http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2011-11-27
美造出可在低能近红外光分解的高分子材料
本报讯（记者常丽君）据美国物理学家组织网11月17日（北京时间）报道，最近，美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校研究人员宣布，他们开发出一种能在低能红外光下分解的高分子材料，并成功地对首个新材料进行了实验，为低能近红外光（Low-power NIR）提供了一种可用于活有机体中的响应材料，在临床诊断与治疗、设计新型人体组织方面都有广阔的应用前景。相关论文发表在美国化学协会杂志《高分子》上。
近红外光能穿透皮肤10厘米以下进入身体组织内部，而且能以极高的时空精确度远程实施，在诊断和治疗疾病方面有很大的应用价值，而且低能量的近红外光不会对身体组织造成伤害，但却一直没有与这种波长范围的光响应的生物材料作为载体。领导该研究的艾达·奥姆塔莉解释说，如果有一种材料，受到近红外光照射后会分裂，人们就能在其中装满抗癌药物注入肿瘤，然后用近红外光照射以释放出药物。而目前的近红外响应材料必须在高能近红外光照下才能分解，这样会伤害细胞和组织。
研究小组开发出一种新的聚合物材料，能在低能近红外光照射下发生响应分解。通过一种多悬挂体聚合物保护群的光分解作用，引发了一连串环化作用和重组反应，导致聚合物骨架的降解。而且即使照射能量足以导致大量的聚合物分解，这种材料在分解前后对细胞无伤害。
“这是第一个能响应无害照射而分解成小分子的聚合物材料。”研究人员说，用低能近红外光照射，新材料会破碎成小片，对于周围组织是无毒的。因此可以把它们放入植入式“水凝胶”中（也就是含有各种灵活材料的水），用水凝胶携带能释放药物或成像剂的新型聚合物材料，以响应近红外光的照射。
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觉得这种技术成果遥远而茫然？我们不如用事实来说话——实验里，这块新的高分子材料，在接受25秒单光子吸收的紫外线照射、21分钟双光子吸收的近红外光照射后，损失了50%的分子量。这几个数据的意义，证明即便是上述那种对生物无害级别的激光能量，都足以导致该聚合物的明显解体，以方便人们“灌药”或“取药”。再加上该物质在发生降解前后，都不对细胞构成危害的特性，其或已表明，人们第一次拥有了具备应用于生命活体潜质的近红外感光材料。
[科技日报]
美开发出超快纳米级发光二极管
本报讯（记者张巍巍）据美国物理学家组织网11月16日（北京时间）报道，斯坦福大学工程学院的研究团队研发出一种超快的纳米级发光二极管（LED），能够以每秒100亿比特的速度传输数据，并比当前以激光为基础的系统装置能耗更低。研究人员表示，这是为芯片上的计算机数据传输提供超快、低能耗光源的重要步骤。相关研究报告发表在15日出版的《自然·通讯》杂志上。
科研人员表示，低能耗的电控光源是下一代光学系统的关键，这能够迎合计算机行业日益增长的能源需求。传统上，工程师认为只有激光才能以极高的数据传输速率和超低能耗进行通讯。而此次研发的单一模式LED能发射单一波长的光，与激光十分相似，能像激光一样执行相同任务，且消耗的能量更低。
研究人员在新装置的中心，插入了若干座砷化铟“小岛”。当电脉冲通过时，它们能产生光。这些“小岛”的周围包裹着光子晶体（在半导体上蚀刻的微孔阵列），能像镜子一般将光线弹射聚集至装置的中央，使它们囚禁于LED内，并被迫按单一频率产生共鸣，从而形成单模光。
现有设备基本是由激光发光器与外部调制器两个装置构成。两种装置都需要消耗电力，而新款二极管将发光器和调制器的功能整合到一个装置内，大大降低了耗能量。科学家表示，新款设备可达到目前最高效设备能源效率的2000倍至4000倍。平均而言，新款LED装置能以每比特0.25飞焦（10-15焦耳）的耗能量传输数据，而当下典型的低能耗激光设备也需要消耗500飞焦来传输单个比特，其他技术则耗能更多。
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将发光器和调制器合二为一，是目前最高效设备能源效率的2000—4000倍，能以每秒100亿比特的速度传输数据，这种能耗低、速度快，比激光还厉害的新款二极管，听起来没法不叫人欢欣鼓舞。而一旦这一激动人心的成果应用于实践，日益紧张的能源问题或将得到极大的缓解，因埋怨电脑速度慢而摔烂鼠标的现象也将成为过去。前景光明，任重道远。唯有祈盼这一美好的愿景不会让我们等待太久。
[科技日报]
新材料可连续两周发出近红外光
据美国物理学家组织网11月21日（北京时间）报道，美国佐治亚大学的研究人员开发出一种新材料，暴露在阳光下一分钟后可在两周内发出近红外光。该材料可广泛应用于军事、医疗及太阳能电池领域。相关论文发表在《自然·材料》杂志网络版。
研究人员最先研究的材料为三价铬离子，这是一种著名的近红外光发射源。当暴露在光线下，其电子从基态快速转移到一个更高的能量状态。随着电子返回基态，以近红外光释放能量。但三价铬离子发光的时间一般较短，通常为几毫秒。在最新的研究中，研究人员采用锌矩阵和锗酸镓构建迷宫“陷阱”，其化学结构可以捕获和储存激发能量，并在室温下将储存的能量以热能的方式释放回铬离子，发出近红外光的时间可长达两周。
研究人员花了3年时间不断完善配方。最初的材料只能发出几分钟的近红外光，通过调整成分比例、烧结温度和时间，最终使材料的发光时间长达两周。不过研究人员相信，他们尚未找到最佳配方，该材料还有改进的余地。
研究人员还用了1年时间，在室内、室外、晴天、阴天、雨天及淡水、咸水等各种环境中测试材料。结果发现，即使漂白水中腐蚀后，该材料的性能仍能保持3个月不变。
研究人员认为，这种材料将在军事、医疗和太阳能电池方面有着广泛的应用。在军事方面，可利用该材料制成陶瓷光盘，或将其粉末与涂料混合，作为照明光源，供配备了夜视装备的部队使用。在医疗上，可将其与纳米粒子组配在一起，与癌细胞结合，将癌细胞的转移视觉化。此外，由于这种材料具有非凡的存储和转换太阳能的能力，有望应用其制造更高效的太阳能电池。（记者 何屹）
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一分钟阳光暴晒换回两周近红外光照明，这样的“交换”看似惊人。在这场受能量守恒定律制约的“交换”中，近红外光的低频、低能是照明时间超长的原因之一。其实，在美国科学家的新发现中，比超长照明时间更吸引眼球的是新材料吸收和转化太阳能的高效率。追溯地球食物链的源头，绝大部分都是绿色植物和太阳能，因此找到高效吸收、转化太阳能的方法，实际就是找到直接、高效应用能源的方法。这对于面临能源紧缺的地球来说，大概是治标治本的方法之一。
[科技日报]