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  近日,中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所詹阳课题组同电子科技大学张岩、薛欣宇课题组合作,构建了一种人工嗅觉受体系统。该系统构建了柔性自驱动柔性器件,基于纳米发电原理和嗅觉受体的功能,实现对不同气体分子的感知和处理。相关研究成果发表在NanoEnergy上。  嗅觉在生物体中发挥重要作用,生物体在感受气味的过程中,需要嗅觉受体的参与。在生物体高度发达的嗅觉系统中,进化出可以识别许多种气体分子的嗅觉受体,通过特异性功能作用,对不同的气味进行识别。受到生物体嗅觉系统的启发,研究团队合作设计了一种人工嗅觉系统,在纳米材料的特殊排列位点可以识别不同气体分子。该人工受体基于自驱动纳米材料,通过系统输出的电信号进行设计,当感受外界环境气体分子时,可以对不同的气体分子进行编码,进而进行识别。  科研人员将该人工嗅觉系统在清醒动物模型中进行了验证,通过将受体的输出接入小鼠大脑以及对纳米器件进行形变,团队实现了一种不需要外界供能的自驱动闭环神经信息处理方式。该研究通过神经系统嗅觉系统的启发设计,为嗅觉受体功能替代以及新型神经刺激和脑机接口提供了新方法和新思路。  该工作得到国家自然科学基金委、广东省科技厅、深圳市科技创新委员会等的支持。  论文链接自驱动嗅觉替代和感知

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  地磁场包裹近地空间,保护地球的大气圈、水圈和生物圈,维系地球宜居环境。地磁场的出现至少始于太古代,甚至在冥古宙就可能起源。在漫长的演化中,许多生物拥有了感应地磁场以及利用地磁场进行定向和导航的能力。越来越多的研究发现,生物感磁行为在现代生物圈中广泛存在,相关研究已成为地学、生物学、物理学、化学等共同关注的前沿科学问题。然而,关于生物感磁行为是如何起源和演化的还知之甚少。微生物是地球上最早出现的生命形式,对于感磁微生物的研究将为破解生物“感磁第六感”的起源之谜提供新思路。  中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理院重点实验室研究员林巍、中科院院士潘永信及其合作者发表综述文章,系统总结了以趋磁细菌为代表的感磁微生物研究领域的最新进展。趋磁细菌在细胞内合成纳米级、链状排列的铁磁性颗粒,称为“磁小体”。磁小体作为趋磁细菌特有的“感磁器官”,使该类微生物具有在地磁场中定向运动的能力。研究表明,趋磁细菌起源于中太古代,可能是地球上最早出现的感磁生物,因此是研究生物感磁起源和演化的重要模式生物类群。  该文章在综述趋磁细菌多样性、起源演化、磁小体功能及其矿化机理等最新研究进展的基础上,提出了一种生物感磁起源的新认识:磁小体的原始功能可能不是感应地磁场,而是作为一种纳米酶以降低早期生命体内的活性氧(ROS)浓度,维持细胞内正常的氧化还原水平,帮助这类微生物适应早期地球的高辐射等极端环境;在随后的演化中,磁小体逐渐具有感磁的新功能。这一演化过程被作者称为微生物感磁的扩展适应。  作者还对该领域未来的研究方向和存在的挑战提出了展望,包括最早出现的磁小体是何种成分、现生趋磁细菌中磁小体的生理代谢功能、磁小体生物矿化的过程和机理、趋磁细菌对现代和地质历史时期铁元素循环的贡献以及趋磁细菌应用于天体生物学研究等。相关成果有助于更好地理解生物感磁行为的起源和早期演化,也为进一步约束早期地磁场和古海洋环境提供了依据。  相关成果发表于《国家科学评论》。  论文链接趋磁细菌,棕色颗粒为其“感磁器官”磁小体微生物感磁的扩展适应起源示意图

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  由江西东华金科实业有限公司牵头承担的国家重点研发计划重大科学仪器设备开发重点专项“高性能长寿命中子管研制与应用”项目经过近两年的努力,在靶膜制备、离子源设计和制造、中子管寿命提升等关键技术方面取得了突破,研制出了具有自主知识产权的高性能长寿命中子管。近日,项目通过了科技部高技术中心组织的中期检查。  中子管是广泛应用于石油测井、无损检测、医疗和核物理科学研究等领域的核心部件,它具有体积小、安全性高、可控性好(不通电则不发射中子)、易于辐射防护的优点。该项目从中子管结构设计、选材、加工、工艺优化以及中子发生器专用电源软硬件开发等关键技术攻关着手,在研究过程中引入可靠性设计与加速老化评价技术,系统性地将中子管性能及质量可靠性考核评价机制贯穿研发全程,聚焦长寿命、耐高温中子管的批量化制造稳定性等工程化瓶颈问题,研发出具有自主知识产权的高性能中子管及配套中子发生器,在铀矿中子测井和中子在线成分分析领域实现应用验证,并达到预期效果。  该项目下一步将研制生产更高性能的中子管,并围绕高性能长寿命中子管研制与应用的工程化和产业化开展工作,形成批量生产能力,为推动和支撑我国核科技创新发展提供有力支撑。

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  由中外学者组成的研究团队,近期通过对现生和化石树木生长轮(又称年轮)向阳性特征的研究,揭示了华北板块自晚侏罗世至今发生过顺时针方向的旋转,这一结论得到了古地磁学证据的有力支持。该研究成果发表在英国《自然》出版集团国际学术期刊《科学报告》(ScientificReports)上,这一发现对揭示华北板块构造运动和古地理演变具有重要意义。   该项研究由中国地质科学院高级工程师蒋子堃博士、中国科学院南京地质古生物研究所王永栋研究员和中国地质大学(武汉)(北京)刘本培教授等领衔完成,研究团队成员还包括中国地质科学院黄敏工程师,澳大利亚国家恐龙博物馆TomKapitany教授,沈阳师范大学田宁副教授,中国地质科学院地质力学研究所曹勇博士,中石油勘探开发研究院卢远征高级工程师和邓胜徽教授级高级工程师等。蒋子堃博士和王永栋研究员担任该论文的共同通讯作者。    研究证实,树木都有向阳生长的特性,并且在树木茎干横切面生长轮的偏心发育上有明显反映,即存在着树木生长具偏心率的现象。纬度越高,树木生长轮的偏心率越明显,且其强度随着纬度由高到低展示出由强到弱的特性。这种偏心率特征不仅在现生的树木中广泛存在,而且在地史时期原位、直立保存的木化石树桩中也存在。然而,长期以来由于此类化石记录非常有限,对树木生长向阳性与板块构造运动之间的关系尚不清楚。   研究团队对华北板块的250余个现生树木和7个侏罗纪原位树桩木化石进行了向阳性的实地考察和测量分析。结果表明,现生树木的偏心率是西南219°±5°;而位于同纬度带原位直立保存的距今1.6亿年髫髻山组和1.5亿年土城子组的木化石平均偏心率分别为237°和233.5°。这些差异具有重要的古地理意义,揭示了华北地块从晚侏罗世至今发生了顺时针方向旋转。这一结论也与团队在该地区10个地点所采100个侏罗系样品所分析得出的古地磁学研究结论相一致。   值得指出的是,髫髻山组和土城子组地质年代与华北板块燕山东部地壳旋转的时间相一致。燕山构造演化的特征是壳幔相互作用和地壳旋转,以及由此引起的克拉通破坏和被称之为“中国东部高原”的形成。因此,化石和现生树木生长轮特征所推断的华北板块旋转,为东亚这一著名构造运动的生态系统响应提供了新证据。这对于理解中晚侏罗世至早白垩世过渡期的构造运动与气候变化之间的关系,以及对古地理和生物群的迁移演化具有重要意义。   本项研究得到国家自然科学基金项目、现代古生物学和地层学国家重点实验室开放基金项目、中国科学院战略性先导B类项目以及国家重点研发计划等资助。       论文信息:ZikunJIANG*,BeipeiLIU,YongdongWANG*,MinHUANG,TomKapitany,NingTIAN,YuanzhengLU,ShenghuiDENG.TreeringphototropismandimplicationsfortherotationoftheNorthChinaBlock.ScientificReports,9:4856(2019).https://doi.org/10.1038/s41598-019-41339-2        晚侏罗世土城子组原位直立木化石树桩生长轮及向阳性特征现生树木生长轮向阳性特征野外测量华北地块从晚侏罗世和现在顺时针旋转示意图

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      近日,我所二维材料与能源器件研究组(DNL21T3)吴忠帅研究员团队发展了低成本、规模化的丝网印刷技术,制备出具有良好商业应用前景、高度柔性、高安全和长寿命的二次水系平面化锌锰微型电池,相关进展发表在《国家科学评论》(NationalScienceReview)上。此外,在同期期刊上,韩国蔚山国家科学技术究院(UNIST)微型储能专家Sang-YoungLee教授为该文撰写点评文章——“可规模、更安全、可印刷的锌锰平面微型电池可广泛应用于智能电子器件”(Scalableandsafer,printedZn//MnO2planarmicro-batteriesforsmartelectronics),对该工作进行了高度评价。  新一代微型化、可穿戴电子产品的发展,极大地刺激了人们对与之相匹配的新概念、高安全、长寿命微型储能器件,尤其是平面化微型电池的迫切需求。平面化微型电池具有高度集成一体化的特点,克服了传统三明治构型电池体积大、机械柔性差、弯曲状态下界面易分离等缺点,是非常具有发展前景的一类新型可穿戴电子器件功率源。为了进一步提高电池功率源的安全性能,研究人员正在积极开发高安全水系电解液取代可燃性有机电解液,构建安全性高的水系平面化微型电池。其中,得益于电极材料的丰富储量,锌锰水系电池备受关注。然而,目前发展与集成电子器件高度兼容的高安全、低成本平面锌锰电池关键制备技术仍然非常缺乏。  为解决这一问题,该团队发展了一种低成本、简单高效、规模化的丝网印刷技术,成功制备出兼具良好机械柔性、高安全和长寿命的新概念水系平面化锌锰微型电池。科研人员首先以二氧化锰、锌粉、石墨烯为功能材料,分别配置出锌锰电池的正负电极和石墨烯集流体触变性油墨;然后采用多步丝网印刷的方法,实现了平面化锌锰微型电池简单、低成本的规模化制备。该锌锰电池不仅具有环境友好、高安全的特点,而且表现出了超长的工作寿命,在5C的电流密度下循环1300圈仍能保持83.9%的比容量,同时兼具良好的机械柔性和性能一致性。此外,印刷基底的多样性可满足不同应用场景的需求。重要的是,丝网印刷是工业上已成熟的技术,因此该工作提出了一种非常有工业应用前景的规模化制备平面化锌锰微型电池的方法,也为其它平面化柔性储能器件的发展提供了新的思路。  该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。(文/图王潇、侯晓城)

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  中科院城市环境研究所研究员杨军团队采用高通量荧光定量PCR和高通量测序方法,研究了浮游细菌群落和抗生素抗性基因组成的动态变化过程,多角度、多层次揭示了细菌群落组成与抗生素抗性基因的关系。相关成果近日发表于《微生物学前沿》。  21世纪以来,细菌抗生素抗性(耐药性)问题日益突出,导致抗菌药物治疗失效时有发生,因此抗生素抗性基因被认定为新兴污染物。水环境是抗生素抗性基因重要的储存库,自然水体受市政污水、农业径流等人类活动影响,可为抗性基因的增殖和传播提供理想的环境条件。研究表明,在生活污水、养殖废水等抗生素含量较高的环境中,细菌群落物种分类组成变化与抗生素抗性基因动态密切相关。然而,在低抗生素选择压力的自然水体中,细菌群落组成对抗生素抗性基因动态变化的影响研究较少。  研究团队建立了城市水库高频观测研究站,选取厦门杏林湾水库连续1年每周取样,研究了其中浮游细菌群落和抗生素抗性基因组成的动态变化过程,揭示了细菌群落组成与抗生素抗性基因的关系。该研究共检出197种抗生素抗性基因和10种可移动遗传因子。研究发现,在一周时间内,一些细菌和抗生素抗性基因丰度可发生剧烈变化或波动;但在一年时间尺度上,细菌群落组成变化具有显著的季节性,而抗生素抗性基因组成变化没有明显的季节性。  进一步研究表明,尽管细菌群落与抗性基因具有较弱的相关关系,但细菌群落组成与抗性基因组成在时间尺度上变化是不同步的;细菌群落与环境因子之间联系较抗性基因更紧密,但随机性过程对细菌群落组成变化影响更大,决定性过程对抗性基因组成变化影响更大。此外,研究发现降雨和浊度与抗性基因丰度和丰富度显著正相关,而且可移动遗传因子与抗性基因显著正相关。研究为水环境中抗生素抗性基因的风险评估、控制和管理提供了基础数据。  (原载于《中国科学报》2019-07-16第7版生态环境)

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