里根总统的前任首席科学顾问乔治 · 肯沃尔斯说:“材料科学很可能是美国今天最重要的学科。”在日本,国际贸易部与工业部为大规模的研究与开发已把工作重点放在三个关键领域:新材料,新电子设备及生物工程学。而首当其冲的是新材料。
为什么世界上两个主要工业国美国与日本要把新材料作为寻找与开发的首要目标?答案很简单,因为新材料和改进材料是支持现有工业和开发新工业的命根子。专家们认为,先进材料对航空和宇宙航行空间,电子设备,汽车及其它工业的进一步增长是必不可少的#材料科学方面的发展最大程度限制了经济主要方面的增长速率。
使涉及综合性学科的材料科学和工程变得如此重要的革命实质是什么?由于对物质认识的提高,已经有可能从需要出发,按照原子与原子的一定排列开发新材料,来满足不断增长的需要。
通常以原子能水平作为设计能力,在材料科学工艺改进的基础上设计出特殊应用的材料,例如,通过人工关节材料剪切技术的发展,材料科学有可能使跷脚走路。最近的发展极大地延长了这些关节的寿命,提高了病人和保健部门的利益。
高级的半导体材料(有些直接用原子与原子排列而成)形成了从计算机到汽车,从机器人到火箭的一些不断快速增长产品领域的电子心脏。在这些材料变得如此流行和重要的同时,发展中国家忽视半导体研究和发展的健康工作,以及忽略了在进一步考虑广泛工业领域的风险时的产品简化。
虽然大量报导陶瓷半导体可以彻底改革许多工业面貌,但是物理学家,化学家及材料科学家共同合作掌握关键:如果某些困难与复杂的材料问题能得到解决的话,超导体将会满足他们的要求。
材料科学与工程是一个涉及多学科的学科,该学科研究整个材料领域中的物理与化学性能(材料包括上面提及的金属,合金,超导体,半导体,陶瓷,塑料,高分子聚合物及合成物等),材料的这些性能与原子结构之间的相互关系,从材料到所要求形状的加工及新材料的设计等。
优秀的材料科学大学生大量不足,虽道大多数部门将接受具有数学和物理,或数学与化学的学生,但理想A级合格学位课程是数学,物理及化学。
材料科学与工程是物理学家,化学家及工程师的技能结合的独一无二的学科,该学科能够迅速从科学发现转换成工程应用,并反过来对工程问题寻求科学解答。
英国大学毕业生在这个领域中的不足应当引起国家的关切,解决办法是应当使学校学生,教师及家长更多知道在材料科学和工程方面所存在的激动人心而有前途的工作机会。
[刘云译自泰晤士报1988年6月3日]
用超声波加工飞机用复合材料
富士重工业对飞机用的复合材料制作工程不用蒸压罐而利用超声波对复合材料进行加热、成形、硬化的工程方式实用化为目标。把树脂浸在石墨材料中,对变成加热硬化产品的复合材料的成形,因加热工程需要时间、对技术方面的要求也困难,该社对这项工程不使用蒸压罐,而利用超声波得到完全均匀的加热、硬化组织,在日本首次用试样开发成功了,今后,大量生产技术如果确立,复合材料自动化制作也将成为可能。对复合材料制作工程将带来大的变革。
大幅度缩短脱离蒸汽罐工程:富士重工业共有五座蒸压罐,以130℃进行加热,但加热方法对任何一个复合材料企业都是保密的,一般说来,加热处理需要六小时,其中1 ~ 2小时用于硬化,其余的是升温和温度下降所需的时间,如何进行升温和降温左右着产品质量。
该社因时间关系,不用蒸压罐,而进行超声波硬化法的开发,用超声波接触厚度3毫米、边长500毫米的四方形试块反复进行热硬化试验。如果使超声波一次反射接触到材料的方法成功,那就采用直接照射材料的两种方法,这样大致上解决了在总体上正好以适应的状态接触超声波的技术课题。为了保持质量均等性,必须使材料均匀地接触超声波,否则在材料上会产生凹凸。因为一接触超声波材料本身就会发热,然后集结,所以与蒸压罐比较,能量费用大幅度减少,而且所需要的时间仅仅只有一小时左右,被缩短到从前的六分之一。今后,将进一步开发以大面积复合材料为目标的超声波硬化法,如果该技术能确立,就具备了大量生产的条件,复合材料成形的流水生产便成为可能。今后飞机构造重量的20 ~ 40%将使用复合材料,如果成形工程脱离蒸汽罐实现,就等于确立了复合材料需要置增大的相应工程方式。
[左明璧译自工业新闻(日)]
软骨移植给关节炎患者带来希望
到目前为止,严重关节炎病的患者只有一种解决的办法,那就是用人造关节来代替。但是修复手术的巨大花费,固定人造关节和健康骨头的粘合剂的逐渐老化,以及机械连接部位的松动等问题,促使研究用移植软骨的办法来治疗关节炎的可能性。
跟皮肤、肌肉和骨骼不同,软骨一旦损坏就不能再生。这也是为什么关节炎久治不愈的原因。研究的目的是把移植体上的软骨移到已损坏的部位上去。但现在还没有到达在人体上做成功实验的阶段。
特拉维夫大学最近的研究表明,在五年之内,这项技术有可能用于人体实验。这个以泽韦,奈瓦为首的研究小组从还没有完全孵化的小鸡上取下胚胎软骨细胞,在培养基上进行培养后,移到了一只小鸡踝关节的伤口上。两个月后,跟未受伤踝关节完全一样。
同样的研究在德国和美国也正在进行。但是奈瓦小组生成功地培养软骨细胞,然后不但把它们移入正确的位置,而且把移植细胞周围的骨头和软骨覆盖层,完全地固定在一起方面领先了一步。
这项实验的关键是从胚胎上采取软骨组织。软骨在骨组织中占有较大的一部分,它的细胞能够再生。细胞的数量能增长20 ~ 30倍。把空气中的氧从18%降至8%,或者使用维生素C和维生素E抗氧化药物也能促进细胞的生长。
他们成功的第二点是,这种经过培养的细胞移植到关节上以后能继续生长,直到跟周围的组织完全结合为一体。而它们的培养基则被身体所吸收。这种移植物不但不产生由于粘连而使关节失去自由伸展的瘢痕组织,而且能恢复地完好如初。
这种植入的软骨细胞对排异过程反应比较迟钝。部分原因是由粘液糖膜造成的。究竟这种移植组织在关节炎患者身上,对致使骨头和关节组织断裂的最大自身免疫经受程度如何尚不清楚。但是奈瓦说,从原理上,新软骨组织不仅更具有抵御能力,而且在它周围还能分泌更多的,能够抑制疾病侵袭的抗氧化物。
在成年(两年)鸡上的实验,将更接近于年龄较大的关节炎患者。现在,实验正在从鸡和兔子到猪和猴子的身上进行,这些动物从生理角度讲,更接近于人类。从流产的(10 ~ 18周)人类胚胎上采取的软骨细胞已成功的进行了培养,但要进行医学实验恐怕还需五年的时间。
[朱汉亮译自New Scientist,1988年10月4日]
人为什么会衰老?
在脱氧核糖核酸(DNA)分子中甲基化嘧啶的含量随年龄减少,而这一过程的速度与物种的生命期成反比。遗传信息的储存器DNA分子中错误的悲剧性储存是机体衰老的原因之一。这是不难理解的。
不久前又发现了一种破坏的变体。在鸟类和哺乳动物的DNA中,一部分嘧啶改变为5 - 甲基嘧啶。甲基团对个别基因作用的控制是特别需要的。甲基化的情况在细胞分裂,恶性蜕变,甚至在衰老时都会发生改变。DNA中的甲基嘧啶随年龄而减少。
研究表明,甲基钟不仅指明年龄,而且本身也是决定衰老和死亡的因果链条中重要的环节。但这一链条的开端在何处,其中还有哪些环节,能否定向地干预正在进行着的过程,目前还不清楚。
[罗希均译自Xимия и жизнь,Иo3. 1988]
母牛胚胎移植术
胚胎移植是一项特殊的动物繁殖技术。选择某个发育成熟的母牛作为胚胎提供者,向其注射一定剂量的激素,使其产生更多的卵子,这些卵子通过母牛自然交配或人工授精的方法在母牛体内受精,用特殊装置将胚胎冲洗出体外,再移植到同种类且发情期与之同步的母牛(胚胎接受者)体内,对于人类和小动物,这种技术主要靠手术手段来实现,而对于牲畜则是采取非手术法的。
胚胎移植技术包括下列几项重要步骤
一、选择胚胎提供者
选择具有最佳遗传基因的胚胎提供者是胚胎移植术的最基本的一步,年轻母牛产生的胚胎生命力强,可移植性强,因此,仅生育过二到三次的母牛比老母牛要好,被选为胚胎提供者的母牛应该没有任何生殖器官毛病和传染病,且发情周期正常。
二、选择胚胎接受者
生育较少的动物可以选作胚胎接受者,通常年轻母牛和未生育过的小母牛易被选作接受者,他们也必须具有正常的发情周期。
三、排卵过速与发情期同步
排卵过速就是给提供胚胎的母牛注射一定剂量的荷尔蒙,使其能够多次排卵。在此之前,要观察胚胎提供者一到两次正常的生殖周期,它表现出发情的那一天为“零天”,以此往后顺序记录,在其发情周期的第8天和第14天向其肌注一次剂量为1500国际单位的怀孕母牛的促性腺激素血清,大约在48小时之后,再向其肌注500微克的前列腺素,人为使提供胚胎的母牛和接受胚胎的母牛同时发情以使两者的发情期同步。
排卵过速的母牛,其排卵过程为24小时至48小时,因此,给提供胚胎的母牛每隔12小时施行一次人工授精,一共三次,每次用两管精子,第一次人工授精的时间大约是在发现母牛发情后12小时。
四、胚胎的收集
胚胎收集的时间在进行人工授精后的第6天和第8天,用一种特殊的冲洗方法来完好无损地收集胚胎。
将冲洗液收集后置于立体显微镜下检查,寻找胚胎,将寻找到的胚胎用同样方法洗过后保存在37°C的环境中,直到通过非手术方法将其移植进接受胚胎的母牛体内。
[王晶译自新华社外刊资料]
艾滋病与结核病
英国医生K. P. Coldman根据美国的一份调查报告认为,在获得免疫缺陷综合症(AIDS)发病初期,往往已经感染了结核菌,因此,对于HIV抗体阳性和结核菌素试验阳性的患者,应该进行结核病的治疗。
人结核菌是一种病原性很强的病原菌,在艾滋病发病以前就感染了结核菌,因此,可以说结核病往往是艾滋病的前驱病。调查报告发现在艾滋病患者中,新泽西州29例患者中有14例患有结核病,纽约州30例患者中有18例患结核病,所以两者往往是同时发现的。
艾滋病病毒携带者和艾滋病患者罹患结核病的危险性与结核发病地区和流行程度有关,例如海地是结核病流行地区,美国海地出生的艾滋病患者45中人有27人感染了结核菌,而其它地区出生的艾滋病患者37人一个人也没有感染结核病,而且中非是艾滋病流行地区,结核菌感染率也很高。
艾滋病患者的结核症状表现为多种多样,缺乏典型症状,两者的共同症状是发热、疲倦、体重减轻。但是这些并非是它们的特异性症状,不少肺部感染的患者也出现全身症状。结核性淋巴腺瘤是一种常见的疾病,然而,在临床上鉴别是否由艾滋病引起的却很困难,结核菌最易在血液、骨髓、泌尿生殖系统、肝脏、腹腔内引起感染,往往引起中枢神经性症状。
结核菌素不可靠,例如40%感染了结核菌的艾滋病患者,结核菌素试验阴性或在几个月后转为阴性。
对感染了结核菌的艾滋病患者来说,化学疗法对结核病有效,支气管结核经过治疗1 ~ 3个月内,痰中结核菌就消失,但是短期化学疗法效果不巩固,至少要持续9个月,为了防止今后的复发还要继续服用异丙肼。
[徐力青译自日本《科学》1987年第12期]
旧塑料的重新利用
世界上大城市的垃圾堆积成山,正面临着处理它们的困难。传统的处理垃圾的方法是填埋。但现在要贮藏不下了,原因之一是日益增加使用塑料产品和包装。现在美国、欧洲饮料业正在广泛使用塑料瓶就是一个很好的例子,虽然它们很轻,但体积庞大——几乎占填埋废物的30%容量——并且本身不会分解。
现在科学家们正在设法扩大塑料的重复利用来减少这种麻烦,几年前一些欧美国家已确认了这种做法的必要性。每年有几百万磅的塑制饮料包装已经在重复利用,通常将它们变成合成纤维。但那只是占每年浪费的几亿磅塑料中的一小部分。最近一家比利时公司发明了一种先进的机器,它首次混合并同时再利用各类旧塑料,包括洗发精硬塑料瓶、塑料薄膜袋、甚至含铝或其他成分的塑料包装。最重要的是这种机器生产的合成塑制新产品有助于减少用填埋方法来处理的废塑料。
比利时Brakel发明的由先进重复利用技术制造的ET/1压模机价值30万 ~ 50万美元,正在使用这种机器的欧洲约有12家公司,而美国有2家。据Darrell R Morrow,拉各斯(Rutgers)大学塑料重复利用研究中心主任说,他们为研究目的安装的ET/1机器可从利用各种类型的旧塑料生产线形模压件至各种形状和最长达12英尺的各种尺寸。Morrow说机器可以将旧塑料混合加热软化到成型,然后制成新产品。
用ET/1和其他机器的那些公司正在制造公园长椅、野营桌子、路标和船坞。在欧洲用ET/1制造耐腐产品如海滩堤岸和建筑材料。据中大西洋塑料集团的John Maczko有限公司——比利时制造美国经销处的资料,ET/1对于生产那种需要维修和经常调换的材料特别有价值,例如代替木材、水泥。Adds Bill Holli-ster,Summit Holdings公司的总经理,称该公司有一个在密执安(Michigan)塑料重复利用的附属工厂。他说“使用这种工艺使塑料造成的环境危害变成了好处,塑料原料不再会有坏处”。
[蔡骅章、潘欣海译自Newsweek 1988年2月29日]