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2018菠萝奖揭晓丨化学奖:菠菜探测爆炸物

发布时间: 2018-04-14 06:56:31 来源: 浙江在线 记者 曾杨希

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  浙江在线4月13日讯(浙江在线记者 曾杨希)4月13日晚,第七届菠萝科学奖在浙江省科技馆举行。

  今年菠萝科学奖的主题“寻找尤里卡”。“尤里卡”原是古希腊语,意思是:“有办法啦!”古希腊学者阿基米德,有一次在浴盆里洗澡,突然来了灵感,发现了他久未解决的计算浮力问题的办法,因而惊喜地叫了一声“尤里卡”,从此发现了阿基米德定律。

  哪些有趣的研究获奖了,让我们一起来看看吧——

  化学奖

  获奖研究 菠菜探测爆炸物

  去过机场的人都有过这样的经历,安检人员要拿着一张小纸条在靠近你衣服的地方擦拭几下再放行,这其实是在进行爆炸物痕量测试。在有些机场我还遇见过警犬嗅来嗅去……关于人体炸弹啦公交爆炸案啦这样的苦恼,发明炸药的诺贝尔他老人家是不会有的。

  大概是觉得纸条什么的实在不够酷吧,麻省理工化学工程系的一个实验室另辟蹊径,想到了一种神奇的植物,把它打造成了检测爆炸物的小能手。

  这篇名为《使用纳米仿生的野生型植物进行硝基芳香族化合物探测及红外通信》的论文由Michael Strano教授领衔的团队完成,于2016年10月发表在《自然》的子刊《自然·材料》上,王民浩博士作为第一作者参与了这项研究,他本人甚至创立了一家名为Plantea的公司,来进一步发展该技术。

  植物天然具有环境监测的本领,它们的根部深深扎在了泥土中,而茎叶又曝露于空气里,再加上蒸腾作用,将使得一些能被吸附甚至吸收的物质有机会进入其体循环,许多爆炸物都含有的主要组成部分硝基芳香族化合物也属于植物可以吸收之列。

  该研究小组使用了三周龄的野生菠菜来执行这项光荣使命,首先他们用无针管注射器把纳米传感器注入菠菜的叶片,确定它们进入了薄壁组织,然后让菠菜的根从环境中吸收模型爆炸物,接下去就可以随时间推移来追踪爆炸物的浓度变化了。在这个实验中监测的爆炸物叫苦味酸,化学名为2,4,6-三硝基苯酚(TNP),和我们最熟悉的炸药三硝基甲苯(TNT)只存在一个基团的差别,它最初的制备可追溯到1740年代,如今也仍然被作为一种常见的模型爆炸分析物。

  注入菠菜的传感器分为两种:一种是和肽bombolitin II结合的单壁碳纳米管,叫B-SWCNT,一种是加上了聚乙烯醇官能团的单壁碳纳米管,叫做P-SWCNT,它们都属于近红外荧光纳米传感器,但是两者和苦味酸之间的作用方式完全不同。如果苦味酸遇到B-SWCNT,它会与其结合并引起传感器近红外光致发光的光谱偏移,而P-SWCNT的光谱发射则不会受苦味酸的影响,因此可作为一个稳定的参考信号。实验观察到,在持续的激光激发下,菠菜根部接触到苦味酸5到15分钟内,B-SWCNT的光致发光光谱强度与P-SWCNT相比有明显下降。这表明,苦味酸从根部传到了叶片并与B-SWCNT发生结合。而在另一个对照实验中,没有使用苦味酸,则两种碳纳米管的发射强度都没有变化。

  这个模型还有一个非常大的好处,就是用一般的智能手机就可以接收到产生变化的红外信号。实验人员使用一台配备有计算机控制显示相机模块的树莓派电脑就完成了信号的搜集,所需像素精度只有500ppi而已,成本据说只要几十美元。

  为了表彰他们将菜场成员变成世界和平使者的精神,特授予此奖。

  2018菠萝科学奖五大常规奖项: 

  物理奖——罗切斯特理工学院的可持续发展专家Roger Chen及其合作者的研究“宅着更节能”;

  心理学奖——浙江大学管理学院教授周欣悦的研究“收脏钱更容易做坏事”;

  数学奖——巴黎高等师范博士后杨靖的研究“精子寻找卵子的数学模型”;

  生物医学奖——全球假毛虫计划中国热带雨林团队黄述银等的研究“全球假毛虫计划”;

  化学奖——美国麻省理工学院化学工程系Min Hao Wong等的研究“菠菜探测爆炸物”。

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