工程技術

工程技術

基于人工Mie共振的超稀疏聲學超表面及低頻聲波強反射

南京大學劉曉峻教授課題組提出了利用高對稱性折疊空間結構中低有效聲速效應來構建具備超慢聲速的流體微單元，并通過3D立體成型技術制作了高質量的人工Mie共振單元，系統地開展了不同溫度、氣壓條件下Mie共振模式激發、等效參數反演和聲場調控性能測試等工作。研究結果表明，該單元可有效激發強烈的聲學Mie共振，并且展現出豐富的單極子、偶極子、四極子、八極子等一系列經典的Mie共振模式；進一步的研究結果表明，單極子Mie共振可以產生負的有效體模量，而偶極子Mie共振則會實現負的有效動態質量密度。《Nature Materials》

單個聚合物的布線結構

合成高分子如今已經無所不在，但是人類對單個高分子鏈的分子構型的控制水平卻非常有限。盡管我們可以控制寡聚苷酸和蛋白質自組裝形成特定的納米結構，但是卻無法單個控制其他類型的高分子，也無法研究單個分子的性質。西班牙科學家Knudsen等人合成了一種高分子線，在每個重復單元側鏈都接有短鏈寡聚苷酸。這種高分子線長度超過200nm，柔軟可彎曲，在DNA襯底上可以變成各種形狀。此外，它還是共軛結構，可能會導電，因此可以用來創建個分子級電子或光學電線任意幾何圖形。《Nature Nanotechnology 》

基于注銀木質素的環保型抗菌納米顆粒

銀納米粒子具有抗菌性，但因為難以降解，對其使用令人擔憂。美國科學家Orlin D. Velev帶領國際合作團隊，發現了一種具有生物降解性的、銀離子注入的木質素納米粒子，其外部覆蓋了一層陽離子聚電解質層。聚電解質層增強了粒子與細菌細胞膜的粘性，因而可以有效殺死很多類型的細菌。研究者的離子損耗研究表明，這些納米粒子的生物活性是有時間限制的，因為銀離子會不斷的被吸附。與同等質量的金屬銀納米粒子或硝酸銀溶液相比，高通量生物活性篩選并沒有顯示粒子毒性的增加。他們的研究結果表明，應用綠色化學的原則，可以設計合成出具有生物降解性、高抗菌活性的納米粒子。《Nature Nanotechnology》

光遺傳控制的活體內源性鈣離子通道

鈣離子是不同細胞功能的一個重要組成部分，之前的研究曾嘗試使用藥物和電刺激來精確控制鈣離子通道，但還不夠精確。韓國科學家Won Do Heo等人使用來自開花植物擬南芥的一個光感受器，稱為隱花色素2（Cry2），并將其與STromal Interaction Molecule 1（STIM1，幾乎存在于所有動物中的一個蛋白，可打開細胞的鈣離子通道）結合在一起，這就產生了一個雜交分子OptoSTIM1，當研究者將藍光引入表達OptoSTIM1的細胞時，它們被誘導打開其鈣離子通道，并允許來自細胞外的鈣離子流入，被檢測到的鈣離子是與以往的研究的5到10倍。

超表達的受體激酶ERECTA提高水稻和番茄的抗熱性

全球氣候變暖對植物抗病抗逆性提出了新的難題，尤其高溫對農作物生產造成了嚴重的威脅。中國科學院上海生科院植物生理生態研究所何祖華研究組首先在植物抗病性研究中，發現擬南芥的受體激酶ERECTA是一個抗病原菌主效QTL位點，該QTL也調控對極端高溫（40oC）的脅迫耐性。ERECTA基因與蛋白表達水平的提高可以大大提高轉基因植物的抗熱性，該基因在作物水稻和番茄中也有相同的功能，這些發現進一步解析了ERECTA的生物學功能，也為抗高溫分子育種提供了一個重要的技術。 《Nature Biotechnology》

蜂窩結構的仿生工程

西安交通大學盧天健教授和徐峰教授等研究者發表論文，系統闡述了蜂窩這種古老的結構形式在傳統的工程以及新興的微納制造、生物醫學領域基礎與應用的最新進展，展望了未來發展方向，內容涉及材料、力學、熱學、聲學、建筑、交通、化工、機械、微納制造、生物醫學等多學科交叉領域。該論文的發表對于促進國內外超輕多孔材料和結構研究相關領域的深入發展將起到積極的推動作用。《Progress in Materials Science》

一種蜂窩狀結構的管狀石墨烯

石墨烯作為一種具有異乎尋常特性的極薄的碳原子材料，近幾年來吸引了研究人員巨大的興趣，中國科學院上海硅酸鹽研究所的研究人員黃富強研究員等人創造了一種能夠支撐起相當于其自身重量40萬倍的物體而不發生彎曲的石墨稀材料。這種石墨烯泡沫承受了力度超過每平方英寸1.45萬磅的外力的重擊——幾乎相當于在世界海洋最深處的壓力，新創造出的這種材料能夠承受較之以往報道的石墨烯材料更大的沖擊，還可以被擠壓成其原始大小的約5％，而且依然能夠恢復其原來的形態，而且即使這一過程重復1000次還能保持完好無損。《Advanced Materials》

高穩定性和光學活性的“準金”納米片材料

而銀納米晶由于具有形貌的多樣性和制備的可控性，以其為模板實現金的外延生長可成為制備金納米晶的替代方案。但由于置換反應的發生，通常只能得到具有空心結構的納米材料。西安交通大學前沿科學技術研究院高傳博教授及其合作者以銀納米片為例，通過引入配位作用抑制了置換反應的發生，實現了金在銀表面上的外延生長，最終形成了一種新穎的具有核殼結構的“準金”納米片材料。該材料表現出優異的穩定性和光學活性，在分子檢測、生物傳感與成像等領域具有良好的應用前景。《Advanced Functional Materials》