拉曼光谱 氨基酸
不久前,我的朋友、中国科学院海洋研究所张鑫研究员在中科院的格致论道讲坛做了一个演讲。其中他说道:“我最近十几年做的工作,还没有完成我的梦想,把实验室搬到海底。我只是做了一个简单的探针,叫拉曼光谱探针,带着它去深潜。”
他们最重要的成果之一,是首次发现自然状态下的超临界二氧化碳,并提出这可能与地球上的生命起源有关。他们的论文发表在中国科学院的杂志《科学通报》,标题是《Discovery of supercritical carbon dioxide in a hydrothermal system》。
你可能会问:超临界是什么意思?
答案参见我的一期节目《填补生命起源缺失环节:中国科学家发现海洋热液中含有“氮气”》科技袁人袁岚峰的视频 对此简单的解释是,超临界是物理化学中的一个概念,跟气体的液化有关。 如果你想把气体变成液体,你有两种办法:一个是降低温度,另一个是提高压强。一般情况下,这两种办法中的任何一个都可以实现液化,例如平常见到的水蒸气就是这样。但一般人不知道的是,如果温度高到某个程度,单独提高压强就不能液化了,无论你把压强加到多高都不行。 这个温度就叫做临界温度。如果你想把高于临界温度的气体液化,就必须首先把它降温到临界温度以下。在临界温度上刚好能把气体液化的压强,就叫做临界压强。
那么,超临界流体是气体还是液体呢?
回答是:在这种状态下,气体和液体的界限消失了。因为它可以通过连续变化变成普通的气体,也可以通过连续变化变成普通的液体,中间都没有任何突变。而平时见到的气液变化,例如水蒸气变成水,或者酒精蒸汽变成液态的酒精,都是突变。所以超临界流体是一种特殊的状态,有些性质像气体,有些性质像液体。这是物理化学中一个非常有趣的结果。 了解了这些背景,下面的问题是:超临界二氧化碳为什么会跟生命起源有联系? 回答是:这次是在海底热液中发现了超临界二氧化碳的喷发,其中包含了大量的氮气、甲烷、硫化氢等物质。这里的关键是氮气,有了氮元素,就能产生氨基酸等有机物,进而形成生命。 那具体是怎么发现的呢?是通过“拉曼光谱探针”。 海底生态系统的东西是很难带回实验室的,但他们可以让“拉曼光谱探针”去海底深处,这是他们在技术手段上的创新。 拉曼探针做的工作是打一束光过去,然后这束光的返回信号可以告诉我你的生理状态,或者说你的化学成分,但是我不会破坏你生存的环境。
张鑫不仅用探针探测过石头和水合物,还探测过生物。如果你也可以探测,你想探测什么?
仅用2小时完成地球进化史
人类在寻找外星人的道路上已经快有一个世纪了,但是至今仍然没有什么成果,但是人类并没有放弃,人类通过研究20年前远古的太空陨石撞击地球时的陨石,发现了两颗45亿年前的陨石中有生命基石!
在20年前的时候,科技还不能解开这样的秘密,但是在最近专家们使用了质谱仪,来检测陨石中的分子,并且用带粒子束来研究陨石的化学成分,通过研究他们发现了在陨石的晶体中存在氨基酸,碳氢化合物,跟液态水。
而氨基酸是构成蛋白质的基础,碳氢化合物是氢跟碳组成的有机化合物,这些都是在生物中常见的。并且研究人员还使用了拉曼光谱技术,确定了水的存在。
并且科学家们发现这两颗陨石中的含量跟晶体是不同的,所以他们认为盐晶体跟陨石的起源不同,所以他们认为盐晶体跟陨石是来源于不同小行星。但是他们发现,这两颗陨石的盐晶体也很有可能来自谷星,而这也表明了它可能是形成生命的合适地点。
科学家们准备将来自45亿年前的陨石中发现了生命基石这样的研究成果发布在《科学进展》 的杂志上,因为他们认为这样的研究成果可以帮助一些宇宙探索者更加的接近外星人。可能在他们的眼中,只要证明来自45亿年前的陨石中有水的存在,就代表着外星人的存在吧。
离外星人又近了一步?科学家发现,45亿年前陨石中生命基石!,外星陨石坠落地球,仅用2小时完成地球进化史
抗疫新“武器”问世:俄发明细菌病毒“扫描仪”
俄罗斯国立核能研究大学莫斯科工程物理学院(MEPhI)发言人9月底宣布,这款名为Trigger-BIO的仪器可全天候工作,无需人工干预,能在短短数秒内确定空气中是否存在致病性病毒、细菌或一种由活生物体分泌的有毒物质,即毒素。该仪器能识别86种病原体,其中包括引起疫情大流行的新冠病毒。仪器不仅识别速度快,识别精度也不比实验室分析过程低。该研究中心根据俄卫生部订单开发出了这款新仪器。
开发并测试全球首款注册新冠病毒疫苗“卫星-V”的机构加马列亚流行病学和微生物学国家研究中心对科学家们的乐观态度表示赞同。病毒和细菌“扫描仪”测试在该中心通过。
?“扫描仪”如何工作??
仪器采集空气样本并使用可发出荧光的物质对其产生作用,荧光是这种物质吸收电磁辐射时发出的光。科学家使用两种这样的物质:色氨酸(一种氨基酸)和NAD(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸,一种辅酶),这两种物质最常用于对悬浮颗粒的分析。Trigger-BIO一分钟内可检测27升空气,更确切地说是生物气溶胶,即带有有生命活性颗粒和无生命活性颗粒的气体混合物。用波长280纳米和365纳米的发光二极管对每一个空气样本进行辐射。仪器用这种方式进行光谱分析获取进入其视场的每个颗粒的信息。被辐射的颗粒生成一定的信号,仪器通过数据库对其进行验证。如与已知病原体信号相符,就会记录检测到有害生物质。?
该仪器是否有类似产品??
世界上已有许多可实时测试周围环境空气的仪器。像Trigger-BIO这样使用荧光的仪器有美国的UV-APS、WIBS、英国的MBS、德国的SIBS和瑞士的Rapid-E。也有使用其他技术的仪器,如质谱分析技术。这种仪器是通过激光对空气进行照射,瞬间确定空气中物质的分子成分。还有一种技术是激光诱导击穿光谱技术(LIBS–Laser-induced breakdown spectroscopy),即使用激光激起的火花将空气样本变成微等离子体,这样可以分解颗粒,确定其化学成分。还有一种类型的仪器基于拉曼光谱工作,被检测的物质不会被破坏。该仪器通过与特定波长光束接触发生的反射判断其性质。还有些空气测试仪能对有害物质的DNA做出反应(1,2)。使用的是一种名为聚合酶链反应的技术。这种技术可以增加空气样本中所需物质的基因浓度,因此这种仪器对病原体(如传染病病原体)非常敏感。这些有害物质检测仪器的问题在于其主要适用于检测细菌和真菌感染,检测病毒的能力要低得多,这已被研究证实。主要原因是这些仪器的体积小,遗传信息量不足。?
俄罗斯仪器会更有效地检测病毒吗?
目前还很难有把握这样说,因为Trigger-BIO尚未发布正式文件。病毒直径20-500纳米不等,因此仪器必须对这种大小的颗粒敏感。新冠病毒(COVID-19)病原体SARS-CoV-2直径约为100纳米。进行测试的科学家说,新仪器有效性会与专业生物实验室中的测试相当。加马列亚中心转化生物医学实验室主任特卡丘克(Artem Tkachuk)说,通过使用多个可进行精确特定分析的独立模块可实现这一点。由于同时使用两种荧光物质,Trigger-BIO的有效性也得到提高。俄国立核能研究大学莫斯科工程物理学院电子学、自旋电子学和光子学系副教授科特科夫斯基(Gennadiy Kotkovskiy)说,通过使用单光子计数法由被辐射颗粒生成信号可使仪器敏感度提高十倍。?
实践中如何使用该仪器??
Trigger-BIO可大幅推动人群大规模聚集地快速诊断。面对新冠疫情大流行,全球所有国家政府都面临这一任务。现有检测方式不是很有效。研究(1,2)表明,遥测体温无法切实可靠地显示被测人员是否感染新冠病毒。加马列亚中心宣布,10月将开始在俄罗斯各大城市地铁和机场安装该仪器。仪器尺寸虽然不大(不到6公斤),却可覆盖约100平方米面积。可直接将其接入中央通风系统。 本文转载自RUTUS
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