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· 工程學·
“指哪播哪”！新技術精準將音訊送入耳中，不戴耳機也不會漏音
影片來源：原論文
一項新技術的出現，或許能讓未來的人們無需掏出耳機，也能獨享音樂或音訊節目。近日，美國賓夕法尼亞州立大學（Pennsylvania State University）的華人聲學教授景雲帶領團隊開發了一種名為“聲音飛地”（audible enclaves）的音訊技術。該技術透過非線性自彎曲傳播的超聲波束，在特定區域產生125赫茲至4千赫茲的超寬頻區域性聲場，精確控制人耳可聽聲音的傳播範圍。
研究人員利用兩臺超聲波換能器發射出兩束人耳無法聽到的超聲波束，其經由3D列印技術製造的聲學超構表面（相當於聲學透鏡，可精確彎曲和控制聲波的傳播方向），以略微不同的頻率沿彎月形軌跡傳播，最終在特定空間點精確交匯。這種超聲波束只在交匯點才能發生相互作用，進而“解調”出人耳可聽的聲音。因此，除了站在波束交匯點的目標聽眾，周圍的人即使身處同一封閉空間，甚至直接站在聲源前方，也幾乎無法察覺。而且，這兩束超聲波束還能繞過人體頭部等障礙物，準確抵達預定目標位置。真實應用場景測試證明，該系統可在教室、車輛甚至戶外等環境中正常執行。目前，該技術可將聲音遠端傳輸至大約一米遠的距離，音量約為60分貝，相當於正常交談的音量。未來，該技術有望有望透過增加超聲波強度來提升傳輸距離和音量，應用於私人語音通訊、沉浸式空間音訊再現，以及高精度聲場或靜音區控制等領域。研究論文3月17日發表於《美國科學院院刊》（PNAS）。（公眾號“環球科學科研圈”）
· 材料學 ·
用大腸桿菌生產可再生塑膠
據估算，全球塑膠生產在2022年製造了約4億公噸的塑膠，其中大部分使用了石油基化工工藝。近些年，科學家開始把目光投向微生物，想要用微生物合成能用於生產塑膠的聚合物，從而以更可持續的方式生產出可生物降解的替代品。《自然·化學生物學》（Nature Chemical Biology）發表的一項研究指出，大腸桿菌或能用於生產可生物降解的塑膠。
研究者開發了一種能用大腸桿菌內產生的一系列酶生產聚酯醯胺（PEA）的工藝，這種工藝需要將六種氨基酸與一種或多種羥基酸結合，來製造聚合物塑膠。經過進一步測試最佳化該工藝後，他們利用葡萄糖作為一種關鍵成分，在大腸桿菌內生產PEA這種聚合物。他們還研究了不同氨基酸的數量和結構如何影響PEA的產量和效能。作為概念驗證，研究者在一個大型生物反應器中生產了約每升55克的PEA，證實該工藝可以擴大PEA生產規模。他們還測試了合成的PEA的物理、熱學和機械效能，發現其與高密度聚乙烯的效能不相上下，而高密度聚乙烯是使用最廣泛的塑膠之一，表明PEA或是一種可再生替代品。（Nature）
· 神經科學·
女性與男性的神經性疼痛反應機制不同
圖片來源：Fan et al., Neuron 2025
這項研究主要關注由神經或神經系統損傷引發的疼痛。研究者發現，在小鼠和大鼠中，疼痛訊號都能透過Panx1通道傳遞，但雄性和雌性會經由不同型別的免疫細胞完成這一過程。在雌性小鼠和大鼠中，Panx1的啟用會釋放瘦素，這是一種與痛覺敏感度增加相關的激素。此前的研究顯示，患有慢性疼痛的女性患者血液中的瘦素水平更高，也與本次研究的發現一致。研究者表示，大量臨床前研究都以男性為研究物件，因此對應的療法也往往基於男性的生理系統，這可能造成了目前已有止痛療法對女性的治療效果不佳。（University of Calgary）
· 環境·
《大氣汙染防治行動計劃》或提升了中國居民健康水平
過去40年裡，由於快速城鎮化和經濟發展，空氣汙染一直是中國面臨的環境挑戰。在各種汙染物中，直徑2.5微米或以下的細顆粒物（PM2.5）和黑碳一直被認為與各種傳染和慢性病有關，如呼吸系統和心血管疾病。為解決這一問題，2013年中國政府頒佈了《大氣汙染防治行動計劃》（APPCAP），這是一個全面的全國性空氣汙染防治政策。近日，《自然·醫學》（Nature Medicine）發表的一篇論文指出，這項空氣汙染防控政策或可幫助預防逾27萬人因各類心肺和神經精神疾病入院。
這一結果基於對中國292座城市的逾4800萬例入院記錄的研究。研究團隊分析了2013-2017年APPCAP釋出前後中國各地的48 623 468例入院記錄。他們發現，實施清潔空氣政策使九種主要疾病的入院人數平均相對減少了30%。這些疾病包括抑鬱症（34.35%）、精神分裂症（32.56%）、心律失常（32.52%）、下呼吸道感染（31.39%）、卒中（29.66%）、冠心病（29.74%）、心衰（28.92%）、帕金森病（26.33%），以及慢性腎病（24.53%）。尤其值得注意的是，吳少偉和同事還發現，與黑碳減少特定相關的入院人數減少了21%，黑碳是PM2.5的一個重要組分。在地區層面上，入院人數下降最多的是中國北部和東部城市以及四川盆地，作者認為這些地區PM2.5和黑碳汙染的改善最為顯著。（Nature）
· 化學·
揭秘超臨界水的結構
水除了固態、液態和氣態外，還有第4種形態——超臨界態。當溫度和壓力達到一定值時，氣態和液態的密度趨於相等，它們之間的分界線隨之消失 ,物質的這種狀態就是它的臨界狀態。如果溫度與壓力進一步提高而超過臨界點，物質就處於超臨界狀態，成為超臨界流體，比如超臨界水。傳統理論認為，超臨界水中的水分子會透過氫鍵形成簇狀結構。然而，最近發表於《科學·進展》
（
Science Advances
）的研究透過結合太赫茲光譜學和分子動力學模擬，推翻了這一假設。
與傳統光譜學相比，太赫茲光譜學能夠更敏感地探測水分子之間的氫鍵相互作用，從而幫助研究者探究超臨界水中的分子聚集行為。如果存在分子簇，太赫茲光譜將透過特徵光譜訊號檢測到它們的形成。但光譜結果顯示，水分子在超臨界態和氣態中有相同的表現。這意味著，超臨界水中缺乏氫鍵相互作用，幾乎沒有分子簇的存在，因為氣態因分子間作用力較小而被普遍認為不存在氫鍵。進一步的分子動力學模擬探索了水分子在超臨界條件下的行為。模擬結果顯示，在超臨界水中，水分子間的相互作用很短暫，突顯了超臨界水的流動性和易變性。這項研究推翻了超臨界水中存在分子簇的傳統觀點，為理解水在極端條件下的行為提供了新的視角。（Scienmag）
撰寫/編輯：王怡博、二七