【科创热榜前沿科技周报】-82期转贴

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前沿科技盘点〔82〕丨事实证明，给电子鼻进行专业品酒师“培训”后效果超赞；有这么一种材料，古人拿它“炫富”、科学家用它治病 原文链接：https://www.ncsti.gov.cn/kjdt/zt ... 0240305_150309.html
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视觉、听觉、嗅觉三大感官是人类感知世界的重要手段。近日，清华大学机械系科学家制造出具有仿生肺的电子鼻设备，通过模仿专业品酒师的嗅闻方法，创新性地给电子鼻引入多重重叠的嗅闻。

人类对长寿命发光的余辉现象和相关材料的发现与认知在史籍中早有记载。而今，无机长余辉材料的特性使其在医学疾病诊疗中展现出独特优势。近期，中国科学院团队就对这类材料及其诊疗应用开展了系统全面的研究。

基于国际科技创新中心网络服务平台科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，为大家带来第八十二期。

1、《Advanced Science》丨事实证明，给电子鼻进行专业品酒师“培训”后效果超赞

视觉、听觉、嗅觉三大感官是人类感知世界的重要手段。近年来，机器视觉（视频）、机器听觉（音频）已展现出媲美人类视觉与听觉的感知能力。受限于当前气体传感器技术的限制，电子鼻在复杂气味辨识、多气味分类等问题上仍难以匹敌人类嗅觉，电子鼻研究仍需进一步借鉴仿生人类嗅觉。

近日，清华大学机械系在电子鼻仿生嗅闻研究中取得新进展。研究人员提出一种用于电子鼻气体采样的仿生嗅闻策略，实现了对不同烈酒气味的准确辨识。传统的电子鼻气体采样往往采取单次进样策略，得到的电子鼻传感信号缺乏有效的动态特征。该研究所提出的仿生嗅闻策略通过模仿专业品酒师的嗅闻方法，创新性地引入多重重叠的嗅闻（Multiple Overlapping Sniffs, MOSS），以使电子鼻的传感器阵列产生动态特征丰富的时序信号，从而提升对不同气体的感知辨识能力。

该研究设计制造了具有仿生肺的电子鼻设备，采用了可编程注射泵模拟仿生肺结构，并基于催化化学发光原理设计制造了气体传感阵列。该仿生肺能以1Hz频率连续吸入测试气体并注射到催化化学发光（CTL）传感器表面，从而实现多重重叠嗅闻策略的气体进样。该电子鼻设备的气体传感阵列将4种纳米金属氧化物作为催化剂，可对复杂成分气体中的挥发性有机物（VOC）产生交叉响应，从而实现对不同气体的差异化感知，CTL传感器的响应时间约为4秒。

研究者在单个CTL传感器上对三种不同浓度的挥发性有机物气体（VOC）展开检测，可直接通过主成分分析，同时辨识VOC气体种类与浓度，而无需额外的机器学习算法；研究者还在4个CTL传感器组成的电子鼻上对6种烈酒展开检测，分别使用传统单次进样方法与MOSS策略进行采样。实验证明，较之传统单次进样方法，MOSS策略可将该电子鼻设备对6种烈酒的辨识准确度从81.94%提升到95.83%，能够实现对不同烈酒种类的高准确度辨识。

据悉，未来研究中，MOSS策略将有望应用于多样化的复杂气味检测分析场景，例如基于人体呼出气检测的癌症、流感、糖尿病等疾病无损诊断，基于有害气体检测的爆炸物搜寻与火灾隐患预警，基于香气检测的白酒、茶叶品质评估与真伪鉴别。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202305639

2、《Progress in Materials Science》丨有这么一种材料，古人拿它“炫富”、科学家用它治病

无机长余辉发光材料是利用能量陷阱对入射光子的捕获和缓慢释放而持续发光的光学功能材料。人类对长寿命发光的余辉现象和相关材料的发现与认知，史籍早有记载。史前炎帝、神农发现夜明珠；汉光武皇后的弟弟郭况更是“悬明珠与四垂，昼视之如星，夜望之如月”，简单来说就是把夜明珠拿来炫富。

而今，无机长余辉材料的特性使其在疾病诊疗中展现出独特优势。光学成像剂广泛应用于生物学和医学领域，但光与组织之间的相互作用限制了其成像和治疗能力，无机长余辉材料就可以解决这个痛点。

近日，中国科学院福建物质结构研究所张云团队对无机长余辉材料及其诊疗应用进行了全面系统综述。研究团队重点讨论了诊疗应用中无机长余辉材料的性能调控策略，给出特定诊疗应用场景中的选择依据；介绍了无机长余辉材料的生物成像应用；回顾了其在治疗中的应用，包括治疗原理、作为纳米光源介导的光动力疗法以及长余辉成像指导的治疗；介绍了基于该材料的生物传感原理、生物传感应用等；介绍了该材料在体外和体内的生物安全性研究现状。此外，他们还对该领域面临的挑战和未来的前景提出了新观点和建议。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2024.101246

3、《Cell Reports》丨“全面读解”小脑中的那条神秘轴线

人类小脑功能层级结构背后的时空分子谱研究思路

人类小脑体积仅为大脑总体积的10％，却包含了整个神经系统超过50％的神经元，它不仅协调运动，还影响着人类的思考和情感。在探索小脑功能多样性的过程中，特别是理解其如何参与和影响我们的认知功能和情绪处理，研究者们发现了一个关键的轴线——感觉运动-联络(sensorimotor-association, SA)轴。这一轴线有助于解释小脑功能层级的复杂性。然而，迄今为止，大多数研究一直集中在探讨人类大脑皮层中SA轴的产生及其意义，而对于小脑上的SA轴是如何形成以及其生物学基础，仍然是一个有待探索的问题。

近日，中国科学院自动化研究所脑图谱与类脑智能实验室樊令仲等，在前期发现的人类小脑功能异质背后的遗传学证据的基础上，进一步探究了人类小脑功能层级结构的生物学基础。该研究系统集成了跨尺度的多组学信息，全景式地揭示了小脑SA轴背后的时空分子谱——从遗传特征、中间分子模式、细胞类型、生物过程，到时空发育模式、疾病相关性、演化相关性、大小脑交互作用。

研究提供了构成人类小脑SA轴的时空分子特征证据，揭示了小脑形成SA轴的微观-宏观相交互的组织模式。研究通过整合关于人类小脑功能的多层次发现，沿着SA轴，小脑神经递质传递相关基因的表达将会增加，发育进程产生差异，受演化有关的生物过程的影响增加，且与精神疾病的关联增加。

原文链接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(24)00098-6

4、《Fundamental Research》丨“氢原子摆渡车” “电子海绵”说的都是它

作为物质的一个新层次，团簇具有原子数可精准调控、结构精确的“原子精准”特点，因此可以作为理想的模型体系来研究制氢催化剂的催化制氢机制和储氢材料的储氢机理，对发展新型制氢催化剂和开发高效储氢材料具有重要意义。

西安交通大学侯高垒教授及合作者提出了一种将团簇研究与实际催化建立联系的研究策略。他们以原子数精确可控和几何结构精确可确定的富勒烯负载金属单原子作为碳基载体金属单原子催化剂的模型，富勒烯作为多孔碳材料的模型，从而在团簇催化研究中巧妙地考虑载体效应。研究团队利用双样品靶双束溅射激光的团簇束源、高分辨高灵敏飞行时间质谱、红外多光子解离光谱结合第一性原理计算以及分子动力学模拟，深入详细地研究了C60V+催化水分解生成H2和O2的微观机制，精确表征了该催化反应的关键中间体，发现C60负载具有显著的载体效应，不仅可以作为水分解制氢的“氢摆渡车”帮助氢原子转移和氢气形成，而且可以因其独特的得失电子能力驱动金属中心的价态转变，从而推动整个催化反应的完成。由此，研究团队提出C60可以作为催化水分解的“电子海绵”。C60通常被认为是良好的电子受体，而作为电子给体的重要性则鲜有报道。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.fmre.2023.10.011

5、《ACS Catalysis》丨应对塑料污染，还得“塑”战速决

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是一类在全球广泛使用的聚酯型塑料，常用于一次性包装及纺织品领域，它在极大方便了人们生产生活的同时，也产生了大量的固体垃圾，造成了塑料污染及资源浪费问题。设计稳定高效的PET降解酶用于生物降解PET废弃物近年来引起了国内外学者的广泛关注。

近日，山东大学微生物技术研究院祁庆生教授团队开发了一种基于动态分子对接的底物亲和力分析策略，设计并获得了高活性PET降解酶突变体LCC-A2，在3.3小时内降解超过90%的消费后PET（Pc-PET）废弃物，并且99%以上的产物为完全降解的末端单体，是目前报道的最高效PET降解酶突变体。研究团队提出的策略对于解决日益严重的塑料污染问题和能源危机具有重要意义。