光学气体成像技术

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光学气体成像技术范文第1篇

在家庭生活中，“男主外、女主内”的习惯虽说不是一成不变，但多数家庭如此。所以在寒冷的冬季，不懂颜色搭配的男性仍然很多。要是没有女性帮助，许多男人都可能为围巾颜色如何与外套颜色搭配感到茫然。日本科学家最近发明的自动变色围巾，则较好解决了这一令男人棘手的色彩搭配问题。人们编织变色围巾时，嵌入了一些能发出红、蓝、绿光的二极管。发光二极管的开关与亮度，均由设置在围巾内的微型传感器控制，它可按照主人的想法随时变色，实现整体颜色协调一致。

最近，美国康涅狄克大学的研究者发明的“电致变色聚合物”纤维，颇受外界关注。《新科学家》周刊说，这种新纤维的分子吸收不同频率的可见光后，立刻显示不同颜色。这表明该纤维的颜色，可随外加电场的变化而改变。现在，科学家已将橙色和红色纤维，转化为蓝色。下一步打算将红色、蓝色和绿色纤维变成白色。最终实现将不同色彩的纤维交叉织成布料，加工成服装。这样的服装在电场中，上面的每个交叉点，都成为一个像素，和荧光屏上的小光点一样，迅速变出适合人意的颜色。

大家知道，传统的高楼竣工后，其外貌和色调一般不再改变，像凝固了一样，所以显得单一呆板。为改变这一状态，英国科学家发明了一种“变色龙”混凝土。用“变色龙”混凝土建造的建筑物，能在计算机控制下，对预先设置在变色混凝土中的某些部位进行加热，使混凝土墙壁像荧光屏幕那样，将黑色外套变成白色，或者将从红色、灰色外套变成白色。而完成颜色变化或图案变幻的全过程，不超过5秒钟。设计者说“变色龙”混凝土构造的墙，还能通过色彩转换，完成像时钟一样报时，像温度计一样指示温度高低。

冷战虽然结束了，但冷战时期播下的地雷却远未肃清。据国际禁雷组织报告，世界上还有1000多万颗地雷，埋在70多个国家和地区的地下。现在，全世界每年仍然有上万人因误踩地雷或伤或亡。那些曾饱受战火蹂躏的国家，为防止地雷再度暗箭伤人，从未停止扫雷工作。只因技术落后，扫雷工作进展缓慢。不久前，丹麦科学家发明一种植物寻雷新法。新方法是在拟南芥菜中植入一种新基因，使之变成转基因拟南芥菜。转基因拟南芥菜有一个特点：遇到二氧化氮气体时，就自动打开变色开关，使绿叶渐渐变红。众所周知，地雷的主要成分是炸药，炸药会缓慢释放二氧化氮。所以，转基因拟南芥菜的根须，接触到地下的二氧化氮后，会在3～5周内将绿叶染红。在飞机上，很容易发现这种颜色的变化情况，并根据颜色变化确定藏雷区，绘制雷区分布图。有关扫雷专家认为，推广种植转基因拟南芥菜，将大大提高扫雷效率，从而能挽救成千上万人生命。

其实，体内含有荧光蛋白基因的植物，受不同的外部物质激活时，将发出不同频率的光，即显示出不同的颜色，转基因拟南芥菜只是其中一例。如果这一科技成果被推广，科学家就能根据这类植物发出的不同色光，判断它们是受化学气体污染，还是遭有害微生物侵袭。而“植物以变色方式，预先向人类发出警告”的技术，又形象地称为植物的“预警变色服”。

光学气体成像技术范文第2篇

穿过患者的鼻腔进行脑手术，是目前广受欢迎的外科治疗手段。它使用微型手术器械、改良的内镜成像、计算机指导的手术向导。这种技术能成功去除垂体肿瘤。

该治疗方案同时减少了脑脊液漏出、头痛、感染、脑膜炎等并发症的危险。经计算机定位系统和内镜指导，外科医生在鼻子的后方的骨头上钻几个小孔并穿过硬脊膜。通过图像在屏幕上放大，外科医生可以清晰看到微型外科器材的方位。肿瘤通过鼻孔完全取出。为了完成整个手术，鼻腔后方硬脊膜上的小孔必须完全密封防止脑脊液漏出。外科医生使用来源于尸体皮肤的材料构建一个支架。几层这种材料加上来源于病人的脂肪堵住这些孔洞，这些材料随后会延展并把孔洞密封起来。

“而开放性手术，我们必须移开肿瘤周围的脑部组织。使用上述经鼻的新方案不会造成脑部的损伤。” 美国拉什大学神经外科主任理查• 拜恩说，“按照这种方案可以获得与开放手术相同的效果并且不会对脑部造成太大的影响。” 但这种经鼻方案并不适用于所有的脑部肿瘤；它可用来治疗大多数头颅肿瘤、头骨连接部的肿瘤以及鼻部和脊椎的肿瘤。施行这种方案必须通过具有经验的神经外科医生和头颈部外科医生的密切合作才能完成。

捕捉流星的短暂辉煌

经过调查，于2008 年11 月20 日点燃加拿大萨斯喀彻温省和阿尔伯达省天际的火球的本体是一个小行星的碎片。经估测，该碎片进入加拿大草原之上的大气层前重约10 吨。卡尔加里大学的学者阿伦• 希尔布蓝德已经圈出来一个可能找到陨石碎片的地理范围（萨斯喀彻温省西部）。

火球最开始出现在边陲城市劳埃德明斯特东部上空80 千米，接着带着一连串惊悚的爆炸划过萨斯喀彻温省和阿尔伯达省的天际。除了几万人目击了 这一壮观的情景之外，萨斯喀彻温省的安保摄像头也捕捉了这一场景。当地人说，当时有好像电弧光一样的蓝色光芒闪过，随后听到剧烈的爆炸声。加拿大西安大略大学流星物理学的首席教授彼得• 布朗博士捕捉到了行星碎片进入大气层时产生的次声波，他讲解道：“从格陵兰到犹他至少有10 来个次声观测点记录到了火球爆炸时释放出的能量。数据显示这股能量大约有三分之一千吨当量”。

流星的生命只有一瞬，但对于科学家来说，研究才刚刚开始。布朗博士和希尔布蓝德博士正在访问目击者和分析安保摄像头得到的画面。

龟壳起源

乌龟特立独行地背着骨质的龟甲完美地保护了自己。而乌龟是如何经由进化得来如此独特的构造，对于科学家来说长久以来是个谜。从恐龙横行的年代起，乌龟便保持着和现在差不多的模样，科学家们缺少能够见证乌龟完整进化过程的证据。但在中国发现了最古老――距今2.2 亿年前的乌龟化石之后，科学家们对于乌龟如何长出龟甲这个问题有了一个清晰的认识。

在中国学者和加拿大学者合作下，菲尔德自然博物馆地理系主任奥利弗• 利普博士分析了中国的乌龟化石，找到了支持“龟甲即是延伸的乌龟脊柱和乌龟延展的肋骨融合的产物”这一观点的证据。这次被发现的乌龟化石被称作半甲齿龟，和之前发现的化石相比半甲齿龟更具有研究价值，因为半甲齿龟是第一个被发现没有完整龟甲的乌龟。利普表示龟甲是进化的产物，如果没有进化的中间阶段的证据，就无法了解进化的整个过程。

尽管古生物学家还无法解释乌龟解剖上的进化过程。但半甲齿龟化石具有部分延伸的脊柱，并且肋骨也有一定程度的增宽。

大麻与止疼药

大麻是一种十分有效的止疼药物，但由于社会因素和不健康的吸入法使大麻的使用十分局限。因此科学家们试图摸清大麻止疼的化学机制，并在此理论基础上研制新型的止疼药。

大麻止疼的机制在于其能激活大麻素受体，而这种受体不光参与调控疼痛，还参与控制食欲、免疫和记忆。另外在人体内有两种内生的大麻素被称作AEA 和2-AG，它们可以像大麻一样激活大麻素受体。因此针对大麻素系统的研究中不光包括对慢性疼痛的治疗还包括对肥胖、抑郁症和焦虑症的治疗。

过去人们对AEA 已经有了比较深入的了解，并发现脂肪酸酰胺水解酶可以降解AEA，反过来使用拮抗脂肪酸酰胺水解酶的药物便可以起到止疼的作用。但人们对2-AG 的了解还很模糊，美国斯克利普斯研究院的学者们在11 月23 日于《自然》杂志发表的文章揭示了，拮抗2-AG 的降解酶――单酰基甘油脂酶不仅可以起到减少疼痛的作用，还可以诱导出一系列大麻素系统的效应。

晒太阳护心脏

寒冷的天气不再是冬天让人感到压抑的唯一因素了。最新的《循环》杂志揭示, 在冬天很多人都会出现维生素D 缺乏的现象，进而有可能导致心脏疾病的发生。文章指出，维生素D 缺乏通常是由于没有接受足够的日光照射导致的。而在冬天日照时间大大缩短了，而且人们更多选择在室内活动，所以在冬天人们很可能会出现维生素D 缺乏症。

在研究冬天由于远离户外而患维生素D 缺乏症的人群时，苏• 蓬克菲尔博士发现这些人罹患心脏病的几率竟然高出正常人的30% ～ 50%。并且，饮食中的维生素D 显然是不够的，苏• 蓬克菲尔博士建议人们摄入一些维生素D2、D3 的制剂，尽量让体内维生素D 的浓度保持在30 ～ 60 纳克每毫升左右。他还指出，对于患心脏病、关节疼痛和抑郁症的患者都应该检查患者体内维生素D 的含量。

只有训练让你眼疾手快

每一个伟大的运动员都知道，比赛不光是拼体能或是技巧，做出决策的速度和效率往往更决定比赛的胜负。蒙特利尔大学视光学院的两名研究人员发现了可以提高运动员成绩的训练方法。约斯林• 福贝特教授和他的博士后募集了20 个足球、网球和曲棍球运动员，通过多目标视觉追踪来训练这些运动员。运动员同时汲取多种信息的能力的增强最终能够提高多目标视觉追踪的成绩多达53%。

在实验中，受试者在一个全自动的虚拟视觉空间中，通过观察迅速运动的物体，并要在其变色的时候将其辨认出来。福贝特教授说这不是体力的训练而是对大脑的训练。

这项尝试已经渐渐在运动员之间流行起来，从王牌守门员圣皮埃尔到北美拳击冠军安东尼都开始接受这项训练。福贝特教授对此表示：“过去运动员都是一味训练体力，没有一个评估运动员认知功能的标准。”

图注：当运动员在体能和认知上都进行了最佳的准备后，他们会更有信心并拿出更好的表现。

捍卫健康的纳米武士

美国宾州大学的科学家开发的无毒纳米颗粒，最近经过试验证实其可以有效地向机体运输药物，并且使用荧光染色技术可以追踪这些纳米颗粒。一个包括材料科学家、化学家、生物工程学家、物理学家和药学家在内的跨学科小组通过试验发现20 ～ 50 纳米大小的磷酸钙颗粒可以成功进入细胞并释放其携带的药物或染料，这项研究发表在最近一期的《纳米通信》在线版上。科学家们试图利用机体内环境pH值的改变来操纵纳米颗粒内药物的释放，例如正常的血液的pH 值约为中性，而肿瘤周围的pH 值一般呈酸性，这时纳米颗粒就会溶解释放出相应的药物。这项技术不光针对治疗癌症，药学家使用神经酰胺和磷酸钙纳米颗粒研究其抗癌和抗心血管病的功效。得出的结果是只用正常剂量的几十分之一就可以起到抑制细胞增殖的作用。

空间站的电子鼻

“奋进号”航天飞机STS-126 的任务之一就是为国际空间站添置一个新的设备――电子鼻。从人类航天的历史上来看，无论是国际空间站、宇宙飞船还是俄罗斯空间站MIR 都出现过空气质量的问题，但大多数情况是宇航员们已经闻到了化学气体的气味才发现空气质量出了问题。美国国家航空航天局推进实验室电子鼻研究的尖端课题主持人玛格丽特说，电子鼻将成为“反应最快”的报警装置，并就太空舱内可能污染物的种类和数量发出警报。

空间站的宇航员们在2008 年12 月6 日启用电子鼻，该装置开始进入为期6 个月的试用阶段。如果试验成功，电子鼻将成为未来空间计划中监测宇航员生活环境不可缺少的装备。这次使用的电子鼻有鞋盒大小，容纳32 个传感器，可以感知各种不同的化学物质。从本质上来说，探测器的原理是通过探测器中的聚合物薄膜与不同的化学物质发生接触，电阻随之改变，从而以信号的形式反映出空气中化学物质的种类和数量。

埃博拉再次来袭

近期《公共科学图书馆• 病原体》杂志公布了科学家发现了埃博拉病毒新品种的报告，并将这种病毒命名为本迪布焦• 埃博拉病毒。亚特兰大疾控中心、佐治亚乌干达病毒研究所、乌干达卫生部和哥伦比亚大学最近联合公布了这种新病毒。埃博拉病毒是一种致死的传染病病原体，目前还没有疫苗或治疗方法。感染该病毒后死亡率在53% ～ 90% 之间，目前各国的研究人员都在努力攻克这一恶性传染病，但新出现的变种病毒无疑为这个难题增加了许多难度。埃博拉病毒的新品种本迪布焦•埃博拉病毒和以前的病毒有很大的区别，从基因上来看有至少30% 的基因序列不相同。现在针对埃博拉病毒的快速检验、疫苗和治疗研究又要算上一个新的成员了。

新能源――缓缓的水流

缓慢流动的海水或河流将可变成一种全新的清洁能源。地球上大多数的河流的流速都小于3 节，而能有效驱动涡轮机和水磨的流速最少需要5 ～ 6 节，这就意味着大多数的水力能源我们常规无法利用。但密歇根大学的工程师设计出了一个装置可以在流速低于2 节的水域里工作，将颇具破坏力的振动转化为清洁能源。这种装置被称作VIVACE（涡激振动水力清洁能源装置）。这套装置不依赖潮汐、波浪、涡轮机或是水坝，而是靠一种独特的流体能量系统――涡激振动来供能。涡激振动曾一直是工程师们可怕的噩梦，1940 年美国华盛顿的塔科马桥坍塌和1965 年英国渡桥电厂冷却塔的倒塌，罪魁祸首都是涡激振动。发明者伯尼萨斯教授说道：“在过去的25 年里，包括我在内的所有工程师都在想方设法减少涡激振动的发生。但我们现在在密歇根做的工作却逆其道而行之，我们尝试去驾驭并加强这种极具破坏性的能量”。

火星中纬度地区的冰川

研究人员通过美国航空航天局火星侦察轨道探测器上的穿地雷达，在较之前更低纬度的地区发现了大块岩屑覆盖下的大量冰川。由于水是生命存在的必要元素之一，所以在火星上发现了如此大量冰的存在将人类地外文明的探索向前推进了一大步。整个冰川从悬崖开始延伸了几十千米长，并且有2 千米厚。田纳西大学杰克逊地球科学学院的约翰• 霍尔特形容整个冰川有3 个洛杉矶那么大，而且很厚。这次发现的冰川是火星上除了极地地区之外发现的最大的冰川。

“除了研究价值之外，这样大量的固态水将成为我们后续火星探索的水源。”霍尔特补充道。从1970 年美国航空航天局的维京火星侦察轨道器探测到了缓坡面冰川前砂砾层开始，这种地貌就困扰着科学家们。霍尔特联想到地球南极地区岩石下发现冰川的情况，设想火星上的这种地貌下可能也存在冰川。而这次的雷达探测获得了确凿的证据，火星的中纬度地区存在超乎想象的大量冰川！同时布朗大学的詹姆斯• 海德认为像地球一样，深埋火星地下的冰川内蕴藏着远古时期的生命和气候信息。

喝红酒，抗痴呆

有个现象被科学家称作“法国悖论”，即法国人吃的食物里胆固醇和饱和脂肪酸非常之多，但法国人因为心脏病而死亡的几率又非常之小。有研究指出，吃了那些脂肪只要佐以红酒就会避害趋利，而且饮用红酒不仅能够保护心血管系统，减少几种特殊肿瘤的发生，最近的研究表明红酒甚至还能预防阿尔兹海默氏病（老年痴呆症）。

加州大学洛杉矶分校和纽约西奈山医学院的学者共同研究发现了红酒降低阿尔兹海默氏病发病几率的机制。这个研究发表在2008 年11 月21 号的《生物化学杂志》上，加州大学洛杉矶分校神经科学教授大卫• 泰普洛在文章中展示了红酒中的一种天然多酚如何阻断损伤脑细胞元凶――毒性蛋白斑块的形成。而这种多酚不仅能够阻断毒性蛋白的形成，还能降低已存在的蛋白斑块的毒性，进一步缓解患者的症状。

泰普洛教授在研究β 淀粉样蛋白（Aβ）在阿尔兹海默氏病发病过程中的作用的时候，他利用从葡萄种子里提取的多酚在鼠身上做实验，结果是葡萄种子内的多酚可以阻止β 淀粉样蛋白的毒性聚集，从而起到抗阿尔兹海默氏病的作用。在动物模型身上获得了成功，泰普洛教授的下一步就是进行人类临床实验。希望泰普洛教授的研究能够从一个迷人的角度打开治疗老年痴呆症的一扇崭新的大门

地外生命的分子

羟乙醛分子作为最小的单糖分子，由于能和丙烯醛分子发生反应而生成RNA。而RNA 被认为是生命起源的关键分子。最近天文学家们在银河系中可能出现生命的区域发现了这种简单的糖分子――羟乙醛。

这项国际合作的研究课题中，一名来自伦敦大学学院的学者利用法国的射电望远镜在距离地球2.6 万光年的恒星形成区观察到了羟乙醛。

之前这种分子只在银河系的中心发现过，而银河系中心的环境和其他地区完全不一样。这次的发现意味着羟乙醛可能飘散在整个银河系之中，从而预示着银河系某处可能存在着和地球一样居住着生命的星球。