中国科学家成功合成“金属氮”，能量密度为TNT十倍以上

2018-07-08

        中科院合肥物质科学研究院固体物理研究所科研人员采用超快探测方法与极端高温高压实验技术，以普通氮气为原材料成功合成了超高含能材料聚合氮和金属氮，揭示了金属氮合成的极端条件范围、转变机制和光电特征等关键问题，将金属氮的研究向前推进了一大步。

        金属氮是典型的超高含能材料，是目前常用炸药TNT能量密度的十倍以上，如果能作为燃料应用于载人火箭一、二级推进器，有望将目前火箭起飞重量提升数倍以上。然而，金属氮并不容易获得，需要高达百万大气压(GPa)的极端高压和几千度的高温条件。科研人员引入了脉冲激光加热技术和超快光谱探测方法，建成了集高温高压产生及物性测量的原位综合实验系统。利用综合实验系统，研究人员获取了高达170 GPa、8000 K高温高压极端条件，并在此条件下原位研究了氮分子在绝缘体-半导体-金属转变过程中的光学吸收特性和反射特性，确定了氮分子解离的相边界及金属氮合成的极端压力温度条件范围，原位光谱分析研究也进一步证实了实验中确实合成了具有半金属性质的聚合氮和具有完美金属特性的“金属氮”。该成果不仅能够对其他形式高能氮材料的合成提供指导，也为未来“金属氢”的成功合成奠定了重要基础。

来源：科技日报

研究人员打造新生物太阳能电池技术，阴雨天也可用

2018-07-07

        英属哥伦比亚大学的研究人员已经发现了一种新的廉价方式，借助细菌打造的太阳能电池将阳光转变成能量。他们打造的这种太阳能电池产生的电流比之前记录的任何类似装置都要强，而且无论在强光和弱光环境下都同样有效。

        项目负责人，英属哥伦比亚大学化学和生物工程学部门的教授Vikramaditya Yadav称：“我们为英属哥伦比亚研发的这种独特解决方案是让太阳能技术更加经济的重要一步。”研究人员对大肠杆菌进行基因编辑来产生大量的番茄红素，这种染料让番茄获得了红橙色色彩，而这种染料将光转变成能量的效率特别高。研究人员为大肠杆菌包裹了一层矿物质来充当半导体，并且将其放置到一种玻璃表面上。并借助镀膜玻璃充当太阳能电池的一个电极，他们的这个装置创下了生物太阳能电池最高电流密度的记录。这些混合材料制造成本低廉而且具有可持续性，而且经过足够的优化之后，它的转化效率完全能够比得上传统的太阳能电池。这项研究的重点在于他们发现了一个不会杀死细菌的过程，因此它们能够无限期的制造生物染料。

        这一革命性的太阳能新技术能够进一步推广到更多的地方，比如说英属哥伦比亚和北欧经常阴天的部分地区。经过进一步的研发与完善，这些生物太阳能电池有可能和传统太阳能电池板板中使用的人造电池同样高效。

来源：网易科技报道

研究揭示纳米药物载体的力学性能对于克服多重生理屏障的影响

2018年07月06日

        与传统的给药方式相比，将药物分子搭载到纳米药物载体上可以实现药物的高效精确传递和可控释放。近年来，这种新型的给药方式在改善药物口服吸收和肿瘤治疗中已经取得了突破性的研究成果。然而，与简单的体外实验环境相比，纳米药物载体在到达靶组织和靶细胞之前需要克服生物体内的多重生理病理屏障，如：酶屏障、黏液屏障、细胞间质屏障、细胞屏障以及胞内转运屏障等。因此，为实现疗效最大化，设计和制备能够克服多重生理屏障并且具备高效的细胞摄入量的新型递送载体成为纳米药物从实验室转向临床应用的一个重要挑战。

        启发于肿瘤细胞较正常细胞具有更低的杨氏模量（刚度），加速肿瘤细胞的转移和扩散，科研人员考察不同刚柔性纳米药物载体在克服胞内外多重屏障的能力。采用微流控技术，设计制备了以磷脂膜为壳、聚丙交酯乙交酯共聚物（PLGA）为核的纳米颗粒载体。通过调节载体的力学性能，发现刚度适中的载体在生物凝胶中具有最高的扩散系数，且比不含PLGA内核的脂质体扩散系数提高10倍，进而拥有最优的细胞摄取量和药物递送能力。相关高效递药效果也在生物体内获得了验证。随后，结合高分辨显微镜观测和分子模拟技术，研究者对药物载体的力学性能调节其在生物凝胶屏障中扩散的力学机制进行了解析，即颗粒越软，易于变形，则载体与黏蛋白组织产生更强吸附影响其扩散；而过硬的颗粒不易变形，则容易陷入黏蛋白网络，也难以实现高效扩散。进而发现刚度适中的颗粒具有适宜的变形能力，易于穿越生物凝胶、细胞膜等多重屏障，具有最优的递药能力。这些发现将有助于科学家们利用物理属性（如形状、力学性能等）设计高效的药物载体。

来源：中国科学院网站

新系统让声呐失效 潜艇“隐身”

2018-07-05

        据瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）官网近日消息，该校研究人员领导的国际团队开发出一种使声波无失真地穿过无序媒介的系统，可用于消除从潜艇等物体上弹回的声波，使声呐无法检测到它们，从而让潜艇等“隐身”。

        大多数天然材料都拥有无序的原子结构，这种结构会干扰声波和电磁波的传播。当波与这些材料接触时，会向四周反弹并扩散开来，而且波的能量会逐渐消散，强度也渐次减弱。这也意味着，要利用波技术让数据或能量无损地通过这些波散射媒介，几乎是不可能的。

        此次，EPFL工程学院的两个实验室与奥地利维也纳技术大学、希腊克里特大学的研究人员合作开发出一种系统，可使声波无失真地穿过这些媒介。该系统采用微型扬声器作为声学中继器抵消波散射，并已成功在真实的声学系统上进行了测试。研究人员解释，微型扬声器可被控制用于声波的增强、减弱或者相位移动，这使其可以抵消声波碰到障碍物时发生的散射，并在无序媒介的另一端重现原始声音。这种有源声学控制方法有望应用于包含普通环境频率的声音，也可以用于消除从潜艇等物体上弹回的声波，使声呐无法检测到它们。而且，新研究背后的理论同样适用于光波或无线电波，因此能使物体“隐身”，或让人能透过不透明材料拍摄图像。

来源：科技日报