多吃蔬菜预防结肠癌添新证,电子皮肤知健康

比悬疑小说更精彩的科普书

研究揭开孕妇血压紊乱之谜

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《人类学+:科学的B面》,眠眠著,清华大学出版社2018年6月出版

多吃蔬菜预防结肠癌添新证,电子皮肤知健康。近日,美国约翰斯:霍普金斯大学的研究人员表示,他们利用心脏成像技术对数十名患有最严重和最危险的血压病症的孕妇进行了研究,结果表明,先兆子痫的病症主要损害心脏在两个收缩期之间放松的能力,使得心脏过度劳累,导致泵血能力变差。相关研究成果发表在《美国心脏病学会杂志》(Journal
of the American College of Cardiology)上。

近日,英国科学家发现卷心菜、西兰花、羽衣甘蓝等芸薹属蔬菜中的化合物成分有助于维护肠道健康,预防结肠癌。这项研究由英国Francis
Crick研究所于近期发表的《免疫》期刊上。

■本报记者 袁一雪

■本报记者 张晶晶

先兆子痫是一种主要由高血压和器官损伤引起的疾病,估计会有5%~8%的孕妇会患此病,而在发展中国家,该病不仅会导致早产,还会导致孕妇死亡占到孕妇总死亡率的60%,其还会导致早产。近几十年来,研究人员已经意识到先兆子痫也会显著增加孕妇患心力衰竭、心脏病和中风的风险。但是其后发生风险的方式和原因尚不清楚。

众所周知,吃蔬菜有益于健康,但其背后的机制仍然未知。而这项研究为其提供了第一个确凿证据。

多吃蔬菜预防结肠癌添新证,电子皮肤知健康。从生病后才去医院看病,到主动体检,争取早发现早治疗,再到主动预防、主动监测身体状况,人类对于健康与疾病认识的改变,历经了成百年上千年。近几年,人们用于监测健康状况的仪器越来越小巧,甚至手环、戒指都成为了随时监测心跳、运动情况的设备。

多吃蔬菜预防结肠癌添新证,电子皮肤知健康。关于科普,越来越多的成见正在被抛弃,比如要一本正经,比如要滴水不漏。有越来越多有趣的科普书涌现,作者们努力地在严谨性和趣味性中寻找平衡,将晦涩的科学知识“翻译”为老少咸宜的通俗文字。

约翰斯:霍普金斯大学医学院妇产科助理教授Arthur Jason
Vaught说:“尽管我们已有许多方法可以识别和控制许多女性的危险因素,但健康女性有时会在没有任何先兆的情况下患上严重先兆子痫。如果能找到这种疾病背后的原因和机制,我们可能会找到更好的方法来预防和治疗该病。”

该研究中,研究人员发现吲哚-3-甲醇(indole-3-carbinol,I3C)是一种体内消化芸薹属蔬菜产生的化学成分。用富含I3C成分的饮食喂养小鼠,发现其可激活肠道中的芳香烃受体蛋白来预防肠道炎症和结肠癌。

而随着材料学科的发展,一些几乎与皮肤一样薄软的材料让科学家研发出了“电子皮肤”,为需要皮肤移植的病人和义肢的制作带来了新希望,同时也为健康监测提供了一种新思路。

在眠眠写作的这本《人类学+:科学的B面》里,你可以读到各种不为人知的科学背后的真实故事:尼安德特人把抑郁症传给了我们?人类会被寄生物控制意识吗?有比埃博拉病毒还要厉害的病毒吗?传说中的“裂脑人”究竟有什么特殊能力?为什么南美小镇的913人选择集体自杀?一支苏联探险小队为何会在雪山一夜全员暴毙?

由于约翰斯:霍普金斯大学曾治疗过许多高危孕妇,研究人员能够确认63名患有严重先兆子痫的女性,并建立了包括36名匹配的健康女性的对照组。他们将严重先兆子痫定义为血压高于160/110毫米汞柱、尿液中蛋白质水平异常显示肾脏受损、确诊肾脏或肝脏受损、肺部有积液、血小板计数低、和视力问题。研究参与者的平均年龄为30岁,其中47%为非裔美国人、44%为白人、9%为西班牙裔、4%为亚裔。

“我们研究了肠道中不能产生或激活AhR的转基因小鼠,发现它们很容易发生肠炎和结肠癌。”该研究第一作者Amina
Metidji博士解释道,“然而,经过喂食富含I3C的饮食后,并没有产生炎症或癌症。有趣的是,给结肠癌老鼠改用I3C饮食后,它们的肿瘤明显减少,且多是良性肿瘤。”

近日,清华大学微纳电子系教授任天令带领团队以石墨烯为材料,研发出多层石墨烯表皮电子皮肤。它具有极高的灵敏度,可以直接贴覆在皮肤上用于探测呼吸、心率、发声等,未来在运动监测、睡眠监测、生物医疗等方面具有重大应用前景。这一成果日前发表在纳米领域期刊《美国化学学会:纳米》上。

多吃蔬菜预防结肠癌添新证,电子皮肤知健康。明明是一本科普书,却犹如悬疑小说一般精彩。科学的B面是什么样子?在这本书中可以略窥一二。

所有参与者在怀孕约33周时接受超声心动图检查以获得心脏腔室的图像。成像结果显示,患有严重先兆子痫的女性右心室的收缩压力较高,平均水平为31毫米汞柱,而健康对照组的女性为22毫米汞柱。由于右心室在心脏收缩期间“缩短”或收缩,研究人员能够看到与健康对照组相比,患有严重先兆子痫的人有5%的心脏形状变化差异。

研究人员发现AhR对于修复受损的上皮细胞至关重要。如果没有AhR,肠道干细胞不能分化成上皮细胞,从而吸收营养或产生保护性黏液。

与人体其他器官相比,皮肤是人体最大的器官,负责人体内部与外界环境的交互。在其柔软的组织下面分布着一个庞大的传感器网络,可实时获得温度、压力、气流等外界信息的变化。而且,作为保护人体的第一道防线,皮肤兼顾柔性与韧性。

《人类学+:科学的B面》的作者眠眠是一位“80后”,曾在国家电网任职电气工程师。作为知乎“大神”,他拥有14万粉丝,写作的内容涵盖科技、历史等多个领域。开设有专栏和公众号“眠眠冰室”,定位是“专注于冷故事和黑历史科普性解读”。

据约翰斯:霍普金斯大学医学院医学助理教授Sammy
Zakaria所说,该研究还得出结论,在患有严重先兆子痫的女性中,两个心脏收缩期之间的心脏放松并补充血液的时间间隔也有异常,这降低了心脏将足够量的血液泵入身体各部的能力并使心脏过度劳累,并会在心脏泵血时导致心力衰竭。

“饮食对肠炎和结肠癌的影响是非常惊人的。”资深作者、英国Francis
Crick研究所小组负责人Gitta
Stockinger说,“许多蔬菜都会产生激活肠道内的AhR的化学物质,从而修补AhR不足的缺陷,通过恢复上皮细胞分化能力,提高肠道抵抗力,以预防结肠癌。”

为了模仿皮肤的特点,国内外的研究人员利用不同材料制作电子皮肤的“原材料”尝试,希望有一种材料可以模拟人类皮肤的传感功能,或能实现或超越皮肤的传感性能。

谈起“眠眠”这个笔名的由来,他在采访中告诉《中国科学报》记者,因为自己在大学时代非常爱睡觉,所以就有了这个外号。而“眠眠冰室”则是谐音自“绵绵冰”——“和我主打冷知识、冷历史的调性也很符合,所以就取了这个名字”。

由于患有严重先兆子痫的女性心脏的异常放松率,8名参与者已经有心力衰竭的迹象,并被归类为II级舒张功能障碍。

“这些发现令人乐观,尽管人们不能改变患癌的遗传因素,但可以通过采用吃大量蔬菜的饮食来减轻患癌风险。”Stockinger说。

石墨烯以其高强度和良好的韧性受到不少学科领域研究者的青睐,这与人体皮肤组织不谋而合,自然也被列为电子皮肤材料的选择之一。不过,这一研究在国内外都只是刚刚起步。而且,拥有出色的导电性和柔韧性的石墨烯如何舒适、美观、稳定、可靠地贴合在皮肤表面,从而采集人体生理信号一直是亟待解决的关键问题,是困扰研究人员的问题,也是这个领域的难点。

名字很温柔,但内容很凶悍。眠眠回忆说,在自己小时候,曾长期痴迷于《人类未解之谜》《历史百大谜团》之类的读物,欲罢不能。

研究人员表示,患有先兆子痫的女性的左心房,即心脏的上腔,比健康女性的约大3平方厘米,这是心脏扩张和过度劳累的另一个迹象。先兆子痫妇女的心脏壁平均比健康妇女厚0.2厘米。

“许多流行病学研究表明,蔬菜可以预防癌症。”Stockinger解释道,“然而,关于哪种蔬菜最有益的文献报道却很少。现在,我们已经在小鼠身上发现了这种机制,未来我们将研究其对人类的影响。”

为了解决这一问题,任天令带领团队使用了新型衬底,使得石墨烯能够像文身一样贴合在皮肤上,从而更好地获取人体信号。“此外,我们开发了新型湿法剥离石墨烯氧化物工艺,进一步提高了器件的灵敏度。相比于其他电子皮肤,我们的器件能够更好地贴附于皮肤之上,且具有更高的灵敏度。”任天令在接受《中国科学报》记者采访时解释说。

“它们图文并茂,故事娓娓道来,翻开一本便足以打发放学后一个下午的时间。彼时常常觉得,这些书就好比打开了某一扇隐藏的门,让我惊喜地发现那个平淡而真实的世界背后,居然还有这么些光怪陆离的神秘事件,刺激、恐怖、超乎想象,却又欲罢不能。”

Zakaria说:“更厚更大的心脏表明,心脏比正常情况工作更加努力。当锻炼身体时,心脏会像身体的肌肉一样变大。但这一情况并不是一件好事,而是心脏衰竭的重要危险因素。”

英国癌症研究中心专家Tim
Key教授说:“这项针对老鼠的研究表明,不光是西兰花和卷心菜等蔬菜中的纤维有助于降低肠癌风险,蔬菜中含有的化学分子也参与其中。这就进一步证明,饮食中多吃蔬菜很重要。”

新型湿法剥离石墨烯氧化物工艺是任天令等人独创的新工艺。“如果没有剥离工艺,外加力的时候,残留石墨烯氧化物会分散部分受力,从而降低器件灵敏度。经过新工艺处理后的石墨烯,被剔除了石墨烯氧化物,进一步提高了器件的灵敏度,同时也进一步提高了器件佩戴的舒适度与方便性。”

但随着成长,他发现原来这些惊奇故事大多是些道听途说的见闻,或是国外小报上用来吸引眼球的假新闻,甚至不乏作者脑洞大开编造的可笑故事……

其中6名患有严重先兆子痫的女性还患有围产期肺水肿。Zakaria说,该病的特征是肺部积液,并导致母亲和胎儿的肿胀,呼吸困难和其他并发症。

相关论文信息:DOI:10.1016/j.immuni.2018.07.010

更值得一提的是,这一新工艺建立在任天令团队创立的“以石墨烯带状结构为基元的裂痕理论模型”上,后者是研究人员通过对激光直写石墨烯微观结构分析研究后的成果。而在之前,研究人员从未分析激光纹路与器件特性之间的关系。“这次我们在制备器件时,发现了器件出现了两种特性,这令我们大为不解。因此我们从最本质的石墨烯微观结构出发进行分析。”任天令解释说,“其实,这个模型在现实中就有非常形象的对应,我们吃牛肉干的时候会发现牛肉干是有纹路的,当你沿不同方向去撕牛肉干的时候所需要的力量是不同的,纹路的断裂延不同方向是不一样的,科学地讲是‘各向异性的’。”随后研究人员进行了模型仿真和实验验证,发现仿真结果与实验结果非常吻合。而以石墨烯带状结构为基元的裂痕理论模型,较好地模拟了由应力引起的阻值变化过程。

“知道真相的我眼泪没有掉下来,却忽然觉得,这个世界仿佛瞬间丧失了许多魅力,一下子变得平庸无奇了。”

“对于患有先兆子痫的女性,怀孕期间该病对心脏泵血能力造成的损害是惊人的,而该损害使得其在未来更容易患心脏病和中风。”Vaught说。

《中国科学报》 (2018-08-24 第8版 健康)

此外,在此项研究中,研究人员选择了多层石墨烯。因为单层石墨烯的厚度只有三亿分之一米,因为比较脆弱,所以处理起来相对困难,成本也相对较高。多层石墨烯则降低了成本且提高了器件灵敏度。

但5年前偶然与一位人类学家的对话让他重新认识到,原来真实世界里还是有很多未知故事的,即便没有小时候看到的那么离奇,但也已经足够精彩!

目前,研究人员并未建议所有孕妇经常接受心脏成像检查,但该研究有助于提高对风险的科学认识。

面对研究中的两项创新科研成果,任天令表示,这与整个团队的共同努力密不可分,“这次建模主要是由清华大学物理系本科生王云帆完成。其间,我们团队进行了多次交流,多次修正”。

这便是“眠眠冰室”系列文章最初的由来,也因为这些积累,才有了《人类学+:科学的B面》一书的诞生。

相关论文信息:

在发表这次论文之前,任天令一直致力于突破传统器件限制的新型微纳电子器件的研究。去年,他就曾率团队研发了石墨烯智能人工喉。这种人工喉具有声音收发一体化的特点,既能接收声音,又可发射声音,并且具有良好的生物兼容性,贴附在聋哑人喉部便可以辅助聋哑人“开口说话”。

该书分为五个章节,分别是人类学+考古学、生物学、医学、社会学和地学,共有22篇文章,平均每篇的长度都超过5000字,有的文章更是接近万字的长度。这大大超出普通科普文章的体量,更令人印象深刻的是,尽管知识密度极高、“干货”满满,但读下来却丝毫没有冗长或者难读之感,而是曲折离奇、高潮迭起,令人手不释卷。

《中国科学报》 (2018-08-24 第8版 健康)

今年,任天令团队对石墨烯的研究再次升级。“科学研究是一个循序渐进的过程,这次的研究所使用的激光直写石墨烯工艺我们已经完善了几年,同时也进行了不断的改进。”任天令说。在解决原材料问题后,剥离后的石墨烯作为基底如何贴合在人体表面,探测体征信号呢?

眠眠解释说,虽然用了“人类学+”这样的题目,但本书并非一本人类学专著,只是以此作为线索,同时也在部分文章中借鉴了一些人类学研究的方法。至于“科学的B面”,则有两层含义,一是希望引导人们思考科学背面的一些东西,二是传递一些不为人知的冷知识。

其实,在摸清石墨烯的特点后,研究人员可以通过电阻值的变化实现对人体生理信息的监测和分析。例如在唇部、手腕、喉咙等不同位置放置电子皮肤,可实现对呼吸、心跳、语音等生理体征信号的测量;而在胸口、手腕、指尖等部位放置则可测量心率。据介绍,未来,这款电子皮肤可稳定工作10小时以上,还可以定制图案。

“其实一开始想叫科学的暗面,讲一些负面效应的东西,比如我之前写过一篇关于人体实验的文章。写文章的时候就发现,科学的发展过程中,肯定会有一些与现有的理念和文化相悖的东西。像脑白质切割术,一开始看来很先进,过了几年之后发现带来负面效果,后来再用新的手段来消除它。就是这样不断淘汰落后的技术,科学技术才能往前走。现在大家往往更关注科学技术成功的一面、对人类的帮助,但对于另外一面,思考得往往不够。”

接下来,任天令还将继续开展这项研究。首先,他将进一步优化后端电路的设计,同时采集更多的信号进行分析,分析信号与体征之间的关系,结合大数据与云计算,使之能够真正造福于人类。

读过本书的人大多会感慨于它的惊险、刺激、悬疑丛生,同时也惊讶于作者丰富的知识储备。以《同类相食的它们,触怒了某种可怕的原始生命》一文为例,眠眠将“疯牛病”、克雅二氏病、库鲁病、羊瘙痒症进行类比,进而说明诺奖得主普鲁西纳关于朊蛋白的研究发现。同类相食的话题本身就非常吸引眼球,惊险不断的文章读完,科学知识自然也牢牢记在了脑海中。

“电子皮肤拥有光明的应用前景,它能够实时监测身体状况。目前医疗健康领域愈发重视疾病预防,如果我们能够在疾病产生的早期监测到其特征信号,那么就能将其扼杀在萌芽之中,这样不仅能够减轻患者的痛苦,又能够降低治疗成本,这对于国计民生是巨大的福祉。”任天令说。

该书在话题的选择和设计上同样也是匠心独具。在《被某种生物寄生之后,他们患上了一种诡异的怪病》一文中,眠眠从操纵宿主溺亡的铁线虫写起,继而讲述了偏侧蛇虫草菌、茧蜂、双盘吸虫、蛔虫等寄生虫,而最后讨论的话题是“寄生虫能否操控人类的意志”,以昏睡病和弓形虫进行佐证。一个看似科幻的话题被充分展开,看故事的同时,充分激发读者的想象力。

相关论文信息:DOI:10.1021/acsnano.8b02162

对于写作,眠眠对自己的要求是:“我写过的话题,别人就没必要写了。”独特的视角、翔实的资料、生动的故事,成就了他向往的“极致”科普。

《中国科学报》 (2018-08-24 第8版 健康)

广博的知识面来自丰盛的好奇心,以及日复一日的不断积累。大量查阅资料以及不断与各个领域内的专业人士进行交流,才能写出如此跨领域的优秀科普文章。眠眠告诉记者,这个过程犹如抽丝剥茧。

“虽然我是在写一本科普作品,但是科普却并不一定要像说明书那样枯燥,又或是如论文那样深奥,我完全可以将藏在历史档案中的故事剥茧抽丝般的提取出来。这样一来,科普文章也可以如同惊悚小说一样峰回路转、荡气回肠。”

眠眠已经走过40多个国家,始终以“知行合一”作为自己的行动准则。他告诉记者,自己从小就是一个好奇心旺盛的人,而最开始写作科普文章的理由,也是希望通过简短的文章、深入浅出的故事,让更多人对科学技术产生最基本的了解。

“我写过原子钟、量子计算机这种当时很前沿的话题;也写过日常生活中的小东西,甚至比如照相机里的科学,其实都有很多故事可以讲;也有一些是结合热点的,比如关于地震。我希望通过自己的写作唤起大家的好奇心,希望大家不再觉得科学是一个很有门槛的东西,而一直局限在比如明星八卦、娱乐新闻这样的领域里。”

如他所言,强烈的好奇心是探索未知世界的强烈驱动力,而好奇心也是人类最为珍贵的财富之一。“随着我们的成长,无论眼中这个现实世界变得多么平淡无奇,都不再神秘莫测,且让我们保持这份弥足珍贵的好奇心,别让它渐渐消散在鸡毛蒜皮的琐碎生活里。”

《中国科学报》 (2018-08-24 第6版 读书)

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