纳米晶 氨基酸
香港城市大学: 简单剥离实现生物压电突破
研究背景
尽管人们正在努力开发具有优异压电性能的合成材料，但大自然似乎已经掌握这种效应数百万年了。2021年10月揭晓的诺贝尔生理学或医学奖破解了人类的痛觉和触觉奥秘，证实了细胞通过Piezo1和Piezo2蛋白的机电耦合效应感知压力的的机制。各种机电耦合效应其实广泛存在于生物体中，从氨基酸、多肽、病毒和纤维素等压电生物分子，到骨、羊毛、肌腱、和表皮等压电生物组织。压电生物材料由于压电效应对生物组织的潜在作用，以及其对植入式传感器、致动器和能量采集器的极好适用性而引起了人们的极大关注。然而，由于大规模组装和畴排列小生物分子的高成本和复杂性，对其生物压电性的大部分研究仍处于理论水平。此外，由于压电畴的无序和铁电性的缺乏，生物组织在宏观层面上几乎没有表现出压电特性，这限制了其压电性的检测和应用。
成果简介
近期，香港城市大学杨征保教授课题组提出了一种范德华剥离工艺（vdWE），利用软生物组织层状结构中微弱的范德华相互作用，通过简单的机械剥离制备厚度达到有效压电畴的超薄薄膜（100nm）。在此基础上，该研究团队对范德华层状小肠粘膜下层（SIS）的生物压电性进行了系统研究，首次通过PFM定量测定SIS的固有压电效应，并阐明了其生物压电性的起源。
图文导读
小肠粘膜下层（SIS）是小肠的中间层，支撑粘膜并将其连接到肌肉层。SIS是组织修复和临床前模型中研究最广泛的支架之一。由于其生物相容性和在跨物种移植中无不良反应，它在多用途生物医学应用方面具有巨大潜力。1968年，Fukada在宏观尺度上观察到小肠的直接压电效应。然而，由于SIS在宏观层面上的较弱的压电性以及测量技术的局限性，其固有压电效应的实验定量测定及其生物压电性的起源尚未得到证明。杨征保教授团队首先对SIS的结构进行了系统性表征，揭示了SIS中富含的胶原蛋白具有从亚纳米级氨基酸到微米级纤维的层次结构 （图1，图2所示）。
图1. 小肠粘膜下层（SIS）的结构表征
图2. AFM观察到的SIS三维形貌显示胶原蛋白原纤维呈现约67nm的D周期性
SIS由胶原纤维交联网络基于弱范德华力作用逐层组装而成。受石墨烯等二维材料加工方法的启发，该团队利用层状SIS中的弱范德华相互作用特性，提出了一种制备SIS超薄膜的vdWE方法。通过vdWE方法（重复剥离）制备的SIS超薄膜由单层或多层胶原纤维网络组成，厚度薄至100nm，为未剥离的原始SIS薄膜厚度的近1/800 (图3所示)。
图3. SIS超薄薄膜的制备过程和表征
该团队基于vdWE制备的SIS超薄膜，进行了定量PFM研究，以探测其生物压电性。图4D显示了SIS超薄膜面外振幅的PFM图像，没有表现出明显的压电响应，而图4E中面内振幅的PFM图像显示了与胶原纤维一致的压电畴。然而，由于SIS厚度和PFM深度分辨率的限制，对于未剥离的原始SIS中的PFM测量，面内信号和面外信号均未显示明显的压电性，这可能会误导得出SIS是非压电的结论。为了进一步研究SIS薄膜厚度对压电性能的影响并验证vdWE技术的有效性，研究人员对不同厚度的SIS薄膜进行了压电响应研究。如图4F所示， SIS薄膜的有效压电系数随着薄膜厚度的减小而增大，直至达到饱和水平约 3.3 pm/V。基于vdWE技术，超薄膜的压电响应比未剥离的原始薄膜增加了20多倍。这些结果引出了关键问题：为什么SIS不表现面外压电？未处理的原始SIS不表现压电响应的内在原因是什么？
图4. SIS超薄薄膜的PFM表征和压电系数测定
为了解答这些问题，研究人员进一步探究了SIS的极化方向，通过在基面上以30°的步长物理旋转样品，对SIS中的面内压电响应进行了角度依赖性研究 （图5所示）。结果表明，在垂直于薄膜表面的电场作用下，SIS的压电响应平行于胶原纤维的纵轴。极性方向应平行于原纤维轴，这表明SIS的压电系数d11=d22确实为0，且至少有一个剪切系数（d15，d14）不为0。
图5. SIS超薄膜的面内压电响应的角度依赖性研究
从以上结果可以得出结论，SIS由于其平面内极化方向和层状反平行压电畴，很难在较厚的宏观尺度表现出压电性。所提出的vdWE方法通过制备SIS超薄膜克服了压电性抵消的问题，从而有助于检测其压电性，并使压电生物组织的应用成为可能。此外，研究人员也设计了一个基于悬臂梁振动的生物传感器验证了SIS超薄膜压电性的实际应用。SIS超薄膜的自然生物相容性、灵活性和压电性使其成为植入式和可穿戴式电子设备中生态友好型机电微器件的理想材料选择。该研究所提出的vdWE技术具备简单、绿色环保等特点，符合当前电子设备小型化的发展趋势，并可以拓展应用到各种具有范德华层状结构的生物软组织材料。
今日科技话题：恐龙软骨细胞、长寿命超导量子比特芯片、星际最大类肽键分子、五重孪晶金纳米晶
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中国科研团队发现1.25亿年前恐龙软骨细胞 或存有机分子
▲ 辽西热河生物群的尾羽龙复原图。郑秋旸 供图
中国科学家团队在东北辽西朝阳地区一具1.25亿年前的尾羽龙恐龙骨骼化石中，最新研究发现一组特异埋藏保存完好的软骨细胞，包括一些健康状态下“化石化”的软骨细胞，以及一些快要凋亡的软骨细胞。
尤为特别的是，本次研究还发现恐龙软骨细胞的细胞核中可能还保存了细丝状的染色质，从而揭示恐龙骨骼中的有机物质并没有像之前理解的那样完全“石化”，至少在软骨细胞中还存有恐龙本身的有机分子。
——中国新闻网
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503微秒！长寿命超导量子比特芯片破世界纪录
9月25日，在2021中关村论坛全体会议上，北京量子信息科学研究院研究员于海峰发布了长寿命超导量子比特芯片，成功使量子比特退相干时间达到503微秒，打破了2020年3月由美国普林斯顿大学研究组保持的360微秒的世纪纪录，创造了新的世界纪录。
在量子物理领域，保持好的量子相干性至关重要，它决定着量子门操控的保真度、量子电路的深度等一系列量子计算机核心性能问题。延长量子比特的相干时间一直是各国技术竞赛的焦点，在过去十几年内量子比特的相干时间增长了近5个数量级。
——《中国科学报》
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科学家首次获得星际最大类肽键分子观测证据
近日，由中国科学院上海天文台研究员李娟、王均智和沈志强等牵头的国际研究团队，利用目前世界最大的射电望远镜——阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA），在人马座B2（Sgr B2）中首次探测到丙酰胺分子C2H5CONH2，这是目前在星际空间发现的最大的类肽键分子。该研究成果已发表于《天体物理学期刊》。
蛋白质由一个又一个氨基酸（NH2CH(R)COOH, R=H, CH3等）连接而成，两个氨基酸之间的羧基和氨基发生脱水缩合，形成一个肽键结构-NHCO-。肽键是蛋白质中普遍存在的特殊结构，也是蛋白质的特征结构，因此类肽键分子的观测对于星际蛋白质形成的研究具有重要科学意义。此前在星际空间探测到的200多个分子中，只有4个类肽键分子，大大限制了相关前生命分子形成的研究。
——《中国科学报》
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我国科学家制备出五重孪晶金纳米晶
▲ 中科院合肥研究院供图
从中科院合肥研究院了解到，该院固体所纳米材料与器件技术研究部李越研究员课题组与济南大学李村成教授合作，基于多元醇还原体系发展了一种简单、高效的通用合成策略，实现了不同形貌的五重孪晶结构的高质量合成。相关研究结果日前发表于国际期刊《化学科学》上。
晶体中的孪晶往往在晶粒界面处产生并沿着某个晶向生长。由于应力引起的独特的物理化学性质，多重孪晶结构纳米材料已经在晶体生长、生物诊疗、等离子体光学、催化等领域广泛应用。其中，五重孪晶具有五重对称性、精确定义的晶体结构以及可控的长径比，在可见到近红外光区有着非常有趣的光学多样性。?为了充分利用它们与形貌、尺寸相关的光学性质，发展一种通用策略实现其高重复性制备，并研究其生长机制至关重要。
——《科技日报》
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我国学者在半导体p-n异质结中实现光电流极性反转
▲ 中国科大供图
从中国科学技术大学获悉，该校微电子学院龙世兵教授、孙海定研究员团队在氮化镓（GaN）半导体p-n异质结中实现了独特的光电流极性反转，即双向光电流现象。相关成果9月23日发表在《自然·电子学》上。
半导体p-n结是众多电子元器件的基本构成单元，基于此所构建的传统固态光电探测器可将光信号捕获并转换为输出电信号，被广泛应用于成像、传感、探测等领域。然而，该类器件受限于传统p-n结的工作机理，大大限制了其在特殊应用场景，例如高分辨多色成像、生物光电检测、便携式小型光谱仪、多通道光通信和光逻辑运算等中的应用。
——《科技日报》
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导致阿尔茨海默病相关蛋白可能来自大脑外部
▲ 2015年9月2日, 在加拿大温哥华附近的新西敏市，患者在画廊中展示自己的画作。（新华社发）
澳大利亚研究人员通过动物实验发现，与阿尔茨海默病相关的β淀粉样蛋白有可能来自身体其他器官，并通过血液渗入大脑。这一发现为防治阿尔茨海默病带来了新思路。相关论文已发表在美国《科学公共图书馆·生物学》杂志上。
论文主要作者、澳大利亚柯廷大学副教授竹内龙介告诉记者，β淀粉样蛋白在大脑中异常积累并最终形成斑块是阿尔茨海默病的主要致病因素之一，但这种“有毒蛋白”的来源及其在大脑中出现的原因尚不明确。他的研究团队通过动物实验发现，这种蛋白可能来自大脑外部，通过血液渗入大脑。
——新华网
来源：今日科协微信公众号
中国科协各级组织要坚持为科技工作者服务、为创新驱动发展服务、为提高全民科学素质服务、为党和政府科学决策服务的职责定位，推动开放型、枢纽型、平台型科协组织建设。接长手臂，扎根基层，团结引领广大科技工作者积极进军科技创新，组织开展创新争先行动，促进科技繁荣发展，促进科学普及和推广，真正成为党领导下团结联系广大科技工作者的人民团体，成为科技创新的重要力量。——习近平
今日科技话题：恐龙软骨细胞、长寿命超导量子比特芯片、星际最大类肽键分子、五重孪晶金纳米晶
好用的洗面奶安利，能够清除面部污垢、部分彩妆以及防水型的防晒！
【1】花钰集氨基酸洗面奶
功效：补水 深层清洁 清爽 提亮肤色 改善痘痘肌
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这款洗面奶，挤出来一点点就能打出丰富绵密的泡沫，它不仅能够清除废旧的角质还能平衡水油，皮肤洗完润润透透而且肌肤贼顺滑。还有一点是我超喜欢的，就是它可以直接用来卸淡妆，对于上班族的我就还挺友好。纯氨基酸配方不含一点皂基，大概使用了一个月左右的时间，毛孔干净细腻了不少，黑头粉刺明显少了许多，皮肤越来越白皙，让我轻松拥有水光肌。
【2】百雀羚草本洗面奶
这款洗面奶是由植物提取制作，没有添加任何有害成分，可以说是纯天然制作。它包装采用细致螺纹卡口，避免污染，感染。里面含有忍冬花，益母草，等多种植物成分，温和无刺激，深入清洁不破坏皮肤毛囊。同时兼具锁水能力高，维持肌肤水嫩弹滑，让肌肤干净白皙。出泡棉细柔软。膏体浓缩多种精华，质地弹润细腻，闻着有股淡淡清香。
【3】资生堂悦薇 珀翡焕活洁面膏
抗老化洁面膏，清除角质层“老化蛋白”。能起出丰富的如奶油般的泡沫，有效去除造成肌肤伤害的污垢和老旧角质。带来滋润光滑、有透明感的素肌。添加包裹保湿成分透明质酸的颗粒，洗后持续保持肌肤滋润。具放松效果的美丽优雅花香味，能产生丰富浓密且容易洗净的泡沫，洗脸后30分钟仍维持水嫩。促进后续护肤产品的吸收。
【4】芙丽芳丝净润洗面霜泡沫洗面奶
这款芙丽芳丝洗面奶，这是很经典的一款氨基酸洗面奶。成分表排序第二的成分就是氨基酸活性剂：椰油酰甘氨酸钾，安全温和。而且这个配方里我看过，没有添加防腐剂，用丁二醇和柠檬酸做的防腐体系，也非常安全。配方里添加了烟酰胺和六个植物提取添加。整体来说非常好的一个氨基酸洁面产品，适合所有肤质，干性油性，敏感性都可以。
这款还是氨基酸面的代表产品，使用了椰油酰甘氨酸钾作为主要的清洁成分，能够清除面部的污垢、部分彩妆以及防水型的防晒。加入了一些植物成分，有保湿和舒缓作用。我本人是敏感皮最爱这款，这款洗面奶没有塑封，包装简单大方。打开盒子可以看到有一个小小的说明书，介绍了使用方法和注意事项。非常贴心，但是包装内没有写明日期。它的外观很简洁素雅，给人一种干净明亮的感觉。
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