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生物工程师们创建了一份详细的指南，以理解导致气泡囊形成的蛋白质相互作用，这种气泡囊是自然存在的微小气泡，在医学领域具有有前景的应用。 在浮力设备方面，浮筒并不是特别先进。然而，某些微生物利用的充满空气的微小气泡在寻找阳光的过程中却相当出色。 这些微小的气泡，被称为气泡囊（GVs），只有微米大小，然而它们在医学成像、传感器、细胞操控和追踪等多种医学应用中具有重大潜力。然而，挑战在于科学家们尚未发现如何在实验室环境中创造出有效类型的气泡囊。 来自莱斯大学的研究人员开发了一本指南，解释了一组蛋白质之间的相互作用，这些蛋白质有助于形成包围这些气泡的薄壳。通过揭示气泡囊形成过程中的一些复杂分子机制，生物工程师乔治·卢及其在合成大分子组装实验室的团队正向基于这些自然结构的新诊断和治疗的开发迈进。 “气泡囊基本上是微小的空气泡，并可以与超声波结合，用于可视化我们体内的东西，例如肿瘤或特定器官。”莱斯大学的博士后研究员、已发表在《EMBO期刊》的研究的首席作者曼努埃尔·伊布格尔解释道。“然而，气泡囊不能在实验室合成或大规模生产，因此我们不能从零开始创造它们。”…

一组研究人员提出了一种安全、经济且环保的生产磺酰氟的方法。通过将醇和二硫化物与SHC5和氟化钾混合，他们创造了一种绿色合成方法，能够生成无毒的副产品。这一创新的方法简化了磺酰氟的制造，使其理想用于化工和工业用途，符合可持续发展目标。 全球首次使用SHC5®和氟化钾（KF）将醇和二硫化物转化为磺酰氟，提高了“点击化学”的效率，同时最小化了其对环境的影响。这一可持续过程仅产生无害的副产品，即氯化钠和氯化钾，使其成为化学和工业应用中合成领域的首选技术。 “点击化学”以其卓越的选择性、高产率和快速分子连接而闻名。自引入以来，它已在合成化学、材料科学、化学生物学和药物开发等多个学科中证明了其多样性，从而赢得了广泛的赞誉。 然而，磺酰氟在硫氟交换（SuFEx）点击反应中扮演着关键角色，这对于连接分子至关重要。历史上，合成磺酰氟需要使用二氟化硫（SO2F2）气体或氟化氢钾（KHF2）等危险物质，这些物质都高度毒性且难以管理。为了确保安全和环保的磺酰氟生产方法，化学家们研究了各种合成途径。 这项研究开创了一种通过SHC5®和KF与更易于处理的醇和二硫化物反应有效合成磺酰氟的方法。该绿色合成仅产生无害的钠盐和钾盐副产品，导致环境影响非常小。…

一种电氧化技术有效地将甘油（一种生物柴油生产的副产品）转化为有价值的三碳化合物。东京工业大学（东京科技）研究人员创造了一种电化学过程，该过程使用硼酸钠和氧化镍催化剂，提供了一种改善甘油价值的有希望的方法，而甘油通常被视为生物柴油的低价值副产品。通过战略性地管理硼酸钠-甘油复合物的形成，这种方法增强了甘油电氧化的选择性和有效性，将其转化为珍贵的三碳化合物，如二羟基丙酮和甘油醛。这一改进有助于生物柴油生产的经济可行性和生态优势。 生物柴油作为一种环保替代传统柴油的选择，已知可以将二氧化碳排放减少多达74%。它是通过转酯化过程生产的，该过程将甘油三酯转化为生物柴油，同时产生甘油作为低成本副产品。考虑到甘油占总产量的约10%，研究人员热衷于提高其价值。一种方法是电化学氧化，这种方法将甘油转化为高价值的三碳化合物，如二羟基丙酮（DHA）和甘油醛（GLYD）。然而，早期方法常常产生不稳定或低价值的产物，特别是在高度碱性条件下。 2024年8月15日，《催化杂志》上刊载了一项由东京科技的副教授林智宏和台湾科技大学的教授江佳颖共同领导的研究，该研究介绍了一种极具选择性和高效的甘油电氧化（GEOR）技术，可以生产有价值的三碳（3C）化合物。 “创建一种高度选择性和高效的甘油电氧化过程的电化学方法对生物柴油生产至关重要，”林教授和江教授表示。 然而，由于甘油的化学结构，选择性氧化甘油是一项挑战。甘油具有三个-…

在创新机器人开发中，研究人员加入了一个意想不到的来自森林地面成分：真菌菌丝体。通过利用菌丝体产生的自然电信号，他们创造了一种新的“生物混合”机器人管理方法，这些机器人可能比传统的纯合成机器人更有效地响应周围环境。建造一台机器人需要时间、专业知识、合适的材料——有时还需要一点真菌。在设计两款新机器人的过程中，来自康奈尔大学的一个团队利用了森林地面上发现的一个不寻常元素：真菌菌丝体。通过利用菌丝体固有的电信号，他们发现了一种控制“生物混合”机器人（能够比完全人工机器人更灵活地响应其环境）的创新技术。研究结果发表在科学机器人期刊上，Anand Mishra是主要作者。Mishra是有机机器人实验室的研究助理，该实验室由康奈尔大学机械与航空工程教授Rob Shepherd领导，他是论文的资深作者。“这份出版物标志着未来许多研究的开始，这些研究将利用真菌王国为机器人提供环境传感和命令信号，以增强它们的自主性，”Shepherd解释道。“通过将菌丝体集成到机器人的电子设备中，我们使得生物混合机器能够检测和响应其周围环境。在这个例子中，我们使用光作为刺激，但将来可能会是化学物质。未来的机器人可能被设计成感知农业田地的土壤化学，并确定施肥的最佳时机，这可能有助于减轻农业实践带来的环境问题，例如有害的藻类爆发。”菌丝体代表了蘑菇的地下生长结构，擅长感知化学和生物信号，同时响应各种输入。“生物系统对触摸、光线、热量甚至未知的信号作出反应，”Mishra表示。“在构想未来的机器人时，它们如何在不可预测的环境中运行？我们可以利用这些生物系统，使机器人能够响应任何不可预见的输入。”研发了两种类型的生物混合机器人：一种柔软的类蜘蛛机器人和一种轮式机器人。研究人员进行了三项实验。在第一项实验中，机器人因菌丝体信号的持续尖峰而移动——行走和滚动。随后，当机器人暴露于紫外线光下时，它们调整了运动，展示了菌丝体与环境互动的能力。在最后一次测试中，研究人员成功地完全覆盖了菌丝体的原始信号。本研究得到了国家科学基金会（NSF）CROPPS科学与技术中心、美国农业部国家食品与农业研究所以及NSF土壤信号倡议的支持。

距今70亿年前，宇宙中的恒星形成开始减少。我们银河系在这个时期可能是什么样子？天文学家在空间的广阔距离上发现了一个宇宙问号的形状，这一形状源于一种罕见的天体对齐现象。 在距今70亿年前，宇宙的主要恒星形成阶段开始衰退。那时的银河系可能是什么样子？利用美国国家航空航天局的詹姆斯·韦布太空望远镜，科学家们发现了重要线索，这些线索以宇宙问号的形式出现，这是由一道横跨光年的独特排列产生的。 来自新斯科舍省哈利法克斯圣玛丽大学的天文学家吉约姆·德斯普雷表示：“在可观察的宇宙中，仅有三到四种已知的引力透镜配置，因此这一发现令人振奋。它展示了韦布的能力，并暗示我们未来可能会发现更多类似现象。” 尽管该地区之前使用哈勃太空望远镜进行过观测，但形成迷人问号形状的尘埃红色星系只有通过韦布的先进技术才能看到。这是因为哈勃捕捉的是较短波长的光，这些光会被宇宙尘埃阻挡，而韦布的仪器则侦测较长的红外波长，能够穿透这些尘埃。 研究人员使用这两台望远镜对星系团MACS-J0417.5-1154进行了观察，因为这个星系团的巨大体积扭曲了时空，像一个宇宙放大镜，使科学家能够更详细地观察遥远的星系。然而，这种放大也导致了畸变，使星系看起来模糊成弧形，甚至多次出现，形成所谓的引力透镜效应。…

核时钟通过观察原子核内的变化来跟踪时间。这种方法可能使它们在外部干扰中更不易受损，并有可能实现比传统原子钟更高的精度。这些时钟的发展可能增强计时和导航，启用更快的互联网连接，并促进基础物理研究的进展。研究人员成功展示了核时钟的关键要素，包括与铀-229核能级跃迁相关的精确频率测量。 虽然当前原子钟提供全球计时的标准，但核时钟的出现可能改变我们对时间测量和基础物理的理解。 来自全球的研究人员在JILA的专家领导下 — 这是美国国家标准与技术研究所（NIST）和科罗拉多大学博尔德分校的合作…

雨水和池塘、湖泊的径流逐渐渗透到土壤中，通过微小的裂缝过滤，以补充地下含水层。全氟和多氟烷基物质（PFAS），通常称为永恒化学物质，可能会进入地下水，最终可用于饮用水。在发表在美国化学学会的《环境科学与技术快报》的研究中，研究人员检查了丹麦100多个水井中的水，以调查一种特别耐用的PFAS：氟三乙酸。他们的研究结果表明，这种持久化学物质的浓度在过去几十年中持续上升。 氟三乙酸是在氟化气体（如制冷剂）和某些氟化农药在环境中部分分解时产生的。当水在空气和土壤中流动时，它可以吸收氟三乙酸，将这一持久性物质带入含水层。不幸的是，由于缺乏针对氟三乙酸的具体监管阈值，除欧洲环境署（EEA）限制饮用水中总PFAS含量为每十亿分之0.5的指导方针外，饮用水源的氟三乙酸检测并未得到广泛开展。因此，Christian Albers和Jürgen Sültenfuss旨在对丹麦的地下水进行全面评估，调查这一污染物在过去60年的潜在变化。 研究人员从丹麦113个地下水监测井中收集了样本。他们对这些样本进行了氟三乙酸的检测，并采用了经过验证的氚-氦同位素技术来估算水进入含水层的时间。总体而言，他们的发现揭示自1960年代以来氟三乙酸水平持续上升的趋势。具体来说，来自地下水的情况为：…

一项最新研究揭示了不当丢弃废物和塑料材料露天焚烧的广泛程度，成为全球塑料污染的开创性清单。研究人员利用人工智能分析了全球超过50,000个市镇的废物管理。这种创新模型使他们能够估计全球产生的废物总量并跟踪其去向。 利兹大学的研究人员实施了人工智能，对全球超过50,000个市镇的废物管理进行分析。这种方法使团队能够估计全球废物的产生及其后续处理。 他们的研究发表在《自然》期刊上，揭示出在2020年惊人地释放了5200万吨塑料物品进入环境 — 如果将其首尾相连，足以绕地球1500多圈。…

增材制造、精确的机器人技术和架构设计显著增强了混凝土的抗裂性。受到自然的启发，普林斯顿工程学院的研究团队通过结合架构设计和先进的增材制造技术，成功提高了混凝土构件的抗裂性，利用工业机器人精确管理材料的沉积。在8月29日发表在《自然通讯》杂志上的一项研究中，由普林斯顿土木与环境工程助理教授Reza Moini领导的研究揭示，他们的创新设计与传统铸造混凝土相比，抗裂性提升了多达63%。研究人员从一种被称为腔肠鱼的古代鱼类的鳞片中发现的双螺旋结构中汲取灵感。Moini强调，自然常常使用智能架构来同时改善材料性能，包括强度和抗裂性。为了建立这些机械优势，研究人员提出了一种将混凝土组织成分开的线条的三维结构。该设计采用机器人增材制造在相邻线条之间创建松散连接。研究人员实验了各种设计配置，将多个线条叠加成较大功能形状，如梁。这些配置涉及稍微调整每个叠块的方向，在梁中创建双螺旋结构（两个正交层垂直扭曲），这是增强材料抵抗裂纹扩展能力的关键。文章讨论了抗裂纹扩展的内在机制作为一种“增强机制”。期刊中概述的方法依赖于多种过程的结合，可以阻止裂纹扩展、锁定破碎表面或在裂纹形成后将其从直接路径中偏转，正如Moini所解释的。普林斯顿的研究生、该研究的共同作者Shashank Gupta指出，在大规模生产所需高精度的架构混凝土时——特别是在梁和柱等构件中——通常需要机器人协助。这是因为目前在没有机器人制造所提供的自动化和准确性的情况下，想要实现用于结构目的的材料的有意内部配置非常困难。增材制造是机器人逐层应用材料以构建结构，使设计师能够研究传统铸造方法无法实现的复杂架构。在Moini的实验室中，研究人员利用配备先进实时材料处理能力的大型工业机器人创建全尺寸的结构构件，同时也具备美学吸引力。此外，团队设计了一种针对新鲜混凝土在自身重力下变形问题的量身定制的解决方案。当机器人铺设混凝土以形成结构时，上层的重量可能会扭曲下方的混凝土，影响完成的架构形状的几何精度。为了应对这一问题，研究人员专注于调节混凝土的硬化速率，以防止在制造过程中变形。他们在实验室中实现了一种复杂的双组分挤出系统，直接安装在机器人的喷嘴上。Gupta负责研究中的挤出部分，描述了该专用机器人设置的两个进料口：一个用于混凝土，另一个用于化学加速剂。这些材料在挤出前就在喷嘴中混合，使加速剂加快混凝土的固化过程，同时确保对结构的精确控制并尽量减少变形。通过准确调整加速剂的用量，研究人员实现了对结构的增强控制，并减少了下层的变形。

新的研究发现揭示了能够提高核能效率的基础科学。研究人员现在探讨了高温液态三氯化铀盐的独特化学动态和结构，这种盐作为未来反应堆的核燃料来源，展现出潜力。 在熔盐反应堆技术的前沿是美国能源部的橡树岭国家实验室（ORNL），研究人员还从事着为开发更高效核能解决方案所需的基础科学。最近，在《美国化学学会杂志》上发表的一篇论文中，科学家们首次记录了高温液态三氯化铀（UCl3）盐的独特化学动态和结构特性，这是下一代核燃料的潜在候选者。 “这标志着朝着创建可靠的预测模型以用于未来反应堆设计的重要第一步，”ORNL的Santanu Roy表示，他是该研究的共同负责人。“增强我们预测和计算微观行为的能力对于有效设计至关重要，而拥有可靠的数据对改进模型非常重要。” 熔盐反应堆长期以来被认为能够产生安全且成本效益高的核能，正如ORNL在1960年代成功原型实验所证明的那样。最近，随着全球去碳化努力的加速，许多国家正在重振使这些核反应堆广泛可用的计划。…

大约在40亿年前，一颗重大小行星与木星的卫星之一伽尼美德发生了碰撞。研究人员现在发现，这次撞击导致了月球轴线的变化。这个发现表明，这颗小行星的大小约为造成地球恐龙灭绝的小行星的20倍，使其成为太阳系中最显著的撞击事件之一，具有明确的证据。 伽尼美德是太阳系中最大的卫星，甚至大于水星。它特别有趣，因为它在冰冷的外表下藏有液态水海洋。与地球的月球类似，伽尼美德是潮汐锁定的，这意味着它始终向木星展示同一侧，并且有一个被隐藏的远侧。伽尼美德的表面特征很多是纵向沟槽，形成围绕中心点的同心圆。20世纪80年代的研究人员认为这些是重大撞击的结果。来自神户大学的行星学家平田直之（HIRATA Naoyuki）表示：“在木星的卫星中——伊欧、欧罗巴、伽尼美德和卡利斯托，每个都有独特的特征，但我特别被伽尼美德的沟槽吸引。”他补充道：“我们知道这个特征是来自大约40亿年前的一次小行星撞击，但我们不确定这一事件的规模及其对月球的影响。” 研究伽尼美德的挑战在于来自这一遥远天体的有限数据。平田是第一位确定可能的撞击地点几乎位于最远离木星的经线的人。他借鉴了冥王星上类似的撞击事件，该事件改变了这个矮行星的自转轴，并且由“新地平线号”探测器进行研究，他推断伽尼美德可能经历了类似的变化。作为模拟卫星和小行星撞击事件的专家，平田能够计算出可能导致这一重新对齐的撞击类型。 在发表在《科学报告》期刊上的研究中，平田透露，该小行星的直径可能约为300公里——大约是6500万年前撞击地球的小行星的20倍。这次巨大的撞击形成了一个临时的陨石坑，横跨1400到1600公里。（这些瞬态陨石坑是在陨石坑形成后立即形成的空腔，材料还未沉降。）他的模拟表明，只有如此规模的碰撞才可能导致月球质量分布的变化，从而导致其自转轴的当前定位，而与特定的撞击地点无关。…

在无数年中，宇宙中的星星和星系照亮了宇宙，创造了极其微弱的夜光，称为宇宙光学背景。美国国家航空航天局的“新视野”宇宙飞船已旅行至我们太阳系的最远处，并提供了迄今为止对这种微光的最精确测量。 研究人员已踏足太阳系的外部边界，至少在虚拟意义上，来获取充满宇宙的微光的最精确评估——这一现象被称为宇宙光学背景。 最近的研究于8月28日在《天体物理学杂志》上发布，利用了从NASA“新视野”宇宙飞船收集的数据，该飞船于2015年飞过冥王星，目前距离地球约55亿英里。该研究旨在解决一个看似简单的询问，正如共同作者、科罗拉多大学博尔德分校的天体物理学家迈克尔·肖尔所解释的。 “天空真的黑吗？”肖尔，天体物理和行星科学系的名誉教授，提出了这个问题。 尽管太空在我们眼中可能显得黑暗，但科学家怀疑它并非完全缺乏光线。自宇宙诞生以来，数万亿个星系产生并消亡，留下了几乎不可察觉的光——类似于太空中可以找到的夜光。…