目 录
1. 龋齿不用补，两滴药水48小时完美修复牙釉质
2. 碳纳米管微处理器说出“Hello，World”
3. 瘦人为什么也会得脂肪肝？
4. 垃圾围城：新技术使聚氨酯废料重获新生
5. 是不是“天选之人”，闻一闻就知道
6. “零卡／代糖”的肥胖陷阱
编辑 | 徐颖、陈航
编译 | 徐颖、陈航
龋齿不用补，两滴药水48小时完美修复牙釉质
牙釉质包裹在牙齿表面，是人体中最硬的天然生物材料，保护着我们的牙齿。龋齿（蛀牙）是最常见的牙釉质损坏，坚固的防线一旦突破，整颗牙齿可能就离over不远了。然而，牙釉质却是不可再生的。它的主要是成分是羟基磷灰石晶体，结构复杂有序，排布致密，坚如磐石，很难修复。目前人们只能使用传统的补牙材料（如汞合金、陶瓷、复合树脂）填充在“大洞”里，对牙齿上的小缺口小裂隙则束手无策。
最近，浙江大学化学系唐睿康教授课题组发明出一种仿生修补液，在牙釉质的缺损处滴上两滴，48小时后就能“长”出浑然一体的修复层。这一研究成果在线发表在8月30日的Science Advances（《科学进展》）杂志上[1]。
人牙修复实验
研究团队成员将富含磷酸钙团簇的溶液滴在人工龋齿表面，随后将其放入模拟口腔唾液环境的溶液中。在接下来的48小时内，龋齿表面首先形成一个仿生化矿前沿，结合在需要修补的牙釉质界面上，引导晶体外延生长，让羟基磷灰石长出类似于釉柱结构的晶体，并朝特定的方向有序排列。这一连续材料与本体组织几乎一模一样，完全结合，达到了“以假乱真”的效果，即使是有经验的牙医也难以分辨修复前后的牙釉质。
图：不同再生时期，人牙釉质的扫描电镜图片（6小时，12小时和48小时）。蓝色区域是天然牙釉质，绿色区域是修复后的牙釉质。黑色标尺为1微米。
实验人员还用纳米压痕技术测试了牙釉质修复层的力学强度，结果显示，长出来的人工牙釉质，其硬度和弹性模量与天然牙釉质的数值几乎相同。这意味着这一修复方法达到了“材料、结构、力学性能”的三者统一，而且实现了原位修复。不过，这一技术要真正实现临床应用，还需要经历严格的动物实验和临床验证。
德国著名生物矿化学家、康斯坦兹大学Helmut C?lfen教授评价说：“这是我所知道的迄今为止最好的牙釉质修复材料，有望在临床上真正实现牙釉质的原位修复。”[2]
[1] Repair of tooth enamel by a biomimetic mineralization frontier ensuring epitaxial growth, Changyu Shao etc. 2019
[2] https://mp.weixin.qq.com/s/CJVDBgcUec58phQJ6MmrTw
碳纳米管微处理器说出“Hello，World”
8月28日，《自然》杂志发表的一篇论文报道了一个利用14,000多个碳纳米管（CNT）晶体管制造出来的16位微处理器[1]，其设计和制造方法有望成为先进微电子装置中硅基结构的高能效的替代品。
根据摩尔定律，电子器件中的硅晶体管正达到一个临界点，无法进行有效扩展以推动电子学的进步。碳纳米管虽然作为一种潜在的可用于制造高效能器件的替代材料，但是其本征缺陷和可变性限制了其在大规模系统中的应用。麻省理工学院及慕尼黑工业大学的科学家合作设计和构建了一种基于碳纳米管的微处理器来解决上述问题。他们利用一种剥落工艺防止碳纳米管聚合在一起，以防晶体管无法正常工作。此外，通过精细的电路设计，减少了影响电路功能的金属型碳纳米管的数量，从而克服了一些和碳纳米管杂质相关的问题。
目前，该微处理器已成功工作，在测试中执行了一个程序，并成功生成消息：“你好，世界！”
[1] Modern microprocessor built from complementary carbon nanotube transistors. Max Shulaker, 2019.
瘦人为什么也会得脂肪肝？
脂肪肝——一种以肝脏脂肪堆积为特征的疾病——影响着全球四分之一的人口[1]。虽然它通常发生在超重和肥胖人群中，但许多体重较低的人也会患这类疾病。复杂的因素，如瘦人的胰岛素水平、代谢水平、遗传、饮食、经济因素与环境等，都是诱导瘦人罹患脂肪肝的成因[2]，虽然具体原因一直成谜，但近期的一项研究，正逐渐接近这一谜题的真相[3]。
韦斯特米德医学研究所Jacob George教授对瘦型和肥胖型脂肪肝患者的代谢、肠道细菌和遗传概况进行分析，得出结论：首先，“纤瘦的形象”并不能抵挡肝脏脂肪的堆积。研究发现，瘦人患者体内胆汁酸和纤维母细胞生长因子19 （FGF19）的含量更高，它们在脂肪消化中起着重要作用，因而可以应付过量卡路里造成的肥胖；其次，特定肠道细菌和新基因的变化，例如与脂肪肝相关的TM6SF2基因变异在瘦人患者中更为常见，这些变化也可能会影响瘦人脂肪肝疾病的进程。
该研究的合作者Mohammed Eslam副教授表示，现在我们对瘦人脂肪肝患者的代谢状况和代谢过程有了更多的了解，我们可以针对这些患者进行更有针对性的治疗。
第一作者Dr Fei Chen以及项目领导者Jacob George教授、Mohammed Eslam副教授|图片来源：The Westmead Institute for Medical Research
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Fatty_liver_disease
[2] Lean non-alcoholic fatty liver disease. Alice YuxinWang, 2018.
[3] Lean NAFLD: A Distinct Entity Shaped by Differential Metabolic Adaptation. Chen Fei, 2019.
垃圾围城：新技术使聚氨酯废料重获新生
预计今年10月，国内最大的垃圾填埋场、近乎50层楼高的西安市灞桥区江村沟垃圾填埋场将被填满。垃圾问题是一个全球化问题，以聚氨酯废料为例，聚氨酯被广泛应用于包括涂料、泡沫床垫、坐垫和绝缘材料等产品中。仅在美国，每年就产生约130万吨聚氨酯废料。这些废料通常被填埋或焚烧处理，这一过程不仅需要大量的能源投入，还会产生有毒的副产品。如何处理例如聚氨酯废料成为垃圾处理中的一个主要难题。
西安市灞桥区江村沟垃圾填埋场卫星图 | 图片来源：Google
基于此，伊利诺斯大学的一个研究小组开发出一种新方法，来分解聚氨酯废料并将其转化为其他有用的产品[1]。聚氨酯由两种难以分解的成分组成：异氰酸酯和多元醇。这种多元醇通常不能降解，为了解决这一困难，研究小组在多元醇中加入了一种更容易降解的化学单位缩醛。通过这种方法形成的降解产物可以用于制造新材料。例如，研究人员利用该种方法，将一种用于生产橡皮筋、包装和汽车部件的聚氨酯转化为一种粘合剂。
然而，这种方法面临的挑战之一是，初始降解材料的成本很高。正如研究人员表示，“我们正试图找到一种更好、更便宜的方式来实现这一废料降解目标。我们希望使用更温和更便宜的溶剂，如醋等，进行降解。”
[1] New technique gives polyurethane waste a second life.
是不是“天选之人”，闻一闻就知道
《BMC进化生物学期刊》近日发表的一项研究表明[1]，狐猴能够通过嗅觉分辨其潜在伴侣的基因差异，从而确定自己的“天选之人”。
环尾狐猴通过嗅树，寻找其他狐猴气味的踪迹|图片来源：David Haring, Duke Lemur Center
该研究的主要领导者，杜克大学的Kathleen Grogan博士通过研究发现，狐猴通常用树木摩擦臭腺，通过其独特的体味宣传其性别、亲缘关系以及是否准备交配等信息。研究表明，仅凭一缕气味，这些灵长类动物就能分辨出哪些潜在伴侣的免疫基因与自己的不同，通过寻找与自身免疫基因的气味有明显差异的雄性作为伴侣，以使它们后代的免疫系统更加多样化并能够对抗更多的病原体。
Grogan博士表示：“越来越多的证据表明，灵长类动物对嗅觉线索的依赖程度比我们想象的要高得多，所有灵长类动物都有可能做到这一点。”
[1] Genetic variation at MHC class II loci influences both olfactory signals and scent discrimination in ring-tailed lemurs. Kathleen E. Grogan.
“零卡／代糖”的肥胖陷阱
为了追求食物的口感，又不想摄入过多的热量，人造甜味剂，如阿斯巴甜等，成为了部分人的首选，因此衍生出了各种热量极低甜度又高的 “零卡”、“代糖”食物。然而，这些食物的摄入，真的不会带来肥胖吗？
麻省总医院内分泌外科首席Richard Aaron Hodin团队的一项研究发现[1]，阿斯巴甜可以阻断一种叫做肠道碱性磷酸酶（IAP）的肠道酶，这种酶在之前已经证明可以预防肥胖、糖尿病和代谢综合征的发生[2]。在小鼠实验中他们发现，在饮用水中摄入阿斯巴甜的小鼠比喂食缺乏阿斯巴甜同类食物的小鼠体重增加更多，并伴随其他代谢综合征症状。
尽管美国食品药品监督管理局FDA把阿斯巴甜描述为“研究最彻底的食品添加剂之一”[3]，但是关于它的研究真的彻底吗？正如Richard Aaron Hodin所说：“虽然我们不能排除其他作用机制，但至少我们的实验清楚地表明，阿斯巴甜能够阻断IAP活性而不受其他因素的影响，而这可能意味着肥胖、糖尿病或代谢综合征的发生。”
[1] Aspartame may prevent, not promote, weight loss by blocking intestinal enzyme's activity. Richard Aaron Hodin.
[2] Adding intestinal enzyme to diets of mice appears to prevent, treat metabolic syndrome. Richard Aaron Hodin.
[3] Sugar Substitutes: Americans Opt for Sweetness and Lite. FDA, 1999.
特 别 提 示
《返朴》，科学家领航的好科普。国际著名物理学家文小刚与生物学家颜宁共同出任总编辑，与数十位不同领域一流学者组成的编委会一起，与你共同求索。关注《返朴》参与更多讨论。二次转载或合作请联系fanpusci@163.com。
