韩国大邱庆北科学技术学院研究团队提出了一份开发“人工嗅觉系统”的路线图。这类嗅觉系统利用金属有机框架（MOF），能像人的鼻子一样捕捉气味，并借助人工智能（AI）技术对气味进行解析。相关论文发表于近期《材料科学进展》杂志。
生物嗅觉系统(a)和基于MOF的人工嗅觉(b)的比较
| 图源：（材料科学进展）杂志 |
人工嗅觉系统又称“电子鼻”，是一种让AI学习并分析多个传感器在接触气味分子时所产生的信号模式的技术。尽管它在食品安全、环境污染监测、有害气体检测和疾病诊断等领域潜力巨大，但传统传感器材料在选择性、响应速度和工作条件上仍存在明显局限。
团队将MOF视为突破这些局限的关键。MOF是由金属离子与有机化合物结合而成的多孔材料，能通过其微观孔隙高效吸附气味分子。更妙的是，它们的结构和化学性质可按需定制，因而被认为是下一代传感器材料，即便在室温、低功耗条件下，也能灵敏地“嗅”出各种气味。
值得一提的是，团队借用了人类嗅觉的基本原理来诠释电子鼻技术。人类仅凭数量有限的嗅觉受体，就能分辨出无数种气味，原因在于一种气味会同时激活多种受体，编织出独一无二的信号组合。受这一“组合编码”原理启发，团队系统性地提出了一系列具有不同响应特性的MOF传感器，以及与之配套的基于AI的信号分析策略。
团队将基于MOF的电子鼻技术分为三类：MOF、MOF复合材料和MOF衍生物。MOF是拥有多孔性和可定制框架的基础平台；MOF复合材料与MOF衍生物则有助于提升灵敏度、稳定性和选择性。当它们与机器学习、深度学习等分析技术相结合时，便能对复杂的气味信号进行更为精准的辨识和解读。
团队表示，这项研究弥合了材料研究与基于AI的气味识别研究之间的鸿沟，同时为开发面向特定应用的智能电子鼻绘制出一条清晰的路线图。基于MOF的电子鼻未来有望在疾病诊断等医疗保健、空气质量和工业安全监测、智能农业，乃至自动驾驶汽车与机器人的化学感知等诸多领域大显身手。
作者：刘霞 来源：科技日报
在新一代人工智能(AI)、大数据、云计算等产业高速发展的背景下，如何破解高性能芯片散热的难题广受关注。
国际难题
中国科学院金属研究所-宋鸿武研究员及中外合作团队另辟蹊径，最近成功研发出一种基于电化学沉积增材制造(即3D打印)的新型热管制造技术，一举攻克截面“Ω”形槽道热管内部“梯度多孔铜吸液芯”难以原位成形的国际难题，为高性能芯片散热提供了关键材料支撑。
截面像希腊字母Ω的槽道管
| 图源：中国科学院金属所 |
据悉，图形处理器(GPU)、张量处理单元(TPU)等高性能芯片的算力需求当下呈指数级增长，导致功耗大幅攀升。同时，芯片封装尺寸不断缩小，使得热流密度急剧升高，狭小空间内的散热问题成为制约算力释放与系统可靠性的关键瓶颈。
作为电子散热领域兼具性能与成本优势的主流方案之一，现有梯形、矩形等沟槽式微热管已接近传热性能上限，急需开发新一代齿形设计，以突破毛细极限和热阻瓶颈。
截面像希腊字母Ω(欧米伽)的新型槽道热管，有望成为下一代电子散热的主流方案，其弧形结构能产生更强的吸力，Ω形使内表面积进一步增大，并且可完美实现液-汽分离运行，理论上导热能力可达纯铜的1000倍。
不过，Ω槽道内壁太光滑，如果覆盖一层多孔铜，就能像海绵一样利用细密的孔隙产生毛细力，辅助液体回流。更理想的是，这层孔的尺寸要从底部到顶部逐渐变大——底部用纳米级小孔产生强力“抽吸”，顶部用微米级大孔减少流动阻力，这样液体就能“上得快、流得顺”。
然而，Ω槽道形状复杂，内部空间狭窄，用传统粉末烧结或机械加工方法无法在里面“雕”出这种梯度多孔结构，这道难题已困扰业界多年。
优异性能
在本项研究中，宋鸿武团队联合白俄罗斯科学院、江西耐乐铜业有限公司，把Ω铜管泡在特制的铜盐溶液里，用电镀方法实现铜离子在槽道表面一层一层“生长”出来。
本项研究提出的多孔铜结构的电化学沉积增材制造方法
| 图源：中国科学院金属研究所 |
研究人员进一步通过精准控制电流和时间，使铜原子像搭积木一样，从底部到顶部逐渐改变堆叠的疏松程度，自然形成孔径从几十纳米到几微米的连续梯度变化，整个过程就像在微观世界里“种”出一片孔洞大小渐变的珊瑚礁。
这种“种”出来的梯度吸液芯，具有优异性能：毛细吸力是传统铜粉烧结结构的2倍，这意味着液体回流速度翻倍，极大降低“烧干”风险；装配这种新型吸液芯的Ω槽道热管，单管可散热的功率比传统直槽管提高了1倍。
此外，本项研究开发的工艺无需二次组装，一步完成梯度吸液芯与Ω槽道的牢固结合，彻底解决了传统烧结或填充工艺中结构匹配性差、界面热阻高等问题。
这项研发突破不仅解决了Ω槽道与梯度吸液芯“一体化制造”的国际难题，也可为高温高热流密度场景提供一种全新的散热思路。
作者：孙自法 来源：中新网
每次心跳不仅由大脑控制，还由嵌入心脏内部的神秘神经系统所调控。如今，研究小鼠的科学揭示了这一复杂系统是如何运作的——即使在极度压力下，它也能保持心脏平稳跳动。这一发现挑战了“所有心脏神经元都相同”的传统观点，有望为心脏病治疗提供更好的指导。日前，相关研究成果已发表于《细胞》。
一组神经元帮助小鼠心脏保持平稳跳动
而另一组神经元则在急性应激情况下为心脏提供缓冲保护
| 图源：Steve Gschmeissner/science photo library |
“关键在于无论发生什么，都要确保心脏保持正常功能。因为一旦泵血功能停止，人就会死亡。”论文通讯作者、美国耶鲁大学医学院神经科学家常瑞表示。
就像肠道中广为人知的“第二大脑”一样，心脏也拥有自己的“微型大脑”——“心脏内源性神经系统”。这个神经元网络嵌在包围心脏的脂肪垫中，不仅与大脑进行信息交流，彼此之间也相互传递信号，是控制心脏功能的漫长神经元链的最终环节。但是，由于心脏内源性神经元极其稀少，仅占心脏组织细胞总数的约0.01%，因此其确切作用一直难以确定。
为填补这一空白，常瑞团队通过基因工程技术改造了小鼠，使其所有心脏神经元都能被标记出来。科学家对从这些神经元中分离出的基因进行了测序，并确定了两种神经元亚型的标记物。随后，他们利用高分辨率成像等技术，确定了这些遗传上不同的亚型的核心功能，并绘制了它们在体内的位置图。
刺激其中一种被称为Npy+的神经元，会降低动物的心率；而破坏这些神经元则会导致心力衰竭和死亡。这些结果表明，Npy+神经元既能抑制心跳过速，也是维持心脏跳动所必需的。
相比之下，第二种亚型——Ddah1+神经元则显得更为神秘：无论是刺激还是消除这些神经元，似乎都对小鼠没有任何影响。
然而，有一天，论文作者、常瑞实验室的研究生徐倩（音）在为一只没有Ddah1+神经元的小鼠测量血压时，目睹了小鼠在测量过程中死亡。团队发现，2/3没有功能性Ddah1+神经元的小鼠在测量血压时死亡，而对照组动物未受影响。“在死亡前，它们的心率会突然下降，且再也无法恢复。”常瑞说。
研究人员怀疑压力是诱因——每只小鼠都被束缚在一个狭窄的管道里，尾部还绑着一个束带，他们尝试通过多种方式给这些动物施加压力。结果，大多数小鼠都死亡了。移除Ddah1+神经元似乎会使心脏更容易受到压力的影响。相反，刺激这些神经元则提高了小鼠的存活率。
结果凸显了大脑与心脏等其他器官的神经网络之间的相互依存关系。美国俄勒冈健康与科学大学的化学生理学家兼生物化学家Beth Habecker说，“这项研究将这一认识推向了新高度。神经系统的这些外周前哨所做的工作，不仅仅是接收大脑发来的信号并将其传递出去。”
研究还发现，新鉴定出的小鼠心脏神经元群体的标记基因在人类心脏神经元中也有表达。“毫无疑问，这两个系统之间存在相似之处。”美国加州大学洛杉矶分校的心脏病学家Kalyanam Shivkumar表示。
鉴于心脏内源性神经系统与心肌梗死、心力衰竭和心律失常等疾病之间的关联，了解这些神经元的功能至关重要。
“得益于神经科学疗法，将出现新一代的治疗方法。”Shivkumar说。同时，最新研究成果有望为更精准的介入治疗、非药物疗法以及潜在药物的研发提供指导。
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.06.040
作者：文乐乐 来源：中国科学报
在一块比邮票还小的微型芯片上，研究人员利用磁力轻轻“拉一拉”血管，便能引导毛细血管朝着预定方向生长。据近期《美国国家科学院院刊》报道，美国麻省理工学院构建了一种“芯片上的血管”模型，并借助磁力施加机械刺激，实现了对毛细血管生长方向、长度和数量的精准调控，为实验室构建具有完整血管网络的工程化组织提供了新方法。
人体最细的毛细血管仅有一根发丝直径的1/34，血细胞只能排成单列通过。它们承担着向组织输送氧气和营养物质的重要任务。没有血管网络持续输送氧气和营养，再逼真的人工组织也难以真正发挥功能。
此次构建的“芯片上的血管”模型由一条利用人体血管内皮细胞生成的中央动脉组成，周围包裹着富含营养物质的胶原蛋白凝胶，凝胶内嵌入一枚微型磁体。团队利用外部磁体驱动凝胶中的微型磁体前后移动，使中央动脉反复受到轻柔的机械拉伸。
实验发现，这种反复的机械刺激能够促进中央动脉萌发新的毛细血管。改变拉伸方向，新生血管会随之调整生长方向，而改变拉伸幅度，则能够控制新生血管的数量和长度。当凝胶被拉伸约5%时，会萌发更多毛细血管；拉伸幅度增加到15%时，新生血管数量有所减少，但长度明显增加。
过去，构建人工血管主要依靠生长因子等化学信号，或利用3D打印等技术，但这些方法难以精确控制血管生长位置和形态。相比之下，新方法利用可精确调控的机械刺激，为构建规则、有序的微血管网络提供了新的技术路径。
团队还进一步揭示了其中的生物学机制。他们利用基因编辑技术抑制内皮细胞中的PIEZO1基因后重复实验，结果发现，新生血管数量明显减少。PIEZO1基因编码一种对机械压力敏感的离子通道，实验表明，机械刺激正是通过激活这一离子通道促进血管生成。
目前，这项技术仍处于原型验证阶段。下一步，团队将尝试利用这一技术构建能够为人工组织和器官供血的有序血管网络，同时研究精确调控血管生长对人工肌肉功能的影响。
作者：张佳欣 来源：科技日报
美国芝加哥大学与阿贡国家实验室的化学家在近期《自然》杂志上发表研究报告，他们首次利用金属氮化物氮化镓制造出纳米晶体，为电子器件、柔性照明和医疗植入物等领域提供了新材料。
科学家首次用氮化镓制造出纳米晶体，此前这被认为是“不可能的任务”。
图为该晶体的电子显微镜图像。
| 图源：芝加哥大学 |
纳米晶体指尺寸在纳米量级的晶体材料，或具有晶体结构的纳米颗粒，一般小于100纳米，直径不足10纳米的纳米晶体常被称作量子点。2023年，三位科学家因量子点的发现与研究荣膺诺贝尔化学奖。纳米晶体在微小尺度下展现出令人惊叹的特性，比如发出绚烂的光，或加速化学反应进程。
理论上，纳米晶体几乎可由任何材料制成，但长久以来，科学家只能利用寥寥数种材料制造这些微观晶体。团队决心打破这一桎梏，他们将目光投向了金属氮化物。这类由金属与氮结合而成的材料，兼具坚固、生物相容、耐热和抗腐蚀等优点，早已深入现代技术与制造业。其中，从LED灯泡到笔记本电脑屏幕，氮化镓点亮了人们身处的多种场景。
然而，金属氮化物天然的稳定性和柔韧性虽让它们成为消费电子的宠儿，却给试图用其制备纳米晶体的化学家出了道难题。晶体形成时，金属离子与氮离子需在最终定型前彼此“换位”，犹如圆舞曲中交换舞伴一般。但金属氮化物中的化学键异常牢固，恰似探戈舞者紧扣双手，不愿松开。若这些强键无法暂时断裂，纳米晶体便无法形成。
团队提出的破解之道分两步走：首先，他们用熔融盐充当反应的“温床”，稳稳托住纳米晶体的成型过程；随后，他们精准捕捉到温度与氨压力的“黄金窗口”，让原本顽固的金属-氮键变得容易断开与重组。在此基础上，他们不仅造出了氮化镓纳米晶体，还成功制备出一系列其他氮化物纳米晶体，包括用于医疗植入物的氮化钛、工业上重要的超导体氮化铌，以及常见催化剂氮化钼。
这些材料不仅功能出色，成本也相对低廉。将它们制成纳米晶体后，其应用领域进一步扩大——除传统的刚性薄膜，它们未来还可掺入聚合物，借由喷墨打印融入织物或其他柔性设备。这突破了该领域长期以来的根本限制，为氮化物作为纳米材料大规模登场奠定了坚实基础。
作者：刘霞 来源：科技日报
新闻素材撷取：科学网
不分配图参考：摄图网
选取时段：2026年7月20日-7月26日
编辑排版： 建强伟业品牌宣传部
