环球科学：“指哪播哪”！新技术精准递送音频，不戴耳...

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　　· 工程学 ·

　　“指哪播哪”！新技术精准将音频送入耳中，不戴耳机也不会漏音

　　视频来源：原论文

　　一项新技术的出现，或许能让未来的人们无需掏出耳机，也能独享音乐或音频节目。近日，美国宾夕法尼亚州立大学（Pennsylvania State University）的华人声学教授景云带领团队开发了一种名为“声音飞地”（audible enclaves）的音频技术。该技术通过非线性自弯曲传播的超声波束，在特定区域产生125赫兹至4千赫兹的超宽带局部声场，精确控制人耳可听声音的传播范围。

　　研究人员利用两台超声波换能器发射出两束人耳无法听到的超声波束，其经由3D打印技术制造的声学超构表面（相当于声学透镜，可精确弯曲和控制声波的传播方向），以略微不同的频率沿弯月形轨迹传播，最终在特定空间点精确交汇。这种超声波束只在交汇点才能发生相互作用，进而“解调”出人耳可听的声音。因此，除了站在波束交汇点的目标听众，周围的人即使身处同一封闭空间，甚至直接站在声源前方，也几乎无法察觉。而且，这两束超声波束还能绕过人体头部等障碍物，准确抵达预定目标位置。真实应用场景测试证明，该系统可在教室、车辆甚至户外等环境中正常运行。目前，该技术可将声音远程传输至大约一米远的距离，音量约为60分贝，相当于正常交谈的音量。未来，该技术有望有望通过增加超声波强度来提升传输距离和音量，应用于私人语音通讯、沉浸式空间音频再现，以及高精度声场或静音区控制等领域。研究论文3月17日发表于《美国科学院院刊》（PNAS）。（公众号“环球科学科研圈”）

　　· 材料学 ·

　　用大肠杆菌生产可再生塑料

　　据估算，全球塑料生产在2022年制造了约4亿公吨的塑料，其中大部分使用了石油基化工工艺。近些年，科学家开始把目光投向微生物，想要用微生物合成能用于生产塑料的聚合物，从而以更可持续的方式生产出可生物降解的替代品。《自然·化学生物学》（Nature Chemical Biology）发表的一项研究指出，大肠杆菌或能用于生产可生物降解的塑料。

　　研究者开发了一种能用大肠杆菌内产生的一系列酶生产聚酯酰胺（PEA）的工艺，这种工艺需要将六种氨基酸与一种或多种羟基酸结合，来制造聚合物塑料。经过进一步测试优化该工艺后，他们利用葡萄糖作为一种关键成分，在大肠杆菌内生产PEA这种聚合物。他们还研究了不同氨基酸的数量和结构如何影响PEA的产量和性能。作为概念验证，研究者在一个大型生物反应器中生产了约每升55克的PEA，证实该工艺可以扩大PEA生产规模。他们还测试了合成的PEA的物理、热学和机械性能，发现其与高密度聚乙烯的性能不相上下，而高密度聚乙烯是使用最广泛的塑料之一，表明PEA或是一种可再生替代品。（Nature）

　　· 神经科学 ·

　　女性与男性的神经性疼痛反应机制不同

　　已有研究显示，相比男性，各年龄段女性（包括儿童）中慢性疼痛都更为普遍。近期，一项发表于《神经元》（Neuron）的研究提供了一种可能的解释。

　　这项研究主要关注由神经或神经系统损伤引发的疼痛。研究者发现，在小鼠和大鼠中，疼痛信号都能通过Panx1通道传递，但雄性和雌性会经由不同类型的免疫细胞完成这一过程。在雌性小鼠和大鼠中，Panx1的激活会释放瘦素，这是一种与痛觉敏感度增加相关的激素。此前的研究显示，患有慢性疼痛的女性患者血液中的瘦素水平更高，也与本次研究的发现一致。研究者表示，大量临床前研究都以男性为研究对象，因此对应的疗法也往往基于男性的生理系统，这可能造成了目前已有止痛疗法对女性的治疗效果不佳。（University of Calgary）

　　· 环境 ·

　　《大气污染防治行动计划》或提升了中国居民健康水平

　　过去40年里，由于快速城镇化和经济发展，空气污染一直是中国面临的环境挑战。在各种污染物中，直径2.5微米或以下的细颗粒物（PM2.5）和黑碳一直被认为与各种传染和慢性病有关，如呼吸系统和心血管疾病。为解决这一问题，2013年中国政府颁布了《大气污染防治行动计划》（APPCAP），这是一个全面的全国性空气污染防治政策。近日，《自然·医学》（Nature Medicine）发表的一篇论文指出，这项空气污染防控政策或可帮助预防逾27万人因各类心肺和神经精神疾病入院。

　　这一结果基于对中国292座城市的逾4800万例入院记录的研究。研究团队分析了2013-2017年APPCAP发布前后中国各地的48 623 468例入院记录。他们发现，实施清洁空气政策使九种主要疾病的入院人数平均相对减少了30%。这些疾病包括抑郁症（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%），以及慢性肾病（24.53%）。尤其值得注意的是，吴少伟和同事还发现，与黑碳减少特定相关的入院人数减少了21%，黑碳是PM2.5的一个重要组分。在地区层面上，入院人数下降最多的是中国北部和东部城市以及四川盆地，作者认为这些地区PM2.5和黑碳污染的改善最为显著。（Nature）

　　· 化学 ·

　　揭秘超临界水的结构

　　水除了固态、液态和气态外，还有第4种形态——超临界态。当温度和压力达到一定值时，气态和液态的密度趋于相等，它们之间的分界线随之消失 ,物质的这种状态就是它的临界状态。如果温度与压力进一步提高而超过临界点，物质就处于超临界状态，成为超临界流体，比如超临界水。传统理论认为，超临界水中的水分子会通过氢键形成簇状结构。然而，最近发表于《科学·进展》（Science Advances）的研究通过结合太赫兹光谱学和分子动力学模拟，推翻了这一假设。

　　与传统光谱学相比，太赫兹光谱学能够更敏感地探测水分子之间的氢键相互作用，从而帮助研究者探究超临界水中的分子聚集行为。如果存在分子簇，太赫兹光谱将通过特征光谱信号检测到它们的形成。但光谱结果显示，水分子在超临界态和气态中有相同的表现。这意味着，超临界水中缺乏氢键相互作用，几乎没有分子簇的存在，因为气态因分子间作用力较小而被普遍认为不存在氢键。进一步的分子动力学模拟探索了水分子在超临界条件下的行为。模拟结果显示，在超临界水中，水分子间的相互作用很短暂，突显了超临界水的流动性和易变性。这项研究推翻了超临界水中存在分子簇的传统观点，为理解水在极端条件下的行为提供了新的视角。（Scienmag）

　　撰写/编辑：王怡博、二七