环球科学：“走路”治疗关节炎？科学家开发压电装置，或有效修复软骨损伤

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　　· 医学 ·

　　用压电装置治疗关节软骨损伤

　　术后的兔子在跑步机上运动，可以刺激膝关节内的压电装置产生电流，刺激软骨再生，恢复膝关节功能。（图片来源：Thanh Nguyen/University of Connecticut and UConn Health）

　　骨关节炎是一种非常常见的疾病。由于外伤或者衰老，关节软骨会发生损坏，导致骨骼直接发生撞击，引发剧烈疼痛。目前还未有能有效治愈骨关节炎的手段。近日，科学家使用一种压电装置有效改善了兔子膝关节软骨缺损的愈合情况。研究已发表在《科学·转化医学》上。

　　科学家将聚左旋乳酸织成纤维并制成支架，植入股骨内侧髁处有软骨缺损的兔子的膝关节内。这种材料不仅可生物降解，而且在承压时还可产生电流，刺激关节软骨的形成和再生。兔子在术后先恢复一个月，然后在跑步机上进行一至两个月的锻炼。结果表明，与植入非压电支架的兔子相比，植入这种特殊支架的兔子膝关节透明软骨再生良好、软骨缺损完全愈合，并且产生了大量的软骨细胞和胶原蛋白。研究人员表示，这项技术还需要在体型更大和年龄更老的动物中进行实验，而且实验动物术后需接受长期观察，确保再生的软骨是耐用的。这一技术有望用于人体骨关节炎和其他组织损伤的治疗。

　　· 材料科学 ·

　　基于糖类制造出的新型可循环利用塑料

　　塑料往往是由石油炼制的产品制成的，但石油资源有限，因此亟需寻找其他制造塑料的方式。近日，在一项发表于《美国化学会志》的研究中，研究人员利用可持续原料，制备出了一系列聚合物塑料。它们不仅具备普通塑料的性质，还具有更高的可降解性和可循环利用性。

　　研究人员选取了2类糖类的衍生物作为聚合反应的原料：异山梨醇和异甘露糖醇，它们都由刚性的环构成，且互为立体异构体。他们发现，由异山梨醇制备的聚合物塑料具有类似普通塑料的韧性，其强度相当于尼纶6的强度。以异甘露糖醇为单体制备的聚合物塑料则不仅具有类似的韧性和强度，还表现出较高的弹性，即在发生形变后具有更高恢复原有形状的能力。这2类塑料还能在粉化或热处理后保持最初较好的机械性能，因此可以对其进行循环利用。此外，如果将异山梨醇和异甘露糖醇的混合物作为聚合反应的原料，就能通过控制这2种原料的比例来调控聚合物塑料的性能，从而满足不同实际应用的需求。

　　· 新冠疫苗 ·

　　以色列初步结果：接种第四针新冠疫苗对奥密克戎保护效力不理想

　　上个月，以色列启动了对高危和易感染人群接种第四针新冠疫苗的工作，目前已有超过50万人完成第四针接种。据《以色列时报》、路透社等媒体报道，近日，以色列Sheba医学中心公布了其关于接种第四针新冠疫苗（即第二针加强针）的试验的初步报告，结果表明接种第四针疫苗对奥密克戎毒株的保护效力欠佳。

　　据悉，上个月，Sheba医学中心在其员工中开展了这一试验。其中154人第四针接种辉瑞-BioNTech新冠疫苗并观察接种两周后的效果，另外120人则接种莫德纳新冠疫苗并观察接种一周后的效果。所有这些接种者此前都接种了3针辉瑞新冠疫苗。数据显示，在接种第四针疫苗后，接种者体内的抗体水平略高于接种第三针后的水平。但研究人员认为，这一抗体水平不足以抵抗奥密克戎毒株感染；此外，有不少奥密克戎毒株的感染者已经接种过四针疫苗。但研究人员也指出，目前他们只进行了初步研究，成果也尚未发表，而且疫苗对阿尔法和德尔塔等毒株的保护效力很好。目前，更详细的数据尚未披露。

　　· 量子计算 ·

　　中国科学家首次实现基于局域操作的最优量子门检验

　　高保真度的量子门操作是建立容错量子计算的必要条件，如何检验制备量子门的保真度是否达到要求是实现容错量子计算首先要解决的问题。传统量子过程层析方案随量子门的规模增大测量次数和计算量都呈指数增长，对于未来大规模的量子门和量子线路的质量表征，传统方法已经不具备实际可操作性。

　　由中科大、复旦和北理工学者组成的研究团队利用自研多参数量子精密测量平台，改进了量子门检验的数据处理算法，可对量子门的失真度上界∈进行估计。他们实现了最优的样本复杂度1/∈的量子门检验，并且该方法所需要的样本复杂度并不随量子门规模的增大而增大。利用最优量子门检验，研究组对两比特CNOT门和三比特Toffoli门分别进行了检验，两者平均而言只需用到1600次和2600次测量就能检验保真度是否达到了99%和97%以上，所使用的测量基数目仅为20和32个。作为对比，用量子过程层析去刻画它们的失真度需要上百万次测量，以及324和4096个测量基。相关成果已发表在《物理评论快报》上。（中科大新闻网）

　　· 行为学 ·

　　一款可提高阅读能力的动作电子游戏

　　学习阅读的关键是把字母解码成声音，同时，我们还需要一些注意力控制、工作记忆和认知灵活性等基本的技巧，而这些能力都能通过动作电子游戏提升。近日，在一项发表于《自然·人类行为》的新研究中，科学家基于传统动作电子游戏的要素，开发了一款适合儿童的动作电子游戏。

　　科学家招募了150名8～12岁的意大利小学生，首先测试了他们的阅读能力和注意力，并在学校的监督下，将其分成两组进行了为期六周，每周2小时的游戏训练：第一组玩团队开发的电子游戏，儿童需要在有限时间内完成相关任务，如躲避、瞄准、收集资源。第二组玩一款名为Scratch的编程游戏，需要计划、推理，建立逻辑结构来解决问题。训练结束后，科学家们对两组儿童进行测试。结果表明，第一组在注意力控制方面提高了7倍，并且阅读能力（阅读速度和准确性）也有了明显的提高，而第二组没有任何改善。此外，研究人员在儿童训练后的6、12以及18个月分别进行评估测试。每一次，第一组的儿童都表现得更好，这证明这种改善是持续性的。

　　· 地球科学 ·

　　地球内部的冷却速度比预期的要快

　　45亿年前，地球表面被滚烫的岩浆覆盖，并在数百万年间逐渐冷却而形成了脆性的地壳。其中，地幔和地核之间形成了一个主要由布里奇曼石（Bridgmanite）矿物组成的边界层，地核会在温差的作用下，通过这个边界向地幔传输热量。因此，要想知道地球的冷却速度，就需要测量布里奇曼石的热导率，但实际测量非常困难。不过，近日一项发表于《地球和行星科学快报》的研究解决了这个难题。

　　科学家将单晶的布里奇曼石放入用激光双面加热的装置中，利用装置中的光学吸收测量系统，测量了单晶在高温高压下的吸收光谱，并据此分析出加热后单晶的结构和化学成分，以及布里奇曼石的辐射热导率。他们发现其热导率比此前理论假设的高1.5倍，也就是说有更多的热量能够从地核进入地幔，从而加强地幔对流、加快地球冷却。此外，位于边界的布里奇曼石在冷却后会转化为热导率更高的后钙钛矿结构，这会进一步加速地球冷却。这项研究加深了我们对地球动态演化过程的了解。

　　· 新冠疫情 ·

　　截至北京时间1月18日10时，据约翰·霍普金斯大学最新统计，全球累计新冠确诊病例330 275 734例，死亡病例5 544 688例。

　　根据国家卫生健康委员会官方网站的消息，1月17日0—24时，31个省（自治区、直辖市）和新疆生产建设兵团报告新增确诊病例171例。其中境外输入病例44例（上海17例，广东13例，云南4例，北京3例，四川3例，辽宁1例，福建1例，湖南1例，广西1例），含6例由无症状感染者转为确诊病例（广东3例，辽宁1例，湖南1例，广西1例）；本土病例127例（河南102例，其中安阳市94例、郑州市4例、许昌市4例；天津18例，其中津南区15例、西青区2例、河西区1例；广东5例，均在珠海市；北京1例，在海淀区；陕西1例，在西安市）。无新增死亡病例。新增疑似病例3例，均为境外输入病例（均在上海）。

　　31个省（自治区、直辖市）和新疆生产建设兵团报告新增无症状感染者33例，其中境外输入32例，本土1例（在辽宁大连市）；当日转为确诊病例6例（均为境外输入）；当日解除医学观察9例（均为境外输入）；尚在医学观察的无症状感染者760例（境外输入709例）。

　　截至2022年1月16日，31个省（自治区、直辖市）和新疆生产建设兵团累计报告接种新冠病毒疫苗293763.2万剂次。

　　文：曾欣欣、十米、王昱、王怡博、马一瑗