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    生物学将信息编码为DNA和RNA,这些信息是根据其功能微调的复杂分子。但是,它们是存储遗传分子信息的唯一方法吗?一些科学家认为,我们所知道的生命不可能在核酸存在之前就已经存在。因此,了解它们如何在原始地球上存在是基础研究的基本目标。核酸在生物信息流中的核心作用也使其成为药物研究的关键目标,而模仿核酸的合成分子构成了许多治疗包括HIV在内的病毒性疾病的基础。其他类似核酸的聚合物是已知的,但是关于遗传信息存储的可能替代方案仍然是很多未知的。东京工业大学地球生命科学研究所(ELSI),德国航空航天中心(DLR)和埃默里大学的科学家使用复杂的计算方法,探索了核酸类似物的“化学邻域”。令人惊讶的是,他们发现了超过一百万种变体,表明与药理学,生物化学和了解生命起源的努力相关的广阔的,尚未探索的化学领域。这项研究揭示的分子可以进一步修饰以产生数亿潜在的药物线索。

    核酸最早是在19世纪发现的,但是直到20世纪,科学家们才了解它们的组成,生物学作用和功能。 Watson和Crick在1953年发现了DNA的双螺旋结构,为生物学和进化功能提供了简单的解释。地球上所有的生物都将信息存储在DNA中,该信息由两条聚合物链组成,就像一条杖一样,彼此缠绕,彼此互补。将股线拉开时,在任一模板上复制补体将产生原始模板的两个副本。 DNA聚合物本身由一系列“字母”组成,碱基包括腺嘌呤(A),鸟嘌呤(G),胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T),并且生物体已经进化出各种方法来确保适当的序列字母几乎总是在DNA复制过程中复制的。碱基序列被蛋白质复制到RNA中,然后被读入蛋白质序列。蛋白质本身可以实现许多精细的化学过程,使生命成为可能。在DNA复制过程中,偶尔会发生一些小错误,而某些其他错误有时是由环境诱变剂引起的。这些小错误是自然选择的饲料:其中一些错误会导致序列产生更适合的有机体,尽管大多数影响不大。然而,许多人可以证明是致命的。新序列有利于宿主存活的能力是“棘轮”,使生物学能够适应不断变化的环境挑战。这是万花筒从卑鄙的细菌到老虎的生物形态万花筒的根本原因:核酸中存储的信息允许生物学中的“记忆”。但是,DNA和RNA是存储此信息的唯一方法吗?或者,也许它们只是最好的方法,只有经过数百万年的进化修补后才发现?

    “生物学中有两种核酸,也许有20或30种有效的核酸结合核酸类似物。我们想知道是否还有一个,甚至还有一百万个。答案是,似乎ELSI教授Jim Cleaves说。

    尽管生物学家不认为它们是生物,但是病毒也使用核酸来存储其遗传信息,尽管有些病毒使用RNA(DNA上的微小变异)作为分子存储系统。 RNA与DNA的区别在于存在单个原子取代,但总的来说,RNA的作用与DNA相似。值得注意的是,这两个分子实际上是地球上各种令人难以置信的生物中唯一使用的分子。

    生物学家和化学家一直想知道为什么会这样。这些是唯一可以执行此功能的分子吗?如果不是,那也许是最好的吗?是否有其他分子曾经在进化过程中扮演过这个角色,后来被选择灭绝了?

    长期以来,核酸在生物学中的重要地位也使它们成为化学家的药物靶标。如果药物可以抑制生物体或病毒产生类似传染性后代的能力,则可以有效杀死该生物体或病毒。掩盖生物或病毒的遗传是杀死它的好方法。幸运的是,在每个生物体中管理核酸复制的细胞机制都略有不同,而在病毒中则常常大不相同。

    具有大型基因组的生物(如人类)在复制其遗传信息时需要非常小心,因此在复制核酸时要避免选择错误的前体时要非常有选择性。相反,通常具有较小基因组的病毒更能容忍使用相似但略有不同的分子进行自我复制。这意味着类似于核酸组成部分的化学物质(称为核苷酸)有时会比另一种生物更损害一种生物的生物化学。当今使用的大多数重要抗病毒药物都是核苷酸或核苷类似物,包括那些用于治疗HIV,疱疹和病毒性肝炎的药物。许多重要的抗癌药物也是核苷酸或核苷类似物,因为癌细胞有时会发生突变,使它们以不寻常的方式复制核酸。

    “试图了解遗传的本质以及如何将其体现出来,这是人们可以做的最基础的研究,但它也有一些非常重要的实际应用,”前ELSI和现为南京大学教授。

    由于大多数科学家认为生物学的基础是可遗传的信息,如果没有遗传信息,就不可能进行自然选择,因此研究生命起源的进化科学家也致力于从可能自发发生在原始地球上的简单化学物质制造DNA或RNA的方法。大多数科学家认为,出于微妙的化学原因,RNA比DNA早进化。因此,DNA比RNA稳定得多,DNA成为生命的硬盘。然而,在1960年代的研究很快将理论起源领域一分为二:将RNA视为对生物学起源问题的简单“奥卡姆剃刀”答案的人,以及将RNA视为生物学合成基础的许多纽带。 RNA仍然是一个复杂的分子,在结构上更简单的分子可能在它出现之前就已经发挥了作用。

    共同作者,埃默里大学化学家杰伊·古德温博士说:“考虑到基于这些类似核苷的替代遗传系统的潜力-可能在不同的环境中出现和进化,甚至是在其他环境中出现和进化,真是令人兴奋。这些替代的遗传系统可能将我们对生物学的“中心教条”的概念扩展到新的进化方向,以应对地球上日益严峻的环境,并具有强大的适应性。”

    哪个分子先出现?是什么使RNA和DNA独一无二?通过在实验室中物理制备分子来探索这些基本问题是困难的。另一方面,在制造分子之前先对其进行计算可能会为化学家节省大量时间。共同作者马库斯·梅林格(Markus Meringer)博士说:“我们对这种计算的结果感到惊讶。” “很难先验地估计出有超过一百万个类似支架的核酸。现在我们知道了,我们可以开始在实验室中测试其中的一些核酸了。”

    “绝对令人着迷的是,通过使用现代计算技术,我们可能会在寻找可以存储遗传信息的DNA和RNA的替代分子时偶然发现新药。正是这种跨学科研究使科学具有挑战性和乐趣。但仍然具有影响力。”合著者埃默里大学的彼得·伯格博士说。

    来源机构: 物理进展 | 点击量:172
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    当科学家们想要研究地球上非常古老的地质历史(通常超过一亿年前)时,他们常常转向称为碳酸盐的岩石。

    碳酸钙是最普遍的碳酸盐形式,是从海水中沉淀并在海底形成分层沉积物的矿物。它们通常被称为石灰石。在碳酸盐岩中记载了地球超过35亿年的历史。许多科学家使用它们来重建气候变化和过去全球碳循环的历史,也就是碳在海洋,大气层,生物圈和固体岩石之间传播的过程。

    “你可以从碳酸盐中学到很多东西,”艾米丽·盖曼(Emily Geyman)说,他是普林斯顿大学2019年地球科学专业的毕业生,并且是11月8日在美国国家科学院院刊(PNAS)上发表论文的主要作者。该论文是Geyman的高级论文研究的结果,在该论文中,她研究了碳酸盐的化学成分以及这些碳酸盐如何记录碳循环。

    盖曼说:“与碳酸盐岩相比,使碳酸盐特别有用的是,碳酸盐是直接从海水中沉淀出来的,所以我们的想法是,我们可以测量的碳酸盐的化学性质会告诉我们有关古代海洋的一些事情。”

    但并非所有碳酸盐都保存在地质记录中。例如,深海碳酸盐通常会被俯冲,这就是为什么科学家经常转向堆积在浅大陆架上的碳酸盐的原因。然而,问题在于,科学家们仍然对如何将海洋化学,海洋温度,波浪能和水深等特性转化为浅层碳酸盐记录了解得还不够。

    但是现在,普林斯顿大学的研究人员正在努力解决这个问题。

    与盖曼(Geyman)合作撰写论文的地球科学教授亚当·马洛夫(Adam Maloof)说:“实际上,没有人看过与今天形成的这些古老石灰岩相当的东西,并且理解了其翻译。” “这就像试图翻译没有Rosetta Stone的旧文本一样。我们需要Rosetta Stone。”

    研究人员不仅以创新的假设形式找到了他们的Rosetta Stone,而且他们的发现挑战了有关使用碳酸盐来重建过去的全球碳循环的传统逻辑。

    盖曼说:“我们从古代碳酸盐中进行的最常见测量之一是碳同位素组成。” “而且我们将碳同位素组成与碳循环中的全球扰动联系起来。”

    研究古代同位素(同一元素的不同形式)是了解过去地球地球碳循环变化的程度和原因的关键。 Maloof说,这至关重要,因为碳循环充当调节地球温度的恒温器。了解此恒温器的工作原理将有助于我们预测未来的气候变化。

    他们的研究将他们带到了巴哈马的安德罗斯岛,这是一个位于大巴哈马河岸上的几乎完全无人居住的大岛。

    巴哈马是研究地球古代地质历史的好地方。盖曼说:“在地球的大部分历史中,地球的许多表面看起来像今天的巴哈马。”

    目的是了解水的化学成分如何控制岩石的化学成分—基本上,是当代环境中碳同位素的记录方式以及这对过去的碳循环的影响。

    盖曼说:“如果你想通过研究古老的碳酸盐来弄清过去的海平面和海水化学是什么样的,你必须去寻找现代的碳酸盐,然后问'嗯,根据当前的海洋化学和当前的海平面?”

    他们发现以及先前的研究表明,巴哈马沉积物中正在发生奇怪的事情。那里形成的石灰石中的碳13似乎比漂浮在大海上的单细胞浮游生物高得多。

    很大比例的古代碳酸盐也显示出这种异常高的碳13。如果您认为这反映了全球海洋状况,Maloof指出:“您将无法就碳循环的重大变化做出激烈的推断。”

    相反,盖曼(Geyman)和马洛夫(Maloof)提出了一个假设,即所谓的“昼夜碳循环引擎”。顾名思义,该过程涉及24小时周期。白天,当阳光普照时,水生植物通过光合作用从水中吸收碳12并将其用作植物原料。由于植物优先吸收碳12,因此水中剩余的碳富含碳13。

    此过程的基本组成部分是,在光合作用的一天高峰期间,石灰石的形成速度最快,因为光合作用使水中的碳酸钙更加饱和。晚上,光合作用让位于有氧呼吸,植物组织中的碳固存后又回到水中。但马洛夫说,夜间的石灰石形成“几乎没有记录”,因为几乎没有降水。如果夜间均匀发生降水,则碳13的平均水平将是正常的,因为碳12将被引入系统。

    研究人员断言,只有当水足够浅并且在巴哈马这样的大陆架和平台上受到保护时,才会发生此过程。同样的昼夜过程发生在公海中,但海浪的运动不断混合并带来新的水,因此碳13永远不会升高到这种极端。

    巴哈马沉积物从海水中吸收碳酸钙的特殊方式使使用古代石灰石记录全球碳循环的情况变得复杂。 Maloof说,不能假设过去有一个单一,统一的碳循环过程。

    盖曼补充说:“我们正在使用一种现代的类似物来研究过去,而过去是从很多方面理解未来的关键。”

    Geyman目前正在普林斯顿大学萨克斯全球奖学金的一部分中,在挪威北极的特罗姆瑟大学攻读冰川学硕士学位。

    她在普林斯顿大学(Princeton)从事初级和高级独立工作时,进行了巴哈马工作。 她是一位出色的年轻科学家,已经获得了许多奖项和荣誉。 她获得了Peter W. Stroh '51环境高级论文奖,普林斯顿工程与应用科学学院的Calvin Dodd MacCracken奖和1914年爱德华·桑普森奖(Edward Sampson),以表彰他在环境地球科学方面的杰出工作。

    Maloof对Geyman赞不绝口。 他说:“她可以做任何事情。” “大多数时候,真正好的观察员会从事现场工作……他们不是同时可以进行出色分析的计算机科学家。而她俩都是。”

    艾米丽·盖曼(Emily Geyman)和亚当·马洛夫(Adam Maloof)于11月8日在线发表在《美国国家科学院院刊》上的论文“日间碳引擎解释了富含13C的碳酸盐而不增加全球氧气的产量”。

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  • 3   2019-11-12 布什尔2号机组混凝土浇筑 (编译服务:可再生能源专项服务)     
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    西亚建造的中东第一座核电装置布什尔1号于2011年9月3日与国家电网连接。布什尔2号和3号机组分别于2024年和2026年竣工。 Rosatom子公司ASE(布什尔项目的总承包商)与伊朗核电生产和开发公司于2014年11月签署了EPC总承包合同,用于在布什尔建造这些装置。两台VVER-1000装置将与Generation一起建造 日月光表示,包括最新安全功能在内的III +技术的总容量为2100 MWe。

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    埃及计划在El Dabaa建造其第一座核电厂,而INIR任务由核电厂管理局(NPPA)负责,该电厂将由该电厂的所有者兼运营商负责。

    INIR小组使用国际原子能机构“里程碑方法”的第二阶段标准审查了核基础设施的发展状况。 NPPA在与国际原子能机构协调的声明中说,第二阶段的结束标志着一个国家准备好招标和谈判核电计划的合同。

    国际原子能机构核基础设施发展科的技术负责人何塞·巴斯托斯说,这次访问是在“合作开放的气氛中进行的”,并补充说埃及在其首座核电站的建设阶段处于有利位置。

    印度国家核安全研究所小组指出,埃及已经建立了全面的国家立法,签署了政府间协定,并为建造和运行其第一座核电站进行了合同安排。 NPPA和埃及核与放射监管局(ENRRA)已成立,并获得技术顾问和其他顾问的服务,以支持基础设施的发展,包括能力建设。

    该小组由阿尔及利亚,巴西,西班牙和英国的专家以及国际原子能机构的工作人员组成。它使用IAEA核能丛书“国家核基础设施发展状况评估”审查了19个核电计划基础设施问题的状况。

    访问之前,埃及向原子能机构提交了一份涵盖所有基础设施问题的自我评估报告以及支持文件。

    NPPA董事会主席兼埃及核电站项目总干事Amged El-Wakeel说:“我们很高兴国际原子能机构对我们计划状态的评估符合我们的自我评估。通过我们的INIR任务,我相信我们将为我们与国际原子能机构的持续和未来合作建立新的基准,我们将执行El Dabaa核电厂项目并将核能的好处带给埃及近1亿人口。”

    IAEA里程碑方法有19个基础设施问题,三个阶段和三个里程碑。预期INIR任务的结果将有助于IAEA成员国制定一项行动计划,以填补任何空白,进而将有助于国家核基础设施的发展。

    NPPA于3月从ENRRA获得了El Dabaa场地的场地批准许可。许可证承认该场地及其特定条件符合国家和国际要求。

    计划在俄罗斯海岸的El Dabaa建造四个俄罗斯设计的VVER-1200压水堆,该海岸位于亚历山大海岸以西170公里和苏伊士湾的Zafraana。俄罗斯国家核公司Rosatom将建造该工厂,该工厂的铭牌容量为4800 MWe,占埃及发电量的50%。

    来源机构: 世界核学会 | 点击量:162
  • 5   2019-11-12 Aura要求瑞典禁止铀矿赔偿 (编译服务:可再生能源专项服务)     
    摘要:

    Aura于11月8日宣布,它已根据《能源宪章条约》(ECT)书面通知瑞典。该条约是一个促进能源领域跨境合作的多边法律框架,由54个签署国组成,其前提是签署国尊重基本法律原则。 Aura说,ECTECT(澳大利亚和瑞典都是签字国)提供了“所有参与国政府都应遵守的公平竞争规则,从而减轻了与能源相关的投资和贸易带来的风险”。

    光环说,它已经要求瑞典“和解”。根据ECT,光环与瑞典政府之间的谈判将在三个月内结束。

    Häggån(以前称为Storsjon)是瑞典中部一个大型铀矿田的一部分。 Aura说,2012年中期发布的数字估计在海格恩的铀矿资源量为8亿磅U3O8(307,718 tU),这使瑞典项目成为世界上第二大未开发铀资源。铀与黑色页岩中的钼,钒和锌同时存在,并且据Aura报道,通过生物堆浸试验,铀的产率高达85%。

    2013年2月,Aura宣布已接受Areva Mines作为该项目的战略合作伙伴,并签订了具有??约束力的合作协议,但Areva后来退出了该协议。

    然而,2018年5月16日,瑞典议会通过了《环境法》修正案,禁止在该国进行铀勘探和开采。从当年8月1日起,对于从该日期起提交的任何此类申请,将不会颁发铀勘探或采矿许可证。

    如过渡性条款所述,较旧的规定仍适用于2018年8月1日之前批准的申请。首席采矿检查员在2018年8月1日之前提出的勘探许可证或续签勘探许可证的情况,也应遵守过渡性规定,遵守较旧的规定。

    “根据Aura的内部创新立场,该公司已开始将Häggån过渡到更广泛的金属套件的开发和生产,” Aura在去年9月发布的2018年度报告中说。 “随着金属价格的变化,很快就出现了哈根最大的价值在于钒含量。”

    今年早些时候,Aura完成了针对Häggån项目的修订范围研究,重点研究了不开采铀的大型钒项目的潜力。

    瑞典目前没有铀矿开采。该国拥有八个核电反应堆,提供其约40%的电力。瑞典进口其大部分核燃料,包括所有浓缩服务。

    来源机构: 世界核学会 | 点击量:163
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    埃塞俄比亚比索夫图– Teff可能是全球舞台上新兴的超级食品-但是这种埃塞俄比亚谷物作物可能不足以承受气候变化的“超级”:少雨和强风。

    Teff是一种草样的植物,种子很小,是埃塞俄比亚超过6000万人的主食,也是埃塞俄比亚传统美食的基础。作为一种天然无麸质谷物,它也已在发达国家的健康意识强的客户中流行。

    尽管它非常适合该国的不同气候和土壤条件,但其单产仅为每公顷1.5吨左右,很低,不到埃塞俄比亚玉米平均单产的一半。研究人员说,即使这种微薄的单产也受到降雨减少和恶劣天气的威胁。

    位于亚的斯亚贝巴东南一小时的德布勒Zeit农业研究中心的植物育种者正在寻求核技术的帮助。在过去的三年中,在国际原子能机构的支持下,他们与联合国粮食及农业组织(粮农组织)合作,尝试使用不同剂量的伽马射线辐照来创造具有良好性状的新植物品种:较短茎,使其不易倒伏,成熟期短,需要较少的水,且产量和蛋白质含量更高。

    “与其他许多国家种植的大多数其他农作物不同,就特夫而言,没有全球育种社区或国际经验,无法成功实现所需的品种,”该中心主任兼特夫研究人员本人所罗门·钱尼洛说。 。

    在埃塞俄比亚,teff至关重要:600万小农户在300万公顷的土地上种植teff。

    Chanyalew和他的团队对不同品种的种子进行了处理,其辐射剂量为200灰至2000灰之间,或比典型的胸部X射线高10到1亿倍,从而创造出必要的遗传多样性,以选择改良的品系。辐射引起种子DNA的变化,某些所得品系将具有有利的特性。研究人员正在寻找辐射水平的“最佳点”,其强度足以改变植物的特性,但又不会杀死它们。这种变化类似于自然变异或传统育种选择和品系杂交中发生的变化,但是这一过程正在加速。较小的种子需要更高剂量的辐射才能产生其DNA的变化。

    他们将新植物种植在微型盆中三代,并在研究所的实验田中种植第四代。此时,在初次照射三年后,开始出现变化。一个品系是用其中一个品种的1600灰度辐照产生的,显示出最有希望的特征:它比其他品种更早成熟10天。 Chanyalew解释说,它没有更高的产量,但是可以通过将新品系与高产栽培品种杂交来实现。接下来会发生这种情况。

    开发新的植物品种是一个缓慢而艰苦的过程–因为研究人员需要等待植物生长并成熟才能看到任何结果。当使用辐射开发出新品种时,要花费更多的时间来繁殖足够的种子,以供农民大规模种植。粮农组织/国际原子能机构粮食和农业核技术联合司植物育种家和遗传学家法特玛·萨苏(Fatma Sarsu)说,即使在最佳情况下,新品种的开发也可能需要6-8年的时间。突变育种通常需要比传统育种更短的时间来开发改良品种。

    Chanyalew希望再经过几年的测试并与栽培品种进行杂交,新品种将为农民准备在三到五年的时间内在自己的田地上种植。

    他说,国际原子能机构通过其技术合作计划为该研究所提供了二十年的支持,并为该技术项目提供了三年以上的支持。其中包括植物育种者和技术人员以及研究所的专业培训人员参加的短期课程。辐照是在由国际原子能机构和粮农组织支持的另一项设施上进行的:国家控制和消除采采蝇和锥虫病的国家研究所,该研究所正在实施一项控制采采蝇的计划,该计划是采采蝇的后代,它是动物锥虫病病毒的媒介,继区域性综合害虫之后管理方法,包括核不育昆虫技术作为最终组成部分。

    来源机构: 国际原子能机构 | 点击量:600
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    2019年9月30日,Solariant Capital及其股权合作伙伴中部电力株式会社,三菱UFJ租赁金融有限公司和生物燃料有限公司已经完成了50兆瓦生物质的融资 Solariant Capital在日本茨城县神须市开发的发电项目。

    该生物质发电厂项目将由Kamisu Biomass Power Generation LLC(四个合作伙伴之间的合资项目公司)建设,运营和管理,三井住友信托银行有限公司安排了高级项目债务,三菱UFJ租赁金融公司则提供了夹层债务。 50 MWp工厂将利用生物质燃料,

    主要是棕榈仁壳(棕榈油的副产品)和木屑颗粒,每年可产生约350吉瓦时(GWh)的电力,相当于日本110,000户家庭的用电量。用于生物质工厂的燃料将根据与四个日本贸易公司的长期供应合同提供。该工厂还将利用由Solariant Capital LLC的全资子公司Lumino Biomass Fuel Inc.生产的木屑颗粒。

    EPC总承包商是Hitachi Zosen和Okumuragumi之间的合资企业,分别是CFB锅炉和General Electric Co和Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corp.的发电机。运维承包商是JERA,它是亚洲最大的独立电力生产商之一。该电站的建设将于2020年底开始,并计划于2023年7月开始运行。该电站产生的能源将以24日元(含附加值)的固定价格出售给东京电力公司(TEPCO)。根据当前的上网电价计划(可再生能源补贴计划),每千瓦时20年的附加税。日本于2012年7月制定了当前的可再生能源补贴计划。

    来源机构: 生物质能杂志 | 点击量:600
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    波士顿大学的研究人员已经开发出一种新的“智能”超材料(制造成本不到10美元),它可以彻底改变磁共振成像(MRI),使整个MRI过程更快,更安全,并且对世界各地的患者更方便。 该技术建立在该团队先前的超材料工作之上,并在《高级材料》的一篇新论文中进行了描述。

    临床医生使用MRI通过发现异常现象来诊断医学问题,异常现象可能表明从弯液面撕裂到肌肉营养不良。但是MRI昂贵且需要很长时间-一次扫描通常要花费一个小时的大部分时间。即使在美国的医院中,找到足够的MRI时间来等待患者也是一个问题,但是在印度等国家的医院中,一年或更长时间的等待时间可能会使患者的生命处于危险之中。

    那么,如何在不损害成像质量的情况下加快MRI处理呢? BU工程学院机械工程学教授,光子学中心教授Zhang Xin和一组研究人员,其中包括波士顿医学中心放射线医师和BU医学学院放射学教授Stephan Anderson,以及MED助理研究员赵晓光放射学教授正在运用超材料来解决这一问题。

    MRI通过产生强大的磁场并将无线电波发送到患者体内而起作用。赵说:“核磁共振成像的磁场强度是地球磁场的数千倍。” “一系列精心策划的高能无线电波被发送到人体,组织发出低能无线电波,MRI接收该低能无线电波以产生图像。”

    MRI图像的质量在很大程度上取决于所谓的“信噪比”或SNR。 SNR越高,图像越好,提高SNR的最直接方法是调高磁场。不幸的是,磁场的任何增加也增加了MRI的复杂性和成本,以及对患者的潜在风险,患者的组织,特别是其植入的医疗设备实际上被辐射加热了。因此,想要在体内获得更好外观的放射线医师无法简单地提高磁场强度。

    因此,Zhang和她的合作者开发了一种新的磁性超材料,将其放置在作为扫描目标的身体部位旁边时,可以增强患者身体发出的能量,提高SNR并改善MRI成像。由简单的铜线和塑料制成的磁性超材料于2019年3月在《自然通讯物理学》上发表。

    现在,Zhang,Anderson,Zhao和其他团队成员又向前迈出了一大步,开发了他们所谓的“智能”超材料,该材料可选择性地增强患者体内的低能量排放,并在治疗期间自动关闭。 机器发出的毫秒级脉冲高能量传输。

    张说,智能超材料可以将SNR放大10倍,从而极大地提高了图像质量并减少了扫描时间,从而开辟了一种以非常低的成本获得更清晰的MRI图像的新方法。

    安德森说:“缩短MRI检查对于最大程度地提高容量至关重要。” “更不用说收入,以及这种强大成像技术的整体患者体验了。”

    赵说:“智能超材料由紧密结合[无源传感器]的金属螺旋谐振器组成。” “当高能无线电波进入时,超常材料会检测到高能级并自动“关闭”共振。通过低能无线电激发,超常材料会[打开]共振,并增强高能无线电波的磁性成分。无线电波。”

    停机时间只有几毫秒长,可让临床医生使用智能超材料来增强发回MRI的能量。它还减少了患者对无线电波辐射的总体暴露,并减轻了潜在的安全隐患,为在临床成像中采用该技术提供了便利。

    张说:“我们现在可以构建可以与无线电波进行智能交互的智能材料,从而增强所需信号,同时让有害信号通过。”

    研究人员估计,在国家生物医学成像与生物工程研究所的支持下开发的超材料阵列的建造成本应低于10美元。即使当前的磁性超材料原型是平坦的厚层,他们仍希望将其适应于柔性的超薄MRI增强板。他们说,与临床MRI系统集成后,他们新发现的磁性超材料有可能在MRI性能方面带来巨大飞跃。

    来源机构: 物理进展 | 点击量:592
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    根据美国能源信息署(EIA)的《 2019年国际能源展望》(IEO2019),EIA预计到2050年,全球对航空燃料的需求将继续增长,在非经济合作组织成员国的国家,其消费量将以更快的速度增长与发展(OECD)。 EIA预计,在货运航空运输和旅客航空旅行需求增加的推动下,喷气燃料消费将在中国和其他亚洲非经合组织国家中增长最多。

    EIA预计,到2050年,喷气燃料的消耗量将比任何其他液体运输燃料以更快的速度增长。在此期间,全球商用喷气燃料的使用量将从2018年的13兆英制热量单位(quad)增加一倍以上,到2050年达到29 quad。超过一半的增长发生在非经合组织国家,到2040年其喷气燃料的集体消费量将超过经合组织国家的喷气燃料消费量。

    亚洲国家是未来航空燃料需求的最大来源,在IEO2019预测期内,中国和东南亚占全球增长的一半以上(59%)。特别是,中国的喷气燃料消耗量增长了三倍多,从2018年的1.6倍增加到2050年的6.0倍。EIA预计美国以及欧洲和中东国家的喷气燃料消耗量也将有可观的增长。

    在IEO2019预测期内,以收入吨英里为单位的全球航空货运以每年2.6%的速度增长,到2050年将达到3,300亿吨吨英里。增长的大部分发生在中国和其他亚洲国家,货物导致空运增加。

    在IEO2019预测期内,客运量几乎翻了三倍,从2018年的6万亿座位英里增加到2050年的约18万亿座位英里。EIA预计,随着家庭收入的增加,全球中产阶级的增长将在国内和国际上增加。 特别是,预计亚洲的喷气燃料消费量的增长速度快于世界其他任何地区,到2050年将增长到全球商用喷气燃料使用量的40%以上。

    喷气燃料消耗的增长低于这些货运和旅客旅行指标的增长,这是因为预计全球飞机机队将变得更加节油:在2018年至2050年之间,总体飞机机队效率将提高20%以上。EIA预计航空旅行能源 大部分石油基燃料将继续满足需求。

    来源机构: 美国能源情报署-新能源 | 点击量:592
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    用于X射线晶体学,没有尺寸相关的排除或挑战。 为了证明该方法,Sidabras等人。 使用尺寸为0.3毫米x 0.1毫米x 0.1毫米的单晶蛋白质[FeFe]氢化酶(来自巴氏梭菌)。主要作者Jason W. Sidabras,目前是德国马克斯·普朗克化学能转化研究所的Marie Sklowdowska-Curie行动研究员,他进一步评论了与研究员Wolfgang Lubitz教授和Edward J. Reijerse博士一起进行的工作。 “尽管我们从[FeFe]氢化酶开始,但多年来我们一直在尝试研究单晶EPR动力学,

    目前的技术不仅限于过渡金属。该研究中定义的方法适用于监测稳定蛋白中间体内的任何酶活性。”他进一步指出,他们的目的是使用该技术降低脉冲EPR技术的现有成本并为节俭科学(经济上代替昂贵的高功率放大器)(经济上具有成本效益的科学策略)。

    科学家通常使用EPR光谱研究含顺磁性中间体的氧化还原酶的催化循环,并获得有关活性酶位点的电子和几何结构的信息。通常,为了对蛋白质进行EPR实验,研究人员准备了冷冻溶液(浓度介于0.1到1 mM之间),并将一定体积(200 µl)放入微波腔中,以便在活性部位获得磁相互作用,但对蛋白质的视野有限电子结构。为了完全解决张量磁相互作用参数,他们必须执行单晶EPR实验,在该实验中,磁相互作用张量可以与X射线晶体学结合使用,以证明蛋白质的几何形状并了解酶的催化机理。然而,由于获得具有适当体积和大小的晶体的挑战,单晶EPR很少应用于蛋白质系统。 0.05到0.3 mm范围内的许多蛋白质太小,无法使用商用EPR仪器进行分析。

    为了提高EPR灵敏度以研究通常在X波段的单晶,研究人员必须放弃微波腔设计,而转向微波范围的小体积谐振器。该策略可以使用环隙谐振器(LGR)促进将样品量从200 µl减少到200 µl,并使用高介电常数材料进行额外的减少以将有效体积减少到1微升。蛋白质单晶研究需要进一步减少体积(小于0.03 µl),这需要一种彻底的方法。为此,Sidabras等人。在印刷电路板上安装了一个自谐振微螺旋和一个平面微耦合器,从而将自谐振微螺旋置于耦合回路的中心。与其他微谐振器相比,微螺旋几何结构具有以下优势:微波场均匀性大大提高,并且小样本的体积灵敏度更高。该团队针对需要很少微波功率的脉冲和连续波实验优化了自谐振微螺旋。他们可以轻松地在各种样品和温度下匹配和调节微螺旋。

    在目前的工作中,研究小组使用自共振微螺旋研究了巴氏梭菌(厌氧细菌)中处于活跃氧化态(HOX;晶体尺寸为3 mm x 0.1 mm x 0.1 mm)的[FeFe]-氢化酶的EPR晶体旋转。 )。 他们在结构上进行了高级脉冲EPR实验,以观察到极好的信噪比。 数据表明使用微螺旋以适合X射线晶体学的体积研究单晶蛋白质。 在实验过程中,研究小组将自谐振微螺旋几何形状缠绕在0.4毫米毛细管上,并将组件连接到与商业EPR系统兼容的定制插件上。 他们使用冷冻溶液进行了连续波EPR实验,并使用场扫描非绝热快速扫描(NARS)实验提高了工作的信噪比(SNR)。

    他们在实验过程中使用了长寿命的酪氨酸D自由基(Y?D)作为标准探针,该探针具有以前很好的特性。为了产生酪氨酸自由基(Y?D)EPR信号,研究小组在环境光下照射了光系统II核心复合物(膜蛋白复合物)的样品,并迅速冻结了它们。他们进行了多次实验,以证明在X波段的各种样品(体积小于85纳升)的EPR测量过程中,微螺旋的多功能性。 Sidabras等。尽管构造具有挑战性,但仍使用光系统II晶体作为基准。在结构上,光系统II配合物的分子质量约为350 kDa,每个组分仅包含一个Y?D自由基。总共,每个单位细胞有八个光系统II配合物,科学家计算出8.9 x 1012Y?D自由基,以证明EPR方法的多功能性,可用于研究小晶体尺寸的大型配合物。

    在确定自共振微螺旋适合研究单晶蛋白质样品后,研究小组扩大了工作范围,以证明完整的角g张量测定(与分子跃迁相关的能量位移)并检查先进的脉冲EPR实验,例如电子自旋回波包络调制(ESEEM)或超精细子级相关(HYSCORE)。他们为这些实验优化了自共振微螺旋。团队在需氧室中在氧化的HOX状态下对巴氏梭菌(Fe)的[FeFe]氢化酶(Cpl)的[FeFe]氢化酶蛋白质单晶进行了场扫两脉冲ESE(电子自旋回波)EPR实验,在显微镜下观察蛋白质晶体通过毛细作用进入毛细管。

    然后,它们将冷冻保护剂和介质包括在微螺旋中,然后进行快速冷冻,以产生具有相对于蛋白质结构的光谱中四个不同信号的EPR信号。 科学家将数据拟合到与通过EPR频谱仿真用EasySpin仿真包定义的不同参考系有关的仿真中。 该团队创建了一个示意图,将[FeFe]-氢化酶H-簇分子框架与实验室系统框架联系起来。 对于实验中检查的所有物种,研究小组使用配体场理论确定了g张量的大小和方向,并使用量子化学计算验证了结果。 该团队促进了对电子结构的基本见解,并指出了它们对配体领域的依赖性,并观察了优化策略的必要性。

    研究人员举例说明了用于ESE(电子自旋回波)EPR数据集的HYSCORE(超精细次水平相关)实验进行的单晶研究的更高级实验。为此,他们获得了[FeFe]-氢化酶晶体中H簇的单晶二维光谱,并确定了六个主要跃迁。 Sidabras等。强调了这些先进的EPR技术在当前工作中的可行性,并将它们与使用量子化学计算预测的电子结构相关联。该团队的目标是将来使用ESEEM / HYSCORE技术深入解决配体的其他分子偶联问题。

    这样,Jason W. Sidabras和同事提出了一种先进的谐振器,用于设计和收集来自巴氏梭菌(Cpl)呈HOX状态的3 mm x 0.1 mm x 0.1 mm [FeFe]-加氢酶单晶的EPR数据。在本研究中从蛋白质单晶获得的HYSCORE光谱是首次研究。该团队提出的其他工作将促进对蛋白质工程和人工酶研究的进一步洞察,从而创建生物启发和仿生酶体系。值得注意的是,这项工作中设计的自共振微螺旋可以使生物化学家相对于X射线晶体学在晶体尺寸上研究各种催化活性蛋白,这将为酶研究领域的重大进展铺平道路。

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