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最近的一项研究介绍了一种突破性的技术，解决了传统3D打印方法的局限性，使得创建复杂的细胞陶瓷变得更加容易和快速。这种新方法可能会改变各种陶瓷材料的设计和加工方式，为能源、电子和生物医学等领域的激动人心的应用铺平道路，包括在机器人技术、太阳能技术、传感器、电池组件和抗菌设备中的应用。 香港科技大学（HKUST）工程学院进行的一项研究揭示了一种突破性技术，解决了传统增材制造（3D打印）的局限性。这种方法显著简化并加快了复杂细胞陶瓷的制作，潜在地重塑不同陶瓷材料的设计和加工，并为能源、电子和生物医学等领域的新应用打开了新的途径，包括机器人技术、太阳能技术、传感器、电池组件和抗菌设备。 细胞陶瓷是一种因其一致的性能、耐磨损性和耐用性而受到广泛认可的材料。由香港科技大学机械与航空航天工程系的杨正宝副教授领导的研究团队开发了一种名为表面张力辅助双步骤（STATS）的新加工技术，用于创建具有特定设计的3D单元配置的细胞陶瓷。该技术主要包括两个步骤：（1）利用增材制造制作有机晶格结构以形成基础设计；（2）将包含所需材料的前驱体溶液注入晶格中。 主要的挑战之一是管理液体的形状。为了克服这个问题，团队利用了表面张力这一自然力，将前驱体溶液限制在专门设计的细胞晶格内。通过有效利用表面张力的特性来固定和保持流体在构建的晶格内部，他们实现了对液体形状的精确控制，成功生产出高度精准的细胞陶瓷。 研究人员还从理论和实验两个方面考察了影响组装晶格的几何因素，这有助于在有序配置中建立3D流体界面。在经过干燥过程和高温烧结后，设计的细胞陶瓷被成功生产。新的STATS技术将材料合成与建筑构造分开，使得可以根据需要定制生产具有多种单元大小、形状、密度、元结构和材料组成的细胞陶瓷。这种方法高度可编程，使其适用于结构陶瓷（如Al2O3）和功能陶瓷（如TiO2、BiFeO3和BaTiO3）。…

一个基于人工智能的工具能够识别暗物质的微妙效应，可能使我们更接近理解这一宇宙神秘成分。暗物质被认为是将宇宙结合在一起的不可见力量。它占据了所有物质的大约85%以及宇宙所包含的约27%。然而，由于它不可见，科学家们通过研究它对星系和其他宇宙结构的引力影响来进行研究。尽管经过数年的研究，暗物质的确切性质仍然是科学中最大的未解之谜之一。 一个显著的理论认为，暗物质可能是一种与其他粒子交互最小的粒子，主要通过引力进行交互。然而，一些研究人员提出这些粒子可能偶尔会相互作用，这种现象被称为自互作用。探测这种相互作用可能为暗物质的特性提供重要的见解。 然而，一个主要障碍是将暗物质自互作用的微弱迹象与其他宇宙现象区分开来，例如由活动星系核（AGN）引起的现象——在星系中心发现的超大质量黑洞。活动星系核的反馈可以以模仿暗物质效应的方式影响物质，这使得区分这两者的任务变得复杂。 在一个显著的进展中，来自洛桑联邦理工学院天体物理实验室的天文学家大卫·哈维创建了一个深度学习算法，能够处理这些复杂的信号。这个基于人工智能的方法旨在通过分析星系团的图像来分离暗物质自互作用的影响与活动星系核反馈的影响——星系团是由引力结合在一起的大型星系群。这一发展预计将显著提高暗物质研究的准确性。 哈维利用了一种卷积神经网络（CNN），这是一种专门的人工智能技术，擅长于图像中的模式识别。他使用来自BAHAMAS-SIDM项目的图片训练该网络，该项目模拟在不同条件下暗物质和活动星系核反馈下的星系团。通过分析成千上万的模拟星系团图像，CNN学会了区分由暗物质自互作用产生的信号与由活动星系核反馈造成的信号。…

德国维尔茨堡的研究人员揭示了一种具有表面属性可电调的纳米尺度光天线的突破性发明。这一创新可能会导致计算机芯片的发展变得更加快速。 当前的计算机正面临物理速度限制。大多数半导体组件的最大频率只能达到几千兆赫，这转化为每秒数十亿次计算。这使得现代系统依赖多个芯片来管理任务，因为提高单个芯片的速度已不再可行。然而，在计算机芯片中利用光（光子）而不是电（电子）有可能将速度提升至1000倍。 等离子共振器，通常被称为“光天线”，为实现这一速度提升提供了一个有前景的途径。这些微小的金属结构使光与电子之间能够发生相互作用，并且它们的设计可以让它们与不同频率的光进行互动。 德国巴伐利亚州朱利叶斯-马克西米利安大学（JMU）物理学家托尔斯滕·费赫特纳博士指出：“问题在于我们尚不能对等离子共振器进行有效调制，这与传统电子学中的晶体管不同。这一限制阻碍了基于光的快速开关的开发。” 电荷光天线的进展…

所有生物都需要少量的金属来完成各种生物任务，例如呼吸、DNA 转录以及将食物转化为能量等其他重要的生命功能。 自地球原始海洋中第一个单细胞生物出现以来，金属就一直发挥着这一作用。近50%的酶——在细胞中促进化学反应的蛋白质——依赖于金属，其中许多金属属于周期表中被称为过渡金属的类别。 来自密歇根大学、加州理工学院和加利福尼亚大学洛杉矶分校的一组研究人员提出，铁是生命利用的第一个也是唯一的过渡金属。他们的研究成果发表在《美国国家科学院院刊》上。 密歇根大学地球与环境科学系的助理教授贾娜·约翰逊表示：“我们提出一个大胆的假设：铁是生命的第一个且唯一的过渡金属。我们认为生命只依赖于它能够与之相互作用的金属，而富含铁的早期海洋掩盖了其他过渡金属的存在。”…

来自谷歌人工智能工具的改善帮助研究人员理解了一种在高温下繁荣的微生物的蛋白质如何在地球最深的海沟中承受极端条件。这一发现为理解这些生命基本成分如何在早期地球环境中发展提供了宝贵的见解。 最近发表在《PRX Life》上的结果预计将刺激对蛋白质基本机制和其他行星上生命潜力的进一步研究。它们还作为一个显著的例子，展示了人工智能如何显著加速本可能需要数十年的研究。 “这项研究帮助我们理解如何设计能够应对压力的新蛋白质，同时提供了关于哪些类型的蛋白质可能在高压环境中生存的线索，例如海底或外星环境，”约翰霍普金斯大学的化学家斯蒂芬·弗里德（Stephen Fried）说，他是该研究的共同领导者。…

化学家们揭示了一种关键对比剂的工作机制，为新标记物的发展铺平了道路，这些标记物对于相关显微镜技术至关重要，可以同时捕捉细胞的结构和信号传递过程。犹他大学化学系的两个研究团队合作增强了成像工具，可能使科学家能够深入了解细胞信号传递和其他生命必需的分子过程。 Noriega和Hammond实验室专注于材料化学和化学生物学， 本月在《美国化学学会杂志》中发布了重要发现。他们的合作始于犹他大学科学学院和3i倡议提供的团队发展资金，旨在促进跨学科研究以解决更大的科学问题。 “我们正在研究一种新颖的成像技术，它允许观察细胞复杂的结构特征，同时捕捉它们的活动。”共同作者Ming Hammond说。“现有的方法在细胞结构方面的分辨率优秀，但常常忽略功能方面。在这项研究中，我们调查了一种可能在电子显微镜中使用的工具，以同时提供结构和功能的见解。”…

MXene材料组具有广泛的能力。一个国际研究团队最近展示了经过适当改造的MXenes在电解水分解过程中可以作为出色的氧气演化反应（OER）催化剂。这些MXenes在稳定性和有效性方面表现优于目前可用的顶级金属氧化物催化剂。该团队目前正在德国柏林的BESSY II和法国的Soleil同步辐射进行这些MXene催化剂在水分解方面的全面评估。 绿色氢气作为未来有前景的能源储存方式正在崛起。这种气体可以通过使用来自太阳能或风能的可再生电力通过电解分解水以环保的方式生产。当一个电极生成氢分子时，另一个电极则产生氧分子。氧气演化反应（OER）是电解过程中的一个关键步骤。为了促进这一反应，需要专门的催化剂。镍氧化物因其经济实惠和易于获取而成为OER催化剂的主要选择之一。然而，它们在电解槽的碱性条件下往往迅速腐蚀，并且导电性较差。这为构建低成本、高效率的电解系统带来了障碍。 MXenes作为催化剂 一种被称为MXenes的新材料类别可能提供了可行的替代方案。这些材料是由钛或钒等金属与碳和/或氮结合而成的层状结构。MXenes具有异常大的内部表面积，可以有效用于电荷存储或作为催化剂。…

一项天文学家的最新研究揭示了有关行星形成挑战的新发现，表明大型行星（即比地球大的行星）在低金属丰度的恒星附近形成存在困难。 天文学家以太阳作为参考点，通过测量恒星的金属丰度来了解恒星的形成时间，金属丰度反映了重元素的存在。富含金属的恒星或星云相对年轻，而金属含量低的星体往往是古老的，反映了宇宙的早期阶段。 先前的研究表明，金属丰度与恒星形成行星的能力之间存在微弱的相关性，建议金属丰度的降低可能会阻碍某些类型行星的形成，例如亚土星或亚海王星。 这项研究独特地识别出，根据现有理论，在贫金属星附近形成超级地球的难度相当大，表明其存在所需的环境存在明确的阈值，首席作者Kiersten Boley解释道，她最近获得了俄亥俄州立大学的天文学博士学位。…

研究人员发现了一种多功能化学剂——被称为“变色龙”，它可能增强稀土金属的提纯过程。这些金属在清洁能源、医疗保健和国家安全领域发挥着关键作用。来自能源部下属的橡树岭国家实验室的一个团队揭示了一种化学“变色龙”，可能会彻底改变我们提纯对于清洁能源、医疗应用和国家安全至关重要的稀土金属的方式。 这项研究与范德比尔特大学合作进行，是橡树岭国家实验室化学科学部旨在简化稀土金属提取工作的持续项目的一部分。这些金属在许多产品中都有出现，从医学成像工具到工业化学品和电子产品。稀土金属由15种镧系元素以及其他两种元素组成。 尽管名字中带有“稀”，稀土金属实际上并不稀有；镧系元素自然存在于矿物沉积中，和铜、铅一样常见。然而，要利用这些金属的独特性质进行实际应用，必须将它们从矿石中的其他金属中分离出来。这个提纯过程具有挑战性且资源密集，这才是真正的稀有之处。 “挑战在于，镧系离子的大小和化学性质非常相似，”前橡树岭国家实验室博士后研究员、现任橡树岭国家实验室纳米材料化学组放射化学家的Subhamay Pramanik指出。“它们仅有微小差异，使得精确分离对孤立纯镧系元素至关重要。”…

科学家们首次成功捕捉到水中单个活细胞内生物分子的生动图像，使用了红外（IR）透射成像技术。这项IR技术使研究人员能够准确测量细胞内关键生物分子的质量，包括蛋白质。利用简单的组件，这种方法可以大大加速生物制造、细胞疗法和药物创制的进展。 为了促进生物技术的快速发展，特别是在重要药物治疗的创造方面，科学家们正在研究更快、更精确、更易获取的方法来检查活细胞中的生物分子。 在国家标准与技术研究院（NIST），研究人员揭示了一种新方法，利用红外（IR）光生成细胞内生物分子的清晰图像。之前，由于水对红外辐射的吸收特性，这一任务一直存在挑战。这种创新方法减轻了水对基于IR的测量的干扰，使科学家能够量化细胞内的重要生物分子，如调节细胞活动的蛋白质。观察活细胞内的变化的能力可能会加速生物制造、细胞疗法、药物开发等领域的进展。 他们的研究结果已发表在《分析化学》期刊上。 红外辐射是可见光之外的光谱。虽然我们看不到IR光，但我们能够将其感知为热。在红外显微镜中，感兴趣的材料吸收来自红外光谱不同波长的辐射。科学家量化并分析这个IR吸收光谱，以产生一组可以识别特定分子和化学结构的“指纹”。然而，水作为细胞内部和外部最常见的分子，显著吸收红外光，遮蔽了细胞内其他生物分子的吸收信号。…

根据康奈尔大学的工程师，将人工智能整合到目前的环境控制系统中可能会使室内农业的能源使用降低25%，为全球食品生产提供显著提升，因为人口持续增长。 研究人员在康奈尔大学发现，将人工智能纳入现有的环境控制系统可能会导致室内农业的能源消费减少25%，可能有助于满足日益增长的全球人口的需求。 这一发现发表在《自然食品》杂志上。 联合国预测，到2050年，全球人口将达到97亿。研究团队表示，这一增长加上气候变化和城市发展的影响，需要对当前的食品生产方法进行改善。 室内农业技术，如使用人工照明的植物工厂，面临的气候变化挑战较少，但它们消耗大量能源，并且需要精细的资源管理以保持可行性。…

研究人员创造了一种模仿人工肌肉的机器人腿，能够快速跳过各种表面，并以最小的能量进行运动，灵感来源于生物体。近70年来，发明家和科学家一直在设计机器人。大多数制造的设备，无论是用于工业还是其他用途，都有一个共同点：它们依赖于电机，这项技术已经存在200年。即使是展示行走动作的机器人也使用电动肢体，与动物和人类所使用的肌肉力量显著不同，这可能部分解释了它们与生物体相比的有限移动性和灵活性。 与标准的机器人腿不同，这种新型的腿利用肌肉力量以提高能量效率。它能够在没有复杂传感器系统的情况下执行高跳跃和快速移动，同时能够检测和避免障碍物。开发团队位于苏黎世联邦理工学院和马克斯·普朗克智能系统研究所（MPI-IS），通过马克斯·普朗克苏黎世科技学习中心（CLS）进行合作。来自苏黎世联邦理工学院的罗伯特·卡茨施曼（Robert Katzschmann）和来自MPI-IS的克里斯托弗·凯普林格（Christoph Keplinger）领导了该项目，他们的博士生托马斯·布赫纳（Thomas Buchner）和福岛敏彦（Toshihiko…