科学家首次实现用无创CRISPR法敲除焦虑基因

科学家首次实现用无创CRISPR法敲除焦虑基因心理健康是我们生活中不可或缺的一部分。心理健康不佳会影响我们的幸福感、工作能力以及与家人、朋友和更广泛社区的关系。焦虑症——包括广泛性焦虑症、恐慌症和社交焦虑症——的特征是过度恐惧和担忧，严重到足以导致严重的痛苦或功能受损。根据世界卫生组织(WHO)的数据，2019年全球有3.01亿人患有焦虑症，其中包括5800万儿童和青少年。他们还注意到，随着COVID-19大流行的爆发，焦虑症的患病率增加了25%。虽然焦虑症通常通过日常药物治疗，但这可能会产生副作用，而且对某些人来说，并不能缓解他们的焦虑症状。现在，研究人员已经开发出一种非侵入性方法，可将CRISPR/Cas9基因编辑技术输送到大脑，以敲除与小鼠焦虑和抑郁相关的基因。他们表示，这是首次成功展示能够通过血脑屏障实现基因改造的无创CRISPR/Cas9递送。顾名思义，血脑屏障(BBB)是一种结构和功能障碍，可阻止细菌和病毒等有害物质通过血液进入大脑，同时允许必需的营养素进入。虽然这对为了维护我们的健康，BBB非常有效，可以防止治疗剂进入大脑。使用CRISPR/Cas9进行精确基因编辑已显示出治疗各种疾病的巨大潜力，包括肌肉萎缩症、HIV和肺癌。CRISPR系统使用一种酶(Cas9)，该酶在向导RNA(gRNA)的指导下剪切出DNA的特定部分。它可以去除有问题的基因，例如导致疾病的基因。但是，与其他治疗剂一样，BBB对CRISPR系统提出了挑战。在当前的研究中，研究人员对CRISPR/Cas9系统的鼻内递送进行了实验，以查看它是否能成功穿过BBB并敲除调节血清素可用性的血清素受体(HTR2A)基因。这种神经递质执行许多功能，包括调节情绪。血清素过少与焦虑和抑郁有关，这就是为什么患有这些疾病的人经常服用选择性血清素再摄取抑制剂(SSRIs)，这会增加大脑中的血清素水平。鼻内递送的治疗剂通过鼻腔内的神经通路到达中枢神经系统。它不仅是一种实用的递送方法，而且是无创的。研究人员将一种病毒载体，即一种灭活的腺相关病毒(AAV)，注入小鼠的鼻子，将gRNA传递给大脑中的神经元，使其能够与目标HTR2A基因结合，随后该基因被Cas9切除。AAV通常用作递送CRISPR/Cas9载荷的载体，因为它们被认为是安全的并且引起免疫反应的可能性很低。研究人员使用了AAV9亚型，这是一种高效载体，可将载荷运送到整个中枢神经系统的神经元。在施用基因编辑包五周后，使用明暗行为测试和大理石掩埋测试来测试小鼠的焦虑。在明暗测试中，小鼠可以选择探索明亮的房间还是黑暗的房间。焦虑的老鼠往往会在暗室里呆更多的时间。对于大理石掩埋试验，将玻璃弹珠以网格状放置在锯末中，并允许小鼠在固定时间内探索笼子。焦虑的老鼠会埋下更多的弹珠。研究人员发现接受治疗的小鼠HTR2A表达减少了8.47倍。关于大理石掩埋测试，与对照组相比，这些小鼠掩埋的大理石数量减少了14.8%。而且，对于光暗测试，经过处理的小鼠在光照盒中停留的时间明显增加（增加了35.7%），并且进入光照盒的次数也更多（增加了27.5%）。这些结果与用苯二氮卓类地西泮治疗的小鼠相当，后者在光照盒中的时间为40%，这导致研究人员得出结论，他们的HTR2A靶向治疗与药物的效果相当。“我们的结果表明，即使神经元基因编辑的百分比很低，也观察到了显着的抗焦虑[减少焦虑]效果，”研究人员说。“CNS[中枢神经系统]内的递送是使用无创鼻内递送平台完成的，该平台可以绕过BBB，这通常是CRISPR/Cas9等大型货物的主要障碍。”研究人员表示，他们的概念验证研究表明，某些特征可以长期改变，这对开发治疗焦虑和抑郁的新药物具有重要意义，尤其是对那些对药物有抵抗力的人。该研究发表在PNASNexus杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1366587.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1366587.htm

科学家开发出突破性微型光纤激光器 更锐利、更小巧、更智能

科学家开发出突破性微型光纤激光器更锐利、更小巧、更智能基于氮化硅光子集成电路的全封装混合集成铒激光器的光学图像，可提供光纤激光器相干性和以前无法实现的频率可调谐性。资料来源：AndreaBancora和YangLiu（洛桑联邦理工学院）光纤激光器使用掺杂稀土元素（铒、镱、钕等）的光纤作为光增益源（产生激光的部分）。光纤激光器能发出高质量的光束，输出功率高，效率高，维护成本低，经久耐用，而且体积通常比气体激光器小。光纤激光器也是低相位噪声的"黄金标准"，这意味着它们的光束可以长期保持稳定。尽管如此，人们对芯片级光纤激光器微型化的需求仍在不断增长。基于铒的光纤激光器尤其令人感兴趣，因为它们符合保持激光器高相干性和稳定性的所有要求。但是，要实现光纤激光器的微型化，就必须在小尺度上保持其性能。现在，EPFL的刘洋博士和TobiasKippenberg教授领导的科学家们制造出了首台芯片集成的掺铒波导激光器，其性能接近光纤激光器，将宽波长可调谐性与芯片级光子集成的实用性相结合。这一突破发表在《自然-光子学》（NaturePhotonics）上。制造芯片级激光器研究人员采用最先进的制造工艺开发出了芯片级铒激光器。他们首先在超低损耗氮化硅光子集成电路的基础上构建了一个一米长的片上光腔（一组提供光反馈的反射镜）。刘博士说："尽管芯片尺寸小巧，但我们却能将激光腔设计成米级长度，这要归功于这些微oring谐振器的集成，它们能在不增大设备物理尺寸的情况下有效延长光路。"然后，研究小组在电路中植入高浓度铒离子，选择性地产生激光所需的有源增益介质。最后，他们将电路与III-V族半导体泵浦激光器集成，以激发铒离子，使其发光并产生激光束。基于掺铒光子集成电路的混合集成激光器的光学图像，该激光器具有光纤激光相干性和以前无法实现的频率可调谐性。资料来源：YangLiu（洛桑联邦理工学院）为了完善激光器的性能并实现精确的波长控制，研究人员设计了一种创新的腔内设计，其特点是基于微孔的Vernier过滤器，这是一种可以选择特定光频的光学过滤器。滤波器可在很大范围内对激光波长进行动态调整，从而使其在各种应用中都能发挥作用。这种设计支持稳定的单模激光，其内在线宽仅为50Hz，非常窄，令人印象深刻。它还具有显著的边模抑制功能--激光器能够以单一、稳定的频率发光，同时将其他频率（"边模"）的强度降至最低。这确保了高精度应用在整个光谱范围内的"干净"和稳定输出。这种芯片级铒光纤激光器的输出功率超过10mW，边模抑制比超过70dB，性能优于许多传统系统。它还具有非常窄的线宽，这意味着它发出的光非常纯净和稳定，这对于传感、陀螺仪、激光雷达和光学频率计量等相干应用非常重要。基于微光的Vernier滤波器使激光器在C波段和L波段（用于电信的波长范围）内具有40nm的宽波长可调谐性，在调谐和低光谱尖刺指标（"尖刺"是不需要的频率）方面都超越了传统光纤激光器，同时与当前的半导体制造工艺保持兼容。将铒光纤激光器微型化并集成到芯片级设备中可降低其总体成本，使其可用于电信、医疗诊断和消费电子等领域的便携式高度集成系统。它还可以缩小光学技术在其他各种应用中的规模，如激光雷达、微波光子学、光频合成和自由空间通信。"这种新型掺铒集成激光器的应用领域几乎是无限的，"Liu说。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434644.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1434644.htm

科学家调查触及太空边缘的逆向闪电

科学家调查触及太空边缘的逆向闪电据CNET报道，2018年5月14日暴风雨期间在俄克拉荷马州上空形成了巨大喷流。与其说是用锯齿状的闪电散布在地球上，不如说是为这场风暴提供动力的浓密云层将一道闪电向上喷出50英里，足以擦过电离层或太空的边缘。这种猛烈的、逆向的电力爆发很快就会被列为自然界最神秘的大气现象之一：一个巨大喷流。巨大喷流只是与普通闪电一起诞生的发光光束，但指向相反的方向。但它们比朝下的对应物强得多，有时甚至威胁到漂浮在我们星球轨道上的太空飞行器或其他技术。而这个特定的是令人难以置信的强烈。它被认为是迄今为止所研究的同类事件中最强大的，估计携带了300库仑的电荷，比典型的闪电所携带的电荷多100倍。在过去的20年里，科学家们已经确定了几种这种奇怪的力量，但其中许多目击事件是公众意外捕捉到的。例如，一架从印度巴德拉克上空经过的飞机拍摄到了一条紫色条纹，另一个是在中国石坑崆海拔1902米的山顶附近用夜间相机拍摄到的。2013年，美国宇航局在国际空间站上增加了一个实验，以帮助更好地、更积极地观察云顶上方的场景，以便我们能够捕捉到巨大喷流的行动。尽管如此，科学界仍然没有很多为搜索而定制的观测系统。这就是为什么俄克拉荷马州2018年的事件是偶然的。碰巧的是，这一极端事件发生在该州一堆相关的科学仪器附近，如卫星网络和检测所谓的"极高频信号"的闪电测绘系统。该地区的一位公民科学家甚至用弱光相机拍下了它。因此，根据所有这些线索，一组科学家收集了尽可能多的关于这架飞机的数据，试图对四年前发生在俄克拉荷马州天空中的事情进行详细描述。佐治亚理工学院的研究科学家、8月3日发表在《科学进展》杂志上的一篇关于该结构的论文的作者LeviBoggs在一份新闻稿中说：“我们能够用真正高质量的数据对这个巨大喷流进行三维绘图。”这样的三维结构在寻求解码巨大喷流的过程中非常重要，因为它们从云层中升起意味着它们经常被遮挡在视野之外。Boggs说：“我们能够看到云顶之上的非常高的频率源，这在以前是没有看到过的，而且是如此的详细。而这些甚高频信号提供了一个关于巨大喷流的信息‘金矿’。”基本上，从雷雨云中发出的闪电是由引线和流线的组合产生的。引线是电荷差异的结果，有助于发展闪电，而流线则是在这些发展中的闪电的最顶端。这些力量共同作用于传播来自暴风云内部的电流，但引线通常构成了放电的主体。新研究的研究人员首先明确地看到，在俄克拉荷马州的事件中，巨大喷流产生的引线和流线位于雷暴云的上方，而不是在它们通常被发现的底部。其次，“无线电和光学数据显示了第一个明确的证据，即闪电网络观察到的VHF是由首领前面的流线产生的，”研究作者写道。“那些冷流在云顶上方开始传播，”Boggs解释说。“它们一直传播到低电离层，高度为50-60英里，在云顶和低电离层之间建立了直接的电气连接。”除此之外，研究小组还剖析了许多其他有趣的巨大喷...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1302217.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1302217.htm

科学家在"闪电化石"中发现奇怪的新物质

科学家在"闪电化石"中发现奇怪的新物质在2012年夏天的一场雷雨中，闪电击中了佛罗里达州新里奇港的一棵树，闪电熔化了树根周围的土壤和沙子，形成了一种被称为弗古拉石的结构，外号"闪电化石"。该物业的业主发现并将闪电石卖给了南佛罗里达大学（USF）的地质科学家马修-帕塞克。由于雷击的极端能量所产生的奇怪的化学反应，闪电石可以成为耐人寻味的矿物宝藏。而当南加州大学的研究小组打开这块石头时，他们发现了一种奇怪的亚磷酸钙的新形式。帕塞克说："我们从未见过这种材料在地球上自然出现--在陨石和太空中可以找到类似的矿物，但我们从未在任何地方见过这种确切的材料。"通过详细检查这块被雷劈后的石头，研究小组拼凑出了这种材料可能的形成过程。众所周知，在佛罗里达这样的潮湿地区，铁会在树根周围积聚，而雷击导致铁燃烧，并与树根周围沙子中的硅融合。同时，树本身的碳也燃烧了，这些元素一起发生了化学反应，形成了闪电化石和其中新的亚磷酸盐材料。当研究小组试图在实验室里重新创造这种新材料时，他们无法得到正确的配方。这表明这种材料的形成需要非常特殊的条件，例如如果加热时间过长，它就会变成陨石中发现的类似矿物。该团队计划继续调查这种材料，以弄清它是否有资格作为一种新的矿物被正式宣布。这项研究发表在《自然-通讯-地球与环境》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1354359.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1354359.htm

科学家们正为美国最强大的激光器ZEUS的首次实验做准备

科学家们正为美国最强大的激光器ZEUS的首次实验做准备美国本周将开启高功率激光实验的新时代，科学家们正在为密歇根大学的Zetawatt等效超短脉冲激光系统(ZEUS)的首次实验进行最后的准备工作。该仪器被描述为美国最强大的激光系统，它将帮助研究人员探索广泛的现象，包括量子物理学、太空和下一代癌症治疗。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1316535.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1316535.htm

科学家开发出激光冷萃咖啡技术：能大大缩减制作时间

科学家开发出激光冷萃咖啡技术：能大大缩减制作时间德国的研究人员创造了一种以激光为动力的萃取系统，其泵出冷饮的速度大概是传统方法的300倍。冷泡咖啡需要24小时左右的时间来浸泡，即便是最先进的设备，也只能将这一时间缩短到12小时左右。据了解，来自德国杜伊斯堡大学的一个化学研究小组已经开发并展示了一种超快、激光充电的冷泡过程--只需几分钟，就能在创纪录的时间内提供冷泡的味道和大部分化学成分。该技术源自激光合成和处理胶体(LSPC)领域，这种方法通常用于炸开溶剂溶液中的金属固体并创建悬浮纳米颗粒的溶液。研究人员采用了一个掺钕钇铝石榴石激光器，然后调谐到532纳米并创造了125皮焦的脉冲，持续时间仅为10皮秒。他们将其脉冲穿过跟水混合的咖啡粉溶液，每秒约8万次，持续3分钟，从未使温度升高超过几度。研究人员将得到的溶液进行过滤并跟24小时的冷饮和一杯热的滴滤咖啡进行了比较。激光咖啡的酸度跟24小时的冷泡咖啡几乎相同，另外明显低于热咖啡。重要的芳香物质trigonneline在冷泡咖啡中含量最高，在热泡咖啡中含量最低，而激光咖啡则介于两者之间。激光咖啡中没有发现热咖啡或冷咖啡中没有的物质。在这些实验中，激光技术咖啡的咖啡因水平更接近于热咖啡，但研究人员指出，激光技术提取咖啡因的速度极快，只要在激光下多呆几分钟，咖啡因和trigonneline的水平就可能提高到跟冷泡咖啡相当的水平。其他挥发性芳香化合物如吡啶和双酚只存在于冷冲和激光冲泡的咖啡中--当你冲泡热咖啡时，它们会蒸发掉从而产生华丽的热冲气味，但在味道方面却消失了。发表在《自然》杂志上的一项研究指出：“总而言之，我们为所有的咖啡变体记录了类似的（化学）特征。冷泡咖啡和PS-激光咖啡显示出最高的生物碱浓度，而热咖啡中的生物碱含量则有所下降......。ps-激光提取的咖啡的化学成分跟传统的冷泡咖啡非常相似。”眼下这个阶段还没有进行主观的味道或嗅觉测试，研究人员对此指出，他们需要进行更深入的化学分析来满足食品安全法规。另外他们还指出，还需要对激光器的参数进行一些调整并对他们想尝试的过程进行其他改进。但该团队已经将目光锁定在商业化上，并希望为咖啡馆、活动和接待中心开发激光萃取咖啡系统。这项技术还可能对茶和抹茶产生有趣的影响，另外，研究人员还不打算就此止步。该研究的炉温第一作者AnnaRosaZiefuss博士在一份新闻稿中说道：冷泡咖啡只是一个开始。我们目前正致力于开发其他冷饮的配方。”考虑到咖啡制作的最新趋势能够迅速席卷更多的男人发髻和小胡子的郊区，如果Ziefuss和她的团队能够以合理的价格将一个有效的系统投入生产，那么大家将可以看到激光咖啡得到稳固的发展。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1301975.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1301975.htm