星辰大学数学科学学院,全体起立为李清清欢呼鼓掌之际。
其他学院内,都在进行学术交流。
物理学院多媒体教室内。
星辰大学大二学生沈旗,正在台上侃侃而谈。
现场大屏幕上,显现着论文标题《交替磁性,物理界的第三种磁性!》
他缓缓开口道:“众所周知,物理界只有两种磁性,分别是铁磁性和反铁磁性。
铁磁性,就是常见的指南针或者磁铁。
反铁磁性,不产生外部磁场,也不产生内部磁场。
但我先前在实验室里,寻找反铁磁材料时,偶然发现一种奇怪的化合物‘二氧化钌’。
二氧化钌没有净磁矩,这一点和自旋都是交替排列的反铁磁体几乎一样;但与此同时,当有电流时,这种材料会表现得像铁磁体。
我在想,能不能获得一种介于铁磁体和反铁磁体之间的材料?
于是,我的实验方法是,与其想象这些原子的自旋磁矩与原子本身相连,倒不如设想自旋磁矩的旋转可以独立于原子本身,这样一来就可以在这种仍然保持相同磁性结构的材料上进行操作。
在这样的材料中,自旋磁矩仍然可以是交替排列的,但是由于原子本身的轨道与自旋的耦合很弱,原子本身可以认为能进一步旋转。
我可以举一个简单的例子来说明这种情况:假如你把一个铁磁体中的每个相隔一个的原子旋转90度,再把这些原子的自旋磁矩翻转180度,结果就会变成——如果从自旋磁矩来看,它像一个反铁磁体,但如果从电子在材料内部运动方式来看,它们更倾向于沿着相同“取向”的原子方向来运动,所以它其实看起来更像一个铁磁体。
这种全新的磁性,我把它命名为交替磁性,英文名叫altermagnetism。
当然,科学是严谨的。
每提出一个全新的理论,必须用实验数据进行论证。
我从各种绝缘体、半导体和金属材料里,寻找交替磁体的候选材料。
其中,一种名为碲化锰的晶体,是最典型的反铁磁体。
它因为其相邻锰原子的磁矩,都指向相反的方向,因此不会在材料周围产生外部磁场。
我用星辰大学物理实验室的脉冲电子显微镜,照射在碲化锰晶体上‘光’的偏振方向,且基于同步辐射装置的角分辨光电子能谱仪,测量了材料的能带结构,进一步了解晶体中的电子能量和动量分布特性。
结果发现,碲化锰尽管没有外部磁场,但它的电子态仍然表现出强烈的自旋劈裂,而且这种自旋劈裂完全符合根据量子力学计算所预测的交替磁性的结果……”
听到沈旗的讲解以及ppt上的实验数据。
多媒体教室内的各校物理系学生以及教授们,都惊得目瞪口呆。
第三种磁性的发现,能让整个物理界为之轰动!
时间缓缓流逝。
沈旗总结道:“交替磁性是一种介于铁磁性和反铁磁性之间的新型磁性状态,具有独特的电子结构和磁性能。
与传统的磁性材料相比,交替磁性材料不仅具有更高的磁稳定性,还能在更低的能耗下实现高效操作。
例如在数据存储领域,它可以制造更高速、更高密度的存储设备。
例如在量子计算领域,它可以构建更稳定的量子比特,提升计算能力。
例如在电子设备领域,它可以用于制造更高效的传感器和开关。
例如在能源领域,它可以用于开发更高效的太阳能电池和能量转换设备。
例如在医疗领域,它可以开发更精确的磁共振成像(mRI)设备。
例如在通信领域,它可以构建更高速的光纤网络,提升数据传输效率。
不夸张的说。
随着交替磁性的发现。
一个令人兴奋的磁学新时代,将正式拉开序幕!”
话音落下。
多媒体教室内,所有人同时起立,给沈旗送上掌声。
交替磁性以及交替磁性材料的发现,绝对是物理科学领域的一次重大突破。
它不仅可以改变科学界对磁性、信息存储、能源传输等领域的传统理解,更为未来的科技运用,带来了无限的想象空间和发展可能。
而星辰大学的大二学生沈旗,也将会被物理界称为“交替磁性之父”,名留史册!
……
另一边。
星辰大学化学学院。
多媒体教室内。
星辰大学大二学生赵雪,正在台上侃侃而谈。
现场大屏幕上,显现着论文标题《cRISpR \/ cas9基因剪刀,为人类开启一扇通往全新未来的大门!》
赵雪缓缓开口道:“在现代科技的璀璨星空中,基因编辑技术无疑是一颗最为耀眼且极具颠覆性的新星,它是对生物体基因组特定目标基因进行修饰的一种基因工程技术。
我在学校化学实验室,研究链球菌的免疫系统时,发现了一种分子工具,可以用来对遗传物质进行精确的切割,从而可以轻松地改变生命密码。
化脓性链球菌,是对人类造成最大伤害的细菌之一。
每年有数以百万计的人,感染化脓性链球菌,经常引起一些易于治疗的疾病,例如扁桃体炎和脓疱疮。
为了更好地了解化脓性链球菌。
我开始彻底研究这种细菌的基因,是如何调控的,主要研究其小RNA分子,并绘制了化脓链球菌中发现的小RNA基因谱图。
在这里我说个题外话。
今年星辰大学生命科学学院的大二女学生秦雅,在《星辰》科学期刊上发表一篇论文。
她在比较迥然不同的细菌以及古生菌的遗传物质时,发现重复的dNA序列保存得非常好。
相同的代码一遍又一遍地出现,但是在重复之间又有各不相同的唯一序列。
就像在书中的每个不同句子之间重复相同的单词一样。
这些重复序列的阵列称为‘常间回文重复序列丛集(clustered regularly interspaced short palindromic repeats)’,缩写为cRISpR。
而我在绘制化脓链球菌中发现的小RNA基因谱图时,发现这种细菌中大量存在的一种小RNA分子是一种未知的变体,并且该RNA的遗传密码非常接近于这种细菌基因组中特异的cRISpR序列。
两者之间的相似之处,让我怀疑它们是有联系的。
通过仔细分析它们的遗传密码。
未知的小RNA分子的一部分与cRISpR重复的部分匹配,这就像找到两块可以拼到一起的拼图块一样。
于是乎……
我便开始找秦雅同学合作。
双方经过深入而有针对性的实验后。
我们怀疑cRISpR-RNA可以用来识别病毒的dNA,而cas9是切断dNA分子的剪刀。
但结果显示,dNA分子保持完整,什么都没有发生。
我和秦雅同学,经过头脑风暴后,利用对tracr-RNA和cRISpR-RNA的新知识,弄清楚了如何将两者融合为一个分子,并将其命名为‘引导RNA(guide RNA)’。
然后,我们使用这种遗传剪刀变体,获取一个基因,并选择了五个可以切割该基因的地方。
结果显示,dNA分子在正确的位置被切割!
再后面的研究里。
我们发现cRISpR \/ cas9基因剪刀,可用于修饰小鼠和人类细胞中的基因组。
以前,想要改写细胞、植物或者生命体中的基因,非常耗时,有时候甚至是不可能的。
但我们使用基因剪刀,理论上可以在想要的任何基因组中进行切割。
此后,再很容易利用细胞的天然系统修复dNA,从而重写生命密码!”
随着赵雪的讲述。
教室内各大高校的化学生以及化学教授们,都对基因剪刀有了基本的了解。
基因剪刀,就像是一套精密的基因导航与编辑装置。
cRISpR原本是细菌免疫系统的一部分。
但赵雪却巧妙利用这一自然机制,将其改造为强大的基因编辑工具。
cas9蛋白如同一位精准的 “分子剪刀手”,在一段特定的 RNA 序列引导下,能够在浩瀚的基因组中快速、准确地定位到目标基因位点,然后对 dNA 双链进行切割,细胞自身的修复机制会在此时启动,科研人员便可借此机会对基因进行删除、插入或替换等操作,从而实现对基因序列的精确编辑。
赵雪继续说道:“在医学领域,基因剪刀能为攻克疑难杂症,带来希望的曙光。
在农业领域,基因剪刀能对农作物基因进行定向改造,精准培育出具有理想性状的新品种。
在生物领域,基因剪刀可以用来删除、添加、激活或抑制其他生物体的目标基因,包括人、老鼠、细菌、果蝇、酵母、线虫、农作物细胞基因等等。
相比以前的基因编辑技术。
我们研发出的cRISpR \/ cas9基因剪刀,具有成本低、易上手、效率高等优势,利用该技术,只需要几周就能改变生命的密码——dNA!”
话音落下。
全体起立,给赵雪送上掌声。
他们都能预料到。
随着cRISpR \/ cas9基因剪刀技术诞生。
科学界会迎来方方面面的变革。
不夸张的说。
赵雪和秦雅的科研成果,是诺贝尔奖级别的!
……
另一边。
星辰大学医学院。
多媒体教室内。
星辰大学大二学生许安,正在台上侃侃而谈。
现场大屏幕上,显现着论文标题《诱导多能干细胞,医学界的全新未来!》
许安缓缓开口道:“1998年,有科学家首次获得人类胚胎干细胞,它作为再生医疗的细胞来源,备受期待。
然而……胚胎干细胞存在多个备受争议的难题。
比如遗传背景问题、污染问题、人类受精卵培养的伦理问题等等。
这些难题,让医学界对于干细胞的研究,产生种种局限。
我一直在想。
能不能把一个人的皮肤细胞、血细胞或者其他细胞,重新进行编码,将它们转化为ipS细胞,进而分化为干细胞、神经细胞或是其他任何需要再生的细胞呢?
如此一来。
医学界就能规避使用胚胎干细胞带来的伦理问题,以及免疫排斥风险等问题。
实验过程里。
我尝试把oct3\/4,Sox2、c-myc和Klf4这四种转录因子基因克隆入病毒载体,然后引入小鼠成纤维细胞,发现可诱导其发生转化,产生的ipS细胞(诱导多能干细胞)在形态、基因和蛋白表达、表观遗传修饰状态、细胞倍增能力、类胚体和畸形瘤生成能力、分化能力等方面都与胚胎干细胞相似。
结果显示。
通过这种将体细胞重新编程为具有多能性的干细胞,就能实现细胞分化的逆转,从而获得多种细胞类型的诱导多能干细胞,为再生医学和疾病研究提供重要工具。
具体用途方面。
我们可以诱导ipS细胞为血液细胞,用于治疗白血病。
我们可以诱导ipS细胞分化为胰岛β细胞,用于治疗糖尿病。
我们可以诱导ipS细胞为神经元细胞,用于治疗神经系统疾病。
我们可以分化出一个人的血细胞、骨细胞、神经细胞,进而培养出这个人的脏器、骨头、眼角膜、胰腺等等……”
通过大屏幕上的种种实验数据。
现场各大高校的医学生和医学教授们,都惊叹连连。
许安研发出的诱导多能干细胞,简直是天才般的医学发明!
该诱导多能干细胞,能推动再生医学、药物筛选和疾病建模的发展,且为研究细胞分化、发育和遗传性疾病机制提供了新平台。
最关键的是。
由于不需要人类胚胎,导致不会引起社会的伦理问题和种种争议。
干细胞本就是整个生命科学领域的最前沿知识。
随着诱导多能干细胞的问世。
再生医学界,就能摆脱胚胎干细胞研究相关的伦理桎梏,真正意义上从实验室走向临床应用,造福全人类!
可以预想的是。
一场全新的医学革命,即将到来。
而研发出诱导多能干细胞的许安,未来也大概率能获得诺贝尔生理学或医学奖!
……
同一时间。
星辰大学各个学院内,都在举行学术交流研讨会。
由于这些星辰学子的科研成果,全都是世界级或者诺奖级科研成果。
全国各大高校的学生,早已没有与星辰学子进行学术争锋的念头和想法。
他们这些人,当年高考时,不少都是省高考状元级别的天才学霸。
但是和星辰学子进行学术交流过后。
他们才真正意识到,星辰学子究竟有多么妖孽!
遍观所有学科。
星辰学子都强势的一塌糊涂。
好端端的全国高校学术交流研讨会,俨然成为星辰学子展现学术造诣的独角戏。
一时间,各校学生都陷入深深的自闭之中。