創(chuàng)新科技

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英科學(xué)家測(cè)算出中微子質(zhì)量上限

科技日?qǐng)?bào)6月23日消息，英國倫敦大學(xué)學(xué)院宇宙學(xué)家通過對(duì)宇宙星系3D圖像的觀察分析，測(cè)定出中微子的質(zhì)量不超過0.28電子伏特。報(bào)道稱，這是截至目前最精確的中微子質(zhì)量測(cè)量值。該方法的運(yùn)用使人類向最終準(zhǔn)確測(cè)定中微子質(zhì)量又邁進(jìn)了一步。相關(guān)研究論文將發(fā)表在即將出版的《物理評(píng)論快報(bào)》上。

中微子，又被稱為原子中的“鬼粒子”、宇宙間的“隱身人”。它們極小極輕，很難捕捉，雖然已證明其具有質(zhì)量，但要對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行測(cè)定卻十分困難。

報(bào)道稱，倫敦大學(xué)學(xué)院的宇宙學(xué)家采用了新的方法，即通過對(duì)宇宙星系的顏色測(cè)量估算出星系間的距離，然后結(jié)合巨型3D星系地圖和大爆炸后的溫度波動(dòng)信息（即宇宙微波背景輻射），計(jì)算出中微子質(zhì)量的一個(gè)最小上限：不超過0.28電子伏特，該數(shù)值還不到一個(gè)氫原子質(zhì)量的十億分之一。

該研究基于以下原理：宇宙中的物質(zhì)會(huì)自然而然地形成“團(tuán)”和星系群，而大量的中微子會(huì)對(duì)這些宇宙物質(zhì)產(chǎn)生巨大的累積影響。通過對(duì)宇宙中星系分布情況的分析（比如星系趨于平滑的程度），科學(xué)家就能計(jì)算出中微子質(zhì)量的上限。

該論文的作者、英國倫敦大學(xué)學(xué)院的肖恩·托馬斯博士指出，雖然中微子不足宇宙中物質(zhì)的1%，但它們卻是宇宙模型的重要組成部分，其對(duì)宇宙的影響是令人驚異的。英國倫敦大學(xué)學(xué)院天體物理學(xué)學(xué)會(huì)負(fù)責(zé)人奧佛爾·拉烏教授則指出，在關(guān)于神秘的暗物質(zhì)的所有假想中，中微子是迄今為止唯一能夠證明暗物質(zhì)實(shí)際存在的例子，而通過對(duì)星系大尺度分布狀況的分析來測(cè)量中微子的質(zhì)量，則是一個(gè)非凡的成就。

托馬斯博士表示，通過更大規(guī)模的宇宙調(diào)查分析，比如正在進(jìn)行的國際暗能量調(diào)查行動(dòng)，將會(huì)得到關(guān)于中微子質(zhì)量的更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，其上限值也許僅有0.1電子伏特。

“芯片肺” 或可終結(jié)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)

據(jù)6月25日出版的《科學(xué)》雜志報(bào)道，美國科學(xué)家們制造出了一塊如橡皮擦大小的“芯片肺”，它可模仿那些穿過整個(gè)肺臟的上皮細(xì)胞和血管之間邊界的許多特征，這一系統(tǒng)或可幫助研究人員非常精準(zhǔn)地了解肺臟器官的運(yùn)作方式，而這些信息是很難從細(xì)胞培養(yǎng)或動(dòng)物研究中獲取的。研究人員表示，“芯片肺”可望用于檢驗(yàn)新藥效果以及人體肺部毒素影響，并終結(jié)這些測(cè)試所需的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。

哈佛大學(xué)維斯生物工程研究院的研究人員利用血管細(xì)胞制成的“芯片肺”由肺細(xì)胞、滲透膜以及毛細(xì)血管組成，類似于網(wǎng)孔的滲透膜上排列著人體細(xì)胞（一邊是肺部細(xì)胞，另一邊是血液細(xì)胞），滲透膜組成的微通道約400微米長，70微米寬（人的頭發(fā)絲直徑約為100微米），可允許空氣或液體圍繞著膜流動(dòng)。當(dāng)該芯片同一個(gè)機(jī)械泵和調(diào)節(jié)閥連接時(shí)，它可以模擬人體肺部的呼吸活動(dòng)。

研究人員已經(jīng)證明，這種“芯片肺”能夠精確地模擬大鼠肺臟的很多功能，包括肺部吸入納米粒子后作出的反應(yīng)等。

目前的藥物測(cè)試技術(shù)主要有兩種：一是使用過于簡單化的細(xì)胞培養(yǎng)模式，這種方法是在一個(gè)固態(tài)的塑料器皿中培養(yǎng)細(xì)胞，接著讓其接觸不同的藥物，并測(cè)試其反應(yīng)；二是使用動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家使用老鼠來測(cè)試藥物的有效性和安全性，但這種方法耗時(shí)耗力。

研究人員表示，為了模仿人體肺部細(xì)小而精確的通道，他們利用電路制造工藝創(chuàng)建出了一個(gè)計(jì)算機(jī)微芯片，這種微觀結(jié)構(gòu)使研究人員得以更好地操縱活體生物比如細(xì)胞等。該研究成果對(duì)于在實(shí)驗(yàn)室中重建人體細(xì)胞具有非常重要的示范意義，亦可通過減少對(duì)現(xiàn)有模型（對(duì)單一物質(zhì)進(jìn)行測(cè)試的費(fèi)用就超過200萬美元）的依賴而加速新藥開發(fā)的進(jìn)程。

哈佛研究人員目前正在研發(fā)其他的“器官芯片”，諸如腸、心臟和腎等，他們希望最終能夠?qū)⒉煌钠鞴偌稍谛酒希栽谒幬餃y(cè)試和毒理測(cè)試中徹底摒棄動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。

不過，研究人員指出，要做到這一點(diǎn)還面臨著很多的困難。比如，如何使芯片的使用更為方便，如何將泵和調(diào)節(jié)器整合入芯片中等，還都是亟待解決的問題。

硫化物環(huán)境延緩了生命進(jìn)化歷程

科技日?qǐng)?bào)6月27日?qǐng)?bào)道，硫化氫發(fā)出的“臭雞蛋味”在大多數(shù)情況下都會(huì)令人感到不快，但科學(xué)家們?cè)凇蹲匀弧さ厍蚩茖W(xué)》上發(fā)表文章指出，或許正是這種可怕氣味的相同化學(xué)反應(yīng)延緩了生命的進(jìn)化歷程。

早期生命首次出現(xiàn)在近40億年前的海洋中，但其在將近30億年時(shí)間內(nèi)的發(fā)展一直沒有超出原始單細(xì)胞階段。更為復(fù)雜的多細(xì)胞生命是在10億年前才開始進(jìn)化的。大約5億年前的“寒武紀(jì)大爆發(fā)”時(shí)期，才開始有了大多數(shù)現(xiàn)存動(dòng)物群體的首次出現(xiàn)。之后不久，恐龍和哺乳動(dòng)物才開始出現(xiàn)在地球上。

受硫化氫污染的海洋或可解釋為什么生命花了這么長時(shí)間才開始在地球上發(fā)展。大約20億年前，海洋深層充斥著高水平的臭雞蛋味化學(xué)物質(zhì)，幾乎沒有氧氣。這些惡臭的毒物在生物進(jìn)化道路上設(shè)置了一道巨大的障礙。

負(fù)責(zé)該項(xiàng)研究的英國紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)西蒙·伯爾頓博士表示，傳統(tǒng)上人們一直假定，大氣中氧氣的首次出現(xiàn)，最終導(dǎo)致了大約18億年前深海的氧化作用。但這個(gè)假設(shè)近年來受到了質(zhì)疑，新研究證明，在遠(yuǎn)離陸地100公里外的區(qū)域，海洋仍然是無氧的，而有毒的硫化氫含量卻很豐富。

伯爾頓說，深海無氧環(huán)境限制了需要氧氣才能生存的高級(jí)生命形式的進(jìn)化。大約5.8億年前，大氣中的氧含量發(fā)生了第二次主要增長，導(dǎo)致了深海的氧化。深海氧化產(chǎn)生的重大影響，或可解釋動(dòng)物為什么在地質(zhì)記錄相對(duì)較晚的時(shí)期才突然出現(xiàn)。

氧氣首次開始充斥地球大氣層的時(shí)間在24億年前至18億年前。大氣中氧氣含量從幾乎為零增長到了目前的大約5%，但科學(xué)家們并不清楚海洋中的氧到底發(fā)生了什么。

伯爾頓博士表示，此項(xiàng)研究首次對(duì)海洋化學(xué)物質(zhì)隨海水深度發(fā)生的變化作出了詳細(xì)評(píng)估。地球科學(xué)家在嘗試描繪生命與環(huán)境共同進(jìn)化的藍(lán)圖時(shí)，有必要考慮到此一海洋結(jié)構(gòu)造成的影響。