人类器官可“3D打印”？植物越高越“渴”？如何给飞机“心脏”降温……4月9日，万象·科学Talk第1期中科院青促会合作专场“隐藏的次元”在广州市南沙区图书馆举办。活动邀请了来自高温超导、光电转换、航空发动机、体外诊断、生物 3D 打印、植物水分传输等领域的6位中科院科学家，面向线上线下观众，用喜闻乐见的脱口秀形式分享了各自的科研故事和发现。

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本次万象·科学Talk由中国科学院青年创新促进会、广州物联网研究院主办，广州市南沙区图书馆、中国科学院深圳先进技术研究院协办，广州市南沙区科学技术局支持。

罗会仟：在火炉里修炼高温超导心经

近期，深圳第一高楼用上了国产超导电缆，以数倍于常规电缆的电量输送能力，提供高可靠性供电，这得益于超导体零电阻的优势。

目前已知的绝大部分超导体的超导温度都低于40 K（即零下233.15℃），这也是常规超导体临界温度的理论上限。由于降温成本和难度比较大，常规超导难以大面积应用。高温超导的重要性不言而喻。说是“高温”，其实是“高冷”，目前的高温超导材料，如铜氧化物，最高的超导温度记录是165 K（即零下138℃）。因此，还需要找到更多能“高温”超导的材料。

中国科学院物理研究所研究员罗会仟介绍道，探索超导材料的方法千奇百怪，最常用的是通过烧炉子，把各种化学元素“炒”在一起，看看超不超导。烧制不同的超导材料，需要借助不同的炉子。罗会仟提到一种高级的炉子——移动光学浮区炉，这需要用光加热。只要这个光够给力，炉子玩得转，最后就能得到高质量的晶体。只要温度足够低，这些晶体电阻就会降到零，实现超级导电。

那么，高温超导体是如何实现超级导电的呢？罗会仟及其团队通过中子散射实验，利用一束不带电但有磁性的中子，去探测材料中电和磁的相互作用，从而为更好地实现高温超导应用提供坚实的实验依据和理论基础。

田文明：透过时间分辨光谱看“光明”的未来

太阳作为最大的光源，每秒钟照射到地球上的能量相当于500万吨煤。如果能将太阳光全部转化为电，将有效助力碳达峰、碳中和的实现。

中国科学院大连化学物理研究所研究员田文明介绍到，光电转换材料以及材料中的电荷运动情况是影响光电转换效率的关键因素。钙钛矿作为一种新型光电转换材料，兼具转化效率高和制备成本低等优势，仅用了10年多的时间，就取得了接近硅基材料光伏电池50多年才实现的成就，将光伏发电效率从3%提升至25.7%。

为了更好地了解材料中的电荷运动情况，田文明及其所在团队发展了一种时间和空间分辨电荷运动检测方法，不仅能直观看到电荷的运动过程，还能知道电荷能跑多快、跑多远，以及寿命有多长。此外，这个技术既能看到单个晶粒中的电荷运动，又能观察到电荷跨晶粒运动以及跨晶界后的损耗。有了这种技术，她和她所在团队进一步对光电材料进行设计和调控，实现定向电荷运输，提升电荷利用效率。研究结果为寻找更好的半导体材料、设计更优秀的电池结构等提供了科学依据。

杜强：破解航空飞机“心脏”高温难题

中国科学院工程热物理研究所研究员杜强的日常工作是给航空发动机里最重要的零件——涡轮叶片降温。然而，涡轮叶片的最大厚度仅为6毫米左右，对它进行降温可是个“绣花活”。

航空发动机作为飞行器的动力之源，被誉为“工业机械制造皇冠上的一颗明珠”，而涡轮叶片的寿命，也决定了整台发动机的使用寿命。如何让涡轮叶片安全稳定运行，是杜强及其团队一直努力的方向。金属的极限耐温不过一千度左右，而涡轮叶片要承受的最高温度可达2000K，同时还要承受40个大气压以及20000转/分的高转速。杜强把高温、高压、高转速的“三高”环境下的涡轮叶片形象地比喻成“高温火炉中的舞者”。

为降低涡轮叶片金属壁面的温度，杜强及其团队主要采用内部和外部相结合的冷却方法。在叶片内部，设计复杂的“蛇形”冷却通道，从发动机低温位置源源不断地引入冷却气流，像流通的“血液”一样，持续降低叶片内部的温度。在叶片外部，设置各种形状的冷却气膜孔，冷气从气膜孔流出后将覆盖叶片表面，就像是给叶片穿上了“隐形的外衣”，将金属壁面与高温燃气进行“隔离”，以此实现了对涡轮叶片的高效冷却，使叶片达到长寿命的设计要求。

刘慧：揭开植物越高越“渴”的秘密

森林是陆地上最大的储碳库和最经济的吸碳器。近些年，随着全球变暖趋势越来越明显，很多区域变得越来越干旱，树木遭受严重生存威胁。中国科学院华南植物园副研究员刘慧主要研究植物是如何“渴死”的，通过对植物“病情”的观测，寻找植物耐受各类恶劣环境的调节机制。

刘慧在分享中提到，植物的水分和养分是它的“血液”，可以通过定期测水势，来衡量植物“渴”的程度。树木从下往上运输水分，高度越高，水势也越来越小，植物也越来越“渴”。干旱时，植物管道里的水势下降，会有空气进入导管形成气泡，造成管道堵塞，并逐渐导致水分运输中断，越靠树干顶端的叶片越容易“渴死”，进而引发整株植物“渴死”。植物渴的时候，气泡在管道中爆裂发出高频的声响，那是植物在哭泣和求助。为了应对可能存在的“渴死”情况，越靠树干顶端的细胞为了抵御极高的压强，细胞壁会变得越来越厚，这给细胞分裂带来巨大压力，最终停止生长。因此在植物学界，有个说法叫“高树再高也不会超过120米”。刘慧及其团队前后测过全国10多个地区300多种森林植物，还整合了全球大概1300多种的数据，发现树木越高，需要的水分就越多，但同时也越不耐旱。这也佐证了为什么几十年间亚马逊热带雨林里干旱死亡的基本都是高树。

“我们可不能让植物’渴死’，不然人类可能会’愁死’，要让植物’向死而生’，为自然保护、人类社会创造更多的价值。”

阮长顺：用好生物3D打印这支“救命”神笔

每年我国大约有30万患者在等待器官移植，仅有3%左右的人成功移植，缺口非常大。2022年，心脏病患者大卫·贝内特成功装上了基因编辑过的猪的心脏，延长了2个月生命。这是人类首例猪心移植手术，为供体来源短缺和同源器官移植带来了希望。但由于动物心脏和人类心脏存在差异，人体会产生排异，所以异种来源器官移植还有很长一段路要走。

如果能拥有一支马良的神笔，在体外“画出”紧缺的器官，这是中国科学院深圳先进技术研究院研究员阮长顺的科研梦。阮长顺及其团队通过先进的生物3D打印技术，可以达到接近这支神笔的功效。他们将细胞和细胞外基质材料开发成3D打印墨水，利用正负电荷相吸原理，让一种材料带有弱正电，另一种材料带有弱负电，通过相互吸引完成堆积，让打印出来的器官既不松散也不拥挤。同时，通过材料设计和打印工艺优化，给细胞搭建更好的环境，将细胞的的存活率从50%提高到90%以上。同时，他们团队已经验证了，所打印出来的含细胞的结构体，在体内可以显著地促进骨组织生长修复。但要在体外人造出完全替代人体器官的组织，实现其完整功能，我们还有很长的路要走，阮长顺补充道。

张威：巧用体外诊断“抓凶破案”

近期甲流和诺如病毒高发，一旦发生感染要如何搜取蛛丝马迹，制定针对性治疗方案？巧用体外诊断，能帮你抓到凶手，顺利“破案”。中国科学院苏州生物医学工程技术研究所张威研究员的研究领域便是体外诊断仪器技术。

临床医生诊疗所需的70%左右的医疗与健康决策信息，都依赖于体外诊断。甲流、诺如病毒甚至艾滋病等传染病，大多是由细菌、病毒等病原体引起的，而每一种病原体都有特异性的核酸片段，核酸检测这种体外诊断手段是鉴定病原的最直接证据。检测的核酸信息越多，证据链越完整，越能全面解析病情，制定治疗方案。我国三甲医院每天的门诊量大约是1万多人次，一年约400多万人次。核酸检测仪器市场基本被进口的设备垄断。

张威及其团队建立了一整套完全自主高灵敏核酸检测的技术，从核心芯片、关键部件到仪器模块，部署了多项专利。在芯片、温控和光学检测等方面更是实现了“多、快、准、全”的技术突破。“如今我们的检测仪器可以说实现了真正的逆袭，各项指标已经反超进口仪器，甚至达到了国际先进水平。这些仪器目前已经完成了注册检验，很快就可以跟大家见面了。”

文/广州日报·新花城记者：方晴 通讯员：雷锦萍图/广州日报·新花城记者：方晴 通讯员：雷锦萍广州日报·新花城编辑 张映武

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