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尋求豐富綠色的新型能源是全世界都關注的問題。一束神奇光揭示能源催化過程的奧秘。日前,中國科學技術大學研究團隊利用同步輻射光源發展出先進的表征技術,在國際上率先探明催化材料在水解氫過程中的真實結構。這項科研成果為揭示催化過程秘密、提高能源轉化效率提供了有力方案。
從水中分解出清潔無污染且可再生的能源——氫氣,是一個廣受期待的方案,其中催化材料的參與必不可少。催化材料能夠加速并完成能量的轉化,是能量轉化效率的關鍵一環。因此,探明催化過程的奧妙,了解催化材料在實際工作狀態下的真實結構,是當今科學界和工業界關注的前沿熱點。
催化反應過程往往都是發生在材料的表界面,但在工業實際應用的電催化能量轉化反應環境中,由于催化材料與電解質溶液接觸的固-液表界面處的活性中心和吸附反應物的濃度極低,以及活性位結構隨外加電場的動態變化,給探測真實反應活性位點的結構和中間過渡態造成了很大的困難和挑戰。
高亮度的先進同步輻射光源為研究這一亟待突破的電催化能量轉化機制問題提供了手段。課題組姚濤教授說:“高度靈敏的同步輻射X射線吸收精細結構譜學(XAFS)技術能夠在原位實時在線探測‘工作狀態’的催化劑的‘一舉一動’。”
中國科學技術大學同步輻射實驗室韋世強教授、姚濤教授課題組與化學與材料科學學院楊金龍教授課題組合作,發展了原位同步輻射XAFS技術,結合理論計算,首次鑒別出鈷基催化在電催化析氫反應過程中活性位點的真實結構和動態演化過程,研究成果在線發表在《自然·催化》上。審稿人評價:“這項研究增加了對現實反應條件下結構演變的深入了解,對于該領域的科學家來說非常重要。”
基因科學在DNA測序技術的高速發展推動下,已經貫穿了從醫療到的每個環節。從目前越來越火爆的精準醫療趨勢下,無論是從概念方面,還是某些醫療環節存在的干貨技術方面,精準醫療的牌子還會持續升溫。這個牌子的核心,就是基因科學。
華大基因董事長汪健曾經在“中國發展高層論壇2015”中提過,中國目前依然面臨著重要的疾病挑戰,從科學研究來說,是把放在位的。基因科學,基因診斷能夠為和疾病防控提供特殊的手段,他希望基因科學能夠在準確和診斷感染性疾病上做出新的貢獻。
精準醫療的痛點不在“醫療”,而在“精準”
醫療是一個傳統問題,是一個需要時間積累和人工干預的過程。人工智能發展即便再高級,永遠也代替不了醫療行為中的醫生。所以基因科學也是如此,注定是醫療行業的推手,而不是顛覆者。
既然痛點不在于“醫療”,那么如何實現“精準”呢?
這就是基因科學的歷史使命了。從人類基因組計劃籌備開始,“組學”的概念就被生物系統學家做了很多的研究工作。從整個生命領域的數據流來看,從早的中心法則(信息流從DNA到蛋白質的整個流動過程),到目前的系統生物學(信息網絡的形成),這些都是邁向“精準”的過程。
迄今為止,我們的基因數據已經遠遠超過了其他“組學”所產生的數據。這個過程推動了“精準”的定位也慢慢向基因科學傾斜。我們要知道實現“精準”,僅僅通過基因數據是遠遠不夠的,在筆者以往的系列文章里面也提到,基因數據在大的整個數據集里面占有的比例不會超過10%,但是基因數據產生的信息價值是遠遠大于其他數據的。
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“在相當長的一段時間里,我們的研究小組一直在開發空心光子晶體光纖中光阱粒子的必要技術,” 研發小組成員Shangran Xie說。“在這項新工作中,我們能夠應用這項技術不僅僅是為了捕獲一個粒子,而且還要使它成為一個能夠實現光纖中遠距離探測的激光。”
一個回音壁模式微粒沿著空芯光纖傳輸,光纖嵌入的金屬V型槽實現加熱功能。初,只有一束受限的激光束從光纖左端導入光纖。大約37秒后,第二束受限激光束從光纖右端導入,使得粒子停止傳輸并捕獲在V形槽的中心。
為了實現高速傳輸的微型激光器,研究人員將激光射入充滿水的中空纖芯中,以光學方式捕獲微粒。與用于制造傳統激光器的材料一樣,微粒也包含增益介質。研究人員使用第二束激光激發這種增益介質,引起微粒發光或激射。粒子在光纖中的位置是通過捕獲激光產生的光學力或通過芯區內部水流來控制。
的溫度傳感
為了測試新系統感知溫度變化的能力,研究人員將激光微粒沿著加熱到室溫以上22攝氏度光纖的兩個區域推進。通過測量當微激光穿過光纖時從微粒發出的激光波長的偏移,可以地檢測溫度的變化。檢測到的溫度變化小于3攝氏度,并且提供了幾毫米的空間分辨率。
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