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为了改善德州人的生活质量,贝克研究所获得了1000万美元的孤星奖

由Rice’s贝克公共政策研究所提出的一个创新项目,是今天宣布进入下一阶段获得1000万美元孤星奖资格的五个决赛团队之一。这项竞赛于2020年初由Lyda Hill Philanthropies和Lever for Change发起,旨在改善德州人及其社区的生活。

贝克研究所的项目提案名为“德州泥土:环境、经济和恢复力的关键”,重点是通过实施土壤碳储存市场来改变该州的环境,同时为德州农村地区增加新的经济机会。

该项目团队包括律师吉姆·布莱克本(Jim Blackburn),他是莱斯大学环境法实践教授,也是该大学严重风暴预测、教育和灾难疏散中心(SSPEED)的联合主任;莱斯大学地球、环境和行星科学教授卡罗琳·马西洛(Caroline Masiello);肯尼斯·梅德洛克(Kenneth Medlock),詹姆斯·a·贝克三世(James A. Baker III)和苏珊·g·贝克(Susan G. Baker)能源与资源经济学研究员,贝克研究所(Baker Institute)能源研究中心高级主任。

布莱克本和马西洛是赖斯学院的学者。

该小组说,大气中二氧化碳的积累导致了气候变化,而这不成比例地影响了贫困和边缘化的人口。

“与城市和工业中心相比,农村社区长期处于不利地位,而城市和工业中心是经济活动和二氧化碳排放的焦点,”该团队在项目描述中写道。“土壤碳市场是一种德州方法,它将这两个问题作为长期解决方案的一部分。我们将实施德克萨斯州土壤碳储存市场,利用光合作用将二氧化碳作为有机物储存在德克萨斯州草原、农场、牧场和草原的土壤中,从而减少大气中的二氧化碳。这为土地所有者和排放者(如石油、天然气、塑料和石化工业)提供了重要的经济利益,同时也为扩大农村经济奠定了基础。这也有利于德克萨斯的供水,有助于沿海地区抵御洪水,并恢复当地的生态系统。”

超过172份提案提交了孤星奖。在为期三个月的审查过程中,200多名同行申请者、慈善和公民领袖以及在卫生、劳动力和环境等问题领域有经验的主题专家对申请进行了评估。应用程序的评估基于四个标准:是否具有变革性、可扩展性、可行性和循证性。

该奖项由非营利组织“改变杠杆”(Lever for Change)管理,该组织帮助捐赠者寻找并资助解决世界上最大的挑战,包括种族和性别平等、经济发展和气候变化。

最终的资助接受者将于2021年春末公布。

有关贝克研究所的项目及其“BCarbon”存储标准的信息,请参见https://solutions.leverforchange.org/lone-star-prize/texas-dirt和www.bakerinstitute.org/research/bcarbon-new-soil-carbon-storage-standard。更多关于孤星奖的信息,请访问www.lonestarprize.org。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.rice.edu/2021/01/07/baker-institute-among-finalists-selected-for-10m-lone-star-prize-to-improve-texans-quality-of-life/

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简单的生物反应器使“肠道检查”更实用

新闻发布会上

杰夫·福克
713-348-6775
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Mike Williams
713-348-6728
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米,贝勒装置模拟肠道显示入侵细菌如何引起疾病

休斯敦——(2021年1月7日)——莱斯大学和贝勒医学院的研究人员发现了一种模拟肠道环境的方法,为他们提供了一个细菌感染实时生长的机械模型。

在一项新的研究中,他们展示了一种简化人体肠道模拟的实验室工具,使其在寻找感染性腹泻等疾病的治疗方法时更加实用。

由莱斯大学布朗工程学院的生物工程师Jane Grande-Allen领导的团队开发了透明微流控灌注盒(mPCs),它易于制造和操作,并与普通显微镜和生化分析兼容。

Researchers at Rice University and Baylor College of Medicine developed millifluidic perfusion cassettes (mPCs) that mimic conditions in the intestines to evaluate infections like those that cause diarrhea. The devices formed from 3D-printed molds (top right) were seeded with intestinal enteroid cultures (IECs) and infected with pathogens for 24 hours or more to see how infections take hold. (Credit: Illustration by Rice University/Baylor College of Medicine)

插图:莱斯大学/贝勒医学院

这种磁带甚至允许非生物工程师进行通常在96孔培养皿中完成的研究,还有额外的好处,即液体可以流过被细菌感染的种子上皮细胞。磁带也有微尺度的端口输入和输出,不仅允许流体流动,也为环境采样。

该研究由格兰德-艾伦领导,赖斯的伊莎贝尔·c·卡梅隆生物工程教授,主要作者,赖斯和贝勒医学博士/博士。目前居住在俄勒冈健康与科学大学的校友里德·威尔逊发表在《生物医学工程年鉴》上。

复制复杂的人类肠道对研究人员来说是一个挑战,贝勒大学分子病毒学和微生物学副教授安东尼·马雷索(Anthony Maresso)说。他说:“像这样的设备通常不容易操作,对我这样的生物学家来说也不实用。”“这种设计是为了让不太懂工程知识的科学家容易使用。希望它能降低工程师和医学研究人员之间的障碍。”

格兰德-艾伦表示,制造一种不会泄漏的微流体系统在技术上具有挑战性。“在这种情况下,我们需要模拟液体通过肠道的速度,特别是与血液相比,是非常缓慢的,”她说。

该设备的模具约为标准96孔板大小,用3D打印机制作,用来形成透明的聚合物盒。mPCs被植入人类肠道类细胞(HIEs),培养物中含有肠上皮原生的主要细胞类型。当含有细菌的液体流过时,它会在细胞上形成一层生物膜,这种现象在静态平台上是看不到的。

研究人员可以很容易地评估细菌黏附和感染细胞的情况,无论是通过视觉还是通过两端的端口取样。格兰德-艾伦说,静态平板允许细菌过度生长细胞,并将实验时间限制在几个小时内,但通过mPCs的缓慢流动允许延长观察时间和更真实的结果。

通过对该设备的测试,研究人员找到了第一个直接证据,即聚集性粘附毛——在大多数传染性肠聚集性大肠杆菌(EAEC)上发现的粘性附着物——是细菌形成生物膜所必需的。

格兰德-艾伦说:“我们的目的是慢慢冲洗细菌毒素,防止它们伤害细胞。”“这让更多的细胞存活下来,这样我们就可以观察感染的过程。我们完全惊讶地发现,它也戏剧性地改变了形成的薄膜的性质。”

The transparent mPC bioreactors developed by Rice University and Baylor College of Medicine allow for easy imaging of interactions between intestinal cell cultures and bacteria or other pathogens. These microscope images show stained epithelial cells infected with enteroaggregative Escherichia coli with and without flow through the mPCs after 8 hours. The images show bacteria inserted without flow aggregated into small clusters (left), but formed biofilms when flow was present (center and right). The scale bars are 30 microns. (Credit: Baylor College of Medicine/Rice University)

由莱斯大学和贝勒医学院开发的透明的mPC生物反应器可以很容易地成像肠道细胞培养物和细菌或其他病原体之间的相互作用。这些显微镜图像显示,感染肠聚集性大肠杆菌的染色上皮细胞在8小时后有或没有流过mPCs。图片显示,插入的细菌没有流动聚集成小簇(左图),但有流动时形成生物膜(中图和右图)。比例尺为30微米。

Grande-Allen说,该设备还通过补充mPC室中的氧气和营养物质来保持HIE培养物的活力,从而更好地评估细胞与入侵病原体之间的真实相互作用。

她说mPCs将促进对许多这样的相互作用的研究。“这将允许系统地检查许多不同的组合,好的和坏的,以及流动如何改变这个环境的动态,”她说。

论文的共同作者是研究生Sarah Hewes和莱斯大学的校友Takanori Iida,博士后助理Anubama Rajan,研究生Shih-Ching Lin,高级研究助理Carolyn Bomidi和分子病毒学和微生物学杰出服务教授Mary Estes。

美国国立卫生研究院和德克萨斯州癌症预防研究所支持了这项研究。

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请到https://link.springer.com/article/10.1007/s10439-020-02705-8阅读摘要。

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相关材料:

Grande-Allen综合矩阵力学实验室:https://grandegroup.blogs.rice.edu

Anthony Maresso Lab: https://www.bcm.edu/research/labs-and-centers/faculty-labs/anthony-maresso-lab

生物工程系:https://bioengineering.rice.edu

乔治布朗工程学院:https://engineering.rice.edu

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Researchers at Rice University and Baylor College of Medicine developed millifluidic perfusion cassettes (mPCs) that mimic conditions in the intestines to evaluate infections like those that cause diarrhea. The devices formed from 3D-printed molds (top right) were seeded with intestinal enteroid cultures (IECs) and infected with pathogens for 24 hours or more to see how infections take hold. (Credit: Illustration by Rice University/Baylor College of Medicine)

https://news.rice.edu/files/2020/12/1221_INTESTINE-1-WEB.jpg

莱斯大学和贝勒医学院的研究人员开发出了模拟肠道状况的微流控灌注盒(mPCs),以评估引起腹泻之类的感染。3d打印的霉菌(右上角)形成的设备被植入肠道类肠培养菌(IECs),并被病原体感染24小时或更长时间,以观察感染如何发生。(资料来源:莱斯大学/贝勒医学院)

The transparent mPC bioreactors developed by Rice University and Baylor College of Medicine allow for easy imaging of interactions between intestinal cell cultures and bacteria or other pathogens. These microscope images show stained epithelial cells infected with enteroaggregative Escherichia coli with and without flow through the mPCs after 8 hours. The images show bacteria inserted without flow aggregated into small clusters (left), but formed biofilms when flow was present (center and right). The scale bars are 30 microns. (Credit: Baylor College of Medicine/Rice University)

https://news.rice.edu/files/2020/12/1221_INTESTINE-2-WEB.jpg

由莱斯大学和贝勒医学院开发的透明的mPC生物反应器可以很容易地成像肠道细胞培养物和细菌或其他病原体之间的相互作用。这些显微镜图像显示,感染肠聚集性大肠杆菌的染色上皮细胞在8小时后有或没有流过mPCs。图片显示,插入的细菌没有流动聚集成小簇(左图),但有流动时形成生物膜(中图和右图)。比例尺为30微米。(资料来源:莱斯大学贝勒医学院)

莱斯大学位于休斯顿,占地300英亩,森林覆盖,在美国新闻与管理杂志《U.S. News &世界报道。莱斯大学拥有建筑学院、商学院、继续教育学院、工程学院、人文学院、音乐学院、自然科学学院和社会科学学院,是贝克公共政策学院的所在地。莱斯大学有3978名本科生和3192名研究生,本科生与教师的比例接近6比1。它的住宿学院体系建立了紧密的社区和终生的友谊,这也是为什么莱斯大学在种族/阶级互动方面排名第一,在《普林斯顿评论》(the Princeton Review)的生活质量方面排名第一。赖斯大学也被Kiplinger ‘s Personal Finance评为私立大学中最有价值的大学。

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博士后孙晨光获矿物学会奖

赖斯大学博士后研究员孙晨光被选为美国矿物学学会青年科学家最高荣誉。

孙杨于2016年加入了rice ’地球、环境和行星科学系,他将于今年10月在俄勒冈州波特兰举行的y’学会年会上获得2021年MSA奖。

Chenguang Sun

孙晨光(摄影:杰夫·菲特罗/莱斯大学)

MSA奖自1951年起每年颁发给一位获奖者,表彰早期发表的对矿物学科学的杰出贡献。该荣誉还包括邀请他在与美国地质学会a’s年会一起举行的MSA会议上发表MSA奖演讲。

孙杨将因其在矿物和岩石中的微量元素解释、碳酸岩和橄榄岩之间的相互作用以及金伯利岩岩浆成因方面的工作而获得认可。

2014年获美国布朗大学博士学位,2014年至2016年在美国伍兹霍尔海洋研究所从事博士后研究。他将于本月加入德克萨斯大学奥斯汀分校(University of Texas at Austin),担任终身助教。

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莱斯的Glasscock学校与大通商业公司合作,帮助小企业

Chase for Business正与莱斯大学(Rice University)苏珊娜·m·格拉斯科克持续进修学院(Susanne M. Glasscock School of Continuing Studies)合作,通过小企业系列(Small Business series)提供一系列免费在线短期课程,帮助那些正处于困境或刚刚起步的客户。

Chase Business Banking休斯顿市场经理詹姆斯·康诺利(James Connolly)表示:“Chase for Business致力于我们的小企业合作伙伴及其持续的成功。”“我们提供的工具和资源不仅能帮助他们在当前的经济环境中生存下来,而且还能在未来的岁月里茁壮成长。”与Glasscock学校的合作为我们社区提供了一个良好的教育机会,这是一个值得信赖的来源。”

前三门课程将于明年2月开课,其他课程将于明年春季陆续开课,所有Chase都面向商业客户开放。首次发行是:

  • Culture Pilot创始人兼首席执行官Tim deSilva教授的创意在线营销课程取得了成效。
  • 与来自美国宇航局6037s约翰逊航天中心的玛丽莎·罗森伯格和乔斯林·邓恩教授一起进行数据讲述和决策制定。
  • 现金管理教授Karen A. Nielsen, Certified Treasury Professional, Enterprise Initiatives, Zions bancorcorporation。

Glasscock school’的全部目的是为我们的社区提供最优质的培训和教育。“与Chase的合作使我们能够把我们的使命带给小企业领袖,并最终支持休斯顿经济的反弹。我们很高兴能成为这一努力的一部分。”

安德森-克拉克中心,Glasscock学校的所在地。

该伙伴关系是Glasscock学校在COVID-19大流行期间为商界提供援助和教育的一系列努力中的最新举措。

去年春天,该学院启动了“Back in Business”计划,为当地企业主提供低成本的在线短期课程和一对一咨询。在这一努力之后,又推出了“重返工作”倡议(Back to Work initiative),该倡议提供5个创新的、降低成本的讲习班,帮助人们为重返工作岗位做好准备。在这两种情况下,教师要么捐出自己的时间,要么以大幅降低的价格提供。

有关小企业系列的更多信息,请访问https://glasscock.rice.edu/ChaseSmallBusiness。

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2020年最佳:单像素相机获得最高荣誉

IEEE引用了2008年关于革命性成像系统的论文

哪项水稻研究提供了2020年最好的论文?你相信这本书是在2008年出版的吗?

《IEEE信号处理学会杂志》(IEEE Signal Processing Society magazine)认定,时间并不是障碍,因为它首次给出了由莱斯大学工程师凯文·凯利(Kevin Kelly)和理查德·巴拉尼克(Richard Baraniuk)的实验室对单像素相机的描述,并授予了2020年最佳论文奖。

Kevin Kelly

凯文•凯利

Richard Baraniuk

理查德Baraniuk

该奖项将颁发给Baraniuk, Kelly和他们的合著者,Rice校友Marco Duarte, Mark Davenport Dharmpal Takhar, Jason Laska和Ting Sun。该奖项将于明年6月在多伦多举行的IEEE声学、语音和信号处理国际会议上以虚拟形式或亲自出席。

这篇论文因其持久的影响而被引用,迄今为止累积了至少1669次引用和63次专利引用。这篇单像素论文催生了水稻随后对太赫兹成像和分子成像的研究,该技术于2017年获得西门子Healthineers公司的许可,用于增强MRI扫描。

该论文提出了一种新的方法来制造更简单、更小、更便宜的数码相机,这种相机可以比传统的硅基相机有效地在更广的光谱范围内工作。他们的方法融合了一种新的基于数字微镜装置的相机结构和新的数学理论和压缩采样算法。

Santiago Segarra

圣地亚哥中央大学

凯利是电气与计算机工程副教授和Baraniuk the Victor E. Cameron Chair in engineering和电气与计算机工程教授。

该组织还授予电气与计算机工程助理教授圣地亚哥·塞加拉(Santiago Segarra)最佳论文奖,以表彰他在麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)的2017年发表的研究《从光谱模板得出的网络拓扑推理》(Network Topology Inference from Spectral Templates)。

学系主席、欧内斯特·戴尔·布切尔工程教授、电子与计算机工程教授阿苏·萨巴瓦尔说:“我们都很高兴为学生和教师颁发一系列奖项,这证明了我们系在研究方面的卓越成就和知识的突破。”

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光线能打开透明蠕虫体内细菌的基因开关

光控基因可以揭示肠道细菌如何影响健康

贝勒医学院的研究员王濛已经表明,细菌,使一个叫做colanic酸代谢物(CA)的寿命可以延长蠕虫在她实验室高达50%,但她与合成生物学家杰弗里·莱斯大学合作他泊提供工具来回答的更大的问题代谢物传授长寿。

在《eLife》杂志上发表的一项研究中,王、塔博尔和同事们展示了他们可以使用不同颜色的光线来开启和关闭肠道细菌基因,而细菌是在蠕虫的肠道中。这项工作是由塔博尔已经开发了十多年的光基因控制系统实现的。

Jeffrey Tabor

Jeffrey Tabor是Rice university的生物工程和生物科学副教授,也是Rice’s Systems、合成和物理生物学博士项目的教员。(摄影:杰夫·菲特洛/莱斯大学)

“Meng’s组发现CA化合物可以延长寿命,但是他们couldn’t断定这是一个膳食成分,在胃里消化或代谢物被肠道里的细菌产生,”他泊说,生物工程和生物科学的副教授大米。我们能够限制钙在肠道内的产生,并证明它对肠道内的细胞有有益的影响

在实验中,Tabor’s实验室改造了大肠杆菌的菌株,使之暴露在绿光下,而不是红光下,产生钙。为了确保细菌正常工作,研究小组添加了基因,使其产生不同颜色的荧光蛋白,这些蛋白在显微镜下会显示出明亮的颜色。一种颜色总是存在的,这样可以很容易地看到细菌在蠕虫体内的位置,而只有当细菌产生CA时,才会产生第二种颜色。

Tabor’s实验室与Wang实验室合作,将细菌置于红灯下,并将它们喂给蠕虫——一种被称为秀丽隐杆线虫(C. elegans)的物种——’s通常用于生命科学。研究人员跟踪了细菌在消化道的进展,并在它们到达肠道时打开了绿灯。

“当暴露在绿光下时,携带这种大肠杆菌菌株的蠕虫也活得更长。”说,光线越强,寿命越长。Wang是Robert C. Fyfe衰老研究讲座教授,贝勒赫芬顿衰老研究中心分子和人类遗传学教授,也是霍华德休斯医学研究所的研究员。

Light-responsive bacteria fed to worms are visible in images of the worms' gastrointestinal tracts.

喂食蠕虫的光反应细菌可以在蠕虫s’胃肠道的图像中看到。工程师为这种细菌编写程序,使其产生一种名为mCherry的红色荧光蛋白,这样它们在显微镜下就可以很容易地看到。当暴露在绿光下,细菌还会产生一种名为sfGFP的绿色荧光蛋白,使它们发出绿色的光。当暴露在红光下时,它们不会产生绿色蛋白质。对左栏的蠕虫进行红光处理。对右栏的蠕虫进行绿灯处理。(图片由杰夫·塔博尔/莱斯大学提供)

在线虫和其他高级生命的细胞中,从人类到酵母,一种被称为线粒体的特殊细胞器提供了大部分的能量。在每个细胞中,数千个线粒体昼夜不停地工作,维持着裂变和融合之间的动态平衡,但随着时间的推移,它们的效率会降低。随着人类和其他生物衰老,线粒体的功能障碍会导致细胞的功能衰退。

在之前对秀丽隐杆线虫的实验中,Wang和他的同事们证明了CA可以调节肠道和肌肉细胞中线粒体分裂和融合之间的平衡,从而促进寿命。这种蠕虫通常存活三周左右,但wang’的实验室已经表明CA可以将它们的寿命延长到4.5周——比平常长50%。

塔博尔说,这引发了一系列问题。例如,如果钙是在肠道内产生的,肠细胞会先受益吗?钙的有益作用是否与其水平有关?最重要的是,线粒体的好处是从肠道扩散到全身吗?

在eLife的研究中,研究人员发现,肠道中钙的产生在短时间内直接改善了肠道细胞的线粒体功能。他们没有在虫s’肌肉细胞中发现这种直接的、短期的线粒体益处的证据。因此,钙的长寿效应从肠道开始,然后随着时间扩散到其他组织。

有了我们的技术,我们可以用光来打开CA的生产,然后观察效果在蠕虫中传播。

Meng Wang

王健林是贝勒医学院罗伯特C. Fyfe衰老讲座教授,baylor’赫芬顿衰老中心分子和人类遗传学教授,霍华德休斯医学研究所研究员。(照片由贝勒医学院提供)

他说,光基因技术的精确性可以让研究人员提出有关肠道代谢的基本问题。

他说:如果你能精确地控制代谢物产生的时间和地点,你就可以考虑能显示因果关系的实验设计。

证明肠道细菌直接影响健康或疾病将是一项重大成就。

Tabor说:我们知道肠道细菌影响我们体内的许多过程。这些y’ve与肥胖、糖尿病、焦虑、癌症、自身免疫疾病、心脏病和肾脏疾病有关。有大量的研究测量当你患上这种疾病或那种疾病时,你身上有什么细菌,它显示了各种各样的相关性

但是在显示相关性和因果关系之间有很大的区别,塔博尔说。

他说:我们的目标,也就是你真正想要的东西,是你可以通过食用来改善健康或治疗疾病的肠道细菌。

但是研究人员很难证明肠道细菌产生的分子会导致疾病或健康。这部分是因为肠道很难通过实验获取,而设计显示肠道内特定位置发生了什么的实验尤其困难。

塔博尔说,肠道是一个很难进入的地方,尤其是大型哺乳动物。我们的肠道有28英尺长,而且肠道非常不均匀。在整个过程中pH值发生了变化,细菌也发生了巨大的变化。组织和y’re的作用也一样,比如它们分泌的分子。

他说,要回答肠道细菌如何影响我们健康的问题,你需要能够在特定的地点和特定的时间打开基因,比如在动物年幼的时候,或者动物早上醒来的时候。你需要那种程度的控制来研究在它们自己地盘上的途径,它们在哪里发生,又是如何发生的

因为它使用光来触发基因,光遗传学提供了水平的控制,塔博尔说。

他说:“就这一点而言,光确实是唯一有足够精度打开小肠细菌基因的信号,例如,在白天而不是在晚上。”

塔博尔说,他和王讨论了许多他们可能使用光遗传学研究衰老的方法。

塔博尔说,” she’s发现了24种细菌基因可以延长秀丽隐杆线虫的寿命,我们不知道它们中的大多数是如何工作的。colanic acid基因确实很有趣,但we’d想要在蠕虫中打开更多的colanic acid基因,以弄清楚它们是如何工作的。我们也可以使用我们在这篇论文中发表的技术来探索这些新基因。其他研究微生物群的人也可以使用它。这是研究细菌如何有益于我们健康的有力工具

Tabor是Rice’s Systems, Synthetic and Physical Biology博士项目的教员。王也是baylor’的Dan L Duncan综合癌症中心的成员。

该研究的共同作者包括卢卡斯•哈茨拉夫(Lucas Hartsough)、马修•科特拉希(Matthew Kotlajich)、约翰•泰勒•拉扎尔(John Tyler Lazar)、莱斯公司的埃琳娜•穆斯塔塔(Elena Musteata)和劳伦•甘比尔(Lauren Gambill),以及贝勒公司的Mooncheol Park、韩冰(Bing Han)和林志春(Chih-Chun Lin)。这项研究得到了美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)、美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration)、约翰s邓恩基金会(John S. Dunn Foundation)和韦尔奇基金会(Welch Foundation)的支持。

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“软”纳米颗粒给等离子体激元带来了新的潜力

莱斯大学的科学家们展示了被包裹的纳米天线如何保留能量,从而有可能催化化学反应

大并不总是好的,但有些东西从小处开始,随着它的变大而变得更好。

把它点燃看看就行了。

莱斯大学化学家Christy Landes和Stephan Link领导的团队,与Smalley-Curl研究所合作,已经制造出混合粒子,结合了等离子体纳米颗粒无可匹敌的集光特性和催化聚合物涂层的灵活性。他们的工作有助于推动电浆子在电子、成像、传感和医学领域的长期应用。

等离子体激元是在某些金属表面被光或其他输入激发时所产生的可检测到的能量波动。纳米天线是这些金属的微小片段,如金、银和铝。由于它们的大小、形状和类型对特定的输入很敏感,因此它们是可调节的,因此可用作传感器、生物显像剂甚至治疗药物。

论文的主要作者艾米丽·塞尔斯(Emily Searles)是一名化学研究生,肖恩·柯林斯(Sean Collins)是莱斯大学卡尔和莉莉安·伊利格(Carl and Lillian Illig)的前博士后研究员,他们的目标是创造出混合纳米天线,使金属芯到聚合物涂层的能量转移达到最大。

Rice University scientists coupled gold nanoparticles with soft polymers that pull energy from the gold’s plasmonic response to light. That energy can then be used to potentially catalyze chemical reactions. (Credit: Illustration by Emily Searles/Rice University)

莱斯大学的科学家们将金纳米颗粒与软聚合物结合,软聚合物能从金对光的等离子体反应中吸收能量。这些能量可以用来潜在地催化化学反应。艾米丽·瑟尔斯插图

他们找到了一种方法,将金纳米颗粒包裹在电化学支架上,并用一种光敏镍基聚合物。当被光激发时,金的等离子体激元产生的能量流入涂层,同时电化学电池中施加的电位诱导溶液中的单体发生新的聚合,使涂层的尺寸增加一倍。由此产生的杂化通过将能量转移到聚合物壳层来减弱等离子体激元的光散射。

Searles说:“我们的希望是,因为我们将能量注入聚合物中,我们现在可以利用这些能量与软界面表面的其他分子反应。”“这篇论文没有包括反应,但这是我们的目标。”

这项研究发表在美国化学学会杂志ACS Nano上。

被研究的金聚合物颗粒在聚合前的测量值约为35×85纳米,聚合后的测量值则是其两倍。在实验和模拟中,它们的峰值从纳米颗粒转移能量到涂层的效率达到了50%,比之前的基准提高了20%。

实验包括在高光谱暗场成像显微镜下,将单个包覆粒子放在氧化铟锡电极上,以记录它们的散射光谱。

研究人员知道在金属和聚合物涂层之间转移光能有两种可能的途径:电荷和共振能量转移。

Emily Searles

艾米丽瑟

Sean Collins

肖恩·柯林斯

林克说:“这些新的混合材料,利用能量转移途径,可以解决等离子体光催化目前面临的两个挑战。”“首先,效率通常较低,因为与其他竞争过程相比,电荷转移很慢。

“其次,电荷转移通常需要牺牲反反应,否则随着时间的推移催化剂就会中毒,”他说。“由于电子和空穴转移同时发生,这些基于能量转移的混合反应消除了牺牲反应的需要。”

第一个挑战是找出哪种聚合物是将能量从这里输送到那里的最佳材料。

“如果你简单地测量它们吸收的光谱,纳米天线和聚合物看起来非常相似,”柯林斯说,他现在是英特尔的一名光刻工艺工程师。“然而,它们实际上以完全不同的方式吸收光线,关键在于让这两种机制协同工作。”纳米天线撒下一张巨大的网来吸收光能,并将大部分捕获物分享给饥饿的聚合物,使聚合物获得的能量远远超过它单独收获的能量。”

研究小组确定了金中的电浆子共振偶极子和镍聚合物中的电偶极子跃迁,这些跃迁在光触发时是对齐的,为载流子从聚合物中迁移提供了一条路径。

“聚合物中的能量会在一段时间后消散,但似乎不会回到黄金状态,”塞尔斯说。

她说,聚合物涂层确实达到了一个收益递减点。“我们发现有一种快乐的地方,在那里你不会看到更多的能量转移,”西尔斯说。“你加入的聚合物离纳米粒子太远了。”

在Searles研究实际应用的过程中,光输入、纳米粒子结构和聚合物之间的所有变量都将使她忙碌数年。

“我们的目标是能够为这些系统创建一个图书馆,”她说。“根据不同的应用,我们希望改变频谱,以获得最高的能源效率。可以肯定的是,有很多不同的东西需要调整。”

兰德斯强调了团队合作的重要性,以及将新的成像和光谱工具结合到项目中的能力。

她说:“如果我们希望在未来的应用中利用新型纳米材料的潜力,关键是要了解能量转移等基本过程如何在纳米和宏观尺度上驱动它们的材料性能。”“这样的努力不是单个方法或单个实验室所能完成的。”

论文的合著者是研究员劳伦斯Tauzin表示研究生Minhan卢,夏洛特Flatebo拉施德Baiyasi,博士后研究员卢卡Bursi,校友Yi-Yu Cai,彼得Nordlander,物理学和天文学的葡萄酒被椅子和电气和计算机工程教授材料科学和纳米科技帮助下,所有的大米;研究生刘亚伟、宋佳和连天全(化学教授)都在埃默里大学;以及德国莱茵河畔路德维希港巴斯夫校友本杰明·福斯特。

兰德斯是一名化学、电子和计算机工程以及化学和生物分子工程的教授。林克是一名化学、电气和计算机工程教授。

该研究得到了能源部科学办公室(基础能源科学)下的凝聚态与界面分子科学项目的支持;韦尔奇基金会;以及国防科学与工程研究生奖学金。

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‘PODS队完成了莱斯大学的秋季学期

(视频由布兰登·马丁提供)

7月29日,洛维特学院的校长克洛伊·奥尼和她的“豆荚小组”成员们正忙着做一件他们几个月没能做的事情:一起坐下来吃顿饭。这八个人分散在几张沙发和桌子上——身体上有一定的距离,不吃墨西哥卷饼时戴着口罩——他们在卸下储藏容器和把盒子搬进去之间休息。

今年3月莱斯大学关闭后,Oani和她的志愿者小组是首批返回学校的学生,他们也是最后一批离开学校过寒假的学生,因为他们最近结束了6个月的工作。

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体育节目报告现在可用

赖斯2020年的“男女校际体育项目报告”现在可以从体育主任办公室获得,电话:713-348-4077。该报告也可在https://riceowls.com/documents/2020/12/21/2020_EADA_Survey_vF.pdf网站上查阅。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.rice.edu/2020/12/21/athletic-programs-report-now-available-3/

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法贡德斯被任命为行为医学研究学会研究员

Christopher Fagundes,莱斯大学心理科学副教授,被选为行为医学研究学院(ABMR)院士,以表彰他在该领域的研究和贡献。

Chris Fagundes. Photo by Jeff Fitlow.

克里斯Fagundes。由杰夫·菲特洛拍摄。

ABMR为行为医学的领导者提供了一个论坛,以促进卓越的科学,为该领域的方向作出贡献的指导,并为政府和学术实体以及公众提供资源。本组织致力于发展和应用最高质量的行为医学研究,以改善世界公民的健康和福祉,并提高行为医学干预措施的有效性。

法贡德斯说:“我很荣幸被选为行为医学研究学院的成员,尤其是在我职业生涯的这个阶段。”“我要感谢我的整个实验室所有的辛勤工作。我很幸运能有优秀的员工、本科生、研究生、博士后和早期教职工与我一起工作。”

这并不是Fagundes第一次被ABMR认可。2018年,他获得了organization’s Neal Miller新研究员奖。

欲了解更多关于该组织的信息,请访问https://academyofbmr.org。

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