原創 Cell Press CellPress細胞科學 收錄於話題#iScience一周編輯精選24個
交叉學科
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iScience（《交叉科學》）
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iScience中國編輯李健與張甜甜
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混合納米發電機研究進展
隨著世界對可替代能源需求的增加，綠色能源收集的發展變得越來越重要。因此，摩擦發電機(TENG)、壓電發電機(PENG)、熱釋電納米發電機、電磁發電機(EMG)、太陽能電池和電化學電池的發明引起了人們對將機械、熱能、磁性、太陽能和化學能轉換成電能的興趣。為了充分利用周圍環境產生的能量，人們設計發展能夠同時以各種形式收集能量的雜化發電機組。這些系統可以滿足一系列電子設備的能源需求，並適應各種工作環境。中科院北京納米能源與系統研究所楊亞課題組從結構、工作原理和應用等方面介紹了混合納米發電機的最新進展。這些研究表明了開發混合技術和新裝置的新方法，以便有效地從多種來源收集環境能源。
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新興神經形態器件及其應用的原子級厚度二維材料
二維(2D)層狀材料及其異質結構有望構建未來類腦神經形態計算裝置。他們具有獨特的特性，如接近原子級厚度，表面無懸掛鍵，高機械健，和電子/光學可調性。這些傳統電子材料無法達到的特性對於構建高性能的人工神經元和突觸尤其有希望，具有高效節能的操作性、高集成密度和卓越的可擴展性。中佛羅裡達大學Yeonwoong Jung教授綜述了石墨烯、過渡金屬二滷化合物、六方氮化硼和黑磷等多種二維神經形態材料的研究進展。從材料性質、適用性和設備操作原則方面充分討論了神經形態應用的前景。此外，提出了基於二維材料或其異質結構的最新的示範神經形態裝置。最後，介紹了二維材料成功應用於大型設備及其材料質量控制所面臨的挑戰，以及這些新興材料的未來前景。
比較試驗下對「快速眼動睡眠的首要功能是溫暖大腦」觀點的質疑
快速眼動（REM）睡眠是哺乳動物和鳥類在非快速眼動（NREM）睡眠後出現的一種自相矛盾的覺醒樣腦活動狀態。對於哺乳動物來說，在NREM睡眠期間大腦降溫，在REM睡眠期間大腦變暖，這可能會使大腦在醒來時做好適應性操作的準備。如果使大腦變暖是REM睡眠的主要功能，那麼它也應該發生在其他狀態相似的動物身上。法國裡昂第一大學Paul-Antoine Libourel團隊和馬克思·普朗克鳥類研究所Niels C. Rattenborg團隊發表最新研究，測量了鴿子、鬃獅蜥蜴的大腦皮層溫度。鬃獅蜥蜴在大腦活動類似於清醒時會表現出類似NREM的睡眠，以及類似REM的睡眠。鴿子的皮層溫度在NREM睡眠期間降低，在REM睡眠期間升高。然而，當蜥蜴從類NREM睡眠切換到類REM睡眠時，大腦溫度並沒有升高。這一發現表明，大腦變暖並不是以覺醒類活動為特徵的睡眠狀態的普遍結果，這挑戰了REM睡眠狀態的主要功能是溫暖大腦，為清醒做準備的假設。
介導細菌—腸道—腦串擾的群體感覺依賴性通訊通路的鑑定
儘管最近腸道微生物群對人類健康和疾病的貢獻開始為人所知，但我們對腸道—腦軸的細菌—宿主溝通途徑仍然不甚了解。英國謝菲爾德大學David Grundy及合作者發表最新研究，提供了腸道神經元能夠獨立於宿主免疫系統「感知」細菌的證據。使用機會致病菌金黃色葡萄球菌的培養上清，我們證明了在高群體密度下具有神經調節特性的介質的釋放。這些介質在外源性感覺傳入神經上誘導雙相反應，增加培養的感覺神經元的膜通透性，並改變腸運動和分泌。對金黃色葡萄球菌的遺傳操作揭示了兩類關鍵的群體感應調節的成孔毒素，它們分別介導外在感覺神經的興奮和抑制。因此，細菌介質有可能直接調節腸腦通訊，從而影響體內的腸道症狀和反射功能，導致感染的穩態、行為和感官後果。
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太赫茲人工表面等離激元邏輯門
邏輯門是集成光子電路中的重要元件。天津大學韓家廣教授團隊以太赫茲頻率演示了一組以表面等離極化激元波導實現基於線性幹涉的的基礎邏輯運算的邏輯門。採用超表面等離激元源將自由空間太赫茲輻射耦合成表面波，然後用漏鬥形超表面有效地將表面波耦合到domino結構上的波導中。一個馬赫-曾德爾波導幹涉儀可以作為四種邏輯功能的邏輯門:AND, NOT, OR和XOR。通過級聯兩個這樣的幹涉儀，也可以實現NAND和NOR操作。實驗結果與數值模擬結果吻合較好。該邏輯門具有緊湊的尺寸和高強度對比輸出1和0狀態。本工作可以用以實現更加複雜的功能並且對未來的太赫茲集成計算有很大的參考價值。
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小鼠和人視網膜的代謝特徵：視杆細胞vs視錐細胞、黃斑細胞vs外周細胞、視網膜vs RPE
光感受器，特別是富含在人類黃斑中的視錐細胞，對能量的需求很高，這使它們容易受到新陳代謝壓力的影響。光感受器及其支持的視網膜色素上皮（RPE）代謝功能障礙是導致視網膜退行性疾病的重要原因。然而，視錐細胞和黃斑如何支持它們過度的新陳代謝需求，以及如何與RPE溝通尚不清楚。通過對代謝產物的攝取和釋放以及代謝基因的分析，美國西維吉尼亞大學Jianhai Du團隊發現富含視錐的視網膜和人類黃斑具有共同的代謝特徵，在丙酮酸代謝、線粒體TCA循環和脂質合成方面都有上調途徑。人類神經視網膜和RPE具有截然不同但互補的代謝特徵。視網膜代謝主要集中在NADH的產生和神經遞質的生物合成上。視網膜需要天冬氨酸來維持有氧糖酵解和線粒體代謝。RPE代謝的方向是NADPH的產生和富含乙醯基的代謝物、絲氨酸等的生物合成。RPE消耗多種營養物質，包括脯氨酸，為視網膜產生代謝物。
摩擦發電和壓電納米發電機用於未來的柔性機器人和機器
摩擦納米發電機(TENG)和壓電納米發電機(PENG)是最近開發的兩項技術，用於有效收集環境機械能，以創造自供電系統。TENGs和PENGs的開路輸出電壓大、成本低、製造簡單、轉換效率高等優點使它們能夠應用於新型柔性傳感器、可穿戴設備、柔性機器人和機器應用。英國巴斯大學Chris Bowen教授團隊綜述了摩擦發電和壓電裝置的最新進展，這些裝置被用作柔性機器人和機器的自供電傳感器和能量收集器；還討論了結合這兩種機制優點的雜化方式。為了提高系統性能和效率，人們研製了具有多功能性的自供電柔性系統。包括光學傳感、透明度、自愈性、耐水性、光致發光，或在惡劣環境下工作的能力，如低溫、高溼度或高應變/拉伸。最後，提出了未來的研究方向。
腫瘤壞死因子轉錄後調控嚴重受損導致胚胎死亡
轉錄後調控機制通過核糖體控制mRNA的穩定性或轉錄效率，最新證據表明它是細胞因子mRNA準確水平的主要決定因素。腫瘤壞死因子的轉錄調控已經有了廣泛研究，它對快速誘導腫瘤壞死因子mRNA和炎症急性期的調節非常重要，而對其轉錄後調控的研究則主要局限於富AU元件（ARE）的作用，構成衰變元件（CDE）的作用對其影響較少。澳大利亞沃爾特和伊萊扎•霍爾醫學研究所Philippe Bouillet團隊發表最新研究，研究者在腫瘤壞死因子的3』非編碼區中發現了另一個調控元件（NRE），並證明了ARE、CDE和NRE能在體內協同有效地下調腫瘤壞死因子的表達，預防自身免疫性炎症性疾病。研究者還發現過多的腫瘤壞死因子可能會導致胚胎死亡。
空氣汙染暴露可通過染色質動力學改變擾亂晝夜節律
顆粒物≤2.5μm（PM2.5）空氣汙染是一個主要的環境風險因素，極大地增加了全球的非傳染性疾病負擔。美國凱斯西儲大學Sanjay Rajagopalan團隊發表最新研究，研究者對比了長期單純PM2.5暴露與PM2.5暴露合併夜間光線暴露（LL）對新陳代謝的影響。PM2.5暴露會導致外周胰島素抵抗、晝夜節律（CR）紊亂以及代謝和棕色脂肪組織（BAT）紊亂，類似於LL暴露（PM2.5和LL之間沒有相互作用）。對肝臟和BAT的轉錄分析顯示，CR基因發生了廣泛而獨特的變化，ATAC-seq顯示了CR基因的不同啟動子和增強子對PM2.5的響應。ChIP-seq顯示，組蛋白去乙醯化酶2、3和4在PM2.5暴露後下調，而組蛋白乙醯化轉移酶p300的啟動子佔有率增加。這些發現表明，PM2.5通過表觀遺傳調節晝夜節律靶點，在CR幹擾和代謝功能障礙中起到了先前未知的作用。
人類母乳中檢測到抗SARS-CoV-2的強效特異性分泌型IgA反應
儘管保護嬰幼兒免受新冠肺炎的侵襲對於限制社區傳播、防止嚴重疾病和死亡至關重要，但我們對母乳中的SARS-CoV-2免疫反應仍不甚了解。美國西奈山伊坎醫學院Rebecca L. Powell團隊對8名新冠肺炎康復者和7名新冠肺炎疑似者的母乳樣本進行了與SARS-CoV-2刺突蛋白結合的抗體（Ab）檢測。結果顯示所有樣本都表現出顯著的特異性IgA反應，80%的樣本表現出顯著的IgA和分泌型抗體與受體結合域（RBD）的結合。此外，67%的樣本顯示IgG和IgM與RBD結合。IgA和分泌型抗體滴度高度相關，說明大多數IgA是sIgA。研究數據總體表明，感染後母乳中sIgA佔優勢的SARS-CoV-2抗體反應在絕大多數個體中是可以預期的。非常有必要進行後續研究，以確定抗體的功能，開發母乳提取的SIgA用於治療的潛力。
原標題：《混合納米發電機最新研究進展 | iScience一周編輯精選 2020年第29期》
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