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A chemical structures of compounds A-D used to-weave the crystalline patches by Dr. Panče Naumov, Material Scientist, NYU Abu Dhabi, USA

Panče Naumov教授和张红雨教授研究团队联合开发出首款柔性有机晶体的编织材料

Science and Technology /

Dr. Panče Naumov, Image credit: NYU Abu Dhabi Panče Naumov教授和张红雨教授研究团队联合开发出首款柔性有机晶体的编织材料 美国纽约大学阿布扎比分校智能工程材料中心及智能材料实验室的Panče Naumov教授和中国吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室的张红雨教授及其研究团队在智慧材料领域又取得了令人瞩目的突破，他们开发出了首款完全由柔性有机晶体制成的编织材料。这项创新性的工作最近发表在《自然通讯》上，它将传统的一维晶体转化为坚固而灵活的二维结构。这种材料的强度比原始晶体高出15倍，而且在极低温度下也能保持其灵活性，在柔性电子和太空探索领域应用具有巨大的潜力。 A chemical structures of compounds A-D used to-weave the crystalline patches, Image credit: Dr. Panče Naumov 这项研究代表了对有机晶体的理解发生了重大转变，因为传统上人们认为有机晶体是硬而脆的材料。该团队采用了一种创新的方法，将晶体编织成各种纹理，如平纹、斜纹和缎纹，从而产生了一种轻便但机械强大、在广泛温度范围内都表现出热稳定性的织物。这些性能超越了许多传统聚合物和弹性体材料。此外，这种材料的光学透明度为光学计算开辟了新的可能性，研究人员成功地使用这些编织晶体进行简单的逻辑功能实现。 该团队创造性地将历史悠久的编织技术应用在了晶体上。将细长的晶体结构编织成二维织物显著增强了其机械稳定性和坚固性。虽然在可扩展性方面仍然存在挑战，尤其是在选择均匀尺寸的晶体进行编织方面，但未来的自动化可能会简化这一过程，增强这项技术的实际应用。不同编织模式（如平纹、斜纹和缎纹）的机械强度差异也揭示了基于编织方法的多样化应用潜力。这些编织有机晶体在柔性电子和太空探索等领域具有巨大的应用前景。它们对低温和机械冲击的抵抗力，以及编织结构内的协同作用增强，使其具有独到的应用有价值。这项工作是与中国吉林大学长期合作的一部分，在该合作中采用常见的化学方法，已经开发了多种荧光特性的多样化材料库，增强了它们在各种应用中的实用性。编织有机晶体技术的发展标志着材料科学领域的一个重要里程碑。它挑战了人们对晶体作为刚性和不灵活物质的传统看法，揭示了它们作为适应性强、柔韧材料的潜力。这一突破不仅拓宽了它们在柔性电子产品以及其他需要柔韧材料的应用领域的前景，而且预示着材料科学的一个新时代。在这个新时代，柔性与结构的完美融合为技术进步开辟了新的前沿，巩固了这些创新材料在未来科学和技术创新中的重要角色。 Naumov教授的研究重点是智能材料，他的实验室在众多著名出版物中发表了很多智能材料研究工作，包括智能晶体和与石油化学相关的材料。这些智能材料对外部刺激（如光、热和机械力）做出响应，具有独特的特性，如耐用性、自我修复和适应性。他对这些材料的研究兴趣源于它们能够转换能量。这些晶体的动态响应能力也得到了广泛的研究，它们对外部刺激的适应性是一个显著特点，突显了材料属性与基本物理原理之间的相互关系。这个研究不仅推动了我们对智能材料的理解，还强调了基本物理原理在现代科学研究中的重要性。 向Panče Naumov教授和张红雨教授团队表示感谢，他们的工作为这一领域的进展作出了重要贡献。

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Ramagrama Stupa by Stefano Boeri Architetti, City planner, Archecture firm, Italy

重构灵性与生态：博埃里建筑设计事务所 (Stefano Boeri Architetti) 为尼泊尔的拉玛格拉玛佛塔制定的变革性总体规划

Architecture/Design /

Ramagrama Stupa, Image credit: Stefano Boeri Architetti 重构灵性与生态：博埃里建筑设计事务所 (Stefano Boeri Architetti) 为尼泊尔的拉玛格拉玛佛塔制定的变革性总体规划 坐落于尼泊尔帕拉西区（Parasi）贾哈里（Jharahi River）河畔的拉玛格拉玛佛塔（Ramagrama Stupa），是佛教世界中历史和精神性的灯塔。这个距离佛祖释迦牟尼的诞生地——蓝毗尼（Lumbini）东部50公里的神圣地点，正在经历一场变革性的复兴。著名的国际建筑和城市规划工作室博埃里建筑设计事务所（Stefano Boeri Architetti）公布了一项雄心勃勃的总体规划，旨在将祈祷、冥想和生态和谐在此圣地融为一体。 拉玛格拉玛佛塔（Ramagrama Stupa）是一座考古瑰宝，历史可追溯到佛教传统的最早时期，其特色是独特的绿色土丘，顶部有一棵雄伟的菩提树，树下安放著完整的佛陀舍利。这个遗址因其深刻的文化、历史和宗教意义而备受尊敬，现正在被重新构想为和平与生物多样性的纽带。 Ramagrama Stupa – External Stupa, Image credit: Stefano Boeri Architetti 在蓝毗尼举行的盛大仪式上，佛教僧侣、尼泊尔总理以及多国政要的见证下，博埃里建筑设计事务所展示了他们对拉玛格拉玛佛塔的愿景。这份总体规划是对“佛塔”的大胆诠释，旨在提升其作为考古奇迹和精神实践圣地的地位。 这个富有远见的项目核心是「和平草地」（Peace Meadow），这是一个专为冥想和聚会设计的广阔空间，包围着菩提树和佛塔。这个空间不仅仅是一个实体区域，而且是宁静和反思的体现。「和平草地」周围是生物多样性环形花园，它是生态意识和对自然崇敬的象征。这个花园是一个精心设计的斜坡，种植著70个不同品种的80,000株植物，这些植物经过精心挑选，代表了佛陀出生地德赖平原（Terai plain）的本地植物。 Ramagrama Stupa Biodiversity Ring Garden and Peace Meadow, Image credit: Stefano Boeri Architetti 博埃里建筑设计事务所的创办人博埃里（Stefano Boeri）在致词中强调了在这样一个具有重要精神意义的地点创造和平中心所面临的独特挑战和荣誉。设计尊重佛教经典中固有的丰富象征意义，提出生物多样性花园环作为佛教统一和多样性的见证。该计划预计将成为尼泊尔文化遗产的里程碑，以展示超越文化和国家界限的合作努力。 该项目尊重佛塔和菩提树的神圣性，保持适当的距离，以保护考古完整性并为未来的研究做好准备。设计包括一个渐进式的朝圣地方法，从四个象征不同方向的宏伟入口门开始，通往中心的山丘。通过入口门到山顶的旅程是精神朝圣的隐喻性表现，增强了佛塔的象征意义。 为了符合工作室将自然与建筑相协调的精神，总体规划中包括了「和平草地」，它被认为是一个沉思的开放空间。地面设计的灵感来自于曼陀罗，强化了该地点的精神和象征作用。生物多样性环形花园，其圆形的高架步道被树木遮荫，提供了对佛塔的全景视图，与周围的自然环境建立了深厚的联系。 该计划也向丹下健三（Kenzo Tange）的建筑遗产致敬，他于1978年为蓝毗尼博物馆制定了总体规划。新的祈祷和冥想中心将是可持续设计的体现，呼应了当地的建筑遗产并将环境影响降至最低。 Ramagrama Stupa –

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SnowyNight by Jialing Cai, Biologist, Ocean photographer, China

蔡佳灵(Jialing Cai)：深入探索海洋生物学与水下摄影世界－专访2023年海洋摄影师年度大奖获奖者

Photography /

Self portrait, Image credit: Jialing Cai 蔡佳灵(Jialing Cai)：深入探索海洋生物学与水下摄影世界－专访2023年海洋摄影师年度大奖获奖者 在这次独家专访中，我们深入探讨了海洋生物学和水下摄影的迷人世界，对话的主角是2023年海洋摄影师年度大奖的获得者蔡佳灵（Jialing Cai）。佳灵，一位毕业于哥伦比亚大学，主修生态学、进化生物学和环境生物学的硕士，分享了她从学术研究到深海探险的独特旅程。她对海洋生物学和水下摄影的热情不仅显示了她与水下世界的深刻联系，而且还强调了海洋生物学中错综复杂且常被忽视的方面。 从讨论她意外地攻读硕士学位的经历，到黑水摄影的驚奇探险，这次访谈展现了科学探索与艺术表达的交融。佳灵的旅程体现了她对于探索和记录海洋未知奇观的深刻承诺，把她的学术背景转化成了一种神秘而美丽的海洋生命镜头，让我们所有人都能够欣赏到。 与我们一同深入了解蔡佳灵选择海洋生物学的背后灵感、她将摄影与科学研究相结合的过程、黑水摄影的刺激与挑战，以及她凭借一幅迷人的纸鹦鹉螺图像赢得2023年海洋摄影师年度大奖的故事。这次访谈不仅是关于捕捉未知之物的成就，更是关于理解和欣赏海浪之下生命的复杂织锦，以及个人成长和演变的过程。 Ghost, Image credit: Jialing Cai 教育背景：你能否分享一下你的学术经历，尤其是你为何选择在哥伦比亚大学攻读生态学、进化论和环境生物学硕士学位的决定？答：我今年5月在哥伦比亚大学完成了生态学、进化生物学和环境生物学（E3B）的硕士学位。这两年的研究生学习在智力上很有满足感，但最初我选择入学并非出于学术抱负，而是作为逃避我尚未准备好面对的现实。 作为本科生，我主修生物学，专注于海洋科学，并将水下摄影作为爱好。尽管我喜欢生物学，但我缺乏追求传统生物学相关工作的动力，比如在制药公司工作。2019年毕业后，我发现自己失业，但我不愿将此视为失败，仍对海洋生物学充满热情。唯一明确的道路似乎是将我的爱好变成职业。 我自信地（也许是天真地）设想了自己的职业生涯，成为一名自由水下摄影师，考虑了如出售照片打印品、获得赞助和开展工作坊等收入来源。计划制定后，我向家人寻求支持。他们既不懂生物学，也不懂摄影，却慷慨地资助了我最初的努力，包括相机装备、潜水设备和旅游费用。 我在2019年下半年专注于在中国的微博上建立社交媒体影响力，并撰写关于我遇到的海洋动物的科普帖子。将摄影与科学描述和个人观察相结合，证明对于科学传播非常有效，我在六个月内吸引了5万名粉丝。赞助商和主流媒体开始表现出兴趣，我觉得自己即将取得突破，但随后疫情爆发。被困在家中两年无法潜水，我面对了自己雄心的脆弱性和未来的不确定性。不愿面对竞争激烈的就业市场，我认为重返学校是我唯一的避难所。 尽管当时感到胆怯，但我对海洋生物学的热爱仍是我的核心身份。我选择哥伦比亚大学的E3B项目，作为我人生旅程上的一次绕道。最初不情愿的妥协转变为一次令人满意的经历。在两年内，我完成了鱼类学、鸟类学、哺乳动物学、爬行动物学、矿物学、昆虫学和植物学的课程。这段智力之旅与生命的进化之路平行。 作为一名经常在夜晚出海的浮游生物摄影师，我在黑暗深处发现了神秘和冒险。然而，我的学习让我更加欣赏陆地世界，从纽约市公园中的含羞草到我阳台上不起眼的树木。疫情减轻后，我毕业并恢复了水下摄影，对生命的相互连结和多样性有了新的看法。即使在陆地上，我也能从自然世界的简单元素中找到慰藉。 Fireworks, Image credit: Jialing Cai 海洋生物学背后的灵感： 是什么最初激发了你对海洋生物学的兴趣？这些年来这种热情是如何演变？答：在我人生的前18年里，我与海洋没有任何身体或精神上的联系。我在中国内陆城市重庆长大，我的父母并不特别喜欢户外活动，因此我成为一名水下摄影师的道路既是随机，也是自发。 在大学的海洋科学讲座中，我的教授讨论了一种被称为浮游动物的昼夜垂直迁移现象。本质上，浮游动物是一群微小的动物，它们在夜间从深水迁移到浅水区，黎明时再返回深海。它们在开阔海域每天都会进行数百甚至数千米的垂直迁移。 这个描述如闪电般击中了我。 我发现，要接触深海生物，并不必非得成为一位可以使用研究设施的深海生物学家，也不必拥有足够的财富去负担昂贵的潜水艇商业之旅。研究垂直迁移现象让我找到了一种更简单的方法：只需在夜晚时分待在海面上，等待这些生物自己上来找我。这听起来简直不可思议！ 这个顿悟成为了我水下摄影背后的驱动力。我的目标是记录每晚上升到海洋表面的浮游动物，提供一种独特的深海探索方法。在我有机会深入深海之前，我计划在水面上漂浮，急切地等待这些深海来客，利用它们作为窗口窥探下面的深渊。 Immortal Jellyfish, Image credit: Jialing Cai 水下摄影与海洋生物学的结合： 你能否讨论一下你的水下摄影技巧如何补充你在海洋生物学方面的学术研究？答：我的硕士论文研究和我的摄影课程是截然不同的；前者着重于海底冰层的微观植物，而后者则着重于浮游动物。然而，我在海洋生物学方面的训练却是无价，它让我能够超越这些动物表面的形态和行为，深入探究它们的进化历史。在课堂上，这些生物不再仅仅是学习的对象，更成为具有审美吸引力的生命体。相反地，在潜水探险中，我不仅仅是观察活生生的动物；我还在见证自然界一个广阔、隐藏的叙事。我的海洋生物学学术背景和摄影技能相互丰富和推动，像DNA双螺旋的两股纤维一样交织在一起。 黑水摄影的魅力：你在黑水摄影中面临哪些挑战和兴奋，它如何提供关于海洋生物的独特视角？答：我对浮游动物的迷恋超出了它们与深海的联系。许多不同分类群的海洋动物在发育过程中都有一个浮游阶段，通常在进入成年栖息地之前涉及垂直迁移。因此，无论它们最终的生活环境如何——无论是珊瑚礁、深海海底还是潮间带——它们都以海洋幼虫的形式在公海中享有共同的早期生命阶段。这一事实使得黑水潜水类似于探索海洋广阔的苗圃。例如，当遇到通常生活在1000公尺以下、水深仅5公尺的幼年带鱼时，会令人震惊。即使是熟悉的海洋动物，其生命周期也笼罩在神秘之中。许多都经历了戏剧性的变形，幼虫的形态与成虫的形态截然不同，有时甚至看起来像是全新的物种。黑水摄影不仅加深了我与海洋的联系，也让我亲自观察并了解海洋物种复杂的生命周期。 SnowyNight, Image credit: Jialing Cai 拍摄纸鹦鹉螺 – 2023年海洋摄影师年度大奖： 你能分享这张获奖照背后的故事吗？答：这张摄影作品为我赢得了2023年海洋摄影师年度大奖，拍摄于2020年初，那时菲律宾塔尔火山刚刚爆发后不久的一次黑水潜水中。当时我遇到了一只雌性纸鹦鹉螺，这是一种属于阿尔戈鹦鹉螺科的章鱼，以其在公海的生活习性而闻名。雌性纸鹦鹉螺特别之处在于，它们演化出了一个用于产卵的壳。她当时正在乘坐一块漂浮木头的碎片在浑浊的海水中“搭便车”。我在拍摄这张照片时，水中的微小颗粒反射了我的手电筒光线，营造出一种耀眼迷人的效果，使人联想到飘落的雪花。在黑水摄影中，我们通常使用闪光灯在干净、黑暗的背景下凸显主体。但在这个案例中，我的闪光灯意外地照亮了相机和主体之间的空间，显现出周围所有的微粒。这些微粒不是表现了自然灾害后的混乱，而是为图像增添了一种宁静且近乎童话般的氛围，就像是在一个雪夜中所拍摄的场景。 在水下摄影，尤其是黑水摄影，我们经常寻找像外太空一样清澈的水域。我们往往忽略悬浮颗粒的重要性，例如沙粒、有机物和微生物，它们是海洋生态系的重要组成部分。这些颗粒通常会被忽略或被删除，但它们是海洋食物网的基础。如果海洋完全透明，它就无法支持如此丰富的生命多样性。这幅图像中的“雪花”提醒我们这些经常被忽视却至关重要的海洋元素。 你获奖作品中的影响因素：作为2023年海洋摄影师年度大奖得主，你那张纸鹦鹉螺的照获奖片，非常引人注目。你能分享一下日夜垂直迁移在这幅特定作品中扮演了什么角色吗？答：我的图片中的纸鹦鹉螺是公海中的活跃游泳者，不像受水流影响的浮游生物。它是典型的掠食者，以小型浮游动物为食。在白天，这些微小的浮游生物会退到深处，以躲避鱼和纸鹦鹉螺等视觉掠食者。然而到了晚上，景象却发生了巨大的变化。在黑暗的掩护下，浮游生物集体迁移到水面，将其变成一个活跃的狩猎区。纸鹦鹉螺和其他掠食者在这里搜寻水域，使其成为观察和摄影的理想时刻和地点。这种夜间活动很可能就是我能够捕捉到这只特别纸鹦鹉螺的原因。 火山爆发后，水变得异常混浊，充满了悬浮颗粒。在水下摄影，此类颗粒通常会引起反向散射，这是一个通常会避免的效果，因为它会使影像变得混乱并有损其美感。然而，我并没有试图消除反向散射，而是将其融入我的作品中。我的目的是利用反向散射来突出水中无所不在的沙粒、有机颗粒和其他小生物，从而增强照片的整体叙事性和深度。

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Scientists have discovered the history of Ekgmowechashala, a 30-million-year-old primate from North America. Comparing it with similar species in China, they suggest it was a migratory species, shedding light on primate evolution and environmental impacts. The illustration depicts Ekgmowechashala, the last pre-human primate in North America, by Kristen Tietjen of the KU Biodiversity Institute and Natural History Museum.

艾克莫韦查夏拉（Ekgmowechashala）的迁徙：人类之前居住在北美的最后一种灵长类动物

Science and Technology /

Scientists have discovered the history of Ekgmowechashala, a 30-million-year-old primate from North America. Comparing it with similar species in China, they suggest it was a migratory species, shedding light on primate evolution and environmental impacts. The illustration depicts Ekgmowechashala, the last pre-human primate in North America, Image credit: Kristen Tietjen of the KU Biodiversity Institute

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ImageJ=1.53qunit=micron by Dr. Kristopher Kilian, Biologist, Scientist, Australia, US

再生医学的革命：Kristopher Kilian博士的Trpzip水凝胶突破

Medicine /

Self portrait, Image credit: Ashley Nguyen 再生医学的革命：Kristopher Kilian博士的Trpzip水凝胶突破 在澳大利亚的悉尼新南威尔士大学（UNSW），研究人员推出了一种名为Trpzip的新型水凝胶，标志着再生医学和组织工程领域的潜在范式转变。这一发展为治疗和组织恢复的方法提供了新视角。相关研究成果已在最近一期的《自然通讯》杂志中发表。 从概念到创造：Kilian博士与Trpzip水凝胶的科研旅程 我们对这一新型材料抱有多重期许，于是与Kristopher Kilian博士展开了启发性的对话，以了解他的这项重要发明。首先，Kilian博士的多元化教育背景和研究经历是Trpzip水凝胶发明过程的重要因素。从基因组学到化学生物学，从材料科学到生物工程，Kilian博士的跨学科方法导致了这一重大成果，而此项发明将有利于无数的医学应用。 Trpzip水凝胶的发现 这一发明是在新冠病毒 (COVID-19) 封锁期间，由新南威尔士大学的博士生Ashley Nguyen在Kilian博士的指导下通过计算机模拟得出。Nguyen专注于自组装分子的研究，从而发现了「色氨酸拉链」（Trpzip）的一种新变体，这种短氨基酸链在促进自组装方面效果显著。这些拉链通过堆叠在一起可以形成水凝胶，无需从动物组织中提取，标志著材料科学及其在生物医学研究中的重大飞跃。 ImageJ=1.53qunit=micron, Image credit: Ashley Nguyen 愈合凝胶：Trpzip的独特性 Trpzip水凝胶的抗菌作用：Trpzip水凝胶的抗菌能力尤其引人注目。这种能力主要归因于其富含色氨酸的肽序列。色氨酸是一种必需氨基酸，在多项研究中与抗菌活动有关。Nguyen对水凝胶潜在抗菌性质的直觉促使她与抗菌剂专家纳雷什·库马尔（Naresh Kumar）博士合作。通过测试，该水凝胶对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均显示出有效性。这种广谱抗菌作用具有巨大的医学潜力。虽然其精确的分子机制尚待完全理解，但其实际应用意义明显。在医疗环境中，Trpzip水凝胶作为绷带或用于术后护理，可能在预防感染方面具有革命性意义，从而解决抗生素耐药性细菌日益增长的问题。 模仿人体组织：Trpzip水凝胶模仿人体组织的能力源于其应力松弛特性。应力松弛至关重要，因为它描述了材料在变形后恢复其形状的能力，这是许多生物组织（如基质胶和胶原蛋白）固有的特性。与可能无法恢复到原始状态的合成材料不同，Trpzip水凝胶密切模仿自然组织对机械力的反应。 此外，水凝胶的分层排序模仿了从分子到宏观尺度的自然组织组装。这种结构层次性至关重要，因为它导致了凝胶的独特机械特性，包括在应力松弛行为方面与天然组织的相似性。理解和复制这种复杂的排序不仅支持细胞生长的开发，还能与人体机械需求无缝整合。 自愈合与在3D生物打印和医疗治疗中的应用：Trpzip水凝胶的自愈合特性是其实用性的基石。一旦被破坏，例如通过注射器传输时，水凝胶的肽可以在几分钟到一个小时内重新组装成其原始结构。这种快速的自愈合使该水凝胶成为注射疗法的理想候选者，其中注射后立即凝胶化至关重要。 对于3D生物打印，该水凝胶的属性提供了显著的优势。它可以像高粘度材料一样被挤出，在沉积时保持其形状，然后在到位后固化。这种行为避免了使用交联剂或额外的固化步骤，这通常是稳定打印结构所必需的条件。 此外，自愈合特性使水凝胶能够作为复杂3D打印应用的支撑基质。打印喷嘴通过后，它可以恢复其完整性，这对于在凝胶基质内打印复杂结构至关重要。 简化后打印处理的潜力是水凝胶自愈合能力的另一个显著功能。与传统方法不同，后者需要繁琐的清洁或酶处理来检索打印对象或生长组织，Trpzip水凝胶可以通过简单的机械动作（如摇动或超声波）快速干净地与打印产品分离。这种材料处理的便利性可能简化组织工程和再生医学中的流程。 总之，Trpzip水凝胶的独特功能，从抗菌特性到仿生和自愈能力，为医疗应用带来了重大进步。它的多功能性和适应性可以彻底改变医疗保健的各个方面，从手术恢复到组织工程等。 应对全球挑战：临床应用之路 尽管Trpzip水凝胶的前景充满希望，但将这一实验室成果转化为临床批准的医用材料则充满挑战。获得美国食品和药物管理局（FDA）等机构的监管批准是一个重大障碍，需要进行广泛而昂贵的动物测试以确保安全性和有效性。这一阶段的资金寻求是一场艰苦的战斗，需要向政府机构、慈善实体和私人基金会进行战略性外展。 同样令人生畏的是，优化水凝胶属性以适应不同医疗应用的任务。在稳定性是至关重要的情况下，其快速溶解的能力可能会出现问题。目前正在探索的创新之一是添加响应光来诱导硬度的添加剂，以精细调整材料的行为来适应特定用途。 最后，进入市场的转变需要克服医疗行业内固有的保守主义。说服专业人士采用一种全新的材料，尽管它具有优势，需要强大的证据组合和与行业思想领袖建立战略联盟。 治愈的地平线：对Trpzip水凝胶的未来展望 Trpzip水凝胶从一个概念到医学治疗中的主要产品的历程概括了科学创新的本质：艰辛、充满挑战，但意义深远。随著研究的进展，越来越接近现实世界的应用，这种具有自愈性、生物活性和抗菌性的物质所带来的希望可能预示著医疗保健的新时代——在这个时代，材料不仅可以修复，还可以再生，而药物不仅可以治疗，而且可以真正治愈疾病。 在一个材料科学有潜力彻底改变医学的时代，Trpzip水凝胶脱颖而出，成为希望和创新的灯塔，这是跨学科研究的力量以及不懈追求可以改变生命的科学突破。

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Slime mold (Comatricha nigra) by Timothy Boomer, Micrographist, Photographer, USA

与尼康微观世界2023年显微摄影大赛获胜者之一，蒂姆·布默 (Tim Boomer) ，深入探索微距摄影的奇妙世界

Photography /

Self portrait, Image credit: Anastasia Boomer 与尼康微观世界2023年显微摄影大赛获胜者之一，蒂姆·布默 (Tim Boomer) ，深入探索微距摄影的奇妙世界 蒂姆·布默 (Tim Boomer) 最近在尼康微观世界2023年显微摄影大赛中的胜利，标志着微距摄影世界的一个重要里程碑。以卓越的才能和坚定的奉献精神而闻名的布默，凭借其惊艳的复合图像，Comatricha nigra，吸引了摄影界的广泛关注。这一杰出的作品，由179个精心层叠的画面组成，不仅揭示了显微世界的隐藏奇迹，还体现了他在摄影方面的用心和专业知识。 Prototrichia metallica, exceptionally nivicolous slime mold fruiting body. Focus-stacked composite of 337 exposures at 10x lifesize. Eldorado National Forest, Sierra Nevada, Alpine County, California, USA., Image credit: Timothy Boomer 布默的艺术之旅深深植根于北加州的多样化生态系统，他从当地植物群中汲取灵感。他的热情尤其体现在对百合花和兰花的描绘上，如神秘的臭蛇舌草和鲜艳的西部仙女鞋。这些植物奇迹，以及珊瑚根和糖棒这样的独特真菌异养植物，对布默而言，不仅仅是摄影主题；它们更代表着自然界中较小生物的韧性和隐藏之美。 Spotted coralroot (Corallorhiza maculata var. occidentalis), a non-photosynthesizing orchid species

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Sachi Takagi by Kahori Maki, Multimedia Artist, Japan

Kahori Maki：如梦似幻的多维艺术

Digital Art/Media Art /

Self portrait Kahori Maki：如梦似幻的多维艺术 在当代多彩缤纷的媒体艺术中，日本艺术家Kahori Maki凭借她无限的创造性和多样化的艺术才华显得格外突出。她大胆地运用丰富的色彩和线条，将自然界的多样美和现代元素相融合，创造出令人惊叹的视觉效果。Maki的高超之处在于为静态物体注入生命，赋予它们活力，让观众体验到多维的沉浸体验。她的作品中充满了植物的奇观和神秘的生物，不仅展示了她与自然和幻想世界的深厚联系，而且还展现了她在掌握色彩和动态方面的精湛技艺。通过她那富有表现力的画面和引人入胜的细节处理，Maki在艺术的海洋中犹如一位航行者，带领观众穿越至一个充满奇思妙想的视觉奇境。 KANTERA – Entrance Art 艺术起源与动机 Maki名字中的“Kahori”意味着“香气”，这不仅仅体现了她对植物学的深厚情感，更在她的艺术创作中发挥了核心作用。她深情地分享道：“我对植物的有机形态、它们的曲线美以及所散发出的生命力深深着迷。”她对植物的独特见解超越了它们的实用价值，而是着重表现出她的一个信念：自然界不仅仅是生命的宿主，它还承载了丰富而深刻的情感。她的作品透过对植物的精细观察和表现，传递出一种超越视觉美感的内在精神和情感共鸣。 Solo Exhibition/Hakoniwa ~secret garden~ 充满动感的艺术 Maki的艺术才华在于她将作品展现出一种活力四射且富有创意的感觉，并擅长运用独特的色彩和形态。当被问及她的创作过程时，她提供了一个与众不同的视角：”动感形态不时地在我脑海中浮现。我的手会自然地倾向于绘画曲线。直线不会引起我的共鸣。也许我更喜欢强烈流线型的热带花卉，相比之下不那么偏爱小型野花，这些想法可能可以提供读者一些清晰度。” Maki进一步分享了个人反思，让大家深入了解她的创作过程。 “在河边散步时，我突然有了一个想法：为什么植物的叶子形状如此独特？如果它们仅仅为了光合作用而存在，为什么不是简单的圆形？” 当她继续行走时，她思考著植物是否像人类一样，渴望脱颖而出、与众不同并表达自己的情感。 “这些无数的形式也许是自然情感的证明，”她沉思道。 “也许我内心有一种潜伏的情感，在创作过程中它会迸发出生命力和感动力。” KUTANism 2023/Amaike Super Organza, Shiho Minami x Kahori Maki, Photograph/Daisuke Ohki 自然与幻想的融合 在她最近的杰作《KUTANism》中，自然与异想天开交织在一起，Maki与Shiho Minami共同打造了一个超现实的视觉效果。当色彩斑斓的线条在黑暗的背景前展开，它们表面有着复杂的图案和设计，似乎是在空中悬浮。光影效果使得这些图案看起来既生动又充满活力。整个场景给人一种未来派和科幻的感觉，并让人联想到光速旅行或是数字世界的视觉呈现。 “当空间笼罩在黑暗中时，我设想了一种空灵的光照。” 她回想著说。Maki希望她的创作能够唤醒观众潜在的想象力和热情。 Apple Art, Photograph/Daisuke Ohki 传统与现代同步 在数字化迅速进步的时代背景下，Maki巧妙地将传统艺术与前卫设计和谐结合。她并不简单地将模拟艺术与数字技术分隔开来，而是让当下的环境气氛以及她的内心状态指引她的创作。她的作品中既有古典艺术的韵味，又不乏现代科技的创新元素，这种跨界融合让她的艺术作品呈现出独特的时代感和深刻的个人风格。在Maki的艺术世界里，传统的线条与数字化的色彩交织，共同构筑了一个既古老又现代、既真实又虚幻的美学空间。 跨领域的艺术才能 Maki的合作范围极广，既包括与苹果和Adobe Inc.这样的高科技巨头的合作，也涉及到与传统日本神乐面具艺术家的近期合作。她与这些知名品牌的联手，以及她对文化遗产的承诺，展示了她在跨越各个行业时保持独特艺术精髓的能力。尽管她的合作伙伴多样，Maki的独特风格吸引了诸多标志性品牌，确保了她的艺术身份在穿越各个行业时保持完整性。她的艺术才华纯净未经稀释，创造精神既与尖端技术共鸣，也与日本艺术的悠久传统相契合。这种微妙的平衡巩固了她作为一名多面手艺术家的地位，她的作品既具有普遍的相关性，又深深地个人化。 SERGE LUTENS, Photograph/Daisuke Ohki 全球共鸣 从圣地亚哥的海岸线到台湾的小巷弄，Maki的艺术才华在全球范围内激发了共鸣，带来了多元化的文化交流和理解。在她的祖国日本，人们细致地探讨西方文化对她作品的影响，而在国际舞台上，观众则深深感受到她作品中日本文化的深厚底蕴。不论是在本土还是海外，Maki的创作都呈现出一种文化的双向流动，不仅传播了她个人的艺术视角，也为不同背景的观众提供了一面通过艺术探索文化多样性的镜子。 艺术长成

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Dr. Melvin M. Vopson, Physicist, Information Scientist, UK

揭示并探索现实的边缘：梅尔文·沃普森博士（Dr. Melvin M. Vopson）对物理学、信息理论和宇宙本质的研究及物理与数据的互联

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Self portrait, Courtesy: Dr. Melvin M. Vopson 揭示并探索现实的边缘：梅尔文·沃普森博士（Dr. Melvin M. Vopson）对物理学、信息理论和宇宙本质的研究及物理与数据的互联 作者: Peter D Gowdy, Ph.D., 翻译: 艾德琳 梅尔文·沃普森博士（Dr. Melvin M. Vopson）在科学领域的探索之旅既充满复杂性也极富魅力，这一切始于他在中央兰开夏大学攻读博士学位时，对磁性数字数据存储领域的好奇和探索。此初步尝试为他理解数字数据技术及其背后的深层物理过程奠定了基础。在2002年完成博士学位后，他在约克大学进行了博士后研究，在那里他更深入地研究了磁性数据存储，将焦点从存储介质转移到读/写换能器的复杂机制。这种兴趣和专业知识的发展，为他在磁性数字数据存储领域的领军企业——希捷科技公司（Seagate Technology）中担任关键角色奠定了基础。2006年，他加入了英国国家物理实验室，为他的职业生涯迎来了重大转变。在那里，他开始探索多铁性材料，这是一种在数据存储中具有潜在应用的新型材料。他的工作产生了具有影响力的文章，展示了多铁性材料在革新信息存储方面的巨大潜力。 自2012年起，他的学术生涯在朴茨茅斯大学进一步蓬勃发展，标志著更理论化方法的转变。在此期间，他发现了“多热量效应”，并开发了铁电体和反铁电体的极化反转模型。值得注意的是，他对反铁电学的研究成为他目前在资讯物理学领域追求的跳板。 在研究多状态数字数据存储技术时，他遇到了一个挑战，即如何为具有超过两种物理状态的单元分配记忆状态，这与传统的二进位储存单元有所不同。这一难题让他接触到了香农资讯理论和兰道尔原理，从而在资讯物理学方面做出了新的贡献。 Courtesy: Dr. Melvin M. Vopson 信息熵与模拟宇宙理论背后的灵感 沃普森博士对信息熵以及它与模拟宇宙理论之间关联的研究起始于一系列连续的思考，而促成他在2019年发表关于质量-能量-信息（M/E/I）等效原理的文章。他将爱因斯坦的质量-能量等价和兰道尔原理（将信息等同于能量）结合起来，提出了一个开创性的观点：质量、能量和信息在根本上是等价。这一原理不仅与现有的物理定律完美契合，还为诸如暗物质这样的现象提供了一种新的解释，可能将其重新概念化为信息。 M/E/I等效原理有趣地支持了模拟宇宙理论，这意味着构成我们模拟宇宙的数字比特可能表现为不可检测的质量，类似于暗物质。这一假说为宇宙的起源和本质、相互交织的物理学、信息论和形而上学推测提供了一个全新的视角。 简化信息动力学第二定律 简化信息动力学第二定律用通俗的话来说，它主张系统和过程在达到平衡时普遍趋向于最低的信息熵。这个概念与热力学第二定律形成鲜明对比，热力学第二定律断言孤立系统中的熵或无序性往往会随著时间的推移而增加。 沃普森博士的发现揭示了一个令人惊讶的转折：仅关注信息状态的系统，随着时间的推移表现出降低或恒定的熵，这与热力学熵恰恰相反。这对多个领域产生了深远的影响，挑战了遗传学、进化论和癌症研究等领域的既有理论。 模拟宇宙理论对我们理解现实的影响 尽管沃普森博士在物理学与信息理论交汇处的研究支持了模拟宇宙的哲学理论；重要的是要认识到，即使这种启示被证明是真实的，它也不会改变我们的日常生活。这一理论虽然有可能重塑科学和宗教信仰，但由于我们无法感知什么是真正的真实或模拟，所以我们的日常现实没有改变。他的发现将这一古老的哲学争论带入了科学的聚光灯下，尽管它们最初源于目标不同的研究。 克服挑战并开拓新的研究领域 将信息动力学第二定律的适用性扩展到各种不同的系统中，是一个重大的挑战。沃普森博士的初步研究虽然很有希望，但仅限于数字和遗传信息存储系统。将其扩展到其他领域对于将其确立为一个普遍法则至关重要。他预计这不仅会涉及个人的探索，还会激发科学界内的并行研究。 模拟宇宙的证据和对怀疑论的回应 信息动力学的第二定律是模拟宇宙最强有力的指标之一，它暗示了信息内容中的一种内在优化，这与计算机数据压缩技术相呼应。虽然这暗示了模拟宇宙的可能性，但确凿的证据仍然难以捉摸。沃普森博士最近的书籍《重新加载现实：科学论证模拟宇宙》更深入地探讨了支持这一假说的证据和理论，旨在促进广泛而包容的科学对话。 展望未来 未来的实验和研究，包括沃普森博士提出的M/E/I原理和物质概念DNA的测试，对于验证模拟宇宙理论和资讯动力学第二定律是首要的环节。整个科学界的合作努力和多样化的实验方法对于进一步探索这些开创性的想法至关重要。 多方面的影响 沃普森博士的研究超越了传统界限，影响了物理学、宇宙学、遗传学，甚至哲学。M/E/I 等效原理和资讯动力学第二定律的意义都是深远的，为宇宙的奥秘（包括暗物质、自然的对称性和基因突变的机制）提供了新的见解。这种跨学科的影响强调了我们的物理世界和资讯世界之间深刻的相互联系，为理解和创新带来了令人兴奋的新途径。

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New generation, Siena awards ©Fabio Savini, Wildlife Photographer, Italy

捕捉大自然的瞬间脉动：访谈2023年锡耶纳摄影奖得主法比奥萨维尼 (Fabio Savini)

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Self portrait, Courtesy: Fabio Savini 捕捉大自然的瞬间脉动：访谈2023年锡耶纳摄影奖得主法比奥萨维尼 (Fabio Savini) 在广阔的自然摄影领域中，正是摄影师坚定地致力于揭示自然的真实动态，才能将照片转化为自然本质的象征。今年锡耶纳摄影奖「自然之美」类别的获奖者法比奥萨维尼 (Fabio Savini) 完美地体现了这种精神。通过引人入胜的图片「新一代」，他捕捉到自然世界的瞬间脉动。为了更深入地研究，我们踏上了探索这张迷人照片背后的故事、灵感和技巧的旅程。 New generation, Siena awards ©Fabio Savini 「新一代」的背后故事 「能获得锡耶纳摄影比赛评审的认可，我由衷地感到荣幸，」摄影师法比奥对所获得的荣誉表示感谢。这幅图像的主角是萨维蝾螈（Salamandrina perspicillata），一种原产于义大利亚平宁山脉（The Italian Apennines）的两栖动物。 「多年来观察和拍摄它们，我与这些生物建立了深厚的联系，」法比奥分享道。 「新一代」真正令人著迷的地方是雌性产卵的描绘，这一幕发生在卡森蒂内西森林国家公园（Foreste Casentinesi National Park）内的亚平宁的溪流中。 “冒著冰冷的泉水，我不得不穿上潜水服，耐心地等待完美的瞬间展现，有时仅在水面下几厘米的地方。” 灵感和地点 当被问及这张照片背后的灵感来源时，答案显而易见：是蝾螈本身。 摄影师解释说：“虽然我对它们的生物学和行为很了解，但捕捉到产卵的那一神奇时刻需要耐心和时机的考验。” 卡森蒂内西森林国家公园在法比奥心中占有特殊的地位。 “与父母一起访问的童年回忆与公园的丰富生物多样性交织在一起，使其成为个人和专业探索的圣地。” Looking at the sun ©Fabio Savini 定义自然之美 如何捕捉「自然之美」？ 「这是未经修改的、功能齐全的生态系统，」摄影师沉思地说。对两栖动物和爬行动物的热情促使他进行了广泛的旅行，邂逅原始环境，目睹独特的野生动物。 “在「新一代」中，观众目睹了生命之轮的最纯粹形式。” 克服挑战 在亚平宁溪的急流中摄影并非没有挑战。冷水使潜水服成为必需，配重用于抵抗溪流的拉力，而等待“正确的时刻”则需要极大的耐心。 Breathing ©Fabio Savini 一生的摄影之旅 回想起摄影探险的起源，法比奥回忆起了数字化之前的时代。“它始于捕捉冒险、运动和庆祝活动。随着时间的推移，我对大自然的热爱与我对摄影的激情交织在一起。包括前往日本、古巴和欧洲的难忘之旅，都丰富了摄影作品库，展示了大自然的多样奇迹。” 技术精度 水下摄影带来了一系列独特的挑战。“一个水下保护壳保护了我的相机，而铅灯照亮了场景。我采用了低快门速度来增加动态感，确保蝾螈保持清晰的焦点。” 摄影：保护工具 法比奥强调摄影作为环境保护的有力手段的潜力。

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Dr. Yujia Zhang's team at Oxford University developed an eel-inspired, biocompatible power source to stimulate human nerve cells, with potential use in drug delivery, wound healing, and bio-hybrid devices. (Artist’s concept.)

张瑜伽博士（Dr. Yujia Zhang） ：生物集成器件的创新

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Self portrait, Image credit: Yujia Zhang 英国牛津大学的研究团队在Hagan教授和张瑜伽博士的领导下，在生物电子接口和微型生物集成设备领域取得了显著的突破。这项开创性的工作最近发表于在受人尊敬的《自然》杂志上。 我们有幸采访到张瑜伽博士。以下是他分享的内容： 问：你能否介绍一下你的学术背景以及引导你领导这项高级研究的道路？ 答：我的学术之旅始于中国，获得了电子工程学士学位。之后在上海攻读生物工程博士学位。随后，我在纽约深入研究生物物理学，重点研究近场纳米光谱学。 2021年，我加入了英国牛津大学贝利小组。虽然我们的团队隶属于化学系，但我们进行的是真正的跨学科研究，涵盖化学、生物学、工程和材料等等。这种多方面的方法与我的专业知识深深契合，使我们的工作引人入胜。 问：你的发明“水滴电池”被誉为突破性的创新。你能否提供对这种新颖设计的见解？ 答：十年前，我们首创了一种液滴三维打印方法，并将其命名为“人工合成组织”。基于这项技术，我们研制了本工作。“水滴电池”源自纳升尺寸的导电水凝胶液滴的分层。这种水凝胶基本上是一个充满水的3D聚合物链。每个液滴的成分各不相同，在整个结构中形成盐梯度。脂质双层提供稳定性并限制液滴之间的离子运动，反映我们的细胞膜。编译数千个这样的液滴会产生一个模仿液滴特性或我们定义的合成组织的网络。在这种方法出现后的几年里，我们的发现被展示在《科学》和后来的《自然》等著名期刊上。我们的目标是将这种合成组织与真实组织融合，弥合人造结构和真正的人体器官之间的差距。我们推测，我们的合成组织可能作为进一步探索的电源或“电池”。我们最近的出版物将这一理论变成了现实。一旦封装，水滴电池就可以用于可穿戴设备，甚至可以作为植入物，与人体内部系统（无论是器官、组织还是神经元）顺利集成。根据其应用，它可以是可植入的或可穿戴的，展示了其真正的多功能性。 问：你能深入探讨一下这个设计的灵感来源吗？是什么促使你选择这个独特的研究方向？ 答：確實如此。我們的環境充滿奇蹟，大自然常常成為科學進步的豐富靈感源泉。我們是仿生學的支持者，在我們的技術追求中反映自然的設計和過程。電鰻等能夠發電的動物激起了我們的好奇心。它們有專門的細胞，即電細胞，可以產生令人印象深刻的離子輸出，有些甚至總共超過600伏。這一自然奇觀引起了我們的興趣。它提出了一個問題：我們可以在受控的合成環境中復制這一點嗎？我們隨後的努力催生了液滴網絡，旨在模仿動物界中產生這些離子電流的細胞結構。我們結合了反映天然細胞屏障的脂質雙層，以形成液滴鏈。高鹽和低鹽液滴之間的電荷選擇性液滴模擬了膜離子通道，這在此過程中發揮了重要作用。從本質上講，我們的設計是向大自然致敬，並展示了從自然世界中汲取靈感的潛力。 问：我知道脂质双层在该设计中发挥著不可或缺的作用。这些双层是人类生物学的共同特征吗？ 答：当然。脂质双层是生物学的基础结构。它们形成了封装人类细胞以及所有其他动物细胞内容物的基本细胞膜。这些膜充当屏障和看门人的作用，允许某些物质进入，同时将其他物质排除在外。我们的研究虽然受到这种自然现象的启发，但确实引入了一个转折。虽然我们体内的脂质双层是有机的，由天然脂质形成，但在我们的设计中，我们采用了合成脂质。尽管这些是实验室创造的，但它们从根本上反映了天然对应物的特性和功能。本质上，我们的合成脂质双层充当支架，我们可以在其中放置特殊的液滴，使我们能够形成液滴网络结构。 问：你能否全面概述该设计及其复杂性？ 答：当然。我们创新设计的核心是精心构造的液滴电源装置。该单元由五个单独的水滴组成，每个水滴在发电中都发挥著关键作用。在最外端，我们有高盐浓度的液滴，它们本质上充当了电源的“终端”。位于中心的是盐浓度明显较低的水滴，甚至类似于纯水。这些极端浓度（高浓度和低浓度）对于建立离子梯度至关重要。 高盐和低盐之间的界面液滴是特殊的：一种仅允许正离子，而另一种则允许负离子。这个精心排列的顺序从左到右如下：高盐、阳离子选择性、低盐、阴离子选择性，然后是另一个高盐液滴。由于这种设计，正离子（阳离子）从最左边的液滴迁移到中心，而阴离子从最右边的液滴迁移到中间汇合。这种精心安排的运动建立了从左到右的当前方向，构成了一个动力单元。 我们设计的美妙之处在于它的模块化。利用液滴打印技术，我们可以无缝集成数十甚至数百个这样的单元，类似于串联或并联配置电池以放大电压或电流。此类配置是完全可定制的，可根据个人要求量身定制。我们专有的3D打印机专为这项任务而设计，能够精确开发这些液滴网络。根据特定的人体条件或应用，可以制作不同的单元组合。 电源单元不仅仅是一个理论概念。它通过沉积一系列纳升大小的导电水凝胶液滴（富含水的3D聚合物网络）而变得栩栩如生。每个液滴的成分各不相同，以形成所需的盐梯度。脂质双层在这里发挥著重要作用，既可以分离液滴并提供必要的机械支撑，同时也可以抑制不受控制的离子流。该电源的激活包括将其冷却至4°C并改变其周围介质，导致脂质双层破裂，液滴合并成统一的导电水凝胶。因此，离子穿过这种水凝胶，当连接到电极时，产生的离子梯度被转化为电能。我们的研究展示了这种设计令人印象深刻的寿命和弹性：存储36小时后，液滴电源在打开后仍然产生类似的电流，50纳升装置的峰值功率输出约为65nW。 问：考虑到潜在的应用，哪些人类状况可以从这种开创性的设计中受益？ 答：正如《自然》杂志上发表的一篇论文所概述的那样，我们的研究深入研究了调节特定的神经元结构。通过将我们的液滴电源与神经微组织（类器官）（本质上是模拟早期人类大脑发育阶段的数百个神经元的聚集体）相结合，我们发现了离子电流对神经元活动的影响。这种相互作用会诱发钙波，从而提供刺激神经元生长的潜力。但这只是冰山一角。我们正在进行的研究设想了更广泛的应用范围，包括与心脏相关的刺激。在现实世界中，我们的微型软液滴单元可以成为大型刚性电气设备的替代方法，利用电力来刺激细胞、组织和重要器官。 问：鉴于能量源自离子液滴内的盐梯度，是否可以采用不同的元素源？ 答：这是我们设计固有的关键优势和灵活性之一。目前，虽然我们利用离子梯度作为主要能源，但该平台可以根据能量产生机制轻松适应替代能量产生材料和配置。此外，值得注意的是，用于构建这些液滴的水凝胶成分具有生物相容性，确保了生物应用的安全性。 问：在开发这个创新设备的过程中，你们遇到了哪些障碍？ 答：我们设备的开发历程充满了独特的挑战。最明显的障碍之一是其在生物体或体内的潜在应用。虽然我们最初的成功是通过孤立或体外实验，但过渡到体内应用却带来了重大问题。生物体内的生物环境是复杂的。例如，当进入这种环境时，我们设备内的盐很容易分散到周围的组织和液体中。这种耗散造成了一个问题，因为我们的设备的功能很大程度上依赖于维持特定的盐梯度。 为了解决这个问题，我们使用有机凝胶封装了该系统。这种方法为遏制和保护设备的内部环境提供了初步的解决方案。然而，持久的挑战仍然存在：开发满足特定体内生理条件的强大封装机制。这一挑战是我们正在进行的研究的前沿。 问：从孤立的液滴过渡到连续的水凝胶如何增强设备的功能？你能否解释一下4°C冷却步骤的作用？ 答：这一转变对于我们设备的运营至关重要。最初，液滴之间的脂质双层充当屏障，防止离子在液滴之间迁移。这些双层本质上使设备处于“关闭”状态。温度降低和液滴凝胶化破坏了这些屏障，促进液滴融合成连续的导电水凝胶。这种转变有效地“打开”我们的设备，允许离子穿过水凝胶，引发发电过程。 问：是否有一种机制可以远程控制此激活过程？ 答：是的，我们正在不断探索更加人性化和多功能的激活机制。在我们随后的研究中，我们一直在研究光作为替代触发因素。这个想法是利用光穿透组织内一定深度的能力。通过在液滴中嵌入或包围光敏成分，我们只需用光照射系统即可实现激活。这种方法不仅提供远程控制，而且非侵入性且简单，拓宽了潜在的应用范围。 问：你能否提供有关设备寿命的见解，特别是在实际场景中？ 答：我们的研究结果表明，一旦激活，我们的设备就会持续发电，持续时间从30分钟到两个小时不等。考虑到其可生物降解的性质，预期在生物体内的应用将是短暂的。我们将其视为一次性使用系统，在激活后，它会在其使用寿命内提供电力，并最终无害地降解。然而，在生物体之外，该设备可以充电。通过连接电极并施加反向电压，离子可以被重定向到其原始位置，从而有效地“重置”设备。 问：这项技术开辟了哪些潜在的治疗途径？ 答：我们的主要探索集中在神经元调制上。通过我们的设备，我们观察到长期培养后神经元连接性增强和成熟。这一发现为神经学科学的治疗应用带来了希望。我们正在进行的研究旨在扩大这些发现并发现更多的治疗机会，例如心血管治疗。 问：你能否深入了解该设备的模块化设计以及它如何实现定制？ 答：当然。我们设计的模块化是其主要优势之一。通过组合多个单元，可以放大整体输出。此外，每个液滴内的盐梯度可以在制造过程中进行调整，从而能够控制设备的输出。这种灵活性确保我们的设备可以根据特定要求进行定制，无论是适应不同的组织类型还是适应特定的治疗需求。鉴于其柔软和小规模的性质，我们的设备还可以调整大小，使其与各种应用兼容，从微观干预到更广泛的治疗。 问：有了如此有希望的成果，你们扩大生产的计划是什么？ 答：我们的原型是使用定制3D打印机组装的，这使我们能够连续创建多达25个单元。这种模块化方法使我们能够实现更高的电压，使该设备适合在未来的迭代中驱动电子电路。然而，主要目标仍然是从体外应用过渡到体内应用。在规模化生产之前解决封装挑战至关重要。一旦解决了这个问题，我们的平台就可以适应多种治疗和诊断目的。 问：贝利教授谈到了该设备在微型机器人和生物混合接口方面的潜力。你能扩展一下这个愿景吗？ 答：确实，我们设备的微型和柔软特性为开创性应用打开了大门。想像一下，微型机器人利用磁力等外力在血管中导航，并携带我们的设备作为能源。这些微型机器人可以定向到体内的特定位置，提供有针对性的治疗或干预措施。此外，我们的设备的离子基础使其成为生物混合接口的有吸引力的候选者，有可能在生物系统和电子设备之间建立无缝连接。 我们的多学科团队由化学家、生物学家和工程师组成，正在努力实现这些未来愿景。在这段旅程中，他们的集体专业知识是不可或缺的，我非常感谢他们的贡献以及贝利小组和牛津大学化学系的大力支持。 Figure 1. The activation process for the hydrogel droplet power unit.

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