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研究人员创建了一个模型，以理解火星大气的演变，为该星球的历史提供了新的视角。今天，火星是一个寒冷而干旱的星球，但地质记录表明，约在30亿至40亿年前，它曾支持液态水。水通常与生命相关联。为了探讨在火星上是否曾存在生命这一关键问题，来自东北大学的科学家们设计了一个关于火星古代大气中有机物生成的详细模型。 有机物包括曾经生物体（如植物和动物）的残骸或特定化学过程的产物。有机物中的稳定碳同位素比率（13C/12C）为它们的形成提供了重要洞见，揭示了火星的地质过去。这引起了火星探测任务的兴趣。例如，NASA的好奇号探测器发现那个时代火星沉积物中的有机物表现出明显的13C耗竭，并且样本之间的碳同位素比率存在显著差异。然而，这些差异的原因仍不清楚。 为了更深入地探讨这些发现，由东北大学的高山春悟、吉田达也和寺田直树领导的研究团队开发了一个火星大气演变模型，研究甲醛（H2CO）。这一选择源于他们之前的研究发现，甲醛可能是在火星古代大气中形成的。甲醛的重要性在于它可以生成复杂的有机分子，如糖，这对生命至关重要。因此，它可能是理解好奇号探测器观察到的异常碳同位素值的关键，可能指示过去的生命。 该模型将光化学模型与气候模型相结合，分析了在过去30亿到40亿年间火星上甲醛的碳同位素比率是如何变化的。结果表明，甲醛中的13C耗竭源于由于太阳紫外线辐射引起的CO2光解，导致一种稳定同位素相对于另一种的偏好。此外，他们发现碳同位素的变化受到包括当时火星大气压力、表面反射的光量、CO和CO2比率以及火山活动释放氢等因素的影响。 “这个模型为以前奇怪的观察提供了潜在的解释，包括神秘的13C耗竭，”东北大学的研究生高山春悟评论道。…

氢是最轻的元素，在能源转型过程中，其作为可持续资源的潜力越来越受到关注。来自莱比锡大学和德累斯顿工业大学、氢同位素1,2,3H研究培训组的研究人员在有效且经济地提取同位素方面取得了重要进展。氢有三种自然形式：普通氢、氘和氚。国际研究团队在实现其在室温下分离这些氢同位素而无需高成本的目标上取得了重大进展。他们的研究成果刚刚发表在《化学科学》杂志上。 普通氢，也称为氢-1，是氢的最普遍形式。氘被称为重氢，特别是在创建更稳定和有效的药物时，变得越来越有价值。氘和氚的结合，称为“超重氢”，作为核聚变的燃料，为未来提供了一种可持续的能源选择。在氢研究中的一个主要挑战是如何有效且经济地以高度纯净的形式生产这些同位素，因为它们的物理特性非常相似。现有的同位素分离方法相当低效，需要大量的能量。 莱比锡大学威廉·奥斯特瓦尔德物理与理论化学研究所的教授、研究培训组发言人克努特·阿斯米斯教授解释道：“近15年来，理论上认为多孔金属有机框架可以用于净化和分离氢同位素。但这一过程仅在极低温度下可行，约为零下200摄氏度，这对工业应用来说具有挑战性且成本高昂。”他补充说，分离过程依赖于一种同位素在多孔材料中自由金属位点上的优先吸附。吸附是指气体或液体的颗粒粘附到固体（通常是多孔）表面上的过程。 来自1,2,3H研究培训组的博士研究人员——艾尔维拉·东莫、沙布南·哈克和弗洛里安·克劳特，是由德累斯顿工业大学的托马斯·海因教授、莱比锡大学的克努特·阿斯米斯教授和拉尔夫·托纳·泽赫教授领导的研究团队的一部分，他们对框架的环境如何影响结合选择性获得了新的见解。这解答了为什么一种同位素倾向于比另一种同位素更易附着。他们的当前研究通过联合方法详细阐述了这一点，利用先进的光谱技术、量子化学计算和化学结合分析模型系统。“我们首次展示了框架化合物中的单个原子如何影响吸附。这使我们能够专门优化它们，以在室温下创建具有高选择性的材料，”海因表示。 1,2,3H研究培训组自2021年10月以来，得到了德国研究基金会（DFG）540万欧元支持，培训了20多名博士候选人。该组汇聚了莱比锡大学、德累斯顿工业大学、德累斯顿罗斯多夫亥尔莫兹中心和莱布尼茨表面工程研究所的专业知识，以通过整合资源进行氢同位素的基础研究和培训，开发创新材料、更加有效的药物和先进的检测技术。大约15至20名博士候选人的下一届将于2024年10月1日开始他们为期三年的结构化博士项目。

现代微电子设备在修复和回收方面常常面临挑战。使用可脱粘粘合剂对于促进以可持续资源为重点的循环经济至关重要，能够减少废物并增强修复和回收方法。最近，一支研究团队开发了一种可以“按需”关闭的粘合剂技术。 现代微电子设备通常在修复和回收中遇到困难。可脱粘粘合剂对促进以可持续资源使用、减少废物和更好修复与回收策略的循环经济至关重要。一支研究团队在期刊《应用化学》上介绍了一种制作可“按需”去激活粘合剂的方法。 研究人员受到了贻贝的启发，贻贝以其卓越的水下粘附能力而闻名。之前的努力产生了受贻贝启发的粘合剂，但这些最新版本利用了硫醇-儿茶酚聚合反应。该过程创建了具有强粘附连接（TCC）的聚合物，这些聚合物具有具有两个相邻OH基团的硫醇取代的六元芳香环，从而增强了其强大的粘合特性。这项发明的独特之处在于，当儿茶酚基群被氧化成醌时，粘合剂的强度显著下降，醌是具有双键氧原子的六元环。 通过改变单体的基本结构，研究人员可以控制所产生聚合物的性质。来自柏林洪堡大学、柏林莱布尼茨分析科学研究所、布宜诺斯艾利斯的国家综合大学、波茨坦-戈尔姆的弗劳恩霍夫应用高分子研究所和杜塞尔多夫的汉高公司的Kannan Balasubramanian、Hans…

研究人员利用折纸传感器创造了一种激动人心的新技术，用于在废水中检测生物标志物。这项进展使得通过手机摄像头跟踪传染病成为可能。该测试设备价格适中且速度快，有潜力在未来的疫情情况下彻底改变公共健康响应。 废水作为追踪感染的关键工具 检查废水是评估社区内传染病传播的主要方法。研究人员从全国各地的废水处理设施收集样本，以确定哪个地区的感染水平最高。这项技术在COVID-19大流行期间被用于监测社区感染率并为公共健康策略提供信息。 克兰菲尔德大学生物传感与环境健康教授杨竹根领导了这些哨兵传感器的创建。这项工作建立在他2020年早期的研究基础上，旨在开发一种测试，以利用基于纸的技术结合紫外线光或手机摄像头在废水中检测SARS-CoV-2（引起COVID-19的病毒）、流感A和B。 传统上，测试废水样本的最精确方法涉及到聚合酶链反应（PCR）测试等技术，这需要在专业实验室由受过专业训练的人员进行。这个过程要求样本必须以冷藏的方式收集、保存和运输到实验室，这可能需要几天时间，并且通常费用昂贵。…

二价钐（Sm）化合物在有机化学的还原反应中作为试剂发挥着重要作用。然而，典型的过程需要大量这种试剂，并且往往涉及使用有毒化学品。为了解决这一挑战，研究人员设计了一种可见光天线配体，它与稳定的三价钐化合物结合。当暴露在可见光下时，这些化合物被转化为二价钐，从而允许更温和的反应条件和减少钐的使用。 钐（Sm）是一种稀土元素，由于其二价化合物在单电子转移还原中的有效性，对于有机化学家具有重要意义。钐碘化物（SmI2）具有适度的稳定性，可以在室温的温和条件下运行，使其成为生产药物和生物活性物质的有价值资源。然而，许多反应需要的SmI2的数量至少等于化学计量要求，并且往往需要使用危险化学品，这使这些程序资源密集且成本高昂。 研究人员探索了各种策略，以将所需的钐试剂量降低到催化水平。不幸的是，大多数现有方法需要严苛的条件和高反应活性的还原剂，同时仍需大量钐，通常范围在原材料的10-20%之间。鉴于钐的高成本，市场对一种在温和条件下使用最少钐的高效催化系统的需求很大。 最近，日本千叶大学一研究团队在先进学术研究所和药学研究生院的助理教授栗原高仁的带领下，提出了一种显著减少钐使用的新方法。他们开发了一种双齿配体，磷酸酯配体被9,10-二苯基蒽（DPA）取代，该配体与三价钐配位，使利用可见光进行钐催化还原反应成为可能。该配体被称为可见光天线。栗原助理教授表示：“天线配体因其能激发如钐这样的镧系金属而受到认可。我们之前展示了一种DPA取代的次级磷酸酯配体，能够在可见光下促进还原-氧化反应。基于这种成功，我们设计了一种新的DPA取代的双齿磷酸酯配体，利用可见光将所需的钐减少到催化量。” 研究团队还包括千叶大学药学研究生院的金木文人、松田裕和根本哲宏。他们的研究成果于2024年7月20日在线发表，并于2024年7月31日出现在《美国化学学会杂志》第146卷第30期中。…

能够设计出在5分钟内识别病毒的免疫测定法吗？最近的研究表明，这一点是可行的，使用低功率激光器，类似于激光指示器，再加上与芝麻种子相当的小液体样本。就像蛾子被光吸引一样，微生物也可以通过光进行操控。基于这一概念，来自大阪府立大学光诱导加速系统研究所（RILACS）的研究人员提出了一种使用最小样本量快速检测病毒的技术。 这个团队由OMU教授饭田拓也（Takuya Iida）领导，他同时也是RILACS的主任，以及副主任常并志保（Shiho Tokonami）博士，他们在npj Biosensing上报告了关于光诱导免疫测定的研究成果。他们利用少于一分钟的激光照射，促进了一个纳米颗粒印刷等离子体底物的涂层，该底物具有每个直径为500纳米的小纳米碗结构，涂上了针对新型冠状病毒刺突蛋白的抗体。使用功率为5毫瓦的激光，与标准激光指示器的功率相当，他们能够在生物芯片上产生气泡，吸引模拟病毒的纳米颗粒，从而加速这些颗粒的选择性检测。…

随着锂离子电池（LIB）使用的全球激增，快速消耗原材料供应，专家们正在寻找安全、经济实惠和可靠的充电电池替代品。水系锌离子电池（AZIBs）似乎提供了一种可行的解决方案，通过利用丰富的资源提供低成本选项。弗林德斯大学的研究人员正在率先开发简便且高效的聚合物AZIBs，这些电池采用有机阴极，为能源存储技术的更可持续方法铺平道路。 水系锌离子电池（AZIBs）似乎通过提供采用广泛可用材料的低成本选项提供了可行的解决方案。弗林德斯大学的科学家正在创新实用的聚合物AZIBs，采用有机阴极，以增强能源存储的可持续性。 弗林德斯大学科学与工程学院的化学副教授、中科院纳米技术研究员贾忠凡表示：“水系锌离子电池可能具有实际应用。” 电动汽车和便携式电子设备推动了锂离子电池的需求增加，导致锂和钴等关键材料短缺，造成供应链挑战。 与此同时，大量废弃电池（大多数无人回收）带来了显著的废物和环境危害，这是AZIBs等替代品旨在解决的问题。…

科学家们已经证明，一种新的量子比特（qubit）结构形式，其大规模生产更为容易，能够与目前行业内最领先的量子比特类型的性能相匹配。通过各种数学评估，他们创建了一份指南，以简化生产过程，使这些量子计算的基本组件能够进行强大且可靠的制造。 来自美国能源部（DOE）布鲁克海文国家实验室的研究人员透露，一种新的量子比特设计更适合大规模生产，能够与当前行业最普遍使用的量子比特性能相匹配。他们进行了广泛的数学研究，概述了一种简化的量子比特制造方法，以支持这些关键量子计算元素的高效和一致的生产。 这项研究是量子优势协同设计中心（C2QA）的一部分，这是一个由布鲁克海文实验室领导的DOE国家量子信息科学研究中心。该研究建立在多年的合作基础上，旨在提升可扩展量子系统的量子比特性能。最近，研究人员关注于延长量子比特中量子信息的保持时间，这一特性被称为相干性，与量子比特的接头性能密切相关。 具体而言，他们专注于具有两层超导层通过绝缘体分隔的超导量子比特。这种结构被称为SIS接头，表示超导体-绝缘体-超导体。然而，可靠地生产这种三明治状接头被证明是具有挑战性的，尤其是在量子计算机的大规模生产中需要精确制造时。 “制造SIS接头需要非常高的技能，”论文的共同作者、布鲁克海文实验室功能纳米材料中心（CFN）主任查尔斯·布莱克（Charles…

在马克斯·普朗克智能系统研究所（MPI-IS），科学家们创造了被称为HEXEL模块的六角形机器人组件。这些部件可以像乐高积木一样轻松拼接在一起，从而形成可以重新配置以执行各种任务的高速机器人。这个由机器人材料部门的克里斯托夫·凯普林格领导的创新研究团队，在六角形外骨骼中集成了人工肌肉，外骨骼中包含嵌入式磁铁，便于快速的机械和电连接。他们的研究题为《用于快速可重新配置高速机器人的六角电液模块》，预计将在2024年9月18日发表于《科学机器人》期刊。 马克斯·普朗克智能系统研究所（MPI-IS）的工程师们推出了有趣的六角形机器人模块，这些模块可以像乐高一样相互连接，形成可调整和快速的机器人，能够改变形状以完成各种功能。在克里斯托夫·凯普林格的指导下，研究人员将人工肌肉与磁性六角外骨骼结合在一起，实现了机械和电气的快速连接。这项研究题为《用于快速可重新配置高速机器人的六角电液模块》，预计将在2024年9月18日发表于《科学机器人》期刊。 每个HEXEL模块由轻量且坚固的玻璃纤维外骨骼组成，包含六个板。模块的内部关节由经过液压放大自愈电静态（HASEL）人工肌肉提供动力。当施加高电压时，这些肌肉会激活，导致六角形的关节旋转，改变形状从细长变为宽平。 “这种软硬结合的元素使得高运动范围和速度成为可能。通过连接多个模块，我们可以生成适应不同需求的新机器人配置，”科罗拉多大学博尔德分校的访问研究员艾伦·拉姆利解释道。作为该研究的共同第一作者，博士生扎卡里·约德与拉姆利强调了这项技术的潜在多功能性。 团队拍摄的视频展示了HEXEL模块可能进行的多种动作。例如，一组模块在狭窄空间中导航，而单个模块移动得非常快，甚至能够跳到空中。通过连接多个模块，它们可以形成更大的结构，基于排列方式展现出不同的运动。例如，组合多个模块可以创建一个快速滚动的机器人。…

超薄的丝绸层在石墨烯上精心排列，标志着在微电子学中实现所需控制的重要里程碑，并促进先进神经网络的发展。丝绸，作为一种价值连城的材料，已被珍视数千年，继续令我们惊叹。它现在有潜力引领微电子学和计算进入一个新时代。 尽管丝蛋白已被用于特殊电子产品中，但由于丝绸纤维的混乱结构像缠绕的意大利面，应用仍然有限。 来自美国能源部太平洋西北国家实验室的研究团队成功地组织了这种混乱。他们在期刊《科学进展》中报告，他们在石墨烯上创建了一种均匀的二维（2D）丝蛋白片段层，被称为“纤维素”。 “这些发现提供了一种自组装丝蛋白的可靠方法，而这对于丝基电子组件的设计和生产至关重要，”研究的主要作者施晨阳表示。“这个系统无毒且水基，确保其生物相容性也至关重要。” 丝绸与石墨烯的结合可能导致创造出灵敏的、可调节的晶体管，这在微电子学领域的可穿戴和植入式健康监测设备中备受追捧。PNNL的研究人员还设想将其用于内存晶体管或“记忆电阻”，这对于在神经网络中模拟人类大脑功能的计算机至关重要。…

静电早在公元前600年就已被首次注意到。然而，科学家们长期以来发现很难解释通过摩擦产生电的现象。研究人员在2019年取得了重大进展，确定纳米级表面变化是一个关键因素。他们现在声称，当物体滑动时，前侧和后侧的电荷累积方式不同，这导致了电流的产生。 任何曾经抚摸过猫或在地毯上拖脚的人都知道，两个物体相互摩擦可以产生静电。然而，精确理解这一过程是如何发生的，困扰着科学家们超过两千年。 最近，来自西北大学的科学家们揭示了这一现象涉及的力学。 研究人员发现，当物体移动时，其前后部分受力不同。这种差异导致这些部分上累积的电荷量不同，从而产生电流，造成微小的电击。 这项研究于9月17日在《纳米快报》上发表。…

天文学家发现了有史以来记录到的最大黑洞喷流二重天，其结合长度达到惊人的2300万光年。这一距离可与140个银河系首尾相连的排列相媲美。 加州理工学院的博士后研究员、最新研究的主要作者Martijn Oei表示：“我们谈论的不是我们太阳系大小甚至银河系大小的喷流；这些喷流的总距离相当于140个银河系的直径。银河系在这些巨大的喷发中看起来像是一颗微小的点。” 这一名为Porphyrion的喷流巨结构，以希腊神话中的一个角色命名，起源于宇宙年轻时，宇宙当时大约有63亿年，比当前的138亿年年轻得多。这些强大的排放能量，相当于数万亿个太阳，从遥远星系中心的超大质量黑洞的上方和下方延伸。 在发现Porphyrion之前，最大的确认喷流系统是Alcyoneus，它同样是以希腊神话中的一个巨人命名。这个由同一团队在2022年发现的Alcyoneus，跨越大约100个银河系的距离。相比之下，著名的船头座喷流——离地球最近的大型喷流系统，约为10个银河系的长度。…