纳米机器人精准打击肿瘤、红外人脸预测衰老……这些科技创新正在改变我们的生活
纳米机器人精准打击肿瘤、红外人脸预测衰老……这些科技创新正在改变我们的生活
纳米机器人精准打击肿瘤、红外人脸预测衰老、大脑控制的仿生假肢、颠覆性的晶体制备技术、超强韧性的3D打印材料……这些令人振奋的科技创新正在改变我们的生活。
懂得隐藏“武器”的纳米机器人：令肿瘤生长减少70%
7月1日，Nature Nanotechnology上发表的一篇论文显示，瑞典卡罗林斯卡学院团队开发出一种纳米机器人，其隐藏的杀癌“武器”仅在肿瘤微环境中激活，令小鼠肿瘤生长有效减少70%。该“武器”是六边形图案组装的六肽（氨基酸链），能结合细胞表面凋亡受体，导致细胞死亡。研究人员将“武器”隐藏在由“DNA折纸”技术构建的纳米结构中，根据周围环境的pH值打开“开关”。在正常生理条件（pH 7.4）下，“武器”在纳米结构中按兵不动，不会伤害健康细胞；但当pH值降至6.5时（癌组织中典型的pH值），“武器”便会暴露并展现出强大的细胞杀伤效果。研究人员将纳米机器人注射到乳腺癌小鼠的肿瘤内，导致肿瘤生长减少了70%。接下来团队将继续研究是否能在纳米机器人表面放置与某些类型癌症特异性结合的蛋白质或肽，使纳米机器人更具靶向性。
“看脸”预测衰老和疾病
7月2日，Cell Metabolism 上发表的一篇论文显示，北京大学团队构建出首个基于红外人脸图像的衰老时钟，通过读取人脸温度，准确预测一个人的实际衰老程度，并判断是否有高血压、脂肪肝等代谢型疾病。团队深入分析了20~90岁之间2811名健康人的红外人脸图像，发现鼻子、脸颊、眼睛周围的温度与年龄和健康状况有显著关联——随着年龄增长，鼻子的温度相较于其他面部区域下降更快，而眼周温度则逐渐升高。患代谢性疾病如糖尿病和脂肪肝的人衰老速率更快，眼周温度普遍高于同龄健康人；而血压偏高的人脸颊温度较高。血检发现眼睛和脸颊周围温度的升高与机体炎症反应激活有关。团队开发的脸部温度空间模式算法ThermoFace结合人工智能，预测年龄与实际年龄的平均绝对偏差约为5岁，预测高血压和脂肪肝的准确率超过80%。此外，该工具还能分析运动逆转衰老的效果，比如志愿者跳绳2周后的面部温度显示出生物学年龄平均减少了5岁。面部红外图像采集作为一种非侵入式的检测手段，可快速推广，未来有望成为监测个体衰老与健康状况的重要工具。
革命性义肢问世：首条100%大脑控制的假腿
传统仿生腿依赖预设算法驱动，不能完全由人类神经系统控制，因而限制了仿生腿在复杂环境中的适应能力和响应速度。7月1日，Nature Medicine上发表了一项突破性研究：美国麻省理工学院团队开发出首个用人脑而非机器算法100%控制的仿生假肢，使得截肢患者行走速度提升41%，甚至可达到正常人速度。此外，变速、爬楼梯、跨过障碍物的能力也更强，保持平衡的能力也更优秀。传统截肢手术会切断成对舒张与收缩的肌肉的相互作用，而团队设计的手术却将腿部剩余的肌腱连接起来，与开发的计算机接口的感知电极相连，利用截肢后残留的神经和肌肉发出的信号来控制义肢，使佩戴者能通过思想和自然反应行走。该仿生腿整体重量为2.75公斤，与天然小腿的平均重量相当，佩戴舒适，动作自然，为想要恢复自然行走体验的截肢者带来了新的希望。
“顶竹笋”式晶体制备法：重塑芯片未来
传统晶体制备方法如盖房子般从地基逐层“砌砖”搭建成“屋”，但这种方法随着原子数目增加而排列不受控，会影响晶体纯度质量。7月5日，Science上发表了一项突破性研究：北京大学团队在国际上首创出“顶竹笋”式晶体制备方法，不仅突破了传统晶体生长技术的瓶颈，更为芯片产业乃至整个电子信息技术的发展开辟了全新的道路。这种名为“晶格传质-界面生长”的晶体制备新范式，通过模拟竹笋在土壤中顶破阻力、迅速生长的过程（第一批原子在金属表面排布形成第一层晶体，后续原子进入金属与第一层晶体间顶着上方已形成的晶体层继续生长，不断形成新的晶体层），实现了晶体材料的快速且均一的逐层生长。相比传统晶体制备方法，“顶竹笋”式晶体制备法可提高生长速度、提升晶体质量，并且可对晶体生长方向和形状进行精确控制，从而制备出特定形状和功能的晶体材料。通过这种方法制备出的高质量晶体材料，有望提升芯片的集成度和算力，为新一代电子和光子集成电路的发展提供有力支持。不仅如此，该技术还可用于制备高性能的光电探测器、激光器，或者制备用于药物输送、组织修复等的晶体材料。
3D打印“超级橡皮筋”：直径1毫米可提起10公斤物品
光固化3D打印出的材料力学性能远逊于传统加工工艺，限制了其应用范围。7月2日，Nature上发表了一项开创性研究成果：浙江大学团队设计出一种新型光敏树脂，通过3D打印制造的“超级橡皮筋”，能拉伸到自身长度9倍以上（上图），凭借直径仅1毫米的“身躯”提起10公斤的物品。研究人员通过对光敏树脂一系列巧妙的分子设计及3D打印后的热处理，得到了这种弹性材料，不仅具有超高的拉伸强度和韧性，还能抗撕裂、抗穿刺、抗损伤（如下图，3D打印出的气球充气2.5倍后能承受约40N的针头机械“折磨”；气动软致动器可承受高压空气举重物；高压充气情况下抓住带尖刺铜球）。该研究首次将3D打印材料的强度和韧性提升到媲美工程塑料的水平，为3D打印技术在高性能产品制造领域的大规模应用铺平了道路。凭借其优异的力学性能和精细的3D打印成型能力，这种材料在航空航天、软体机器人、可穿戴设备、医疗器械、个性化防护、体育用品等领域具有广阔的应用前景。