创新科技 改变世界

2019-10-19 版权声明 举报文章

可编程的细胞:上帝之手的创作

基因组编辑的简单化让许多疾病不再恐怖,如果让体内的细胞按照我们的要求去运作,比如让它们适时地合成胰岛素,或去攻击肿瘤,那么许多健康问题将会迎刃而解。

显微流控制领域的专家们开发出一种以硅和玻璃为材质的微芯片,这种芯片的表面预先蚀刻了供细胞流动的通道,沿着细胞流动的方向,通道逐渐收窄,直到细胞无法继续向前行进。此时被卡住的细胞因受挤压而产生形变,细胞膜上便会出现小孔。这些小孔的直径,够让许多可改变细胞运作的介质通过,如蛋白质、核酸、碳纳米管等。这项技术甚至能将介质成功引入脆弱的干细胞和免疫细胞中,而这些细胞无法经受以前那种挤压式的摧残。

透明动物:透视生命本质

实验用动物或组织通体透明,将大大地提高许多生物医学实验的效率。组织之所以不透明是因为脂肪的存在,如果能找到一种替代脂肪的物质,那么组织就会变得透明。现在科学家们已经发现了这种方法。首先对啮齿类动物实施安乐死,并将甲醛注入其体内,利用心脏将甲醛泵至动物全身;之后,剥去动物的皮肤,从血管注入一种名为丙烯酰胺单体的白色无味化合物。丙烯酰胺单体可在动物体内建立一个具有支撑作用的水凝胶网,取代动物组织内的脂肪,并使其呈现无色状态;两周之内,这种物质可以使一只小鼠变得通体透明。

透明器官可降低实验中人为误差的概率,另一方面可提高实验效率,丰富实验数据,同时减少实验动物的使用数量。拥有这项技术,就好比拥有了洞察世间万物的“透视眼”。

液体发电:唾液也能成为新能源

科学家们在研制一种微型微生物燃料电池时发现,这种通过向细菌提供有机物,利用细菌代谢产生电流的方法非常有效。唾液中富含有机物,因此利用高导电性的石墨烯电极,在上面附着了唾液细菌,在一周之内,这些细菌产生了1微瓦(百万分之一瓦)的电量。虽然1微瓦看起来微不足道,却足以驱动诸如芯片、诊断工具、或是糖尿病监测仪这样的微型设备。

视力矫正显示屏:为显示屏“戴上眼镜”

研发者在智能手机或平板电脑等高分辨率显示屏的基础上,做了两项改动:一是打印一种低成本的、布满小孔的透明薄膜,覆盖在屏幕上;二是为智能手机或平板电脑编写算法,来判断用户相对于显示屏的位置,并根据验光处方来调整投射的图像。当调整过的图像通过显示屏透明薄膜上的小孔阵列时,在软硬件的共同作用下,屏幕上会产生误差,正好同视力误差相抵消,在用户眼中形成清晰的画面。这种显示屏能为近视、远视、散光和其他更为复杂的视力问题提供相应的矫正。研究人员还计划开发一种滑动条,用于手动调整显示屏的焦距。或许以后视力有问题的人将不再需要眼镜。

纳米显微镜:微观世界不再神秘

一种新型的全息显微镜,可以拍摄纳米粒子的纳米电子显微镜能快速检测药物、爆炸物中的分子信息。设想一下,涂料桶或洗发水瓶中每滴液体都含有标注了产品生产信息的微粒――就像指纹一样。

这种全息显微镜以商用Zeiss显微镜为基础,将它的白炽灯光源换成激光光源。激光照射到待观察的样品上,然后发生散射,形成由激光束和散射光互相干涉而成的三维图像,并由摄像机录下。它能够快速求解描述光在球体上散射的方程中的未知参数。这些参数中包含了关于散射物体的所有信息。它具有纳米级的分辨率,而成本只有其他电子显微镜的十分之一。

声波充电:摆脱电线的缠绕

声音其实就是振动的空气粒子,使用压电转换器从空气中获取振动能量,就可以将机械能转化为电能,而安全、安静且高能的超声波似乎就是个完美的选择。

uBeam发射机相当于一台定向扬声器,可以将超声波聚焦,产生一个能量“焦点”,与电子设备相连的接收器负责接收这股能量,并将其转化为电能。声波充电系统不仅能让我们不用再携带目前各式各样且互不兼容的电线和充电器,还可以保证移动设备在进行高耗电操作时不会用尽电量。而摆脱电线的束缚,还能带来崭新的室内装修设计思路。此外,目前载有沉重输电线缆的飞机、汽车、太空飞船等运载工具,重量也可以大幅降低。

储存热能的电池 解决未来能源问题

能源危机真的是未来世界的头号难题。每年因为热电效应浪费掉的能量着实让人心痛。而目前一种温差仅为理论值1/10(低至50℃)的发电技术则可以解决这种浪费。该技术的关键是利用热耦效应。在这个过程中,材料整体的温度随电压而变化,而非仅在电池中产生温度差。研究团队使用不带电的电池芯,配以铜电极,在高温时进行充电,然后再让它们冷却――神奇的事情发生了,电池的放电电压比为它们充电时所用的电压更高。换句话说,用于加热电池的能量被电池以电能的形式收集了起来。

当然,这项技术还需要进一步完善,相信在不久的将来,以往白白浪费掉的热能都会转化为电能,或许能源危机也会得到缓解。

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