工程技术

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基于人工Mie共振的超稀疏声学超表面及低频声波强反射

南京大学刘晓峻教授课题组提出了利用高对称性折叠空间结构中低有效声速效应来构建具备超慢声速的流体微单元，并通过3D立体成型技术制作了高质量的人工Mie共振单元，系统地开展了不同温度、气压条件下Mie共振模式激发、等效参数反演和声场调控性能测试等工作。研究结果表明，该单元可有效激发强烈的声学Mie共振，并且展现出丰富的单极子、偶极子、四极子、八极子等一系列经典的Mie共振模式；进一步的研究结果表明，单极子Mie共振可以产生负的有效体模量，而偶极子Mie共振则会实现负的有效动态质量密度。《Nature Materials》

单个聚合物的布线结构

合成高分子如今已经无所不在，但是人类对单个高分子链的分子构型的控制水平却非常有限。尽管我们可以控制寡聚苷酸和蛋白质自组装形成特定的纳米结构，但是却无法单个控制其他类型的高分子，也无法研究单个分子的性质。西班牙科学家Knudsen等人合成了一种高分子线，在每个重复单元侧链都接有短链寡聚苷酸。这种高分子线长度超过200nm，柔软可弯曲，在DNA衬底上可以变成各种形状。此外，它还是共轭结构，可能会导电，因此可以用来创建个分子级电子或光学电线任意几何图形。《Nature Nanotechnology 》

基于注银木质素的环保型抗菌纳米颗粒

银纳米粒子具有抗菌性，但因为难以降解，对其使用令人担忧。美国科学家Orlin D. Velev带领国际合作团队，发现了一种具有生物降解性的、银离子注入的木质素纳米粒子，其外部覆盖了一层阳离子聚电解质层。聚电解质层增强了粒子与细菌细胞膜的粘性，因而可以有效杀死很多类型的细菌。研究者的离子损耗研究表明，这些纳米粒子的生物活性是有时间限制的，因为银离子会不断的被吸附。与同等质量的金属银纳米粒子或硝酸银溶液相比，高通量生物活性筛选并没有显示粒子毒性的增加。他们的研究结果表明，应用绿色化学的原则，可以设计合成出具有生物降解性、高抗菌活性的纳米粒子。《Nature Nanotechnology》

光遗传控制的活体内源性钙离子通道

钙离子是不同细胞功能的一个重要组成部分，之前的研究曾尝试使用药物和电刺激来精确控制钙离子通道，但还不够精确。韩国科学家Won Do Heo等人使用来自开花植物拟南芥的一个光感受器，称为隐花色素2（Cry2），并将其与STromal Interaction Molecule 1（STIM1，几乎存在于所有动物中的一个蛋白，可打开细胞的钙离子通道）结合在一起，这就产生了一个杂交分子OptoSTIM1，当研究者将蓝光引入表达OptoSTIM1的细胞时，它们被诱导打开其钙离子通道，并允许来自细胞外的钙离子流入，被检测到的钙离子是与以往的研究的5到10倍。

超表达的受体激酶ERECTA提高水稻和番茄的抗热性

全球气候变暖对植物抗病抗逆性提出了新的难题，尤其高温对农作物生产造成了严重的威胁。中国科学院上海生科院植物生理生态研究所何祖华研究组首先在植物抗病性研究中，发现拟南芥的受体激酶ERECTA是一个抗病原菌主效QTL位点，该QTL也调控对极端高温（40oC）的胁迫耐性。ERECTA基因与蛋白表达水平的提高可以大大提高转基因植物的抗热性，该基因在作物水稻和番茄中也有相同的功能，这些发现进一步解析了ERECTA的生物学功能，也为抗高温分子育种提供了一个重要的技术。 《Nature Biotechnology》

蜂窝结构的仿生工程

西安交通大学卢天健教授和徐峰教授等研究者发表论文，系统阐述了蜂窝这种古老的结构形式在传统的工程以及新兴的微纳制造、生物医学领域基础与应用的最新进展，展望了未来发展方向，内容涉及材料、力学、热学、声学、建筑、交通、化工、机械、微纳制造、生物医学等多学科交叉领域。该论文的发表对于促进国内外超轻多孔材料和结构研究相关领域的深入发展将起到积极的推动作用。《Progress in Materials Science》

一种蜂窝状结构的管状石墨烯

石墨烯作为一种具有异乎寻常特性的极薄的碳原子材料，近几年来吸引了研究人员巨大的兴趣，中国科学院上海硅酸盐研究所的研究人员黄富强研究员等人创造了一种能够支撑起相当于其自身重量40万倍的物体而不发生弯曲的石墨稀材料。这种石墨烯泡沫承受了力度超过每平方英寸1.45万磅的外力的重击——几乎相当于在世界海洋最深处的压力，新创造出的这种材料能够承受较之以往报道的石墨烯材料更大的冲击，还可以被挤压成其原始大小的约5％，而且依然能够恢复其原来的形态，而且即使这一过程重复1000次还能保持完好无损。《Advanced Materials》

高稳定性和光学活性的“准金”纳米片材料

而银纳米晶由于具有形貌的多样性和制备的可控性，以其为模板实现金的外延生长可成为制备金纳米晶的替代方案。但由于置换反应的发生，通常只能得到具有空心结构的纳米材料。西安交通大学前沿科学技术研究院高传博教授及其合作者以银纳米片为例，通过引入配位作用抑制了置换反应的发生，实现了金在银表面上的外延生长，最终形成了一种新颖的具有核壳结构的“准金”纳米片材料。该材料表现出优异的稳定性和光学活性，在分子检测、生物传感与成像等领域具有良好的应用前景。《Advanced Functional Materials》