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科学家研发出可从空气中提水的低成本凝胶膜
科学家研发出可从空气中提水的低成本凝胶膜,这种凝胶由两种廉价而常见的主要成分组成,它可以从空气中吸收水分,然后根据需要释放水分,而不需要太多能量。科学家研发出可从空气中提水的低成本凝胶膜。
缺水是世界大部分人口面临的主要问题,但只要有合适的设备,就可以从空气中提取饮用水。得克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员现在展示了一种低成本的凝胶薄膜,它甚至可以从非常干燥的空气中每天提取饮用水。
这种凝胶由两种廉价而常见的主要成分组成--来自植物细胞壁的纤维素和魔芋胶,一种广泛使用的食品添加剂。这两种成分共同作用于凝胶薄膜,可以从空气中吸收水分,然后根据需要释放,而不需要很多能量。
首先,魔芋胶的多孔结构吸引水从它周围的空气中凝结出来。同时,纤维素被设计成对温和的热量作出反应,变成疏水性的,释放出捕获的水。
该团队说,制作这种凝胶也相当简单。基本成分混合在一起,然后倒入一个模具中,在那里两分钟就能凝固。之后,它被冷冻干燥,然后从模具中剥离出来,准备开始工作。它基本上可以被制成任何需要的形状,并可以相当容易地以低成本扩大规模。
在测试中,凝胶薄膜能够从空气中拧出数量惊人的水。在相对湿度为30%的情况下,每公斤凝胶每天可以产生13升(3.4加仑)的水,甚至当湿度下降到只有15%时--即使对沙漠空气来说也是很低的--它每天每公斤仍然可以产生超过6升(1.6加仑)的水。
与此前一些研究人员公布的水收集器相比,这是一个巨大的进步。之前最高的是8.66升(2.3加仑),但那是在湿度高得多的空气中。其他人在30%的湿度下最高为5.87升(1.55加仑),或低至1.3升(0.3加仑)。
该团队说,新的凝胶薄膜的效率可以进一步提高,通过创造更厚的薄膜、吸收床或该材料的其他阵列形式。也许最重要的是,这种材料的生产成本极低,每公斤只需2美元。这是扩大该技术规模并将其推广到最需要的偏远地区和发展中国家的另一个主要因素。
这项研究发表在《自然-通讯》杂志上。
水资源短缺是世界上大部分人口面临的主要问题。数据显示,全球超三分之一的人口生活在干旱地区。这些地区水资源严重短缺,给人们的生活带来诸多不便。
近期,美国得克萨斯大学奥斯汀分校(University of Texas at Austin)的研究人员现在展示了一种低成本的凝胶膜,它可以每天从非常干燥的空气中提取许多升水。这项研究成功已发表在了《自然通讯》杂志上。
这种凝胶由两种廉价而常见的主要成分组成——来自植物细胞壁的纤维素和一种广泛使用的食品添加剂魔芋胶。这两种成分共同作用形成一种凝胶膜,它可以从空气中吸收水分,然后根据需要释放水分,而不需要太多能量。
简单来说,其工作原理是,树胶的多孔结构吸引水分从周围空气中凝结出来。同时,纤维素被设计成对温和的热量做出反应,变成疏水材料,释放捕获的水。
该团队表示,制作凝胶也相当简单。把基本的原料混合在一起,然后倒入模具,两分钟就定型了。然后冷冻干燥,从模具中剥离出来,准备开始工作。它基本上可以被制成任何需要的形状,而且相当容易地以低成本扩大规模。
在一项测试中,凝胶膜能够从空气中挤出惊人数量的水。它能够在一个湿度为30%的地区每天吸收13升的水。即使当湿度下降到15%时,该凝胶每天也能产生超过6升的水。
研究小组表示,这种新型凝胶膜的效率还可以进一步提高,可以通过制造更厚的'薄膜、吸收层或其他材料的阵列结构来实现。而且最重要的是,这种材料的生产成本极低,每公斤只需2美元。这是推广这项技术的另一个主要优势。
据 BGR 报道,美国得克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员创造了一种集水凝胶,能够从稀薄的空气中吸收水分。这种凝胶可能是革命性的,因为它的成本低,生产过程简单。
这种集水凝胶之所以如此便宜,是因为它由两种主要成分构成。第一种是纤维素,来自植物的细胞壁,可以广泛获得,而且也很容易获得。第二种成分是魔芋胶,这是一种天然的食品添加剂,在全世界被广泛使用。
这两种成分结合在一起,形成了可从空气中吸收水分的凝胶膜。水分被吸收后,也可以很容易地将其释放出来,而且不需要太多的能量来完成。
它的原理是什么呢?根据研究人员在《自然通讯》上发表的论文,多孔结构吸引了周围空气中的水,然后在凝胶内凝结,将其储存起来,要释放它所需要做的就是对纤维素施加温和的热量。当遇到温和的热量时,纤维素会变成疏水性,并释放出捕获的水。这使集水凝胶能够发挥其作用。
在测试中,集水凝胶能够在一个湿度为 30% 的地区每天吸收 13 升的水。即使当湿度下降到 15% 时,该凝胶每天也能产生超过 6 升的水。研究人员还认为他们可以提高凝胶的效率,将使它能够从周围的空气中吸收更多的水。
研究人员说,制作这种凝胶所需要做的就是将基本成分混合在一起。混合后,将成分倒入一个模具中,放置两分钟,然后进行冷冻干燥,并将其从模具中剥离出来,就完成了凝胶的制作。
据悉,这项研究由美国国防部国防高级研究计划局(DARPA)资助,为干旱气候下的士兵提供饮用水是该项目的一个重要目的。研究人员还设想,人们有一天可以在五金店购买并在家中使用这种凝胶薄膜。
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(IC photo/图) 人的嗅觉系统有约1000个不同的基因,它们控制了约500万个嗅觉神经。这些嗅觉神经将神经纤毛深入鼻腔黏膜中,纤毛上有专门探测各种气味分子的受体(蛋白质),当受体感受到相应的气味后,就会把嗅觉信息发送给大脑的嗅觉区,让人感受气味。为此,2004年诺贝尔生理学或医学奖颁发给发现嗅觉机理的美国科学家理查德·阿克塞尔和琳达·巴克。 不过,这只是人类对嗅觉机理的初步认识,更深入的认知正在出现。对于严重脑损伤的患者,临床医生其实很难从CT扫描和其他检查中得出患者真实生理功能受损程度的结果,难以判断他们受损伤的轻重,因此给予的抢救措施也并不同,对于具有最低意识的患者与处于植物人状态的患者给予的治疗方式就不同,如止痛和预测其生命周期进行用药等,并且患者的愈后也不同。事实上,在多达40%的情况下,医生都会产生诊断错误。 2020年4月29日,研究人员在《自然》杂志上报告了他们的最新发现,要确定严重脑损伤患者大脑受损到什么程度,一个简单的标准是,看看患者能否闻到气味。 英国剑桥大学心理学系和以色列魏兹曼科学研究所的研究人员对43名严重脑损伤的患者研究发现,在脑损伤的情况下还保留嗅觉的患者能100%恢复意识,并且这些患者中有91%以上在伤后3.5年还活着。但是,闻不到气味的患者中有63%的人死亡。 研究人员对这些严重脑损伤的患者进行测试,分别在病房中放入装有不同物质气味的罐子,能释放出各种气味,再用鼻插管监测他们的鼻子呼吸气流。这些罐子分别散发愉悦的洗发水香气、难闻的腐烂鱼味或完全没有气味(空罐子),每种持续5秒钟。每个罐子随机出现10次,测量患者嗅闻的空气流量。 结果发现,意识不清的患者对气味的吸入明显较少,不能区分香气和臭气。但另一些患者会在喜爱的气味和讨厌的气味出现时改变鼻气流,植物人同样有这种闻到气味会改变鼻气流的现象。有些人不对任何气味产生反应并改变呼吸,有的人则有所反应并改变呼吸。这种改变即人的正常生理反应,闻见香味就深深呼吸以品味香气,闻到臭味则屏住呼吸,以抑制臭味对人的刺激。 这个结果意味着,测量严重脑损伤患者的嗅觉反应可以获知深层大脑的功能,如果对气味有嗅觉有反应,说明大脑损害不严重,反之则严重。而且,在整个患者群体中,植物人的嗅觉反应与无意识状态下的嗅觉反应一直存在差异,这也为未来准确诊断大脑损伤提供了进一步的证据。 而且,如果处于植物人状态的患者有嗅觉反应,则他们后来可能会苏醒,至少会转变为有最低意识的状态。这也是他们大脑将恢复的唯一迹象。参与这项研究的剑桥大学心理学系特里斯坦·贝金施泰因(TristanBekinschtein)博士认为,嗅觉反应正常,表明即使没有其他生命体征,患者仍可能具有一定的意识水平。因此可以把这种指征纳入到诊断意识障碍患者的标准中。对于肥胖者来说,一个不好的现象是,喝水也会胖。但是,比喝水也会胖更悲惨的情况来临,闻到某些物质,如好吃的东西的气味,也会发胖。不过现阶段这只是在动物身上发现的现象。 美国得克萨斯州休斯敦贝勒医学院的研究人员对线虫的研究发现,它们既没有多吃食物,也还在保持运动的状态下却意外“长胖”了,这是什么原因呢。研究人员认为,可能是某种气味调节了线虫对脂肪的代谢,导致了线虫变胖。该研究论文发表在2020年3月19日的《自然通讯》上。 研究人员对线虫做了一组气味暴露试验:不给线虫吃的,只给它们闻一些容器中装载的不同物质的气味。在对一些常见的气味分子进行鉴别和筛选后,研究人员发现,当容器中存在2-丁酮(2-butanone)时,AWC嗅觉神经元的活动会受到抑制,2-丁酮会散发甜丝丝的气味,线虫闻2-丁酮4个小时,身体的脂肪量很快升高。反过来,当去除2-丁酮气味后,线虫又会瘦身到原来的水平。 研究人员认为,这是一组嗅觉神经元,通过一定的触发和刺激分子通道造成脂肪代谢变化而产生的结果。具体而言,鸟苷酸环化酶daf-11基因发生突变时,可以作用于嗅觉神经元AWC。 研究团队通过遗传突变和光遗传学手段(受激拉曼散射显微技术观察)来进行观察。他们发现了AWC神经元的不对称性和嗅觉调控脂质代谢的关系,并追踪到AWC神经元通路的下游中间神经元,这个神经通道造成了线虫对气味分子的特异感知。这一气味分子通道指令线虫不要和少消耗脂肪,而线虫的脂肪主要储存在肠道,如果肠道内储存的脂肪没有消耗,并且增加,线虫就会变胖。 对于线虫的这种研究能取得比较直接的因果关系结论,因为线虫体细胞数目固定,神经元的成分、位置和连接网络也很清楚,能够让人观察到从感觉神经元,如嗅觉神经元到外周器官的调控过程。而且,线虫通体透明,采用实验室的受激拉曼散射显微技术可以直接观测脂质变化并定量分析。 这个研究证明,2-丁酮这种有甜味的分子如果被线虫闻到,就会改变线虫的脂肪代谢,不再消耗脂肪,让线虫变胖。至于人类是否有这样的气味分子通道,以及什么样的食物香味可以让人发胖,还有待未来的研究来发现。 南方周末特约撰稿 张田勘
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