿技术成果与最新发现

◎ 本刊综合报道

新型人工肌肉材料研发成功

人工肌肉是一种新型智能形状记忆材料，它能够通过材料内部结构的改变而伸缩、弯曲、束紧或膨胀。近日，记者从东南大学获悉，该校化学化工学院杨洪教授课题组研制出一种聚氨酯/聚丙烯酸酯互穿网络结构液晶弹性体材料，其具有超强的力学性能，突破了40 年来的研究瓶颈，在人造肌肉等领域有广泛的应用前景。该研究成果于近日发表在国际期刊《美国化学会志》杂志上。液晶弹性体是一种典型的双向形状记忆材料，具有形变大、形变可逆等技术优点，在仿生器件、软机器人等领域有很好的应用前景。杨洪教授科研团队另辟蹊径，采用将聚氨酯液晶弹性体和聚丙烯酸酯液晶热固体的小分子前体组分混合，再同步交联的技术途径，制备了一种聚氨酯/聚丙烯酸酯互穿网络结构液晶弹性体材料，首次全面满足了液晶弹性体基人造肌肉的力学性能要求，突破了该领域的技术瓶颈。

世界首例基因编辑人体造血干细胞成功移植

一例与“柏林病人”（全世界唯一被治愈的艾滋病患者）相似的案例出现在北京。患者与“柏林病人”同患血液肿瘤兼艾滋病，治疗方案同是造血干细胞移植；不同的是，前者通过基因编辑的方法获得CCR5 基因突变的造血干细胞，而后者的突变天然拥有。9 月12 日，《新英格兰医学杂志》在线发表了我国学者“以基因编辑技术之长，补‘柏林病人’之短”的探索——北京大学生命科学学院邓宏魁教授、解放军总医院第五医学中心陈虎教授、首都医科大学附属佑安医院吴昊教授等团队合作，利用基因编辑手段在人体造血干细胞中失活CCR5 基因，并将编辑后的干细胞移植到HIV（艾滋病病毒）感染合并急性淋巴细胞白血病患者体内产生效果，这在世界上尚属首次。基因编辑的造血干细胞能够在患者体内存活并从“少数外来者”繁衍为“绝对多数的原住民”，是治愈艾滋病关键。邓宏魁教授表示，研究团队后续将继续提高基因编辑效率，调整治疗方案，以达到治愈目标。

两滴修补液便可“种”出牙釉质

令人痛苦的蛀牙，是从牙釉质的破坏开始的。自恒牙长成的第一天起，人体牙釉质就在缓慢地消耗着，细菌酵解食物中的糖类物质释放出酸以及酸性饮料都会加速它的消耗。一旦牙釉质的防线被突破，整颗牙就像失去了保护伞。修复牙釉质，堪称是仿生领域一项最“硬”的挑战，科学家们没有停止过尝试。常见的补牙材料，例如复合树脂、陶瓷和汞合金等，发挥的大多是“填料”作用，适用于“大洞”修补，但对小缺小裂却填不进去，并且与天然组织之间也不能完全结合。不久前，浙江大学化学系唐睿康教授团队发明一种仿生修补液，在牙釉质的缺损处滴上两滴，48 小时内能在缺损表面“长”出2.5 微米晶体修复层，其成分、微观结构和力学性能与天然牙釉质几乎一致，并与原有组织无缝连结，浑然一体。相关论文日前发表于《科学进展》杂志。唐睿康团队提出的全新修复策略，有望将牙修复从“填补”时代带入到“仿生再生”阶段。

锂电池新设计或减少对稀有金属依赖

据最新一期《自然·材料》报道，美国佐治亚理工学院研究人员开发出一种有前景的新型阴极和电解质系统，用低成本的过渡金属氟化物和固体聚合物电解质代替昂贵的金属和传统的液体电解质。新型阴极由氟化铁活性材料和固体聚合物（一种塑料）电解质纳米复合材料制造。聚合物基电解质有两个突出优点，一是循环时弯曲和适应氟化铁溶胀的能力强，二是能与氟化铁形成非常稳定的柔性界面，解决了先前电池设计中使用氟化铁出现的膨胀和大量副反应等关键问题。即使在高温下，金属氟化物也有非凡稳定性。这有望带来更安全、更轻和更便宜的锂离子电池。未来，研究人员将继续改进和开发新固体电解质，以实现快速充电，并在新设计中融合固体和液体电解质，以与大型电池工厂中使用的传统电池制造技术完全兼容。

印度开发出高灵敏度氢气传感器

印度研究人员最近开发出一种高灵敏度传感器，可在浓度极低情况下检测出氢气，有望在使用氢燃料的地方用于检测是否有氢气泄漏。印度理工学院焦特布尔分校等机构研究人员近日在荷兰学术刊物《传感器和执行器B 卷：化学》发表相关论文。据介绍，在环境中氢气浓度为100ppm（1ppm 为百万分之一）时，这种传感器检测灵敏度可达74%。研究人员利用氧化锌等材料与氢气接触时电阻会发生变化的原理来设计传感器。有些氢气传感器需要约250 摄氏度的高温来激活相关化学反应，这种新型传感器可在150 摄氏度时达到同样效果。这使得新型传感器中不需要附带较高温度的加热器。氢燃料是现在许多地方常用的新能源，但易燃易爆，必须防止泄漏。由于氢气无色无味，在环境中检测泄漏的氢气一般比较困难。

加速器磁铁场强刷新世界纪录

美国能源部费米实验室的科学家日前宣布，他们获得了加速器转向磁铁迄今最高场强——将磁铁冷却到零下270 摄氏度左右时，创下14.1T（特斯拉）的新世界纪录。此前，劳伦斯伯克利国家实验室在同样温度下创下13.8T 的纪录，并保持了11 年之久。物理学家组织网在报道中指出，对于计划建造大型强子对撞机（LHC）“继任者”的粒子物理学家来说，这项最新研究是一个重要的里程碑。未来高能强子对撞机成功的一个关键因素是高场强磁铁。因为未来的环形对撞机需要将质子加速到LHC 质子能量的好几倍，所以需要比LHC 更强的转向磁铁。与目前LHC 磁铁中使用铌-钛不同，国际高能物理学界正致力于研制15T 的铌-锡磁铁，其核心是名为铌-锡的先进超导材料。铌-锡可支撑更大的电流但很脆弱，在加速磁铁工作时容易受力破损。在接下来几个月里，该小组计划加强线圈的力学支撑，在今年秋天重新测试磁铁，希望实现15T 的设计目标。

非“对症”药物竟可让癌症患者获益

针对癌症这一“疾病之王”，一些非“对症”药物反而能发挥奇效？据英国《自然》杂志最新一期发表的一项肿瘤学研究显示，某些癌症患者或能从“超适应症”（off-label）药物中获益——这类药物并不直接“对症”，即在常规情况下不会用于他们所患类型的肿瘤治疗中。这项研究是前瞻性试验“药物再发现”（Drug Rediscovery Protocol）的一部分，该试验利用遗传信息，为没有合适的标准治疗药物可选的癌症患者提供备选的“超适应症”抗癌药物。荷兰癌症研究所分子肿瘤学与免疫学部科学家埃米莉·沃伊斯特及其同事，此次研究了第一批参与此次试验的215 名患者。目前，参与“药物再发现”试验的患者接受了肿瘤全基因组测序，使研究人员能够鉴定罕见的和新的遗传变异，进而与可用的药物配对。

类轴子粒子在固态晶体中“被捕获”

1977 年，科学家首次提出“轴子”（Axion）这一假想粒子，作为对粒子物理学标准模型的扩展。自此，他们一直在“抓捕”轴子，但一无所获。据物理学家组织网2019年10月8日报道，在最新研究中，来自德国马克斯普朗克固体化学物理研究所、美国普林斯顿大学以及中国科学院大学的科学家携手，在外尔半金属（TaSe4）2I 中，发现了由外尔型电子（外尔费米子）组成的类轴子粒子的“蛛丝马迹”。马克斯普朗克研究所的克劳迪娅·费尔瑟领导的小组制造出了电荷密度波（TaSe4）2I，并研究了这种材料在电场和磁场作用下的导电性。结果发现，低于零下11 摄氏度时，这种材料中的电流实际上由类轴子粒子携带。