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解决冷凝之谜

在冬天,当进入一个温暖的建筑物时,冷凝物可能会毁坏木质咖啡桌或使玻璃杯起雾,但这并不是所有的不便之处;冷凝蒸发循环具有重要的应用价值。

Weisensee

水可以从“稀薄的空气”中获取,也可以通过冷凝的方式从海水淡化厂的盐中分离出来。由于冷凝液滴蒸发时会带走热量,这也是工业和高性能计算领域冷却过程的一部分。然而,当研究人员观察凝结的最新方法,他们看到了一些奇怪的现象:当一种特殊类型的表面覆盖着一层薄薄的油,似乎凝聚水滴随机飞过表面在高速度,与更大的水滴,合并模式而不是由重力引起的。

”的机械工程和机械工程助理教授帕特丽夏·韦森塞说:“就它们自身的相对尺寸而言,它们相距太远。”这些液滴的直径小于50微米圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院的材料科学。

we’我们都在以每秒1毫米的速度向更大的水滴移动

Peng Bai小水滴向大水滴移动。(动画:Weisensee实验室)

Weisensee和她实验室的博士生孙建兴(音译)已经确定,这种看似不稳定的运动是作用在液滴上的毛细力不平衡的结果。他们还发现,液滴的速度与油的粘度和液滴的大小有关,这意味着液滴的速度是可以控制的。

他们的研究结果发表在《软物质》杂志的网络版上。

“他们为什么要搬家?”

在工业中最常见的冷凝形式中,水蒸气冷凝在表面上形成一层厚厚的液体。这种方法被称为“膜状”冷凝。但另一种方法被证明在促进冷凝和随之而来的热量转移方面更有效:水滴状冷凝。

它被用于传统的疏水表面——那些排斥水的表面,例如不粘锅上的聚四氟乙烯涂层。然而,当暴露在热蒸汽中时,这些传统的不润湿表面会迅速退化。相反,几年前,研究人员发现,在粗糙或多孔疏水表面注入润滑油,如机油,会导致更快的凝结。重要的是,这些注入润滑油的表面(LIS)导致了高度流动和更小的水滴的形成,当涉及冷凝和蒸发时,这些水滴负责大部分的传热。

然而,在这个过程中,表面水滴的运动似乎不稳定——而且速度很快。维森泽说:“就它们的体积而言,它们移动的速度非常快。

问题是他们为什么要搬家?“”

维森西和她的团队利用高速显微镜和干涉术观察了整个过程,他们能够辨别出发生了什么,以及液滴大小、速度和油粘度之间的关系。

他们创造了水蒸气,并观察表面形成的小水滴。” Weisensee说:“第一个过程是小水滴凝聚成大水滴。毛细管力使油滴长大并覆盖在液滴上,形成半月板——不是膝盖肌肉,而是围绕液滴的一层弯曲的油。

石油在不停地移动,试图保持平衡,因为它覆盖了表面不同地方不同大小的液滴——如果一个大液滴在这里形成,半月板就会在它上面伸展,导致油层在其他地方收缩。收缩区域的任何小水滴都会迅速被拉向较大的水滴,从而导致富油和贫油地区。

在这个过程中,较大的液滴基本上在清除空间,这反过来为更多的小液滴的形成提供了空间。

注意到在“oil-poor”区域形成了较小的液滴。(动画:Weisensee实验室)

由于大部分的传热(约85%)是通过这些小水滴进行的,所以使用LIS进行水滴冷凝应该是一种更有效的散热和从蒸汽中获取水分的方法。由于水滴非常小,直径小于100微米,所以可以在更小的区域凝结。

还有一个好处。在“传统的”凝结过程中,重力是一种清除表面水分的力量,为新水滴的形成创造空间。表面是垂直放置的,水只是简单地流出。由于毛细管力在滴状冷凝充液表面起作用,所以表面的方向无关紧要。

她说,“它可能会被用于个人设备,”那里的定位在不断变化,“或者在太空中。”魏则西说,由于整个过程比传统的冷凝更有效,“这可能是一种不依赖重力清理空间的好方法。”

接下来,Weisensee的团队将测量传热,以确定在LIS上滴状冷凝过程中,更小的水滴是否更有效。他们还计划研究不同的表面,以最大限度地提高液滴的运动。


华盛顿大学圣路易斯分校(Washington University in St. Louis)麦凯维工程学院(McKelvey School of Engineering)通过一种新的融合范式,专注于智力方面的努力,并以优势为基础,尤其是在医学与健康、能源与环境、创业与安全等领域。96.5终身/终身和33个额外的全职教员,1361名本科生,1291名研究生和21000名校友,我们正在利用我们的伙伴关系与学术和行业合作伙伴——跨学科和世界各地,为解决21世纪最伟大的全球性挑战。

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甜菊糖的结构:甜菊糖是什么让它这么甜?

甜味剂甜菊是从甜菊叶中分离出来的,甜菊叶是一种多年生草本植物,原产于南美洲。来自Arts &的新研究科学报道了合成雷鲍迪甙A的酶的x射线晶体结构,雷鲍迪甙A是市面上甜叶菊甜味剂中的主要化合物。(图片:Christian Jung / Shutterstock)

圣路易斯华盛顿大学的一项新研究揭示了甜菊叶植物高强度甜味背后的分子机制。研究结果可用于开发新的无热量产品,而不会产生许多人联想到甜菊糖这种甜味剂的余味。

杰兹

虽然基因和蛋白质的生化途径负责甜叶菊合成几乎是完全已知的,这是第一次,蛋白质的三维结构,使瑞——或者,甜菊糖甙产品中的主要成分已经被发表,一篇新论文的作者在《美国国家科学院学报》上。

“如果有人糖尿病或肥胖,需要把糖从他们的饮食,他们可以求助于人工甜味剂制成化学合成(阿斯巴甜、糖精等),但所有这些‘off-tastes’与糖,和一些有自己的健康问题,”约瑟夫·杰兹说,生物学教授艺术和科学和新研究的主要作者。

“甜菊糖及其相关分子在植物中自然存在,比糖甜200多倍,”他说。“y’在中美洲和南美洲已经使用了几个世纪,对消费者来说是安全的。许多大型食品和饮料公司都在展望未来,并计划在未来几年通过各种项目来降低糖/卡路里,以满足全球消费者的需求。”

stevia研究人员结晶并解决了甜叶菊蛋白的结构。(图片:杰兹实验室)

研究人员通过x射线晶体学确定了RebA蛋白的结构。他们的分析显示了RebA是如何由一种关键的植物酶合成的,以及这种高强度甜味所需的化学结构是如何通过生物化学的方式构建的。

为了制造比单个葡萄糖分子甜200倍的东西,植物酶用三种特殊的糖装饰了一个核心萜烯支架。

然而,甜叶菊的这种特别甜的味道带来了一种不受欢迎的味道。

“对我来说,甜菊糖的甜味带有舔过的铝箔的余味,”杰斯说。许多消费者体验到这种轻微的金属余味。

他说:“这种味道是植物叶子中主要的分子所特有的:甜菊糖甙和RebA。”“正是它们的化学结构击中了舌头上的味觉感受器,触发了‘sweet和’,但它们也击中了触发其他味道的其他味觉感受器。”

“甜菊叶中含有丰富的RebA,它是第一个从甜菊叶中提取的产品,因为它很容易批量提纯。就叫它甜菊糖1.0吧。但在叶子中有其他相关的化合物,具有不同的结构,击中了‘sweet’没有回味。那些是甜菊叶2.0,它们会很大。”

卡洛琳·福赫特(Caroline Focht)在华盛顿大学(Washington University)的杰斯实验室(Jez laboratory)读本科时创作了一幅甜菊糖原画stevia

新发表的蛋白质结构信息有很多方法可以用来帮助改善甜味剂。

Jez说:“我们可以利用RebA蛋白的快照来指导蛋白质工程,来调整stevias中糖的类型和/或模式。”这可以用来探索‘sweet’和‘yuck之间的化学空间

“在其他植物中也有分子不是‘stevias’,但可以传递强烈的甜味,”他补充说。“我们可以利用甜菊叶植物的信息来找到这些细节。”


阅读更多:“支链葡萄糖苷生物合成的分子基础”,Soon Goo Lee, Eitan Salomon, Oliver Yu和Joseph M. Jez(2019)。美国国家科学院院刊。这项研究的一部分是在先进光子源的阿贡国家实验室结构生物学中心进行的,这是由芝加哥大学的一个国家用户设施,由能源部生物和环境研究资助办公室DE-AC02-06CH11357运作。

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超声波用于测量纤毛细胞的运动

圣路易斯华盛顿大学(Washington University in St. Louis)的研究人员多年来一直在研究纤毛,以确定它们的功能障碍是如何导致不育和其他与纤毛相关疾病相关的疾病的。现在,科学家们将能够通过一种新方法更快地进行这些研究,这种新方法利用声波暂时捕获由纤毛推动的细胞,然后释放它们,在它们游走时测量它们的运动。

由机械工程与工程学院助理教授j·马克·米查姆(J. Mark Meacham)领导的跨学科团队McKelvey工程学院的材料科学教授和他实验室的学生们使用了声学微流体方法,在一个充满液体的小房间里使用超声波驻波来收集单细胞的绿藻细胞群,这是一种研究人类纤毛的模型生物。

所谓的声阱利用了细胞体的物质特性来保持它们的位置而不破坏它们。通过首先收集细胞,研究小组可以在几分钟内有效地分析数百个细胞。研究结果发表在2019年6月12日出版的《软物质》杂志的内封底上。

米查姆

米查姆说:“把它想象成一个由超声波场制造的小笼子。”“这些细胞试图找到逃跑的方法,但被构成笼壁的海浪推了回去。当墙被拆除后,它们就可以自由奔跑了。”

纤毛是排列在我们的肺、鼻子、大脑和生殖系统的细胞中微小的毛发状结构。它们被设计用来清除液体和微生物以保持人们的健康。然而,当它们出现故障时,可能会导致不孕、慢性中耳感染、脑积水和其他情况。

Susan Dutcher是圣路易斯华盛顿大学医学院的遗传学和细胞生物学及生理学教授,也是这篇论文的作者之一。她与C. reinhardtii及其数百种基因变体(或突变体)合作,研究纤毛行为和功能障碍。米查姆说,用目前手工追踪单个细胞的方法分析如此多的变异,将需要很长时间。

Minji Kim

米查姆说:“对达彻博士来说,根据游泳效果对她的细胞进行快速分类,并选择最感兴趣的细胞进行更费力、乏味和详细的分析,这很有用。”“这就是这种基于种群的方法的真正帮助之处,它允许我们在短时间内分析大量给定的突变体。”

在这项研究中,研究小组使用了来自达彻实验室的三种莱茵哈氏细胞的基因变体作为模型。

Meacham和论文第一作者、博士生Minji Kim共同开发了微流体芯片,该芯片足够小,可以将两个微流体芯片安装在1×3英寸的玻片上。在打开超声波之前,细胞通过连接到设备中心一个圆形腔室的进、出口通道进入和排出,这个腔室就像一个大的、开着的细胞握笔。Kim和Meacham将这些细胞插入设备的液体中,然后通过压电换能器激活超声波。超声波反射到腔室壁上,在圆形腔室内形成压力井,将细胞困在腔室中心形成一组。

在对细胞成像后,研究人员关闭超声波,有效地打开笼门,让细胞游走。

米查姆说:“这种声学陷阱使我们能够进行这种有趣的分析,这是我们无法用其他任何方法做到的。”“我们可以捕获并释放一个细胞群,对其进行分析,加载下一个细胞群,捕获、释放、分析并加载下一个细胞群,每个样本只需几十秒到一分钟的时间,就可以得到不同细胞类型游泳能力的分级测量结果。”

Meacham说,对扩散细胞的分析很容易自动化,因为游泳是从一个单一的位置开始的。单元格在释放单元格的连续图像中显示为黑色像素。细胞形状的变化与游泳速度有关。

“我们观察它们游泳一到三秒钟,一旦我们获得了这些图像,分析它们的过程就会自动进行,”Kim说。“我们可以用一种自动化的方式从大约50个细胞中获得运动测量,比跟踪单个细胞的速度快得多。”

米查姆说,最终,研究小组试图为研究人员提供一种工具,可以根据细胞的运动能力对细胞进行分类,无论是对C. reinhardtii突变体进行分类,还是对精子细胞的运动能力进行评估。


Kim M, Huff E, Bottier M, Dutcher S, Bayly P, Meacham, JM。用于快速评估细胞活力的声学捕集与释放。软物质,日期。DOI: 10.1039 / c9sm00184k。
这项研究的经费由国家科学基金会(CMMI-1633971)提供。
华盛顿大学圣路易斯分校(Washington University in St. Louis)麦凯维工程学院(McKelvey School of Engineering)通过一种新的融合范式,专注于智力方面的努力,并以优势为基础,尤其是在医学与健康、能源与环境、创业与安全等领域。96.5终身/终身和33个额外的全职教员,1361名本科生,1291名研究生和21000名校友,我们正在利用我们的伙伴关系与学术和行业合作伙伴——跨学科和世界各地,为解决21世纪最伟大的全球性挑战。

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麦凯维工程学院将为本科生举办暑期研究

有兴趣学习更多有关热管理研究的本科生将有机会参加华盛顿大学圣路易斯分校麦凯维工程学院(McKelvey School of Engineering at Washington University in St. Louis)从2019年夏天开始的一个新的暑期研究项目。

美国国家科学基金会(National Science Foundation)提供了一项为期三年、36.7万美元的资助,用于本科生研究经验(REU)现场项目,即多尺度热管理。它是为来自科学、技术、工程和数学(STEM)研究机会有限的学术机构的初三和大四学生设计的,将包括50%的女性和30%的学生,这些学生来自STEM领域传统上代表性不足的群体,包括残疾人。

Summer research program在麦凯维工程学院的暑期研究。(图:惠特尼·柯蒂斯/华盛顿大学)

艾米丽·博伊德,机械工程系首席研究员和教学教授材料科学说,这个项目是独特的,因为它呼吁跨学科性质的传热,并将提供一个多样化的导师小组谁在机械工程和材料科学与能源、环境&化学工程。

“Our活网站会让学生沉浸在尖端,热科学实践研究,它解决了一些world’s最大挑战,从非常小的纳米流体,纳米级表面增强和micro-heat转化器里——非常大的碳捕获和存储,”博伊德说,他也是华盛顿大学夏季工程奖学金计划的主任为未被充分代表的少数民族学生而设计的。这些项目将按规模进行分类:微型规模、组件规模和系统规模

在为期10周的课程中,学生们将开始为期四天的传热新兵训练营,由博伊德和机械工程与工程学院的副首席研究员兼助理教授j·马克·米查姆(J. Mark Meacham)授课材料科学。然后,参与者将与麦凯维工程学院的9位导师中的一位或多位完成研究项目,其中包括博伊德和米查姆。

学生们还将每周与麦凯维工程学院的教职工见面共进午餐,参加研究技能研讨会、工程研究生院信息发布会以及每周的社会活动。该项目还将通过参观当地的研究设施而得到加强,学生们还将参加行业工程师的演讲。

此外,学生们还将担任工程课程的助教,这门课程是专为当地高中学生开设的,旨在帮助那些没有得到充分服务的学生。这次体验将以一个研究研讨会结束,学生们将在研讨会上展示他们的研究成果。

项目结束后,两名参与者将被选中在今年秋季的美国机械工程学会s’国际机械工程会议暨博览会上,或在同样在秋季举行的全球化学工程师之家(AIChe)学生会议上,展示他们的夏季研究成果。


华盛顿大学圣路易斯分校(Washington University in St. Louis)麦凯维工程学院(McKelvey School of Engineering)通过一种新的融合范式,专注于智力方面的努力,并以优势为基础,尤其是在医学与健康、能源与环境、创业与安全等领域。96.5终身/终身和33个额外的全职教员,1300名本科生,1200名研究生和20000名校友,我们正在利用我们的伙伴关系与学术和行业合作伙伴——跨学科和世界各地,为解决21世纪最伟大的全球性挑战。

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这是迄今为止探索过的最远的天体

在5月17日的《科学》(Science)杂志上,美国宇航局的新地平线任务团队发表了迄今为止对最远的世界的首次全面介绍:距离地球40亿英里的柯伊伯带天体2014 MU69,绰号Ultima Thule。

William B. McKinnon,新视野号的联合研究员,是地球和行星科学教授他是华盛顿大学圣路易斯分校的一名科学教授,也是这份新出版物的作者之一。麦金农于3月18日在德克萨斯州伍德兰市举行的第50届月球与行星科学会议上,向只有站着的观众展示了飞越Ultima Thule的结果。

美国西南研究所新视野号首席研究员艾伦·斯特恩在一份声明中说:“我们正在研究保存完好的古代遗迹。毫无疑问,有关天极子的发现将推动太阳系形成的理论

《科学》杂志上的这篇文章是几篇预期论文中的第一篇。麦金农和他的合作者继续研究2014年MU69的起源,包括围绕温和、低速合并的条件,这使得Ultima Thule形成了它不寻常的二元形状。

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两个竹竿的故事

科学家很少能在入侵物种面前看到好的一面。但是华盛顿大学圣路易斯分校的研究人员发现,密苏里州当地的蚊子与闯入者共用水源时,体内的寄生虫较少。

抓你的头吗?是的,蚊子有寄生虫。是的,被寄生对一个有机体来说是昂贵的,不管人类多么喜欢恨那个有机体。

Katie M. Westby Westby

“对抗感染或被寄生虫消耗掉的额外能量会导致宿主行为的改变。泰森研究中心博士后研究员、《动物生态学杂志》上发表的一项新研究的第一作者凯蒂m韦斯特比(Katie M. Westby)说。“因此,如果一个入侵物种减少了群落中一个物种的寄生,它可能会间接影响群落中的其他成员。”

华盛顿大学环境实地研究站泰森研究中心的研究人员比较了当地东部树洞蚊种(三纹伊蚊)和侵入性亚洲岩池蚊种(日本伊蚊)的寄生虫载量。

这两种蚊子都是集装箱繁殖的蚊子,这意味着它们的卵和幼虫通常在诸如轮胎和水桶之类的保水容器中发现。

在这个田间试验中,研究人员用40桶雨水和不同程度的树叶碎片建立了一个蚊子苗圃。每周三次,他们从一些桶里的淤泥中筛出这些孵化出来的入侵物种的幼虫。他们不去管其他人。

buckets研究人员在这些桶里建立了一个蚊子苗圃,这样他们就可以确定入侵物种的存在如何影响本地物种的寄生负荷。(照片:金·麦德利/泰森研究中心)

在水中,蚊子幼虫在滤食时,会遇到一种叫做gregarine parasite的寄生虫。但是这种寄生虫是特定物种的,这意味着如果它被错误种类的蚊子幼虫吸走,它就不能完成它的生命周期。很明显,这就是正在发生的事情。

韦斯特比说:“我们发现侵入性岩池蚊的存在,通过稀释作用,显著降低了原生树洞蚊体内的寄生虫患病率。

gregarine parasites Gregarine寄生虫(图:Beth Biro/Tyson研究中心)

当本地蚊子与入侵者共享空间时,本地蚊子被寄生虫感染的几率为13%到27%;当原住民被单独饲养时,他们72%到90%的时间都有寄生虫。

这叫做“减少遭遇”。“很简单,如果侵入者先吃掉寄生虫,原生生物就永远不会遇到它。

生物学家Kim Medley是泰森研究中心的主任,也是’s蚊子研究中心的负责人,他指出:“理解传染病中表现出来的模式和过程基本上是一个生态问题,也就是说,这是关于物种之间相互作用和它们的环境。

“在这种情况下,入侵通过减少与寄生虫的接触来减少感染,但不是通过改变本地物种的数量;相反,其机制是通过清除栖息地中的传染性颗粒,”她补充道。

“像我们这样的研究可以广泛地揭示传染病如何表现以及它如何随着生物多样性的变化而变化。这个概念可以应用于许多系统,包括人类的传染病。


凯蒂·m·韦斯特:布伦登·m·斯威特曼·托马斯·r·范·霍恩“入侵物种减少了寄生虫的流行,并抵消了环境对本地蚊子寄生的负面影响。J Anim Ecol. 2019年5月7日,10.1111/1365-2656.13004

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太空中的火焰设计可能会导致无烟火灾

几十年来,科学家们已经能够在火焰中燃烧燃料而不产生任何烟尘,他们认为他们知道为什么。他们对这些数据进行了分析,并在高科技设备上进行了实验,但只有一种方法可以确定火焰和煤烟之间的基本关系:

他们必须在太空生火。

为此,目前在国际空间站(ISS)工作的宇航员克里斯蒂娜·科赫(Christina Koch)已经开始进行实验,允许研究人员远程点燃火焰,然后观察和研究火焰的性质。她预计将创造女性最长太空飞行的纪录。如果实验能显示出地球上的研究人员所期望的结果,这将导致对燃烧特性的一个全新的、基本的理解。

Axelbaum

Stifel &公司的Richard Axelbaum说:“我们将测量煤烟,评估火焰的强度,火焰产生的辐射以及气体成分和温度,这样我们就能确保我们的预测是正确的。奎内特·延斯是圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院环境工程科学教授。在这个项目上,他将得到马里兰大学教授彼得·桑德兰的帮助。

Axelbaum同时也是清洁煤利用联盟的主席,但是有一件事煤烟是不干净的。

“首先,煤烟是一种污染物。它也可能致癌,所以我们不想吸入太多烟尘。“它可以吸收阳光和热量的星球。“事实上,它是造成大气变暖的第二大因素,仅次于二氧化碳。

A spherical flame burns on the space station一种球形火焰,在国际空间站上产生(在没有浮力的情况下),内部辐射着煤烟颗粒。(照片:理查德·Axelbaum / NASA)

有了足够的氧气,燃烧就能从燃烧的燃料中释放出最大的能量——燃烧效率很高——副产品只有二氧化碳和水。煤烟是不完全燃烧的副产品,当氧气无法燃烧时就会产生。例如,在蜡烛火焰中,柔和的黄色辉光是由火焰内部产生的煤烟颗粒加热到高温产生的

对许多人来说,燃烧是最熟悉的火,它是蜡烛或营火。燃料在主要由氮气组成的大气中发生反应——我们呼吸的空气中大约78%是氮气,21%是氧气,还有少量其他各种气体。熟悉的黄色辉光表明这些火焰中正在形成烟灰。

阿克塞尔鲍姆说:“但是,如果我把空气中的氮拿出来,放进燃料里,你仍然可以得到同样的氮氧混合燃料,但是它会极大地改变火焰的结构。“相同的成分以相同的比例,但混合方式不同,完全抑制了燃烧过程中煤烟的形成。

“我们称这种火焰设计为火焰设计,因为你使用的是相同的成分,但如果设计良好,就会产生本质上永远不会产生烟灰的条件。

阿克塞尔鲍姆说:“与此同时,火焰更强,使它更难以局部熄灭,这将导致不完全燃烧和污染。”“所以这是火焰设计的两个非常好的结果。”

那么为什么要在太空生火呢?

自从人类开始生火以来,关于燃烧的本质仍有许多悬而未决的问题。首先,对于这种燃烧方式为何会产生无法产生烟尘的火焰,存在相互矛盾的理论。

“这是一个根本性的问题,”阿克塞尔鲍姆说。有一种理论认为,答案与流场有关,尤其是火焰中气体的流动。另一种由Axelbaum提出的理论是,烟灰抑制与火焰结构的内在特性有关,而与流体流动无关。如果是这样,这对于我们在燃烧过程中如何抑制煤烟具有重要的意义。

阿克塞尔鲍姆说:“在地球上,如果你有火焰,比如说蜡烛,火焰的形状总是上升的。“这是因为火焰中的热气体没有周围气体的密度大,所以它们会上升,就像热气球一样。因此,我们无法系统地控制地球上的这种流动。”

在微重力环境中——重力6037s效应明显弱于地球——火焰不会向上流动。事实上,艾克斯鲍姆在国际空间站上的实验中的火焰形成了球体。

如果无烟燃烧是流场的一个函数,那么在微重力下,同样的氧气和氮气混合燃料也会产生烟灰。但是,如果烟灰的抑制与火焰结构固有的特性有关,研究人员应该在太空中看到同样的情况——没有烟灰。

研究人员还将能够测量火焰持续的时间,这表明它有多强。同样,由于火焰的结构,他们希望它比混合氮气和氧气(空气)燃烧的火焰更强。

阿克塞尔鲍姆说:“我们将前往太空进行基础研究,以加深对燃烧科学的理解。”

他说:“我们进入太空是为了获得一个受控的环境,这个环境不同于我们在这里的环境。”“我们获得的知识可以转化为地球上正在发生的事情,从而产生更环保的燃烧。”


华盛顿大学圣路易斯分校(Washington University in St. Louis)麦凯维工程学院(McKelvey School of Engineering)通过一种新的融合范式,专注于智力方面的努力,并以优势为基础,尤其是在医学与健康、能源与环境、创业与安全等领域。96.5终身/终身和33个额外的全职教员,1300名本科生,1200名研究生和20000名校友,我们正在利用我们的伙伴关系与学术和行业合作伙伴——跨学科和世界各地,为解决21世纪最伟大的全球性挑战。
这项研究得到了NASA的支持,批准号为NNX15AC75A

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量子传感器中心致力于解决大问题

你客厅里的沙发要多大尺寸?上班要花多少分钟?作为人类,我们善于衡量我们在日常生活中遇到的事情,我们熟悉帮助我们做到这一点的工具。我们在测量支撑宇宙的一些基本力方面要差得多——例如,黑洞碰撞时产生的引力波,或者化合物结合在一起时电子的精确行为。

破解这些现象的关键在于量子力学。华盛顿大学圣路易斯量子传感器中心的目标是,将这一领域的巨大潜力转化为更好地探测和理解我们周围的世界。

该中心是Jim Buckley, Erik Henriksen, Henric Krawczynski和Kater Murch的创意科学。与他们的合作伙伴,他们的目标是开发利用量子力学原理的策略和技术——以及菲尔德已经解开的各种技巧——尽可能精确地测量我们周围的世界,远远超出当前工具的极限。他们的努力是及时的:国会最近通过了《国家量子倡议法案》(National Quantum Initiative Act),这是一个支持量子技术发展的联邦项目。

该中心于去年成立,是一家艺术与设计公司的合作机构物理学、化学、地球和行星科学以及麦凯维工程学院医学院的科学研究人员。它是华盛顿大学(Washington University)研究人员的中心,这些研究人员正在开发最前沿的传感器,并积极在该领域部署这些传感器。他们的专长范围从暗物质的理论物理学到火星遥感。

物理学副教授默奇(Murch)表示:“衡量一件事物好坏的最终极限是由量子力学的规则决定的。”“我们的目标不仅是接近这些基本的极限,而且要从量子力学中找到聪明的策略,使这些极限更加敏感。在这样做的过程中,你打开了通往世界、太空的不可思议的窗户,开启了聆听引力波等新方式。”

量子计算在物理系和麦凯维工程学院(McKelvey School of Engineering)都获得了发展势头,它可能在这些努力中发挥重要作用。他说:“如果利用得当,你可以让这台机器做一些非常复杂的事情,为目前看来无法解决的问题提供一个简单的答案。”

请阅读更多有关该中心如何成立以及其他学科的教师和学生将如何参与该工作的&符号。

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怀孕把每天的日程提前了

把这个加到期望清单中:早起,至少在怀孕的前三个月。

圣路易斯华盛顿大学的一项新研究发现,在怀孕的头三分之一的时间里,女性和老鼠的日常作息时间都提前了几个小时。一项由艺术研究人员进行的新研究据《生物节律杂志》(Journal of Biological rhythm)报道,《科学》(Sciences)和医学院(School of Medicine)的研究表明,即将成为母亲的人,会导致母亲日常作息时间发生变化,一旦打乱,可能会危及怀孕。

Martin-Fairey

“这是了解足月妊娠发生情况的非常重要的第一步,它有可能告知我们干预和预防某些人群早产的能力,”艺术与生物学系博士后卡梅尔a马丁-费尔里(Carmel a . Martin-Fairey)说以及在医学院的妇产科。

在全国范围内,每10个婴儿中就有1个早产,怀孕还不到37周。轮班工作和睡眠-觉醒规律的其他干扰与早产和其他不良的生殖结果有关。但此前人们对怀孕期间的昼夜节律知之甚少。

怀孕前和怀孕期间的监测

几乎所有的生物都有一个生物钟来保持每天的时间,在行为和生理上驱动着24小时的节奏。这些节律包括睡眠和觉醒周期、新陈代谢、激素分泌、活动水平和其他生理过程
2,可能会影响包括人类在内的许多物种的繁殖。

这项新研究跟踪了圣路易斯地区的39名女性,作为一项规模更大、正在进行的1000名新生儿研究的一部分。研究参与者戴着手表,连续两周监测他们的日常活动和休息,然后才试图怀孕。一旦这些女性发现自己怀孕了,她们就会在怀孕期间再次戴上手表,直到分娩。

在老鼠身上,实验设置非常相似,研究人员通过观察老鼠在跑步轮上的时间来监测怀孕前和怀孕期间的活动
2。

研究发现,老鼠和女性在怀孕前三分之一的时间里,都会将每日的作息时间提前几个小时。

在小鼠中,这种日常休息活动模式的进步在妊娠第三天就可以检测到,并持续到分娩前10天。同样,孕妇每日日程的提前在分娩前逐渐恢复正常。

England萨拉K.英格兰与工作人员科学家罗纳德T.麦卡锡在她位于华盛顿大学医学院BJC健康研究所的实验室里交谈。(照片:马特·米勒/华盛顿大学)

“至少对老鼠来说,它们的活动在怀孕初期就提前了,这一事实令人惊讶。艾伦·a·英格兰德(Alan A. England)和伊迪丝·l·沃尔夫(Edith L. Wolff)是妇产科医学教授。英格兰是医学院“一角硬币三月早产研究中心”的副项目主任,也是这项新研究的作者之一。

“怀孕早期的情况是,她们把整个活动时间提前到一天的早些时候,”艺术与生物学教授埃里克·赫尔佐格(Erik Herzog)说科学和新研究的主要作者。“但在怀孕初期,她们似乎并没有睡得更多或更活跃。这只是他们日常作息时间的改变。”

“在怀孕后期,我们开始看到它们负重而跑得更少了,”赫尔佐格在谈到这项研究中的老鼠时说。“所以它们似乎是可分离的过程。”

当然,令人疲惫的工作量会导致生儿育女的母亲改变她的时间表和睡眠-休息模式。但赫尔佐格说,这项研究表明,这不仅仅是因为怀孕早期生物钟发生了变化。

“可能会感到疲劳,或者需要额外的工作来抱孩子。但在怀孕早期,每天的计时系统都在发生变化,这可能是与怀孕有关的激素造成的。”

研究人员还观察到,在怀孕期间,小鼠和女性的总活动量都显著减少了
2。

Martin-Fairey说:“在小鼠中,这种情况主要发生在妊娠晚期,而在女性中,这种情况在整个妊娠期都明显减少。”

这是理解怀孕期间昼夜节律的第一步

因此,新的研究结果为潜在的医学问题提供了一个视角,因为它们表明,怀孕会引起日常节律的变化,改变发病时间和活动量。

“这个发现很有趣,因为虽然我们知道流产、早产和怀孕期间的其他严重并发症与母亲的昼夜节律紊乱有关,但我们不知道它是如何工作的,”Dimes March的首席科学官,医学博士Kelle H. Moley在一份声明中说。“这项研究让我们离理解正常的昼夜节律是如何支持健康怀孕又近了一步。”

这是这些合作者首次发表与昼夜节律相关的论文,使用的数据来自圣路易斯的一项大型研究。未来的其他工作将帮助研究人员更好地理解轮班工作和其他高危人群对早产的影响。

“在早产方面,非洲裔美国妇女的健康状况与非裔美国妇女有较大的差距,”英国”说。“我们位于圣路易斯,可以深入研究造成这种差异的一些机制。”

Jungheim

医学博士艾米丽·s·荣格姆(Emily S. Jungheim)是医学院妇产科副教授,也是这项新研究的合著者。即使是在健康的男女当中,那些吃得好、运动得多的人,他们唯一愿意做的就是不加思索地减少睡眠。很多人没有注意到它可能有多重要。”

但是睡眠总是可以改善的。想要怀孕的女性可以优先考虑睡眠。

Jungheim说:“很多时候,如果你在怀孕期间看东西,你就已经知道真相了。”“你无能为力,因为一切都已经过去了。但如果你能在正常生育年龄的女性怀孕前确定早产的风险因素,你就有时间对其进行修改,看看在她怀孕前你是否已经修复了
2。”


资助:这项工作得到了华盛顿大学一角硬币早产研究中心(March of Dimes Prematurity Research Center at Washington University)的部分资助。Carmel A. Martin-Fairey部分由T32 HD049305和F32 HD093269-01支持。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://source.wustl.edu/2019/04/pregnancy-shifts-the-daily-schedule-forward/