【科研资讯】嵌入织物的纤维泵和液体压电材料首现，全钙钛矿叠层太阳电池和高温超导电动悬浮取得新进展...-优快云博客

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2023年

4月6日

前言

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实验与热点你缺一不可！

1、首个嵌入织物的纤维泵制成

美国工程师设计了一种新型纳米颗粒，可用于肺部，在那里它可以传递编码有用蛋白质的信使RNA（mRNA）。随着进一步发展，这些颗粒能为囊性纤维化和其他肺部疾病提供可吸入的治疗方法。该研究3月30日发表在《自然·生物技术》上。

集成在 T 恤中的泵的红外图像

在新研究中，研究人员着手开发可靶向肺部的脂质纳米颗粒。这些颗粒由两部分分子组成：带正电荷的头基和长脂质尾巴。头基的正电荷有助于粒子与带负电荷的mRNA相互作用，并且还有助于mRNA从会吞噬粒子的细胞结构中逃逸。

同时，脂质尾部结构有助于颗粒通过细胞膜。研究人员为脂质尾巴提出了10种不同的化学结构，以及72种不同的头基。通过在小鼠实验中筛选这些结构的不同组合，研究人员能够识别出最有可能到达肺部的结构。

研究表明，可使用这些颗粒来传递编码CRISPR/Cas9成分的mRNA，这些成分旨在切断遗传编码到动物肺细胞中的停止信号。当停止信号被移除时，荧光蛋白的基因就会打开。测量这种荧光信号使研究人员能够确定成功表达mRNA的细胞百分比。

研究人员发现，在一剂mRNA之后，大约40%的肺上皮细胞被转染，两剂使水平超过50%，三剂达到60%。治疗肺部疾病最重要的目标是两种类型的上皮细胞——棒状细胞和纤毛细胞，每一种都以大约15%的比例被转染。

新颗粒也会迅速分解，使它们能够在几天内从肺部清除，并降低炎症的风险。如果需要重复剂量，颗粒也可多次输送给同一患者。团队现在正在努力使纳米颗粒更稳定，从而可使用雾化器吸入。^<1>

纤维泵用于执行器

纤维泵编织成织物

2、全钙钛矿叠层太阳电池有了新进展

近日，厦门大学唐卫华教授团队与四川大学、南京理工大学、德国波茨坦大学以及瑞士联邦材料科学与技术研究所（Empa）合作，报道了1 cm2全钙钛矿叠层太阳电池的最新研究进展，相关成果All-perovskite tandem 1 cm2 cells with improved interface quality发表于国际顶级期刊Nature。

该研究基于共轭拓展及锚定策略开发了一种具有膦酸基的自组装单分子层（SAM，即4PADCB）作为空穴传输材料，该材料由唐卫华教授课题组设计合成。

独特的空间扭曲结构赋予SAM分子良好的成膜性及表面浸润性，有利于大面积高质量宽带隙钙钛矿薄膜的生长；同时，拓展的共轭范围及有序的分子排列增强了界面电荷抽取与输运，大幅抑制了宽带隙钙钛矿太阳电池中界面处载流子非辐射复合损失。这些优点大幅提高了宽带隙电池的VOC和FF，并显著改善了器件的工作稳定性。通过优化，宽带隙钙钛矿电池（孔径面积1.044 cm2）的最高效率达到18.46%。基于该宽带隙子电池的全钙钛矿叠层电池获得了经日本电气安全环境研究所（JET）认证的世界纪录效率26.4%（该效率被业内权威“Solar cell efficiency tables”收录）。

此外，该工作采用多种先进的表征手段，深入地探究和分析了宽带隙子电池及全钙钛矿叠层器件性能提升的物理机制，为大面积宽带隙钙钛矿及全钙钛矿叠层太阳电池的效率和稳定性提升提供了深刻的见解，也为新型、高效空穴传输材料的设计提供了新思路。^<2>

3、高温超导电动悬浮技术取得进展

我国首套高温超导电动悬浮全要素试验系统在吉林长春完成首次悬浮运行。

这标志着，我国在高温超导电动悬浮领域实现重要技术突破，行业内部分院士、专家共同见证了此次悬浮运行试验。

超导电动磁浮交通系统由车辆、轨道、牵引供电、运行通信等系统构成，适用于高速、超高速和低真空管道等运用场景，运用速度可达600km/h及以上，被认为是当前世界轨道交通技术的“制高点”之一。

“我们采用被动悬浮方式，无须主动控制，系统简洁，可靠性高，提速空间大；同时车辆设有走行装置，应急运行能力强，安全性高。”中车长春轨道客车股份有限公司副总工程师兼磁浮研究所所长于青松告诉记者。

未来，超导电动磁浮交通系统可以成为超大城市、发达经济圈之间快速运输通道的重要选择，也为优化国土空间布局、推进区域协调发展、为我国综合立体交通网建设提供重要支撑。

据了解，中车长春轨道客车股份有限公司从20世纪90年代初开始致力磁浮列车的研发与制造，并于近年建设了200米全要素高温超导磁浮交通试验线，自主研制了可全断电运行的车载高温超导磁体、电动悬浮原理样车、高强度无磁轨道等系统，突破了多系统耦合动力学、悬浮力匹配等多项技术，为超导电动磁浮的发展及应用提供技术支撑。^<3>

4、液体形式存在的压电材料首现

美国密歇根州立大学化学家首次在液体中观察到了压电效应。研究团队指出，液体压电材料比固体压电材料更环保，有望在多个领域“大显身手”。相关研究刊发于最新一期《物理化学快报》杂志。

到目前为止，所有压电材料都是固体的。在最新研究中，密歇根州立大学化学家伊克巴勒·侯赛因等人发现了迄今第一种在室温下以液体形式存在的压电材料。

最新发现的液体压电材料是一种离子液体，离子液体由具有不对称性的柔性有机阳离子和具有对称性的弱配位阴离子的盐制成。电在这些离子液体内部积聚，研究人员在用活塞向圆柱体内的离子液体样本施加压力时发现，电被释放出来。他们还发现，释放的电量与施加的压力成正比。进一步的测试表明，离子液体的光学性质在其释放电流时发生了变化，在某些情况下，液体弯曲光线的方式也发生了变化。

研究团队目前仍无法解释为什么离子液体具有压电效应，但他们认为，施加压力可能有助于分离液体中的电荷，从而释放出一些电荷。他们计划继续研究这些材料，以获得答案。<4>

5、用血糖发电

皮下燃料电池将体内的血糖转化为电能，听起来像科幻小说。然而，它显然可以完美地实现。

2011年的神经灰尘技术，芯片使用超声电池供电

由巴塞尔苏黎世联邦理工学院生物系统科学与工程系的Martin Fussenegger领导的一组研究人员将一个看似未来主义的想法付诸实践。

他们开发了一种可植入的燃料电池，利用组织中多余的血糖来产生电能。研究人员将燃料电池与几年前由他们的团队开发的人造β细胞相结合。它们只需按一下按钮即可产生胰岛素，并有效地降低血糖水平，就像它们在胰腺中的自然榜样一样。

燃料电池的核心是由铜基纳米颗粒制成的阳极（电极），Fussenegger的团队专门为此应用创建。它由铜基纳米颗粒组成，将葡萄糖分解成葡萄糖酸和质子以发电，从而使电路运动。燃料电池包裹在无纺布中，并涂有海藻酸盐，这是一种被批准用于医疗用途的藻类产品，类似于一个可以植入皮肤下的小茶包。藻酸盐吸收体液，并允许葡萄糖从组织进入内部的燃料电池。

该系统结合了持续发电和受控胰岛素输送。一旦燃料电池记录到多余的葡萄糖，它就会开始发电。然后，该电能用于刺激细胞产生胰岛素并将其释放到血液中。结果，血糖下降到正常水平。一旦低于某个阈值，电力和胰岛素的生产就会停止。

现有系统只是一个原型。尽管研究人员已经在小鼠身上成功进行了测试，但他们无法将其开发成适销对路的产品。因为这种设备推向市场需要巨大的财政和人力资源。^<5>

6、5个著名的π公式

π是所有数字中最大的超级巨星。它以某种方式概括了“圆”的概念，对我们凡人来说，它是遥不可及的，因为总会有无限多的数字隐藏在我们面前，绝对没有任何模式。^<6>

莱布尼茨的π公式

瓦利斯产品

巴塞尔问题

这是所有数学中最著名的问题之一。这不仅本身就是一个美，而且还有一个著名的故事。

布冯的针

布冯的针问题是18世纪由乔治-路易斯·勒克莱尔·德·布冯伯爵首次提出的问题。它陈述如下：

假设我们有一根针和一个平坦的表面，上面有平行的条带，每个条带的宽度与针相同。如果我们把针放在表面上，针在两条条带之间的一条线上的概率是多少？

高斯积分

这个是以伟大的德国数学家卡尔·弗里德里希·高斯的名字命名的。积分如下：

7、碳捕获可能会使电力更加昂贵

一项新的分析警告说，在声称应对气候变化的同时保持煤炭和天然气发电厂的活力可能会使消费者的电力更加昂贵。化石燃料公司一直渴望部署从发电厂排放中过滤地球加热二氧化碳的技术。但依靠这种称为碳捕获和储存（CCS）的技术是一项冒险的冒险，消费者可能会承担成本。

根据非营利性能源经济与金融分析研究所（IEEFA）的一份新报告，配备碳捕获装置的发电厂的电力成本至少是其他替代品的1.5至2倍。转向太阳能和风能等可再生能源则要便宜得多。^<7>

8、研究人员近距离记录到雷针与闪电的互动

富兰克林在 18 世纪发明了避雷针，它被用于保护建筑物和人免受雷击的破坏性力量。

现代的避雷系统更复杂，而避雷针本身是非常简单的，它是一根铜制或铝制的金属杆，安装在建筑物顶部，通过金属线连接到地面。当闪电击中建筑物，它会通过金属杆和金属线——电阻最小的路线——进入地面，保护建筑物以及里面的东西。但避雷针并不只是等待着闪电来击中它，在闪电接触前不到一毫秒，避雷针会在闪电负极放电的作用下向上发射出一个正极放电，与之建立连接。巴西研究人员幸运的在 São José dos Campos 市近距离拍摄到了这一过程。他们的设备距离雷击位置只有 150 码，相机捕捉到了 31 次避雷针的向上发电。^<8>

9、高盛估计生成式 AI 影响全球 3 亿工作岗

根据高盛的研究，生成式 AI 能取代全球 3 亿全职工作岗位。美国和欧盟四分之一的工作能被取代，但同时它也可能会创造出新的工作岗位和提升生产力。

高盛表示，如 ChatGPT 之类的生成式 AI 系统能创造出与人类产出区别不大的内容，将能推动生产力的提升，在 10 年内将全球 GDP 提高 7%。但它也会给全球劳动力市场带来巨大破坏。

全世界有 3 亿全职工作面临被自动化取代，律师和管理人员的工作最有可能变得过时。美国和欧洲三分之二的工作面临某种程度的 AI 自动化，大部分人将有不到一半的工作量自动化，他们的一部分工作时间将被释放出来用于更富有生产性的工作。从事体力或户外工作的人暂时不会受到影响，但他们的工作也会面临其它形式的自动化的影响。^<9>