更听话的纳米“积木”等

纳米技术

更听话的纳米“积木”

新技术让科学家拥有了更多构建纳米器件的工具。

撰文/查尔斯·Q·蔡（Charles Q. Choi）

纳米颗粒是研究人员很感兴趣的一种结构模块，同时具备了微小原子和大块常规材料的特性。然而，它们通常呈球形，很难装配成固定的结构，只能像水果店里的桔子一样堆在一起。最近，在制造和使用这些过去难以操纵的纳米结构材料方面，研究人员取得了巨大的进展。

在2007年1月19日出版的《自然》杂志上，美国麻省理工学院的材料科学家弗朗切斯科·斯泰拉奇（Francesco Stellacci）和同事们介绍了一种方法，能够使纳米颗粒变得像链条上的链环一样，彼此勾住，形成一串珠链。这种方法利用了所谓的“毛球定理”（hairy ball theorem）：对于一个表面覆盖着毛发的球体来说，如果想要抚平球上的所有毛发，必定会有两束毛发笔直地竖立着，分别位于相对的两个极点上（想象一下，如果沿着纬度线方向抚平地球仪上的毛发，最后两极处的毛发都会竖立起来）。

研究人员在金纳米颗粒的表面，覆盖了两种含硫分子构成的“毛发”。这些毛发竖立的地方，就是金纳米颗粒表面的不稳定瑕疵——这里的毛发很容易被其他物质取代。斯泰拉奇小组用化学物质替换了这些毛发，这些化学物质能像手柄一样，让纳米颗粒彼此连接起来。

美国斯坦福大学的材料科学家崔屹指出：“这让纳米颗粒变得像个原子——准确地说，是一个有两个化学键的二价原子。这样，我们就能用它们制作一些真正有趣的结构，就像将原子组合成分子一样。”斯泰拉奇介绍说，他的小组正在探索能够让每个纳米颗粒具有四个“化学键”的方法。

这些纳米结构能够和纳米线连接，制造先进的电子器件。研究人员可以用两种方法制造纳米线：自下而上地装配或自上而下地蚀刻。前者要把每一个细微的、松散的、通常杂乱分散的原料整合成可用的电气设备，面临的技术挑战可想而知；相对而言，自上而下的方法倒可以运用许多传统工业技术，如“类似钢锯的设备”，美国耶鲁大学的生物医学工程师埃里克·斯特恩（Eric Stern）解释说。传统技术制出的纳米线表面粗糙，影响了电气性能，斯特恩等人则克服了这个困难。

在2007年2月1日出版的《自然》杂志上，耶鲁大学的研究人员介绍了一种制造高质量光滑表面纳米线的蚀刻方法。这种方法的关键在于使用了一种名为TMAH（四甲基氢氧化铵）的铵盐。在当前采用过的所有溶剂之中，TMAH蚀刻硅的速度最缓慢、过程最平稳。耶鲁大学的生物医学工程师塔里克·法赫米（Tarek Fahmy）补充说，这项新技术与标准的半导体工业流程兼容，有助于将纳米线集成到电子器件之中。

事实证明，这些纳米线对环境因素非常敏感，与分子接触就能引起电压变化。它们能够感应细胞释放的酸性物质，从而在10秒钟内，探测到T细胞受外界物质的刺激而作出的活化反应。相比之下，常规的标记抗体化验方法通常需要几分钟乃至几个小时，才能查出这样的活化反应。研究人员还发现，只要致癌分子的密度高于每立方毫米60个，附着抗体的纳米线就能检测到这种分子，灵敏度足以与目前最先进的传感器媲美。

美国约翰霍普金斯大学的免疫学家乔纳森·施内克（Jonathan Schneck）说：“有了用这类纳米线制成的设备，我们就能在急救室、办公室、战场等任何场合，现场为患者进行快速诊断。就提高设备反应速度而言，这种纳米线是我见过的最具潜力的工具。”

（译/肖伟科校/虞骏）

生物医学

给微型泵一颗“心脏”

无需电池，用心肌细胞直接给微型泵提供动力。

开发一种能够驱动微量流体的微型仪器，是生物工程师们渴望实现的梦想。在喷墨打印机上，微流体装置（microfluidic device）已经得到了广泛应用，也让科学家看到了这种装置在医学领域的应用前景：进行血液检查时，只需要极少的样品，就能快速高效地得到检查结果。除此之外，微流体装置还有不少潜在应用，比如制造芯片实验室（lab-on-a-chip），在芯片上直接进行化学分析；设计制造重要的人造器官；做成人体内的微型“药房”，在需要的时候，释放药物为病人治病等。不过，在移植微流体装置时，科学家们必须解决一个问题：如何为装置运转提供动力。通常，微流体装置依靠外部提供的电力和大型传动装置，驱动流体通过微型管道。现在，一个研究团队提出了一个开创性的概念：用鲜活的心脏为微流体装置提供动力。

这个来自日本的研究团队利用大鼠的心肌细胞，制作了一种直径为5毫米的球状微型泵，它不需要人为提供任何动力、导线或者刺激，就能不断地搏动。微型泵的构造很简单，主要部件是一个柔软的中空硅树脂球，在球的两侧，有两条直径400微米的毛细管道。从结构上看，这一构造很像蚯蚓的单室心脏。大鼠的心肌细胞覆盖在微型泵的表面，当它搏动时，会带动泵同时搏动，这样就能驱使流体进入管道和硅树脂球。心肌细胞周围是含有充足养分的培养基，细胞吸收养分后，就会源源不断地产生动力。

这项研究的首席科学家，日本东京大学的北森武彦（Takehiko Kitamori）教授说：“这类微型装置未来将在医学、临床以及生物学等众多领域得到广泛应用。例如，它可以把药物注射系统安装在手表上，用于监控和输送胰岛素之类的药物。”

日本东京女子医科大学的冈野光夫（Teruo Okano）是北森的合作者，曾开发出一种细胞板，可以接合在虚弱的心脏上，帮助心脏跳动。他们花了4年时间研制微型泵。这项技术的关键之处在于，如何用大鼠心肌细胞制作一个球体。首先，他们在心肌细胞的培养皿上覆盖了一层聚合物，心肌细胞对这种聚合物很敏感，一旦温度降低，聚合物就会让细胞“肩并肩”地排列，形成单细胞层。接着，他们又用单细胞层“包裹”硅树脂球。（这种硅树脂球的制作方法如下：先用硅树脂覆盖糖球的表面，待树脂凝固后，再用水溶解糖球，这样就会形成中空的硅树脂球。）树脂球表面覆盖了纤连蛋白（fibronectin，一种参与组织修复和血液凝固的黏性糖蛋白），因此只需要1个小时，心肌细胞就会黏附到球上。最后，用环氧胶（Epoxy glue）将两根毛细管粘在球上就算大功告成。

虽然研究人员还不清楚为什么一个心肌细胞跳动，其余的细胞也会跟着同时跳动，但是结果才是最重要的：在一次对微型泵的测试中，心肌细胞的跳动始终协调一致。在长达5天的时间里，研究小组一直在观察聚苯乙烯示踪粒子穿过微型泵的情况，流速仅比研究人员预期的速度稍低一点。不过在替换细胞培养基时，心肌细胞跳动速率会起伏不定，因此在未来的实际应用中，细胞必须有一个稳定的生存环境。

北森还想升级微型泵：在原来的基础上添加细胞层和细胞阀门，使泵的构造从蚯蚓的单室心脏“进化”成鱼类心脏，让它更有力、更成熟。拥有多个空腔的微型泵仍然可以和硅树脂球融合在一起，不过树脂球的构造要做相应改变。北森说：“微型泵将化学能转化为机械能，它将在无法使用电能的领域大显身手。” 北森的另一个目标，是设计基于芯片的模型循环系统，可以直观地检查心血管疾病。

北森预言，未来的人类都会拥有监测健康的芯片实验室，小小的芯片将能发挥数十种功能。维持芯片实验室运转的泵将由人类自身心肌细胞构成，因而不会引发免疫排斥反应。此外，每个人都可以在身上安置多个微型泵。当然，这些“微型心脏”不会代替真正的人类心脏。北森笑着说：“人的一生只需要一颗心脏，因为心肌非常强壮，这也是我们用心肌细胞制造流体控制系统的原因。”（译/褚波校/虞骏）

气象

污染导致华山干旱

撰文/戴维·别洛（David Biello）

煤炭燃烧产生的微小颗粒，似乎正在影响华山上冰霜雨雪的形成。随着大气中悬浮颗粒的增加，能够相互碰撞形成雨滴的小水珠越来越少。大气科学家研究了位于华山之巅的气象观测站过去50年来的记录。他们发现，在海拔两千多米的山顶，平均能见度从大约30千米下降到了10千米，降雨量也比相邻地区下降了17%。这一发现解释了人们在加拿大、南非和以色列等地广泛观测到的类似现象——高地的降水量比周边的低洼地要少。污染不仅遮挡了人们的视线，还阻碍了降雨，减少了河川的水源。研究人员在2007年3月9日的《科学》杂志上公布了他们的研究。

（译/刘旸校/窝兰霞 虞骏）

消费电子学

掌上数字电视

高清电视产业计划进军移动视频领域。

撰文/迈克尔·安东诺夫（Michael Antonoff）

高清晰度电视越做越大，甚至占满了家里的整面墙壁；另一方面，小屏幕也迅速普及，成了手机、掌上电脑和便携式媒体播放器的标准配置。继语音电话和文本短信之后，为移动用户提供视频服务早已被电信行业视为下一个机遇，无线运营商也一直在升级系统，试图打造3G高速网络，满足视频服务的要求。现在，多亏新一代的传输标准，数字电视业也有意涉足这一领域，他们在视频传播方面有着更为丰富的经验。

目前，移动视频领域似乎还是一块有待开发的处女地。福里斯特调研公司（Forrester Research，一家技术及市场调查公司）2006年的调查结果显示，只有1%~3%的用户表示关注手持式视频播放设备。价格是最主要的障碍，美国Verizon无线通讯公司的用户每月就要为所谓的V Cast服务额外支付15美元；服务质量也困扰着常规的无线蜂窝系统（cellular system），因为视频会吞噬带宽：过多用户同时在线，就会导致帧频下降。这个问题迫使蜂窝服务提供商建造了功率更大的发射器，还占用了额外的频率。

在这方面，数字电视台也许拥有一些优势：每个电视台都有6兆赫的频宽用于发射数字节目，广播公司可以在这一频段传送一个高清晰频道，外带至少一个低分辨率的频道；商业电视是免费的，用户对价格的忧虑将不复存在。

如何让政府授权的数字电视标准适用于移动应用领域，是广播公司面临的一大挑战。美国先进电视系统委员会（ASTC）规定，美国的广播天线必须以VSB制式发射信号。但VSB信号会在建筑物和其他障碍物之间反射，同一信号分散成多路，将大大降低无线接收的效果。固定式接收器中的复杂电子设备可以应付多路接收问题，然而在急速行驶的汽车上接收电视信号却成了一大难题。

工程师提出了一种解决办法，他们改进了VSB制式，推出了所谓的A-VSB制式。这种制式主要依赖两种关键技术。一是增加了附加参考排序数据（SRS），它能帮助接收器锁定信号；二是采用了增强编码（Turbo Coding），这种数学技术能够将冗余纠错数据层层打包在一起，接收器丢失了一个数据位，会有三四个数据位排着队来顶替它。A-VSB没有特别指定分辨率，不过工程师在实验测试中采用的一直是320×240像素的图像。这种分辨率足以在笔记本电脑的屏幕上显示出清晰度中等偏上的画面。

2007年1月，在美国拉斯维加斯举行的CES大展上，三星公司、罗德与施瓦茨公司（Rohde & Schwarz，德国的一家电视传送设备制造商）和辛克莱广播公司设在当地的广播站联合演示了A-VSB制式。演示小组在一辆公共汽车上安装了各种各样的电视机，还有一些手持式电视的原型。即使汽车的时速达到50英里（约合80千米），用A-VSB制式发送的图像也没有出现接收中断，而汽车上同时接收的其他数字电视节目总是一再跳帧。

用A-VSB制式发送电视信号并非没有代价。在演示过程中，参考排序数据和增强编码在每秒19.39MB的数字通讯数据流中大约占用了28%。对于广播公司而言，这意味着盗用了其他节目的信号流量带宽，可能会降低高清晰频道的画质。

美国三星信息系统公司政府及公共事务副总裁约翰·戈弗雷（John Godfrey）说，由ATSC领导的实地测试会在今年春天展开。他相信投放给广播公司用于实现A-VSB制式的资金会有所增加。一份完善的移动电视标准也将在2008年，随着一批拥有电视播放功能的手机或媒体播放器的首次展示而出台。

辛克莱广播公司的一位官员表示，很可能将为手机电视准备专门的节目，也可能是当地的交通播报，让你能够更快回到家里，舒舒服服地收看下一集《迷失》（美国目前流行的一部电视剧集）。

（译/耿小兵校/刘红燕 虞骏）

物理学

阿秒激光追查电子行踪

科学家们观察到了由量子隧穿效应产生的电离现象。

撰文/亚历山大·赫尔曼斯（Alexander Hellemans）

一般来说，要想脱离原子核的束缚，带负电荷的电子需要吸收一个高能光子，比如紫外线光子或X射线光子。这样，电子就获得了足够高的激发能，可以克服带正电荷的原子核对它的静电引力而逃离束缚，这一过程被称为“电离”（ionization）。现在，德国和荷兰的一个联合研究小组首次找到了直接证据，证明存在着另一种电离机制——激光脉冲的强电场可以暂时削弱静电引力设下的牢笼，让电子可以通过量子隧穿效应（quantum-mechanically tunnel）逃离原子核。

现供职于俄罗斯莫斯科列别杰夫物理研究所（Lebedev Physics Institute）的列昂尼德·克尔德什（Leonid Keldysh），早在1964年就预言了这一效应。实验也已经证明，这样的特殊电离过程确实可以发生。但是，只有等到持续时间仅有几百阿秒（阿秒是百亿亿分之一秒，即10-18秒）的激光脉冲问世之后，物理学家才有机会观察这种现象。阿秒激光脉冲使我们有能力探测原子和分子中电子的运行，这一技术经过改进之后，还能帮助我们追查电子的行踪，比如追踪化学反应中电子的运动。

马普量子光学研究所（位于德国加兴）的费伦茨·克劳斯（Ferenc Krausz）和他的研究小组，在2007年4月5日的《自然》杂志上描述了他们的电离实验。这个研究小组以一团氖原子气体为靶，先用一个持续250阿秒的紫外激光脉冲将一个电子稍稍推离原子核。几乎与此同时，这些物理学家又发射了一个持续5,000阿秒的红外激光脉冲，这束激光中的电场只来得及振荡几个周期。电场削弱了静电力，使稍稍“松绑”的电子能够产生隧穿——就像拥有量子特性的粒子遇到一个较窄的势垒（相当于一堵薄墙），会突然穿墙而过一样。研究人员逐步增加了紫外和红外激光脉冲的间隔时间，结果发现，氖离子的产量也在同步增长。显而易见，当红外激光脉冲的电场达到最强时，离子的产生率也最大。

克尔德什的强电场电离理论早已被许多其他理论所引用，连克劳斯都承认，这个结果“并不特别令人惊讶”。不过，加拿大国家研究委员会（位于渥太华）的物理学家保罗·科克姆（Paul Corkum）评价说，严格意义上讲，“这个小组已经开辟了一条测量电子动态的全新途径”。这项技术也许还能探测原子中电子之间的能量交换过程，这一过程至今仍不为人们所知。

例如，克劳斯提到了原子中的“能量重组”（shake up）过程。当一个高能X射线光子从靠近原子核的地方打出一个电子时，这种过程就会发生。那个电子在飞离原子核的过程中，会将自己的一部分能量传递给另一个电子，于是第二个电子也被激发，移动到离原子核更远的地方。因此，在第一个电子吸收X射线光子被电离，到第二个电子被激发之间，也许存在着一个小小的延迟。克劳斯指出，这个延迟“可能只有短短50阿秒，还没有人知道确切的数值”。他解释说，时间延迟的长短其实并不重要，关键在于这个延迟到底存不存在。如果延迟存在，那就意味着第二个电子是从第一个电子那里得到能量，而不是碰巧同时被那个X射线光子激发的。

克劳斯宣称，目前他已经实现了持续100阿秒的激光脉冲，因此也许很快就能解开这一谜团。随着激光技术的进步，其他问题也必将在未来几年内（甚至是未来几阿秒内）得到解决。（翻译/王栋 校/虞骏）

遗传学

“沉默突变”不沉默

传统观点认为同义突变不会对蛋白产生影响，事实并非如此。

撰文/克里斯廷·索亚雷斯（Christine Soares）

任何一个外交官员都可证明：会谈时，遣词造句上的细微差异就会影响沟通的成败。而在人体中，细胞的“语言”要比人类语言严谨得多，最近的一项研究结果便是这一结论的最好证明。美国国家癌症研究所（NCI）的科学家发现了一种人类蛋白，它们拥有两种截然不同的结构，取决于编码该蛋白的基因上出现的一个极其细微的变化，而传统观点认为，这种变化原本不应该体现在蛋白上。他们的发现解释了癌症患者为什么会对化疗作出不同的反应，也对“沉默突变”（silent mutation）这一概念提出了新的疑问。

沙瓦·金奇-萨尔法蒂（Chava Kimchi-Sarfaty）和迈克尔·M·戈特斯曼（Michael M. Gottesman）仔细检查了一个被称为MDR1的基因，该基因与肿瘤细胞的多种耐药性有关。他们特别研究了一种名为“单核苷酸多态性”（Single-Nucleotide Polymophism，SNP）的突变类型。这类基因突变有时并不会扰乱蛋白质的氨基酸序列，因此科学家们认为，它们对最终生成的蛋白质也不会产生影响。然而，在对癌症患者进行研究时，科学家发现SNP变异出现的频率很高，有时似乎会影响患者对药物的反应。金奇-萨尔法蒂说：“目前有很多相关的研究报告，但结论常常彼此矛盾，这引起了我们的注意，并开始了这方面的探索。”

MDR1基因编码的蛋白质叫做P-糖蛋白（P-glycoprotein），是细胞膜上的蛋白质泵，可以将化疗药物泵出肿瘤细胞。NCI科学家的研究主要集中在3种特定的同义突变（synonymous mutation）上。他们将含有不同SNP变异的MDR1基因插入人类和猴子的细胞，再用药物处理这些细胞，观察蛋白泵的工作情况。他们注意到，在携带了某种SNP变异的细胞中，细胞蛋白泵的机能开始下降。后来他们又发现，这些细胞合成的P-糖蛋白结构有些异常。进一步研究显示，上述细胞制造糖蛋白的速度也比正常细胞缓慢许多。

在基因序列上，3个连续的核苷酸编码一个氨基酸。经过排列组合，4种DNA碱基会产生64种密码子，编码20种氨基酸，这意味着每种氨基酸可由不止一个密码子表示。不同物种在密码子的选择上有偏好性。这种偏好性可通过细胞内的氨基酸“搬运工”——转运RNA（tRNA）的相对含量反映出来。每个tRNA分子可识别基因转录产物上某个特定的密码子，并将相应的氨基酸搬运至核糖体，进而组装成一条氨基酸链。当一个密码子较为稀有时，细胞内与该密码子相匹配的tRNA相对较少，蛋白质的组装过程也就变得缓慢。

在大肠杆菌和酵母菌等微生物中，如果插入一种含有稀有密码子的基因，它们组装该基因编码的蛋白的速度就会变慢，导致蛋白无法折叠成正确的结构。NCI科学家怀疑，这种以前只在微生物中观察到的现象，也存在于人类细胞之中。他们发现，MDR1的同义突变产生了一种稀有的密码子，因此P-糖蛋白的组装速度会下降，导致蛋白折叠出现异常。

但科学家还观察到这样一些现象：稀有密码子减缓蛋白合成速度之后，蛋白的折叠效率有时反而会提高。这些例子是否透露了新的信息，表明蛋白质最终的正确结构由基因序列决定，目前还不得而知。美国华盛顿大学主要从事蛋白折叠动力学研究的科学家戴维·贝克（David Baker）认为，这些罕见的情形很可能是被进化过程忽略的一些偶然事件，“其中并没有什么需要自然选择参与的深层内容”。贝克解释说，人类的P-糖蛋白是一种大型蛋白，“对于膜蛋白而言，折叠并插入到细胞膜中，这些过程在蛋白合成之初就已经在进行了，因此可以想象，如果蛋白合成速度下降，折叠也就不可能正常进行”。

英国巴斯大学的劳伦斯·D·赫斯特（Laurence D. Hurst）指出，基因组分析的结果倾向于这样的观点：哺乳动物对密码子的偏好几乎不存在进化选择性，不过基因对不同密码子的选择有时仍会产生明显影响。由于此前科学家在估算基因突变率时，曾经假设同义突变不会表现在蛋白质上，因此密码子的选择问题可能会影响估算结果的准确性。赫斯特在最近的一篇综述中写道，确认种种令同义突变不再“沉默”的机制，对认识和防治遗传疾病非常重要。

目前，金奇-萨尔法蒂就职于美国食品及药品监督管理局（FDA），正致力于利用多态性和基因工程技术来构建更好的血液凝结蛋白。她指出：“此前人们完全忽视了同义突变，将它等同于‘沉默’突变”，今后再也不会将两者混为一谈了。

（译/冯志华校/褚波 虞骏）

产品设计

更简单地使用手机

手机生产商专门设计了适合不识字的用户使用的手机。

撰文/萨莉·莱尔曼（Sally Lehrman）

打电话就是抓起听筒让接线员帮你接通？这样的时代早已一去不复返了。现代手机要求用户操纵一系列菜单，才能查找号码、拨打电话或查看短信。即使是最高明的玩家，往往也得花上好几个星期，才能发现一些不常用的多媒体功能。对于不识字的人来说，使用手机的难度可想而知。

这就是移动通信公司在拓展发展中国家业务时面临的挑战。发展中国家的市场前景极为诱人：根据GSM协会（全球移动通讯系统协会）的数据，中国只有1/3的人使用手机，而印度只有1/10。不过，将现有的手机直接销往贫穷的农村地区极不现实，那里的多数潜在购买者只了解最基本的电气常识。让他们阅读一系列分级菜单，通过按键来实现多种目的，显然不切实际。

为了设计出合适的产品，摩托罗拉公司成立了一个由人类学家、心理学家和设计专家组成的团队，专门研究不识字的村民如何使用过时的电视机、录音机和电话。这些研究者发现，他们的调查对象能够记住每一个按钮的专门用途。对于ATM提款机这类更加复杂的机器，他们则会按顺序记住一套动作，这样就能在不阅读菜单的情况下，顺利操作机器了。

这项为期3年的研究，帮助摩托罗拉设计出一款简化手机，它只有3个基本功能：打电话、管理电话号码和简单的文本短信。这个交互式设计团队的负责人加布里埃尔·怀特（Gabriel White）指出：“手机中的许多功能对任何人来说都毫无用处。”新手机的图标式互动界面仍然有待改进。有些图像效果不错，比如用一个画着闹钟的图标来表示闹铃设置功能，不过其他一些图标却要重新设计。比如，画有一堆硬币的图标本来打算用来表示预付话费的余额，很多人却认为图标上画的是一堆食物。

低成本的Motofone是摩托罗拉公司此番努力的最终设计成果，2006年下半年，这款手机在印度和巴基斯坦上市，主要针对从未用过手机的用户。一眼看去，这款9毫米厚的手机跟普通机型没什么不同，只是按键少了点，而且没标文字。它有一个数字键区，还有几个独立的功能按钮，分别代表打电话、挂断、菜单和电话本。按下菜单键后，手机屏幕上显示的不是一个层层相叠的功能列表，而是一系列图标，每个图标只代表一种功能。手机上还有一个导航键，方便用户选取图标。

不过，也有一些移动电话公司认为，针对不识字的用户设计一款手机，并不需要完全另起炉灶，从零开始。诺基亚公司的行为学研究人员注意到，手机“新手”会在亲戚朋友的帮助下熟悉基本操作。诺基亚公司没有设计一套全新的界面来应对这一挑战，而是加入了一些音频菜单，还增加了一种预览模式，让人们可以尝试各种功能，而不用担心会更改某些重要的设置。

美国斯坦福大学从事人机交互（computer-human interaction）研究的BJ·福格（BJ Fogg）预言，手机甚至可能成为识字的工具。手机可以教用户学习字母表，也可以给他讲故事，并让他跟着一起阅读。福格指出：“手机也许还会了解你的薄弱环节，并进行针对性的反复训练。”他断言，用不了多久，针对不识字用户设计手机的理念，将融入到普通手机的设计之中，让我们的手机变得更加直观、更加精致。

（译/贾明月校/窝兰霞 虞骏）

图案

中世纪的准晶图案

撰文/JR·明克尔（JR Minkel）

在设计建筑结构时，中世纪的伊斯兰工匠们偶然发现了所谓的准晶（quasicrystal）图案。20世纪70年代，这种复杂的图案因著名数学家罗杰·彭罗斯（Roger Peose）而为人所知。美国哈佛大学物理学研究生陆述义（Peter J. Lu）在乌兹别克斯坦旅行时，发现了此类图案。随后，他又仔细检查了来自伊朗、伊拉克、土耳其和阿富汗的照片，发现了更多准晶图案。陆述义和他的合作者、美国普林斯顿大学的保罗·J·斯坦哈特（Paul J. Steinhardt）得出结论：一些被称为Girih的绚丽瓷砖，必须由蝴蝶结形、五角形、菱形、拉长的六边形和一个大十边形等五块瓷砖准确拼接而成。这种瓷砖拼接的复杂程度，在伊朗建造于1453年的Darb-I Imam神殿达到了顶峰、那里的对称图案由五边形和十边的星形组成。准晶结构的特点在于，即使向每个方向随意无限延伸，图案也永远不会重复。这些研究者在2007年2月23日的《科学》杂志上介绍了他们的发现。（固体材料可分为两大类：一类是晶体，原子规则排列；另一类是非晶体，原子混乱排列。准晶体则介于两者之间，原子定向有序排列，但不作周期性重复。与准晶体原子结构类似的图案则被称为准晶图案。）

（译/刘旸校/窝兰霞 虞骏）

记忆

增强记忆的芳香美梦

撰文/查尔斯·Q·蔡（Charles Q. Choi）

在玫瑰的环抱中睡上一晚，能够增强你的记忆力。睡眠的目的至今仍是个谜，一种假说认为，人需要在梦境中重温白天的种种新体验，从而促使它们进入长期记忆。为了探究这个观点，研究人员让自愿者在一间充满玫瑰花香的屋子里，用电脑玩一个被称为“记忆”的纸牌游戏。这个游戏会在电脑屏幕上闪现多对纸牌，参与者要在短短几秒钟内记住它们的位置。随后，在这些受试者进入睡眠状态时，研究人员让他们接受玫瑰花的芬芳——众所周知，气味可以刺激记忆。在慢波睡眠时受到花香熏陶的自愿者，在游戏中表现得更好。慢波睡眠通常代表着睡觉的最深阶段。对处于慢波睡眠的自愿者所做的大脑成像显示，香味激活了被认为与记忆有关的海马区（hippocampus）。德国吕贝克大学的科学家们在2007年3月9日的《科学》杂志中介绍了他们的这一发现。

（译/刘旸 校/窝兰霞 虞骏）

光学

不反光的表面涂层

撰文/JR·明克尔（JR Minkel）

利用一种折射率与空气非常接近的材料，研究人员发明了一种几乎不反射光线的涂层。材料的折射率反映了光穿过这种介质时的速度，从而决定了光路通过这种材料时发生的扭曲程度，也决定了反射光线的强弱。这种新材料由一种透明的半导体晶片构成，上面覆盖了无数倾斜的纳米棒。研究人员将5层纳米棒堆叠在一起，越下层的纳米棒越疏松，这样就可以逐层改变涂层的折射率，从最底层的2.03（与半导体晶片相近）降低到顶层的1.05（与空气相似，空气的折射率为1.0）。美国伦斯勒理工学院（Rensselaer Polytechnic Institute）的E·弗雷德·舒伯特（E. Fred Schubert）和他的小组在2007年3月的《自然光子学》杂志中指出，这种涂层的反射率可以低到0.1%。这种涂层可以应用在LED和太阳能电池上，有助于提高这些设备的功效。（译/刘旸校/窝兰霞 虞骏）

认知

老鼠的决策判断力

撰文/查尔斯·Q·蔡（Charles Q. Choi）

元认知（metacognition）曾被认为是人类和其他灵长类动物的专利，指的是个体对自身的思维和学习活动的指示及控制。研究表明，大鼠也具备这种复杂的思维方式。美国乔治亚大学的科学家做了如下实验：他们允许大鼠选择参加或放弃测试。参加并通过测试的大鼠会得到大量的食物奖励，失败就什么也得不到；退出测试则可以得到少量奖励。测试中，研究人员会播放不同长度的噪音。在测试之前，大鼠已经事先学会了界定规则，将持续2到3.6秒的噪音定义为短噪音，持续4.4到8秒的噪音是长噪音。声音越难判断长短（比如噪音持续4.4秒），大鼠就越容易中途退出测试。这项发现被刊登在2007年3月20日的《现代生物学》（Current Biology）杂志中，表明大鼠能够判断自己的成败，暗示元认知的存在或者比人们以前想象的更加普遍。（译/刘旸校/窝兰霞 虞骏）

物理

超长距离量子纠缠

撰文/JR·明科尔（JR Minkel）

量子纠缠（entanglement）的关联距离正在逐渐加长。在最新的一次演示实验中，科学家在西班牙加纳利群岛的两个岛屿之间，实现了光子的量子纠缠。当两个光子发生纠缠时，不论它们相距多远，其中一个发生的改变，瞬间就会决定另外一个的命运。奥地利维也纳大学的安东·蔡林格（Anton Zeilinger）及其同事，利用一束激光在拉帕尔马岛（La Palma）上生成一对相互纠缠的光子，然后将光子对中的一个光子发射到144千米以外的特内里费岛（Tenerife），并用望远镜进行捕捉。这个距离将纠缠光子在空气中的“飞行记录”延长了10倍。这样的光子也许可以用来传递无法被破译或窃听的加密信息。这个研究小组在2007年3月举行的美国物理学会年会上，介绍了他们的此项突破。

（译/刘旸校/窝兰霞 虞骏）

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