前沿掠影

科学家首次看清呼吸道炎症“病根”

近日，比利时根特大学、Flanders生物技术研究所（VIB）和Argenx生物技术公司的科学家们合作，共同解开了一个与哮喘、过敏性鼻炎等呼吸道炎症有关的世纪谜团，并以此为基础开发出一种有效逆转疾病的潜在创新疗法。

之所以说是世纪谜团，是因为早在1853年，巴黎的Charcot医生就在哮喘病人的痰液中观察到一种被称为“CLC”的蛋白质结晶，它们总伴随着炎症出现，但却没有人知道这些晶体与疾病到底有什么关系。直到最近几十年，科学家才知道CLC的组分是一种叫作半乳糖凝集素-10（简写为Gal10）的分泌蛋白。不过，在细胞内，Gal10以溶解形式存在，只有在分泌出来作为免疫防御时才形成晶体。

在实验中，当研究人员把Gal10晶体和可溶性Gal10分别注入小鼠体内后发现，可溶形式的Gal10没有对小鼠产生伤害，而Gal10晶体则让小鼠像哮喘患者一样在肺部产生了很多黏液。由此，科学家们证明了CLC不只是在炎症和过敏疾病中出现，而根本就是引起炎症的根源。对此，研究人员设计了一种针对结晶Gal10的抗体，不仅几分钟内就可以把培养皿中的CLC晶体溶解，还可以在几小时内把病人痰液中的CLC溶解。尽管这种潜在的疗法还需要更多试验验证，但临床动物实验数据让我们看到了帮助哮喘等过敏患者减轻症状的前景。

普通胶水成分可

用于培养造血干细胞

日本东京大学和美国斯坦福大学等机构研究人员在新一期英国《自然》杂志上发表论文称，他们设计出了一种造血干细胞培养系统，可使用高水平的促血小板生成素、低水平的干细胞因子等物质培养造血干细胞。与过去一些培养液成本高昂不同，他们的培养液中使用聚乙烯醇（PVA，一些常见胶水中的主要成分）就能取得不错效果。

研究人员说，使用了聚乙烯醇的造血干细胞培养系统可让取自实验鼠的造血干细胞增殖数百倍，将所得的造血干细胞移植到实验鼠体内后，也有效分化出了白细胞等细胞。

振荡催化剂：

打破催化速度的极限

近日，明尼苏达大学和马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究人员发现了一种可以加快化学反应速度的新技术，比目前的反应速度限制快10000倍。相关研究成果发表在期刊《ACS 催化》上。

研究人员称，通过向催化剂施加波浪，打造振荡催化剂可以打破催化速度的限制，并且千赫兹到兆赫兹的频率会大大加快催化剂的使用速度。催化能源创新中心主任Dionisios Vlachos教授认为，从常规催化剂到动态催化剂的转变将与从直流电到交流电的转变一样大，它有可能彻底改变我们制造几乎所有最基本化学品的方式，如材料和燃料。

具有血管、

淋巴管微循环的肿瘤芯片

近日，哈佛大学医学院Yu Shrike Zhang教授课题组设计了一种同时含有一对血管和淋巴管的肿瘤器官芯片（TOC-BBL）。研究人员先通过三维同轴生物打印技术构建出可灌注的中空血管和一端封闭的中空淋巴管，再将其整合于含有乳腺癌细胞的明胶水凝胶中，即构成肿瘤芯片。该平台的构建可实现药物输送和淋巴回收的微循环，从而更好地模拟生物分子和药物的体内转运动力学。为了获得不同的渗透性，该研究分别采用不同浓度的直链和支链的聚乙二醇（PEG）作为生物墨水的变量组分，调节血管/淋巴管的通透性参数。该项研究为体内药物的筛选提供了一个新方法。

纤维素薄膜：可降解的塑料代替品

美国普渡大学的研究人员于近日从植物的细胞壁中研究出了一种具有良好柔韧性、可降解的薄膜。该薄膜可用于食品包装、绷带、胶囊药物、生物活性物质或者农业种植。

研究人员通过对所得的细胞膜结构材料进行加工，从而得到了理想的材料。首先溶解纤维素，并添加氯化锌，使纤维素紧密铺展开来，进而实现水分的渗透和溶解。然后通过添加钙离子促使纤维素网格结构之间形成致密的纳米纤维，这样一来，钙离子对于薄膜的拉伸强度可以提升到原来的2.5倍，在保留了纤维素的强度和生物降解性的同时，保持了其透明性和活性。

与纤维素相比，塑料材料虽然有着广泛的应用，但是其对环境有较大的危害，因此纤维素的替代效果实际意义比较大，对于开发新的生物降解塑料提供了新的方向。

每秒4万亿帧，

用超快摄像机捕获光的运动

据悉，西安交通大学陈烽教授团队与香港城市大学王立代博士团队合作，于近日提出了一种全新的压缩超快时间光谱成像术（简称超快压缩成像），在帧率、帧数和精细光谱成像等方面突破了现有超快成像技术的局限，成功捕获到光子的运动。相关成果发表在《物理评论快报》上。

这种新型的超快成像技术是探知各种未知瞬态过程的一项关键技术，如化学反应过程中原子的运动、超短激光脉冲作用于材料时发生的瞬态非线性过程等。超快压缩成像通过对飞秒激光进行数字编码，并在时间和光谱维度上进行压缩和解压缩，从而能够同时实现高速度、高帧数以及高光谱分辨率。超快压缩成像的超高帧率可以达到3.85THz（1THz=1012Hz），它使长时间、宽光谱地记录飞秒影像成为可能，将推动更多涉及超快过程的极端物理、化学、材料和生物学的研究。

可将红外光转变成为可见光的新材料

近日，德国马堡大学研究人员在《科学》期刊上发表论文称，其开发出一种可以将近红外光转化为广谱白色可见光的化合物，从而为高效廉价地产生可见光开辟了新途径。

研究人员尼尔斯·威廉·罗泽曼指出，这种化合物是一种与金刚石分子结构类似的锡硫化合物，为细小的非晶态粉末，不挥發，具有气体稳定性，在300℃高温下仍保持热稳定性。该化合物内核是无机纳米晶体结构，其表面为有机配体涂层。当近红外激光照射到这种化合物上时，其独特结构会通过非线性相互作用使光束波长发生改变，使光束变为可见光。其转换后释放的光线类似于高温钨卤素灯的颜色，具有较强的方向性，可适用于较高空间分辨率的显微镜，或者应用于高流通量的投影系统。这一发现可能为先进的定向照明技术开辟新途径，特别是该系统材料成本较低，容易获得，具有很强的扩展性。

无需针头，通过光照即可注射药物

为了帮助需要长期反复接受注射治疗的患者减轻痛苦，来自韩国的研究团队开发出了可以移植到皮肤内部的药物储存设备，这种设备可以在近红外线的照射下，一个一个接连释放药物。虽然需要进行一次体内移植，但此后患者在需要注射药物时，仅从皮肤外部进行近红外照射，便可在5秒钟之内完成药物注射。该设备体积极小，无需电池或其他动力驱动，非常容易移植。这一设备的核心技术是一种在近红外线的照射下可以自动破裂的保护膜，它由在近红外线照射下可以发热的石墨烯纳米粒子和可以通过感应热量而自动破裂的特殊高分子组成。