前沿掠影

小尺寸晶體管實現重大突破

晶體管作為芯片的核心元器件，更小的柵極尺寸能讓芯片上集成更多的晶體管，并帶來性能的提升。Intel公司創始人之一的戈登·摩爾（Gordon Moore）在1965提出：“集成電路芯片上可容納的晶體管數目，每隔18?24個月便會增加一倍，微處理器的性能提高一倍，或價格下降一半。”這在集成電路領域被稱為“摩爾定律”。過去幾十年，晶體管的柵極尺寸在摩爾定律的推動下不斷微縮，然而近年來，隨著晶體管的物理尺寸進入納米尺度，電子遷移率降低、漏電流增大、靜態功耗增大等短溝道效應越來越嚴重，這使得新結構和新材料的開發迫在眉睫。信息資源詞典系統（IRDS2021）報道，目前主流工業界晶體管的柵極尺寸在12納米以上，如何促進晶體管關鍵尺寸的進一步微縮，引起了業界研究人員的廣泛關注。

清華大學集成電路學院任天令教授團隊在小尺寸晶體管研究方面取得重大突破，首次實現了具有亞1納米柵極長度的晶體管，并具有良好的電學性能。這項工作推動了摩爾定律進一步發展到亞1納米級別，同時為二維薄膜在未來集成電路的應用提供了參考依據。

來源：清華大學新聞網

https：//www.tsinghua.edu.cn/info/1175/92042.htm

下載日期：2022-03-12

健康監測領域可穿戴變色傳感器

可穿戴健康監測設備能夠實時對生理信號進行分析判斷，但是，大多數用于可穿戴健康監測設備的柔性電子器件是將生理信號轉化為電信號，需要大量外部儀器設備收集分析，操作過程煩瑣。

可穿戴變色傳感器為解決這一問題帶來曙光。許多可穿戴設備會通過改變顏色來監測皮膚生理信號，這些信號可以用肉眼直接識別，為患者/醫生感知刺激提供簡單直接的傳感/映射路徑。在過去的10年中，基于變色的健康監測引領了可穿戴設備的發展，這是因為它們與可穿戴電子器件比起來具有很多優點，例如易讀取、快速響應、可逆性、低成本和制造程序簡單等。由于變色響應材料在外部刺激（例如，機械力、濕度、光、電壓及溫度）下可產生肉眼可見的顏色變化，可將其用作傳感元件去監測表皮生理信號。但是，變色可穿戴傳感的發展仍處于萌芽階段，需要解決許多問題，例如，與皮膚貼合度低、視覺信號干擾、連續監測時間短和耐用性差。

西安交通大學徐峰教授課題組總結了一系列可以在溫度、pH、光和電場等因素刺激下變色的材料，并將其集成在可穿戴表皮傳感器上，作為健康監測的應用。生理信號通常分為3個部分，即物理信號、電生理信號和化學信號，3種信號與健康狀況高度相關，也可以集成到一個單一平臺中進行多生理信號監測。

來源：西安交通大學新聞網

http：//news.xjtu.edu.cn/info/1004/179946.htm

下載日期：2022-03-12

科學家開發微米分辨率的腫瘤組織磁成像技術

病理組織檢測是診斷癌癥的“金標準”。傳統的光學成像技術容易受到樣品光學背景強、檢測信號穩定性差、定量不準確和不同光學方法不能共用等問題的影響。中國科學技術大學的研究團隊開發了微米分辨率的腫瘤組織磁成像技術，相較于傳統的光學成像檢測方法，該技術具有高穩定性、低背景和腫瘤標志物絕對定量的特點。

研究團隊開發了組織水平的免疫磁標記方法，通過抗原-抗體的特異性識別，將磁顆粒特異標記在腫瘤組織中的靶蛋白分子上，將已完成磁標記的組織樣品緊密貼附在磁顯微鏡的檢測器上進行磁場成像，最后通過深度學習模型定量分析檢測信號，實現微米分辨率的腫瘤組織磁成像。由于生物樣本自身一般都沒有磁場背景，而且磁信號的高穩定性便于樣品的長期保存和重復檢測，所以這項技術在分析含光學背景、光透過差和需要定量分析的生物組織時具備明顯優勢，是腫瘤組織檢測領域的重要突破。

該研究成果不僅在腫瘤臨床診斷方面具有廣闊的應用前景，也為腫瘤相關研究提供了新的技術支撐。

來源：科技部生物中心

http：//www.most.gov.cn/gnwkjdt/202202/t20220217_179413.html

下載日期：2022-02-23

大氣所在室內環境氨氣的變化和來源研究中取得進展

近期，中國科學院大氣物理研究所博士李峻瑤、研究員孫業樂在3個辦公室和1個地下健身房開展室內氨氣的觀測與分析，同時進行開關窗、烹飪、清潔等控制實驗研究室內氨氣的源、匯及人類活動影響下的動態變化過程。

研究發現，不同季節、不同室內環境中氨氣和二氧化碳濃度的日變化規律相似，且與人的活動規律一致。人的皮膚裸露程度、室內溫度、房屋建筑材料和人類活動（人數變化、開關窗、做飯、清潔、運動）都會顯著影響室內氨氣濃度水平。夏季皮膚暴露更多、排汗增多，會導致表皮向室內空氣中排放的氨氣增加;室內溫度升高會加速氨氣從表面儲庫和建筑材料的釋放;新裝修的房間即使只有一個人，其室內氨氣平均濃度也是幾個環境中最高的;炒蔬菜幾乎不排放氨氣，而含動物蛋白食物的烹飪對室內氨氣濃度有很大的貢獻，這是高溫下肉類蛋白質中氨基酸的熱解導致的;集中運動時，健身房中的瞬時氨氣濃度會達到高值，表明人的排放與呼吸、排汗等新陳代謝速率有關。

氨氣和二氧化碳的室內去除機制有所不同。研究表明，氨氣在室內的去除速率顯著高于平均空氣交換率，說明室內氨氣不僅通過空氣交換去除，還存在其他反應或者吸附等去除過程。此外，研究發現室內高濃度的氨氣會通過氣—粒分配對顆粒物生成產生影響。當室內濃度超過40ppb（十億分之一，濃度單位）時，會促進氣相氨氣到顆粒相的非均相轉化及銨鹽的生成。相反，較高溫度下，銨鹽的分解又會向室內空氣釋放出氨氣。

來源：中國科學院官網

https：//www.cas.cn/syky/202202/t20220207_4824434.shtml98D2DFE9-F2A4-4ACE-A87C-4F7F07A7BA3D

下載日期：2022-02-12

低色溫光源可減少青少年近視

近視是眼睛在調節放松狀態下，距離較遠物體的反射光線經眼球屈光系統作用后，聚焦于視網膜之前，導致視物不清的病理現象。

近幾十年來，隨著居住和學習環境中照明條件的改變，近視的發病率迅速增加，提示光環境可能是近視發生、發展的重要原因。相關色溫（Correlated Color Temperature，CCT）可以在一定程度上反映光源的光譜成分。中國科學院昆明動物研究所研究員胡新天團隊使用32只幼猴作為研究對象，采用由不同相關色溫構成的四種典型光源來探究相關色溫與眼軸增長之間的關系。經過365天的觀察，團隊發現低CCT光照下獼猴的眼軸增長顯著小于高CCT光照下獼猴的眼軸增長，且在整個觀察期間，這種效應是持續和穩定的。該研究首次系統地解析了常規照明光源色溫與眼軸發育的關系。眼軸過度增長是青少年近視的主要原因，該成果或為預防青少年近視提供新的手段和方法。

來源：中國科學院官網

https：//www.cas.cn/syky/202203/t20220310_4827721.shtml

下載日期：2022-03-12

大腦神經調控與讀取技術? ?方面取得新進展

腦科學的核心目標是解析神經電活動如何控制大腦的功能以及腦疾病的神經機制。要實現這些目標，需要精準調控與讀取特定神經環路的電活動信息。近日，我國科研團隊在高精度神經調控與讀取技術取得新進展。

該團隊構建了一種多功能柔性神經電極技術，同步實現了大腦中基因載體的精準遞送、長期光遺傳學調控和神經電生理記錄。研究人員進一步利用柔性神經電極良好的生物相容性，實現了對大腦神經元電活動長達3個月以上的穩定讀取與調控。

多功能柔性神經電極技術能夠同步實現大腦中基因載體的精準遞送、光遺傳調控和長期神經電生理記錄，在神經環路的精準解析和腦機接口等方面具有重要的應用前景。

來源：科技部生物中心

http：//www.most.gov.cn/gnwkjdt/202112/t20211206_178433.html

下載日期：2021-12-28

科學家開發新型口腔黏膜修復材料

口腔黏膜病容易反復發作并且常伴有明顯疼痛，嚴重影響患者的生活質量，口腔潰瘍就是其中的典型代表。近期，上海交通大學的研究團隊開發了一種光固化水凝膠粘合劑，可以用于修復口腔黏膜損傷。

研究團隊運用蛋白亞硝基化反應，開發了光誘導巰基與亞硝基交聯法構建的水凝膠粘合劑，用于口腔黏膜修復。受到光照時，水凝膠的交聯速度可達秒級，并且交聯過程完全不受氧氣干擾，因此制備的薄膜完整且富有彈性，強度及溶脹都能夠適配頻繁活動、持續潮濕的口腔環境，不會受到咀嚼、吞咽、說話等活動的影響。

研究人員還利用小鼠和豬的口腔黏膜損傷模型測評這種粘合劑的治療效果，與現有商品化凝膠產品相比，使用水凝膠粘合劑修復的口腔黏膜破損區域細胞增殖速度加快、侵入機體的細菌減少、炎性反應程度降低，黏膜損傷更容易恢復。該研究開發了一種能夠適應復雜生理環境的特殊材料，為口腔黏膜病的治療提供了新選擇。

來源：科技部生物中心

http：//www.most.gov.cn/gnwkjdt/202112/t20211206_178405.html

下載日期：2021-12-28

科學家建立新的蛋白質從頭設計方法

蛋白質是生命功能的主要執行者，其結構與功能由氨基酸序列所決定。目前，能夠形成穩定三維結構的蛋白質幾乎全部是天然蛋白質，其氨基酸序列是長期自然進化形成。在天然蛋白結構功能不能滿足工業或醫療應用需求時，要想得到特定的功能蛋白，就需對其結構和序列進行設計。目前，國際上報道的蛋白質從頭設計工作主要使用天然結構片段作為構建模塊來拼接產生人工結構。然而這種方法存在設計結果單一、對主鏈結構細節過于敏感等不足，限制了設計主鏈結構的多樣性和可變性。蛋白質從頭設計中最困難的問題是如何充分地探索蛋白質主鏈結構空間，發現新穎的、“高可設計性”主鏈結構，目前還缺乏相關的系統性解決方法。

近期，中國科學技術大學劉海燕教授、陳泉副教授團隊基于數據驅動原理，開辟出一條全新的蛋白質從頭設計路線，在蛋白質設計這一前沿科技領域實現了關鍵核心技術的原始創新，為工業酶、生物材料、生物醫藥蛋白等功能蛋白的設計奠定了堅實的基礎。

來源：中國科學技術大學新聞網

http：//news.ustc.edu.cn/info/1055/78363.htm

下載日期：2022-02-12

污水處理新型工藝研究取得進展

近日，中國科學院重慶綠色智能技術研究院研發出一種面向能量回收和物質回收的新型污水處理工藝。

現有的污水生物處理工藝采用異養菌、硝化菌和聚磷菌為主要功能微生物。計量學表明，這些微生物對應的生物過程必然產生大量的危害性的剩余污泥和消耗大量的能耗。因此，這兩個問題是現有活性污泥法的基本問題，不能通過采用精準曝氣或化學解偶聯等手段消除。

科研團隊采用厭氧膜生物反應器回收污水中有機物攜帶的能量，將其轉化為電力以滿足反應器自身的能耗需求，同時產生二氧化碳以供給后續藻反應器中的藻類使用。

與現有高能耗、高剩余污泥產量、高資金投入的活性污泥法相比，新型污水處理工藝具備技術及經濟優勢：顯著降低溫室效應氣體排放并具備良好的水處理效果;回收有機物中的能量，具備從污水中進行物質回收的能力;顯著降低剩余污泥的產量;經濟效益為正。

來源：中國科學院官網

https：//www.cas.cn/syky/202112/t20211203_4816962.shtml

下載日期：2021-12-3098D2DFE9-F2A4-4ACE-A87C-4F7F07A7BA3D