研究团队在计算机中进行模拟分析。图片来源：约翰斯·霍普金斯大学美国约翰斯·霍普金斯大学研究人员培育出一种新型“全脑”类器官，不仅包含多个脑区的神经组织，还具有初步的血管结构。这项成果发表在《先进科学》杂志上，展示了首次将各个脑区组织成功整合为一个统一运作的类器官。该突破有望为自闭症、精神分裂症等复杂神经精神疾病的研究开辟新途径。目前大多数论文中提到的脑类器官，只能代表大脑的某个区域，比如大脑皮层、后脑或中脑。而此次培育的是一个初步成型的全脑类器官，研究人员称之为“多区域脑类器官”（MRBO）。在构建全脑类器官时，研究人员先在不同培养皿中分别生成了来自各个脑区的神经细胞以及初步血管结构；然后，利用具有黏附性的“生物胶”蛋白将它们组装起来，使其在发育过程中建立起连接；随着组织融合，该类器官不仅能产生电活动，还具备整体神经网络响应能力。MRBO在细胞类型的多样性方面，与人类胚胎大脑早期发育阶...
日本冲绳科学技术研究所（OIST）与德国马克斯·普朗克进化人类学研究所团队在最新一期《美国国家科学院院刊》发表的研究揭示，50万年前现代人类大脑中基因发生的两个重要变化，重塑了人类的行为模式与认知能力，成为人类进化成功的关键。新发现不仅为人类学研究开辟了新方向，也为探索行为与认知的生物学基础提供了重要窗口。研究显示，现代人类大脑中腺苷酸解酶（ADSL）的稳定性与遗传表达变化，产生了一场细微却深远的生物化学变革。ADSL酶的现代变体，与尼安德特人/丹尼索瓦人存在单个氨基酸差异：第429位的丙氨酸被缬氨酸取代，导致酶的稳定性下降。实验表明，这一变化在小鼠模型中使大脑中的嘌呤代谢底物浓度升高，而嘌呤是构成DNA、RNA及其他重要生物分子的核心成分。更引人注目的是，携带该突变的雌性小鼠在竞争稀缺资源（如水）时，展现出更强的竞争力，提示ADSL活性降低可能赋予人类祖先在特定生存任务中的进化优势。...
人体内的细胞都被一层名为糖萼的糖膜包裹着。它帮助细胞彼此交流，并与免疫系统进行通信。这一过程能够对抗病毒，但在某些情况下也会使癌症扩散。此前没有任何成像工具能够详细显示糖萼中约1纳米大小的微小糖分子。7月28日发表于《自然-纳米技术》的一篇论文中，研究人员揭示了排列在人类微小血管壁上的活细胞表面的糖分子。他们找到了一种方法，使用现有的光学显微镜就能以仅0.9纳米的分辨率对这些糖分子进行成像，而这种分辨率一度被认为是光学显微镜无法达到的。英国伦敦大学学院化学家Sabrina Simoncelli表示，这是首次在细胞内实现亚纳米级光学分辨率成像，这些成果“具有开创性”。“我刚开始读博士时，人们能得到的单糖分子最佳分辨率图像还是模糊的。”论文作者之一、德国马克斯·普朗克光科学研究所的生物物理学家Karim Almahayni 说，“接下来，我们要去了解细胞表面的这些糖分子在健康和患病期间会如...
据最新一期《科学》杂志报道，美国哈佛大学研究人员开发出一种新型光学器件，即“超表面”，可在单一的平面上完成复杂量子操作。超表面可同时承担多种传统光学元件功能，解决了光子量子信息处理领域长期存在的体积庞大、组件繁多等扩展性难题，有望推动常温下量子计算和量子网络的实现。光子是光的基本粒子，具有高速、抗干扰的特性，正逐渐成为常温下高速传输信息的有力候选者。通常，要将光子引导至所需的量子态，需要在大型芯片上布设复杂的波导结构，或使用由透镜、反射镜、分束器等构成的庞大装置。这些组件使光子之间能够实现纠缠，而纠缠正是量子信息并行传输与处理的关键机制。然而，构建并维护这样的复杂系统颇具挑战，因为它们依赖大量精密易损的部件，难以扩展。如果大部分装置可以被一个超薄的单一表面取代，使所需构件大大减少，而它操控光的方式却丝毫不逊于传统系统，会怎么样？此次，哈佛团队开发的超表面提供了一种集成化解决方案，有望彻...
瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）和美国哈佛大学科学家合作，研制出一款新型集成芯片，实现了太赫兹波与光信号的相互转换。相关研究成果发表于最新一期《自然-通讯》杂志，有助推动超高速通信、测距、高分辨光谱以及超快计算等领域的发展。太赫兹波与光在频率范围和产生机制上存在显著差异。太赫兹波指频率在0.1太赫兹（1012赫兹）至10太赫兹之间的电磁波，在电磁波谱中位于微波（用于WiFi等电信技术）与红外线（用于激光器和光纤）之间。光是指电磁波谱中的可见光部分。虽然太赫兹波在6G通信、无损检测、医疗成像等领域展现出巨大潜力，但如何让其与现有光通信技术无缝衔接，一直是困扰科学家的难题。2023年，该研究团队曾利用超薄铌酸锂光子芯片，实现了激光调控太赫兹波的突破。如今，他们更进一步：新型集成芯片就像为两种电磁波打造了“双语翻译器”，不仅能让光“说”出太赫兹波，还能把太赫兹波“译”回光信号。这种双向转换能...
梵高的名画《星空》百余年来拨动着无数艺术爱好者的心弦。那旋转涌动的夜空，似乎与物理学中量子湍流的纹理产生了耐人寻味的共鸣。日本大阪公立大学与韩国科学技术院研究团队首次在量子流体中观测到“量子开尔文—亥姆霍兹不稳定性”（KHI），并发现了一种形态酷似《星空》中弯月的新型涡旋结构，即偏心分数斯格明子（EFS）。这一现象早在数十年前便被理论预测，却从未在实验中直接观测到。相关论文发表在最新一期《自然-物理学》上。KHI是经典流体力学中的重要现象，当两种速度不同的流体在边界处相遇时，会形成波浪与涡旋。这种现象可在风吹起的海浪、翻卷的云层，甚至《星空》旋动的天空中找到。研究团队提出疑问：量子流体中也会发生类似的不稳定性吗？为验证这一设想，团队将锂原子气体冷却至接近绝对零度，制备出一种多组分玻色—爱因斯坦凝聚态（量子超流体），并在其中形成两股速度不同的流体。在它们的交界面上，首先出现了波状指形结构...
固体氧化物燃料电池（SOFC）因高效率和长寿命而备受关注，但其运行温度通常高达700—800℃，需使用昂贵的耐高温材料，这制约了其广泛应用。据最新一期《自然-材料》杂志报道，日本九州大学研究团队研制出可在300℃中温条件下高效运行的新型SOFC，有望推动低成本、低温SOFC的开发，并可大幅加快其商业化进程。SOFC采用陶瓷作为电解质，运行温度高，适合固定式发电。如果将陶瓷电解质的运行温度降低，制造和维护成本也能降低。研究发现，电解质由不同原子组合并按晶格结构排列，质子需在这些原子间穿行。过去的研究尝试通过加入化学掺杂剂来提高质子传输速度。然而，这一方法虽然能增加质子数量，却常导致晶格堵塞，使质子运动变慢。新研究旨在找到既能容纳大量质子又能让其自由运动的氧化物晶体。研究团队最终发现，将高浓度的钪掺杂到锡酸钡和钛酸钡中，可在300℃条件下实现超过0.01S/cm的质子电导率，这一数值与传统...
最新发表在《科学进展》上的一项研究称，美国莱斯大学领导的团队在碳化硅体系中实现了迄今最强的声子干涉效应。该效应被称为“Fano共振”，即两个频率分布不同的声子相互干涉而产生的现象，其强度比此前报道的研究结果高出两个数量级。这一基于声子的技术有望推进分子级传感技术的发展，还在能量采集、热管理及量子计算等领域开辟新的应用路径。就像池塘上的涟漪可以相互增强或抵消一样，光、声和原子振动等多种波也会相互干涉。在量子层面，这种干涉现象为高精度传感器提供动力，并有望应用于量子计算。此次展示的正是一种强烈的声子干涉效应。声子是材料结构中振动的量子单元，可长时间保持波动特性，被认为在稳定、高性能器件中极具潜力。新突破依托于在碳化硅基底上构建二维金属界面。团队在石墨烯与碳化硅之间嵌入几层银原子，形成紧密结合的界面，显著增强了碳化硅中不同振动模式的干涉效应，使其达到了创纪录的水平。团队接着利用拉曼光谱法研究...
高强度X射线激光脉冲触发分子受控“绽放”，定格量子“舞步”的精彩瞬间。图片来源：德国法兰克福大学在量子世界的微观舞台上，分子内的原子正跳着永不谢幕的“舞蹈”。德国法兰克福大学研究团队利用世界上最强大的X射线激光器——位于德国汉堡的X射线自由电子激光器（XFEL），首次成功捕获分子内部原子在能量最低状态下的“协同舞蹈”，为研究量子现象提供了全新见解。相关成果发表于最新一期《科学》杂志。即便在接近绝对零度的环境中，分子内部的原子也不会停止运动。这些由量子力学支配的“零点运动”，长期以来被认为是不可观测的量子现象。如今，XFEL打破了这一认知壁垒。研究团队采用了库仑爆炸成像技术。该技术通过剥离分子中的电子使其发生碎裂，并进一步探测碎片动量以获得分子结构信息。当高强度X射线激光脉冲轰击含11个原子的碘吡啶分子时，分子内部的电子被迅速剥离，分子瞬间“绽放”成多个带电原子碎片。随后，研究团队用自制...
美国加州大学圣迭戈分校桑福德干细胞研究所研发了一种石墨烯介导的光刺激（GraMOS）新技术，能加速大脑类器官发育和成熟。这是一种安全、非遗传、生物相容且无破坏性的技术，能够在数天至数周内有效调控神经活动。该技术为理解阿尔茨海默病等神经退行性疾病如何破坏大脑回路提供了新视角，还能实现类器官对机器人设备的实时控制。相关研究成果发表于新一期《自然-通讯》杂志。该技术能够在不改变细胞遗传密码的前提下，显著加快大脑类器官的成熟过程，从而为神经系统疾病的研究、脑机接口开发以及活体神经组织与技术系统的融合开辟全新路径。大脑类器官在研究神经系统发育和疾病机制方面具有重要价值。然而，这种类器官通常成熟缓慢。以往的神经刺激手段要么依赖基因改造，要么使用直流电刺激，而后者往往会对脆弱的神经元造成损伤。GraMOS技术巧妙利用了石墨烯独特的光电特性，将光信号转化为温和的电刺激，从而促进神经元之间的连接与信息交...
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