日本研發可修複末梢神經新材料

 

受損末梢神經的治（zhì）療（liáo）方式之一（yī）為移植管狀人工神經。但這一方式僅適用於受傷等導致神經（jīng）切斷的情況，無法用（yòng）於患者的腕管綜合征（zhēng）等卡壓性神經（jīng）受損病例。

 

日本物質與材料研究機構與大阪大學組成（chéng）的研究團隊發布消息稱（chēng），現已成功研發出可直接（jiē）纏繞受損末梢神經、用於治（zhì）療手足麻木與疼痛的布狀新材料。新材料會釋放出具神經再生效果的維（wéi）生素B12，並在神經修（xiū）複後自然分解（jiě）。

 

據報道，研究團隊對成為原料的塑料結構下功夫，製作（zuò）直徑約為頭發絲千分之一的數百納米細纖（xiān）維，製成了含維生素B12且（qiě）可纏繞神經的柔軟網狀物。隨後將其移植到坐骨神經受損的小白鼠上，六周（zhōu）便可恢複與正常小白鼠相同程度的運（yùn）動與神經信（xìn）息傳遞功能。

 

目前（qián）團隊力爭在（zài）手掌根部附（fù）近神經受卡壓致使手（shǒu）指感（gǎn）到麻木的“腕管（guǎn）綜合征”等治療中投（tóu）入實（shí）際運用。

 

 

美國能源部成立生物能源化（huà）學催化（huà）聯盟

致力於開發新（xīn）型生物（wù）能源應用催化材料

 

生物質能源（yuán）技（jì）術是指利（lì）用“農林廢物資源、工業廢（fèi）物資源、城市垃圾資源”為原料，添加木炭粉、粘合油（yóu）劑、助燃劑等添加劑（jì），生產加工出傳統能源或者替代能源的科學技術。由於生物質（zhì）的獨特性質（例如高氧（yǎng）含量、高含水量、高度（dù）酸性），加上為石油工業開發的許多材料不能轉化為生物能源應（yīng）用（yòng），開發用於生物能源應（yīng）用（yòng）的催化劑存在獨特的挑戰。

 

美國能源部下屬的生物能源技術（shù）辦公室（BETO）宣（xuān）布成立生物能源化學（xué）催化聯盟（ChemCatBio），希望通過支持新催化（huà）材料的開發，為實現國內生物經濟的可持續發展鋪平道路。

 

該聯盟由七個美國能源部國（guó）家實驗室組成，旨在甄別和克服（fú）生（shēng）物質轉化過程中的催化挑戰。生物能（néng）源化學催（cuī）化聯盟將為商業生物能源應用帶來新的催化材料，催化速度至少為現有材料的兩倍且成本降至當前的一半，以促進生物能源技（jì）術行業（yè）的持久發展。該聯盟將利用（yòng）美國能源部國家實驗室（shì）獨有（yǒu）的能力，加速（sù）開（kāi）發用於生物質衍生燃料和化學品商（shāng）業化的催化劑和相關技術，從而強化（huà）能源安全和國家在全球生物經濟中的領導地位。

 

美國海軍研究實驗室部署首台

激光粉末床金屬3D打印設備（bèi）

 

據概念（niàn）激光公司官網2017年2月27日報道，近日，美國海軍研（yán）究實驗室（NRL）選購了德國概念激光公司美（měi）國分公司的（de）金屬3D打印技術進行零件快速成型和材料研究，包括3D打（dǎ）印設備、在（zài）線質量監控係統以及自由設計定製參（cān）數軟件（jiàn）等。

 

美國海軍研究實驗室將（jiāng）使用概念激光公司的最新（xīn）設備——M2熔化機製造複雜不鏽鋼部件。這是該實驗室的第一台（tái）激（jī）光粉末床金屬3D打印設備。

 

在打印過程中，監控激光熔化係統的數據（例如溫度、電能質量和激（jī）光輸出等）非常重要。因此（cǐ），海軍研究實驗室除部署（shǔ）M2熔接機之外，還通（tōng）過QMmeltpool 3D質量保證監（jiān）控（kòng）係統，對成形質量（liàng）進行原位監控。該係（xì）統采用一個光（guāng）電二極管和一（yī）個攝像（xiàng）頭通過具有精確定位功能的激光光學器（qì）件，對（duì）熔池位置和（hé）熔化強度進行同軸監控，可提供與位置相關的三維可視化和實時監控。該（gāi）係統將幫（bāng）助海軍研（yán）究實驗室檢測設計中的任何缺陷，並查看“應用（yòng）程序是否處於可接（jiē）受性的邊緣”。

 

為了幫助其工程師（shī）開（kāi）發一些定製（zhì）參數，並實現設計自由，海軍研究實驗室還利（lì）用（yòng）CL WRX Parameter 2.0軟件。通過該軟件，用戶可以為零件的每個特定區域配置不（bú）同的參數，也可為不同的單（dān）元配置不同曝光策略（luè），從而形成具（jù）有多個參數（參數（shù）配置給（gěi）每個單元）的零件。這（zhè）使得零件第一次被正確地3D打印（yìn）的可能性更大，進而可降低技術風險並且可以提高成形質量。

 

美國海軍（jun1）研究實驗（yàn）室相關人員表示，實驗（yàn）室需要多元化的增材（cái）製造能（néng）力，如：質量監測、過程參數開發、增材製造體係架構等，用於指導研究和開發工作。

 

美國Fabrisonic公（gōng）司

突破超（chāo）聲波增（zēng）減材混合製造（zào）技術

 

據（jù）3ders網站（zhàn）2017年2月23日報道, 美（měi）國俄亥俄州一家金屬3D打印技術公司Fabrisonic近日（rì）獲得一項新的美國（guó）專（zhuān）利（專利號為9446475），專（zhuān）利內容是采用一種（zhǒng）能在其（qí）已有超聲波增材製造（zào）（UAM）設備中協同定位增材（cái）、減材單元的技術。該公司以超聲波增材製造技術而著稱，宣（xuān）稱此（cǐ）項專利進一步提高了（le）其（qí）金屬混合3D打（dǎ）印設備的能力。 

 

這項新的（de）專利技術，超聲波增材製造焊接頭（tóu）變成了一台標準數（shù）控銑床CAT50刀（dāo）庫中的一個（gè）工具，通過協同定位數控銑床中的焊接和（hé）銑削功能，能夠提高混合增材製造（zào）設備的精（jīng）度，且在無需增大設備體積的同時提高了（le）零件（jiàn）製造尺寸。此項專利是該公司（sī）申請的第10項超聲波增材製造技術專利。此項專利技術繼續鞏固了該（gāi）公司在開發金屬增材製造設備方麵的領導地位。

 

該技術於1999年由Dawn White發明，2011年，Fabrisonic公司首先開始進一（yī）步技術開發。目前，Fabrisonic是唯一一家使（shǐ）用該技術的公司。這項創新性的技術使用聲波來逐層熔融金屬薄片來成形三維結構。這意味著整個成形過程不需要很高的溫度，可在正常的工廠環境（jìng）下使用。 

 

UAM技術的另一個優點（diǎn）在於其混合增材/減材係（xì）統，新專利正（zhèng）致力於提升該係統能力。該公司研發的設備是在一台（tái）商用3軸數控銑（xǐ）床上增加（jiā）其具有知識產權的焊接頭來進行增材（cái）製造。先用（yòng）焊接（jiē）頭近淨成形（xíng）三維結構，然後用數控銑床進（jìn）行精密（mì）加工。Fabrisonic的（de）混合係統可生產公差為+/-0.0005英寸的零（líng）件。該設備的增減材混合製造特征使（shǐ）其更易（yì）於應用於零部件維修，因為用於增材製造（zào）的聲波焊接頭可逐層重建磨（mó）損或損（sǔn）壞的（de）零件。 

 

Fabrisonic公司現有（yǒu）兩款產品（pǐn），分別是SonicLayer4000混合設備和SonicLayer7200，成形（xíng）尺寸分別為（wéi）24英寸×36英寸和6×6×3英尺。這樣大的成形尺（chǐ）寸得益（yì）於UAM技術（shù）的（de）快速成形能力，速度可達每小時15~30立（lì）方英寸。

 

 

 

新技術提高複合材料的導電和導熱（rè）性

 

美國複（fù）合材料世界網站2017年1月（yuè）11日（rì）報道，薩裏大學與布裏斯托爾大（dà）學（xué）及航空航天公司龐巴迪合（hé）作，已經開（kāi）發（fā）出一項新技術,可以提高傳統（tǒng）複（fù）合（hé）材料的導電性和熱導率。這項技術涉及將碳納米管生長到碳纖維的表麵，以此來改善複（fù）合材料性（xìng）能（néng）。研究人員認為,這（zhè）項技術對航空工業發展具有深遠的（de）意義，可用於除冰及減（jiǎn）少高空巡（xún）航（háng）時形成燃油蒸汽。研（yán）究表明碳纖（xiān）維增強複合材料未來將向多功能方向發展，同時仍然保持其結構完整性。新功能包括傳（chuán）感器、能力采集照明和通信（xìn）天（tiān）線等現在都可以集成到複（fù）合材料結構中。未（wèi）來，碳納（nà）米管改性碳（tàn）纖維複合材（cái）料會帶來多個令人興奮的可能應用，如有自愈能力的能量收集和存儲結構（gòu）。目前，研究人員正致力於這些原型（xíng）件的開發。由於碳纖維複合材料導電性差，目（mù）前航空航天工業（yè）仍然依賴於金屬銅網的形式,提（tí）供雷擊保護和防止表麵靜電積累。這增加了碳纖（xiān）維複合材料的重量和製造難度。研究人員開發的高質量的碳納米管以高密度生長在碳纖維上，實現了複合材料整體導電。

 

 

美國（guó）研究人員成功驗證

可傳遞光電化學組合信號的腦機接口微纖維

 

據麻省理工（gōng）網站2017年2月22日報道，人類首次（cì）利用直徑類似（sì）於頭發的彈性單（dān）纖維成功地將光學、電氣和（hé）化學信號組合傳輸到大腦中，將兩年前首次提（tí）出的想法付諸實踐。通過些許調整，進一步改善該彈性纖維的生物兼容性，這（zhè）種新（xīn）方法（fǎ）為了解大腦不同區（qū）域功（gōng）能和互相（xiàng）關（guān）聯（lián）信息提供了一種快速改進方法。這種新纖維由材料科學家、化學家、生物學家和其他專家聯合研（yán）發。 

 

該纖維旨在模仿大腦組織的柔軟性和靈活性，這樣能夠讓（ràng）植入物留（liú）在適當位置。與使用堅固金屬纖維相比，植入物功能的（de）保持（chí）時間更長（zhǎng），從而允許研究人員收集更（gèng）多數據。例如（rú），在用實驗（yàn）室老鼠進行試驗時，研究人員能（néng）通過纖維中（zhōng）的兩條流道向老鼠注射攜帶基因（名為視蛋白）的病毒載體，使（shǐ）神經元具有感光性。注射後，專家們等待視蛋白見效，然後通過（guò）中央的光波導發送光脈（mò）衝，利用六個電極精確（què）查找到具體的反應，記錄（lù）最終的神經活性。所有這一（yī）係列活動僅僅通過200微米（mǐ）（相當於人類頭（tóu）發的直徑）的靈活（huó）單（dān）纖維（wéi）完成。 

 

以往的神經係統科學研究工作通常分別利用針頭設備注射光遺傳學用（yòng）的病毒載體（tǐ），利用光纖進行光（guāng）傳輸（shū），再利用電極陣列進行記錄，這一做法複（fù）雜度非常高，必須及對不同設備（bèi）進行精確調整的需求。研究人員認為在實踐中精確（què）校（xiào）準多少有點概率的問題，如（rú）果能有一個可（kě）以承攬所有工作（zuò）的設備則效果會好很多。 

 

研究團隊（duì）經過多年（nián）的努力研製出這種新（xīn）纖（xiān）維，它能夠直接將病毒（含視蛋白）傳送到細（xì）胞中，然後刺激該病毒反（fǎn）應並記錄其活動 ，該纖維很（hěn）細小且具有生物兼容性，因此使用壽命很長。 

 

   由於每個纖維都很細小，因此研究人員我們能夠使用多個纖（xiān）維觀察不同的活動區域。在最初的實驗過程中，研究人員同時將探針放入兩（liǎng）個不同的大腦區域中，將所用的兩個大腦區域從一個實（shí）驗轉換到另一個實驗（yàn）中，並測量病毒在其中的反應時間。 

 

這種（zhǒng）多功能纖維成功的關鍵在於（yú）導線的開發，它必須能夠在維持所需靈活性的同時傳輸（shū）完整的電氣信號。在（zài）進行（háng）大量工（gōng）作後，該研究團隊設計（jì）出一種摻雜有石墨薄片的導電聚（jù）乙烯複合材料。這種聚乙烯最初會形成多層，噴灑石墨薄片後便進行了壓縮，之後再添加一（yī）層另一對聚乙烯（xī）層，進行再次壓縮，不斷重複。這（zhè）種方法將聚合物的導（dǎo）電性增加（jiā）了四倍或五倍，從而使電（diàn）極尺寸（cùn）能夠縮小同等倍數。 

 

該纖維迫（pò）切需要解決（jué）的（de）問題是（shì）在注射遺傳物質後，神經元需要多久才會變得（dé）感光。研究團隊（duì）稱，之間的（de）時間結（jié）果僅僅是近似（sì）值，而現在能夠更加精確地算出（chū）時間。最終證明（míng），最（zuì）初實驗中所用（yòng）的特異性敏化劑起作用的時間約為11天。 

 

該團隊正（zhèng）在（zài）研究進一步縮小纖維直徑，使其特性更接近於神經組織的特性。雖然世界各地很多的研究團隊已經要求（qiú）在（zài）其自身的研究中使用新纖維樣品進行（háng）實驗，但（dàn）是接下來的設計挑戰是使用更為柔軟（ruǎn）的材料與臨近的組織真正地匹配。

 

美國勞（láo）倫斯（sī）利弗莫爾國家實驗室

開發3D打印航空碳纖維複（fù）合材料

 

據（jù）美國勞倫斯利弗莫爾國家（jiā）實驗室網站（zhàn）2017年02月28日報道，美國勞倫斯（sī）利弗莫爾國家實驗室(LLNL)已成功開發出可3D打印（yìn）的航空級碳纖維複合材料（liào），為在航空領域應用這種更好控製和更易優化的輕質、高強度材料奠定了（le）基（jī）礎。2月（yuè）28日，該研究成果在“Nature Scientific Reports”上發表，凸顯出碳纖維微擠出3D打印技術發展的重大進步。碳纖維複合油墨從定製（zhì）的直接油（yóu）墨書寫（xiě）(DIW)3D打印機中擠（jǐ）出，最終構成火箭噴嘴的一部分。首席研究員、論文的第一作者Jim Lewicki解釋，碳（tàn）纖（xiān）維複合材料通常以兩種方（fāng）式（shì）製造：通過將纖維物理地纏繞（rào）在心軸周圍，或者將纖維編織成像柳條筐一樣，導致（zhì）成（chéng）品限於平坦或圓柱形形狀。由（yóu）於性能問題，製（zhì）造商還是傾向於過（guò）度使用材料，這樣會使得部件更重，也更（gèng）昂貴，並且超出（chū）必需而且更浪費。研究人員通（tōng）過改進直（zhí）接墨水書寫(DIW)3D打印機的打印（yìn）過程，打印出了幾個（gè）複雜的3D結構。Lewicki和他的團隊還開發並獲（huò）得（dé）了一種新的化學品，可以在幾秒鍾而不是幾個小時（shí）內（nèi）固化材料，並利用實驗室的高性能計算能力發（fā）展了碳纖維絲流動的精確模型。3D打印的能力為碳纖維提供了新的自由空間，研究人員表示，他們還能控製部件的微觀結構。該材料也具有傳導性，允許在結構內布設定向傳熱通道。研究人員透露，最終的材料可以用於製造高性能的飛（fēi）機機翼，一側絕緣、不需要在空（kōng）間旋（xuán）轉的衛星組件，還有可以從身體吸收熱量的可穿戴物。研究人員接下來將開始進行過程優化，找出放置碳纖維最佳位置以（yǐ）便最大限度提（tí）高性（xìng）能。研究人員還與商業、航（háng）空航天和防務合作夥伴進行了探討，以（yǐ）推進該（gāi）技術的未來發展（zhǎn）和應用。

 

 

 

瑞典科學家在植物中構造出

導線和超級電容器

 

據瑞典林雪平大學網站（zhàn）2017年2月28日報道，2015年11月瑞典林雪平大學的科研團隊通過促使玫瑰植株（zhū）吸收聚合物溶液，導電水凝膠（jiāo）在玫瑰莖內形成導電線路（lù），從而將玫瑰植株轉化為全功能晶體管，驗（yàn）證了可以（yǐ）創造電子植物或（huò）“發電植物”的可能，引發了廣泛關注。近期，該團隊（duì）的科研人員又開發了（le）一種專門用於植物電子應用的寡聚體材料，這種材料無需任何外部觸發即（jí）可（kě）在玫瑰植株內部聚合，不僅（jǐn）可在植物莖（jīng）內、還可以在葉子和花瓣中生成導電絲，並可用於能量儲存。試驗證實，形成的玫瑰植株能量儲存裝置可以反複充電數百次而（ér）不降低性能（néng），能量儲存等級與超（chāo）級電容器相當。研究人員表示（shì），目前該係統未做任何形式的優化，但明顯具備驅動離子泵和其他類型傳感器的潛力。該項研究的成果已經發表在《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》雜誌（zhì）上（shàng），論文題目為《In vivo polymerization and manufacturing of wires and supercapacitors in plants》。

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