近日，《科学》杂志报道了一项关于神经元突触研究的新成果，来自日本庆应义塾大学医学院的研究人员人工合成一种突触组织蛋白，其具有恢复谷氨酸能神经元回路的作用，对于神经系统疾病的防治具有重要参考价值。突触是神经元间的特化结构，由突触前膜，突触间隙和突触后膜组成，是维持神经元相互联系的基本单元，神经递质释放和神经元的整合是突触的重要功能。谷氨酸能神经元是脑内重要的兴奋性神经元,谷氨酸可作用于少突胶质前体细胞,并在发育过程中影响髓鞘形成。以往的研究表明，神经元突触在整个生命过程中会发生结构和功能的变化，这些变化可能会导致兴奋性信号和抑制性信号不平衡，从而引发自闭症谱系障碍，癫痫，精神分裂症和阿尔茨海默氏病等神经系统疾病。如果能够通过一种人工蛋白，对其结构和功能进行控制，将可能修复或重塑神经元回路，降低其对神经系统的不利影响。 鉴于此，研究人员设计并表征了一种结合了小脑蛋白1（Cbln1）和神经元五肽毒素1（NP1）结构元件的合成突触组织因子，称为CPTX。CPTX可以与突触前神经毒素和突触后AMPA型离子型谷氨酸受体相互作用，并在体内和体外诱导兴奋性突触的形成。CPTX分别在小脑性共济失调、阿尔茨海默氏病和脊髓损伤的小鼠模型中恢复了突触功能、运动协调、空间和背景记忆以及运动。因此，将其作为一种神经元结构导向生物制剂的原型，将对于神经元回路的修复或重塑产生重要作用。综上，该研究为开发用于基础神经科学以及神经系统疾病治疗的各种创新分子工具提供了思路。参考文献：KunimichiSuzuki,JonathanElegheert,InseonSong,HiroyukiSasakura,OlegSenkov,KeikoMatsuda,WataruKakegawa,etal.Asyntheticsynapticorganizerproteinrestoresglutamatergicneuronalcircuits,[J]science.2020.DOI:10.1126/science.abb4853

生物质能是传统能源的理性替代品，是一种用之不尽的可再生能源，利用现代技术将生物质能转化为生物燃料和生物化学品的研究受到广大科研人员的关注。木质纤维素作为应用最为广泛的生物质能源之一，在生产高价值化学品、生化试剂（尤其是有机含氧化合物）方面具有巨大潜力。近年来，光催化木质纤维素转化制化学品已经发展为生物质高效利用的新兴研究领域。近日，《科学》杂志上的一篇研究成果报道，瑞士研究人员发现异质微生物群降解木质纤维素产生短脂肪酸，发现了生物质能转化为有价值的生化试剂的新途径。 短链脂肪酸也称挥发性脂肪酸，指碳原子数小于6的有机脂肪酸，主要包括乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸、异戊酸、戊酸。研究人员设计了一种多样微生物联合培养策略，可将木质纤维素直接转化为短链脂肪酸，还可将木质纤维素碳水化合物转化为乳酸，乳酸是食物加工过程的核心中间体。空间小生境有助于原位纤维素分解酶的产生，这是通过好氧真菌传递给兼性厌氧乳酸菌和形成产物的厌氧菌实现的。通过将酪酸梭状芽胞杆菌、产碱韦荣球菌或埃氏巨球形菌加入到乳酸平台，每吨山毛榉木可生产196公斤丁酸。丁酸具有非常广泛且重要的化工用途，是合成香料以及其他精细化工产品的原料，主要用于丁酸酯类和纤维素丁酸酯的合成。该研究为丁酸等短链脂肪酸的制备和生产提供了全新的方法，具有环保、便利且成本低的优点。参考文献：RobertL.Shahab,SimoneBrethauer,MatthewP.Davey,AlisonG.Smith,SilviaVignolini,JeremyS.Luterbacher,MichaelH.Studer.Aheterogeneousmicrobialconsortiumproducingshort-chainfattyacidsfromlignocellulose.DOI：10.1126/science.abb1214

受蚯蚓、章鱼、水母等自然生物的启发，科学家们开始探索制造软体机器人。软体机器人通常由柔性智能材料制备而成，如有介电弹性体（DE）、离子聚合物金属复合材料（IPMC）、形状记忆合金（SMA）、形状记忆聚合物（SMP）等等。其智能材料的性质影响着软体机器人的结构和驱动方式。开发可以将外部能量（例如热能，光能或化学能）转换为机械能以实现可控的变形驱动的软智能材料，对于无束缚软机器人的开发具有重要价值。近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究人员与香港理工大学的科研人员利用在拉伸和压缩下叠层石墨烯（SGA）会表现出不对称弹塑性，制备了一种高度可编程的智能材料，并以此制造了无束缚软体机器人,同时展示了其用于人工肌肉和可重构器件的可行性。 石墨烯是具有优异的光学、电学、力学特性的二维碳材料，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，也被认为是开发软体机器人的优异候选材料。研究人员对堆叠石墨烯组件（SGA）的研究表明，它在拉伸下表现出高可塑性，在压缩下表现出高弹性。基于非对称弹塑性的这一发现，他们将SGA层转移到聚乙烯（PE）薄膜上得到了SGA/PE双层膜。该双层膜响应于周围温度的变化而表现出敏感的变形行为，具体来说，当环境温度升高时，它会随着SGA层的包裹而卷曲，而当温度降低到初始值时，它将变得平坦化。更有趣的是，如果将准备好的SGA/PE双层膜在受限的空间中进行加热、回火处理，它将自发卷成卷，并在其中包裹PE层。通过更改SGA膜的厚度，布局和分布，或者应用不均匀的局部回火，可以使用SGA/PE双层膜实现具有可逆变形能力的更复杂的2D和3D结构。这些说明，SGA/PE双层膜是一种具有成本效益，且可高度编程的智能材料。得益于该材料可编程的变形行为，SGA/PE双层被用于构造各种驱动系统，例如仰卧起坐机器人，人造虹膜，人造睡莲等。更重要的是，与普通的双层执行器不同，SGA/PE双层材料可以自发卷曲成卷，甚至可以在侧向红外（IR）照明下实现滚动运动，从而产生不受束缚的软体机器人。软体机器人可以响应各种外部刺激，形成所需的几何形状，承受机械载荷并执行推进和驱动来实现复杂的变形行为来适应各种非结构化环境，功能化应用多样，与人类的交互也更安全，该智能材料的开发对于无束缚软体机器人的开发具有重要意义。参考文献：Wang,S.,Gao,Y.,Wei,A.etal.Asymmetricelastoplasticityofstackedgrapheneassemblyactualizesprogrammableuntetheredsoftrobotics.NatCommun11,4359(2020).DOI:10.1038/s41467-020-18214-0