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2014年改变世界的10大革命性技术

[作者:佚名 来源:不详 时间:2014-12-18我来说两句
和免疫细胞中,这些细胞无法经受以前那种挤压方式的摧残。“这项技术适用的细胞种类之多,让我们都始料不及,”沙雷介绍道。

自这项技术问世以来,沙雷所在的研究团队已经开发出了16种适用于不同细胞的芯片。当然,还会有更多的芯片陆续问世。而且,在现有每秒挤压50万个细胞的基础上,相关设备的处理效率还将更上一层楼。该团队已经成立了一家名为“SQZ生物科技”的公司,将这项技术推向市场。法国、德国、荷兰及英国的科研人员有望很快用上该技术。

透明动物

通过注入特殊化合物,可以使动物变得通体透明,这项技术将成为生物医学领域发展的助推器。

5年前,维维安娜•格勒迪纳鲁(VivianaGradinaru)还在神经生物学实验室里,缓慢地处理着小鼠大脑切片的二维图像,并将其合成为三维模型。一天,她慕名参观了“人体世界”标本展。整个展览最让她着迷的,是经过塑化处理、完整的人体循环系统。这件展品让她深深感到,类似的处理方法可以运用到她的研究领域中,大大地提高实验效率。

“组织剥离”概念的提出已有100多年,但当时的方法,如使用溶剂浸泡等,效率十分低下,通常也会破坏标记细胞所需的荧光蛋白。为了找到更好的解决方法,当时还是研究生的格勒迪纳鲁,与已故神经免疫学家保罗•帕特森(PaulPatterson)实验室的同事一起,开展了相关研究。这些研究的目的是替换组织中的脂肪分子——正是脂肪使得组织不透明。不过,他们必须找到一种可替代脂肪的物质,用以支撑组织的结构。

最终,他们找到了合适的方法: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(acrylamide monomers)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。

这种方法诞生后不久,他们便开始尝试着绘制透明小鼠的完整神经网络。透明器官让他们梦想的不少研究都成为现实,比如分辨周围神经——这类人们从前知之甚少的细微神经束。再比如向透明小鼠尾部注入带有荧光标记的病毒,观察病毒如何透过血脑屏障进入小鼠的大脑。“掌握这项技术,就好比拥有了洞察世间万物的‘透视眼’,”格勒迪纳鲁介绍道。透明器官一方面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。格勒迪纳鲁愿意向任何有需要的实验室提供她的水凝胶制作方法。下一步她将把这一技术推广到癌症以及干细胞领域的研究上。

简易快速的纳米显微镜

一种可以拍摄纳米粒子的电子显微镜能快速检测药物、爆炸物中的分子信息。

具备纳米尺度分辨率的电子显微镜已经得到了广泛应用,但其价格动辄高达数百万美元,准备样品也非常麻烦。对于专业的研究型实验室来说,这样的状况还能够接受,但如果要快速扫描产品样品,来查看内置的微尺度水印呢?

纽约大学物理学家戴维•格里尔(David GrIEr)和同事研制出的一种新型全息显微镜,就能解决这一问题。他们以商用蔡司(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(即全息图),并由摄像机录下。

数十年以来,科学家已经可以生成微尺度物体的全息图像,但从中提取出有用的信息总是很困难。这就是格里尔这项发明的价值所在。他的研究小组编写了一种软件,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。由于这种显微镜具有纳米级的分辨率,研究人员得以追踪胶体中悬浮的粒子(例如涂料样品中漂浮的纳米珠)。同时,它的成本只有电子显微镜的十分之一。

格里尔希望这种仪器能够提供一种快速而经济的方式,用来观察产品内部的单个粒子。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。格里尔还补充道,这种显微镜同样容易“读”出“加盖”在药物、爆炸物及其他物品中的分子信息。

液体发电

唾液也许会成为医用设备的新能源。

默罕默德•穆斯塔法•侯赛因(Muhammad Mustafa Hussain),这位沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学(King Abdullah University of SCIEnce and Technology)的教授,毕生致力于极微型装置的研发。他用一句话总结自己的研究:“小东西拉近了我们与未来的距离。”于是,当他在2010年着手研究高效、可再生的发电设备,为偏远地区的净水或医疗诊断提供充足的能源时,他首先考虑的因素就是小巧。不过,利用唾液驱动燃料电池,却是他在研究开始时完全没有想到的。

这个“吐口唾沫”的点子来自于当时侯赛因实验室的同事、当时正在攻读博士学位的贾丝廷•E•明克(Justine E.Mink,现为陶氏化学公司的研究员)。那时,明克正尝试开发一种可以植入人体,安放在胰腺附近监测糖尿病人血糖水平的微型装置。微生物燃料电池——这种通过向细菌提供有机物(唾液中也富含有机物),利用细菌代谢产生电流的方法映入了她的眼帘。碰巧她和侯赛因的项目都可以利用这种方法,因此两人找来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、或是明克的糖尿病监测仪这样的微型设备了。侯赛因现在正与3D打印人造器官的公司合作,将他的燃料电池嵌入人造肾脏中,并通过各种

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