一周前沿汇总：生物材料、3D、超材料

1光合作用解密：超级膜蛋白复合体中国科学院生物物理研究所，通过单颗粒冷冻电镜技术，在3.2埃分辨率下解析了菠...

光合作用解密：超级膜蛋白复合体



中国科学院生物物理研究所，通过单颗粒冷冻电镜技术，在3.2埃分辨率下解析了菠菜的光系统II-捕光复合物II超级膜蛋白复合体（PSII-LHCII supercomplex）的三维结构。在每个菠菜PSII核心复合物的外周，结合了主要捕光复合物LHCII三聚体和次要捕光复合物CP29和CP26。该项工作首次解析了CP29的全长结构和CP26的结构，首次揭示了LHCII、CP29以及CP26向核心天线复合物CP43或CP47传递能量的途径。发现了这三个不同外周捕光复合物与核心复合物之间相互装配和识别的机制和位点。对在光保护过程中发挥作用的潜在能量淬灭位点进行了定位。合理解释了它们在介导二者之间装配以及稳定超级复合物方面的作用。该项研究工作于5月18日在《自然》（Nature）期刊作为长篇主题论文（Article）在线发表。

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常春藤里的最强胶水



美国科学家研究发现常春藤根部的粘液主要成分是由非常均匀的球形纳米阿拉伯半乳聚糖糖蛋白（AGPs）颗粒。当水分蒸发后，纳米颗粒团聚，进而形成胶膜，由于Ca2+ 的作用，AGPs的羧基之间发生交联，果胶多糖进一步提升了胶膜的粘结强度，最终形成强大的粘性，将常春藤贴在墙面上。科学家将进行提纯的AGPs纳米颗粒、果胶多糖和Ca2+  融合，研制出了类似的“自然胶水”。由于常春藤纳米颗粒不含毒性金属，可作为更安全的药物定向运输系统，还可用于组织工程学中，该成果发表于5月23日的《美国科学院院报》（PNAS）期刊。

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空中打印：3D快速实体预览



康奈尔大学的Huaishu Peng和Rundong Wu开发了一个快速生成3D打印预览实体的解决方案——空中打印（On-The-Fly Print）。它能实现3D打印与CAD设计的平行。当基元（primitives）被添加到数字模型上时，定制化的Mini Kossel delta式3D打印机就会以低保真的线框表现形式将其实例化。在创建数字模型的过程中，设计师根据需要修改数字模型，而3D打印机也会同步对实体模型进行修改。这一新的3D打印系统由一个连接到CRAMPS 2.0模块的Beagle Bone Black（BBB）驱动，打印喷嘴达到1mm，可以在32秒内完成一个28×28×28毫米的线框结构。

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3D打印钛金属存致命缺陷



美国宾夕法尼亚州卡耐基梅隆大学(CMU)研究发现，3D打印钛金属存在巨大缺陷。研究采用应用最普遍的Ti-gAl-4V（6%的铝和4%的钒），采用高强度同步辐射X射线和微断层摄影工具，分析由电子束熔融（EBM）和选择性激光熔融（SLM）技术3D打印的钛金属件发现，打印过程中，粉末融化时气体会被困在液体层中，从而在3D打印的金属部件中形成孔隙。这些孔隙大小不一，很难通过处理完全去除，会明显降低钛金属件的抗疲劳能力。研究结果发表在《Journal of Minerals, Metals, and Materials Society》，文章名为《Evaluating the Effect of Processing Parameters on Porosity in Electron Beam Melted Ti-6Al-4V via Synchrotron X-ray Microtomography》。

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吃豆人：纳米金属切割石墨烯



金属纳米粒子作为催化剂在氢气氛下切割石墨烯，由于环境温和，能更好的保证样品质量。中国科大合肥微尺度物质科学国家实验室首次揭示了金属纳米粒子切割石墨烯的机理——即“吃豆人”模型。金属纳米粒子与石墨烯接触时，石墨烯边缘的碳-碳键被附近的金属原子弱化直至切断，形成的悬挂碳原子处于多个金属原子包围中，在悬挂键断裂后被吞入金属纳米粒子内部。这一过程类似吃豆人游戏中的吃豆过程，该研究成果以“The Nanoparticle Size Effect in Graphene Cutting: A ‘Pac-Man’ Mechanism”为题于5月24日发表在Angew. Chem. Int. Ed.上。

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让声音放慢的超构材料



中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室与其合作单位，设计了一种螺旋式超构材料并应用该材料实现了声速减慢和波束相位调控。螺旋式超构材料是通过波阵面在传播过程中的旋转来实现超高的等效折射率，从而极大地减慢波束。该方法不涉及材料的色散和结构的共振，从而可以在很宽的频率范围内工作。同时通过微调基本构造单元的螺旋度，可以轻松实现对波相位在0到2p范围内的调控。利用该超构材料形成的阵列，实验上成功地实现了自加速无衍射波束的产生。这一研究成果于5月20日发表在《Nature Communications 》杂志上，题目为《Implementation of dispersion-free slow acoustic wave propagation and phase engineering with helical-structured metamaterials》。本平台长期欢迎投稿，请点击阅读原文查看详情。相关阅读：

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