動(dòng)態(tài)

仿生材料研發(fā)出現(xiàn)新思路

大熊貓?jiān)鞘橙鈩?dòng)物，經(jīng)長(zhǎng)期進(jìn)化后才成為“素食者”。表面寬闊和鋒利堅(jiān)固的牙齒可以碾壓磨碎竹子成為其胃囊之物。近日，中國研究團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)大熊貓牙齒能夠?qū)崿F(xiàn)自修復(fù)，這不僅為新型仿生材料研發(fā)提供了新思路，更可能為人牙匹配型仿生復(fù)合義齒材料、高強(qiáng)高導(dǎo)電接觸材料等方面的研究帶來新進(jìn)展。

牙齒，是動(dòng)物天生的進(jìn)攻防衛(wèi)武器和咀嚼食物助消化的工具，也是仿生材料的重點(diǎn)研究對(duì)象。研究發(fā)現(xiàn)，大熊貓牙齒能夠?qū)崿F(xiàn)自修復(fù)，主要得益于其牙釉質(zhì)具有高密度、富含有機(jī)質(zhì)的礦物質(zhì)縫隙和巧妙的組織結(jié)構(gòu)。大熊貓牙齒的礦物質(zhì)像樹木一樣垂直緊密地排列，從而形成牙釉質(zhì)的“堅(jiān)固森林”，而有機(jī)質(zhì)則填充在“礦物質(zhì)樹”之間微小的縫隙中，牙釉質(zhì)的變形、損傷與自動(dòng)修復(fù)，微觀上都是通過這種微小的縫隙實(shí)現(xiàn)的。

據(jù)介紹，熊貓牙釉質(zhì)界面中的天然有機(jī)質(zhì)，在水合條件下會(huì)發(fā)生溶脹，進(jìn)而發(fā)生高分子鏈柔性提高、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低等轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，從而實(shí)現(xiàn)牙釉質(zhì)的自修復(fù)，而熊貓唾液中的水分子能夠?qū)ψ孕迯?fù)效應(yīng)起到顯著的促進(jìn)作用。

大熊貓牙齒能夠?qū)崿F(xiàn)自修復(fù)

研究團(tuán)隊(duì)首次提出了新型材料組織結(jié)構(gòu)取向梯度的概念與設(shè)計(jì)原則，即通過調(diào)整自身的組織結(jié)構(gòu)與所受外力之間的取向關(guān)系，實(shí)現(xiàn)材料抗拉又抗壓，從而提高材料整體的力學(xué)性能。此外，該研究組還闡明了熊貓牙齒的主要種類、形式以及組織結(jié)構(gòu)特征，從材料科學(xué)與力學(xué)角度揭示出其同步實(shí)現(xiàn)進(jìn)攻與防護(hù)效果的性能優(yōu)化機(jī)理，從而提煉出共性的仿生材料設(shè)計(jì)原則。

科研人員找到生物材料形態(tài)變化的控制鍵

含羞草的特性啟發(fā)了科研人員。我國一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)近日稱，他們從含羞草獲得靈感，成功控制了傳統(tǒng)生物材料的形態(tài)變化，這一發(fā)現(xiàn)有望拓展人工器官的材料來源。這篇研究論文發(fā)表在近期的Research雜志上。Research是中國科協(xié)與Science主辦方——美國科學(xué)促進(jìn)會(huì)合辦的權(quán)威學(xué)術(shù)期刊。

如何讓生物材料的外形根據(jù)人們的需求發(fā)生變化，制造出更適合醫(yī)學(xué)應(yīng)用的材料，這是長(zhǎng)期困擾科研人員的難題。

論文通信作者告訴記者，從海帶中提取的海藻酸鈉可以形成一種柔軟的水凝膠，其力學(xué)和生物特性都與人的軟體組織類似。但是，這種水凝膠缺乏形態(tài)變化的能力，難以成為人工器官的材料。

含羞草給了科研人員靈感。中國科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，含羞草之所以會(huì)“害羞”，核心是植物細(xì)胞內(nèi)部離子的調(diào)節(jié)作用。因此，他們花了9個(gè)月時(shí)間，在海藻酸鈉制成的水凝膠上，設(shè)計(jì)出了類似含羞草的結(jié)構(gòu)，并將水凝膠放在特制溶液中，通過調(diào)節(jié)溶液中鈉離子和鈣離子相互作用，成功控制了水凝膠“從螺旋狀到反向螺旋狀”的形態(tài)變化。這項(xiàng)仿生設(shè)計(jì)為解決傳統(tǒng)生物材料的形態(tài)變化提供了普適性方法，有望拓展部分生物材料在再生醫(yī)學(xué)、柔體機(jī)器人等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

中國科考隊(duì)在南極冰蓋上架設(shè)自動(dòng)氣象站

中國第35次南極科學(xué)考察隊(duì)內(nèi)陸隊(duì)隊(duì)員2月7日在距離中山站100公里處的南極冰蓋上架設(shè)了一套自動(dòng)氣象站，以獲取南極地區(qū)的溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)向和風(fēng)速等相關(guān)資料，提升極地氣象服務(wù)和對(duì)極地大氣的了解。

南極洲地處偏遠(yuǎn)、地域遼闊，氣象數(shù)據(jù)稀缺，中國南極考察隊(duì)此前曾在中山站至昆侖站沿線設(shè)立過多個(gè)自動(dòng)氣象站?！靶录茉O(shè)的自動(dòng)氣象站彌補(bǔ)了Panda斷面（從中山站到昆侖站沿線）區(qū)域的氣象探測(cè)空白，進(jìn)一步完善了中國在Panda斷面的氣象觀測(cè)能力?！敝袊?5次南極科考隊(duì)隊(duì)員、國家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心工程技術(shù)帶頭人孟上說。

孟上表示，新的自動(dòng)氣象站與已有的昆侖站、泰山站等幾個(gè)自動(dòng)氣象站實(shí)時(shí)獲取的長(zhǎng)期、連續(xù)的常規(guī)氣象數(shù)據(jù)，可以顯著提高中國在南極地區(qū)的觀測(cè)和預(yù)報(bào)能力，對(duì)于保障中山站及內(nèi)陸隊(duì)開展科學(xué)考察及業(yè)務(wù)化運(yùn)行具有重要作用。

Panda斷面是一條研究南極冰蓋科學(xué)的重要通道，它將南極普利茲灣—埃默里冰架—冰穹A連接起來。據(jù)了解，中國未來還將在Panda斷面架設(shè)更多自動(dòng)氣象站，為提升中國在南極的天氣和氣候研究及預(yù)報(bào)服務(wù)提供數(shù)據(jù)支撐。

“長(zhǎng)征六號(hào)”運(yùn)載火箭改進(jìn)型正在研制

“長(zhǎng)征六號(hào)”運(yùn)載火箭改進(jìn)型正在研制

從中國航天科技集團(tuán)八院了解到，為滿足中型載荷的發(fā)射需求，八院正在研制“長(zhǎng)征六號(hào)”改運(yùn)載火箭，通過捆綁4枚固體助推器，進(jìn)一步提高運(yùn)載能力，預(yù)計(jì)于2020年年底首飛。

“長(zhǎng)征六號(hào)”運(yùn)載火箭作為八院商業(yè)發(fā)射的主力軍，具有運(yùn)載能力適中、整流罩空間大、環(huán)境條件優(yōu)、發(fā)射周期短、配套專屬發(fā)射工位等優(yōu)勢(shì)。此前分別于2015年9月和2017年11月以一箭20星和一箭3星的方式圓滿完成兩次飛行試驗(yàn)。

“長(zhǎng)征六號(hào)”全箭長(zhǎng)29.3米，為三級(jí)構(gòu)型，起飛質(zhì)量約103噸，700公里太陽同步軌道運(yùn)載能力為1噸，支持單星發(fā)射、多星發(fā)射和搭載發(fā)射。通過水平整體測(cè)試、水平整體星箭對(duì)接、水平整體運(yùn)輸起豎的“三平”測(cè)發(fā)模式，可完成各類航天器的快速發(fā)射任務(wù)。

針對(duì)當(dāng)前日益增長(zhǎng)的商業(yè)發(fā)射需求，“長(zhǎng)征六號(hào)”可為衛(wèi)星配套多種標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、產(chǎn)品化和系列化的星箭分離裝置，可為國內(nèi)外商業(yè)用戶提供“專車、拼車、順風(fēng)車”等多種靈活的服務(wù)模式，并將通過整流罩型譜擴(kuò)充、流程優(yōu)化等系列技術(shù)改進(jìn)，進(jìn)一步增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，為商業(yè)發(fā)射提供更為方便、快捷、全面的服務(wù)。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)硅藻捕光新機(jī)理

中國科學(xué)家的一項(xiàng)最新研究發(fā)現(xiàn)了自然界“奇葩”光合物種——硅藻，如何利用其獨(dú)特結(jié)構(gòu)去高效地捕獲、利用光能。2月8日，國際知名學(xué)術(shù)期刊Science以長(zhǎng)文形式在線發(fā)表了這一成果?；谠撗芯浚茖W(xué)家未來有望設(shè)計(jì)出可以高效捕光的新型作物。

對(duì)于綠色植物而言，光合作用主要吸收的是紅光和藍(lán)紫光，該現(xiàn)象與綠色植物吸收光的基本單位有關(guān)。綠光波段的能量基本沒有被綠色植物所利用，這也是它們呈現(xiàn)綠色的主要原因。但是，自然界中并非沒有能利用綠光的光合生物。海洋藻類擁有色彩斑斕的捕光蛋白，比如藍(lán)藻的藻藍(lán)蛋白、紅藻的藻紅蛋白、硅藻的巖藻黃素—葉綠素蛋白等，可以幫助海藻在不同的海水深度利用不同的太陽光能。其中，海洋赤潮的主要“肇事者”硅藻可謂是最成功的光合生物之一，其分布范圍廣，吸收二氧化碳的能力約占全球生態(tài)系統(tǒng)的1/5，比熱帶雨林的貢獻(xiàn)還高。

此前研究表明，硅藻特有的捕光天線蛋白具有出色的藍(lán)綠光捕獲能力和極強(qiáng)的光保護(hù)能力。然而，硅藻光合膜蛋白的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期沒有得到解析，極大限制了硅藻光合作用的研究。中國科學(xué)家的最新研究即填補(bǔ)了這一空白，為人工模擬光合作用機(jī)理提供了新理論依據(jù)。該研究同時(shí)表明，學(xué)術(shù)界過去一些主流觀點(diǎn)可能存在問題。來自研究團(tuán)隊(duì)的科學(xué)家表示，基于該成果，科學(xué)家有望設(shè)計(jì)出能夠利用綠光波段、具有高效捕光和光保護(hù)能力的新型作物，也可為現(xiàn)代化智能植物工廠的發(fā)展提供新方向。

我國實(shí)現(xiàn)室溫下固態(tài)可編程的量子處理器

量子計(jì)算被認(rèn)為是下一代信息技術(shù)的重要方向，但由于量子比特非常脆弱，通常只能在極低溫等特殊條件下才能保持量子特性。近期，中國科學(xué)家運(yùn)用一系列新技術(shù)，首次在室溫大氣條件下實(shí)現(xiàn)了基于固態(tài)自旋體系的可編程量子處理器。國際學(xué)術(shù)期刊《NPJ量子信息》日前發(fā)表了該成果。

科研團(tuán)隊(duì)利用金剛石中的電子自旋與核自旋作為兩量子比特體系，首次實(shí)現(xiàn)了室溫固態(tài)自旋可編程量子處理器。他們利用綠色激光脈沖實(shí)現(xiàn)該量子處理器的初始化和讀出功能，并利用一系列高精度的微波與射頻脈沖序列來執(zhí)行量子算法。設(shè)計(jì)了一類普適量子線路，將一系列量子算法的執(zhí)行轉(zhuǎn)化成為相應(yīng)的微波和射頻脈沖的幅度和相位參數(shù)。用戶僅需要對(duì)這一系列參數(shù)進(jìn)行有效配置，就可以完成多種量子算法，避免了煩瑣而且昂貴的硬件重設(shè)。

研究人員在新研制出的這款可編程量子處理器上，成功運(yùn)行了多種量子算法，成功率超過80%。預(yù)期未來通過提升量子處理器材料性能，將有助于進(jìn)一步提升算法成功率。該研究展示了可編程量子處理器的靈活性，向構(gòu)筑室溫固態(tài)量子計(jì)算邁出了重要一步。