💡 科技前沿观察 · 2026年10月第2期

剑桥大学和该校团队创办的初创公司 GlitterinTech 做出了一枚只有几厘米见方、成本约 10 美元的光学传感器，核心是一种叫“卷积光谱仪”的新器件。传统的光谱仪靠棱镜把光拆成不同波长，或者用傅里叶变换在计算上“还原”光谱，代价是体积大、贵，而且一缩小性能就掉——量程变窄、分辨率变低、精度变差。新的做法是直接把数学上的卷积定理搬到光路上：研究团队把一组具有重复光谱响应的光学元件（不平衡马赫-曾德尔干涉仪或微环谐振器）按比例依次排列，让系统对不同波长的响应以线性方式平移，再用快速傅里叶变换精确还原光谱。器件基于氮化硅光子平台制造，集成了板载电路，工作波段覆盖近红外 1200–1700 纳米，测量加处理不到一秒。测试结果很硬：识别塑料、药品、咖啡、面粉、茶叶时分类成功率 100%；在水溶液和有机溶液中测浓度，准确度约 0.01%，在对应实验中超过了商用台式光谱仪。医疗方面，在模拟生理环境的条件下，它测出了皮肤水分、血液酒精、乳酸和血糖等多项人体指标，还在一名受试者身上演示了长时间无创血糖追踪。研究负责人 Chunhui Yao 说，关键在于回到数学本身，找一条更干净的光谱还原路径。另一个优势是扩展性：因为系统用的是重复光学图样，理论上带宽几乎可以无限拓展，多串接元件还能让分辨率指数级提升。

牛津大学化学系与卡维里纳米科学发现研究所的团队，用质量光量法（mass photometry，测量分子散射光以推算单个分子质量的技术）逐个分子地“称”一个正在生长的病毒样颗粒，看清了蛋白质外壳自组装的全程，成果发表在《自然》。病毒把遗传物质装在由几十甚至几千个蛋白质亚基组成的衣壳里，可这些亚基没有图纸、没有机器指挥，却能一次又一次拼成完全正确的形状——这困扰了科学家几十年。以前只能看原料和成品，中间过程看不清，因为中间结构存在时间极短、数量极少。牛津团队研究了由 60 个蛋白质单元组成的工程化病毒样颗粒，并结合一种让单个分子持续保持在视野内的新方法，在亚基不断附着的过程中反复测量颗粒质量，等于给建造过程“拍了视频”。博士生 Dan Loewenthal 说：这方法让我们直接研究组装过程，我们就是在拍视频。教授 Philipp Kukura 说：过去对自组装的理解很大程度要靠快照和理论模型重建，现在既能量化相互作用，又能跟踪同一颗粒长大，就能看到重要的中间结构出现，并据此推导出详细的建造模型。核心发现是：组装像走迷宫，一开始亚基之间只有微弱连接，排错了就散架重来，这种“可逆性”让分子能不断试错；一旦多个连接同时成立，结构就稳定下来，成为“分子检查点”，把海量可能的组装路径压缩到少数几条。最关键的里程碑是五个较大亚基连成闭环五边形——这是第一个高度稳定的结构，一旦形成，后续每一阶段只需补充更少的亚基，颗粒生长会明显加速。

加州大学伯克利分校物理学家 Holger Müller 团队造出一块激光相位板，能显著提升冷冻电镜（cryo-EM）的对比度，成果发表于《科学》。这项技术的思想源头可以追溯到近一个世纪前的相衬显微术——1930 年代这项让原本模糊难辨的细胞结构变得清晰的发明拿了诺贝尔奖；现在，团队把同一条原理搬到了电子显微镜上，而电子显微镜的放大能力大约是普通光学显微镜的一万倍。冷冻电镜过去十年彻底改变了蛋白质结构研究、加速了新药开发，但有个硬伤：绝大多数人类蛋白太小，现有显微镜很难拍清楚。新装置有望把可成像的蛋白质尺寸下限压到目前的三分之一。更进一步的收益在冷冻电镜断层成像（cryo-ET）上——它能把多角度照片合成三维视图，看清蛋白在细胞真实环境里如何排列和互动，而不是只研究溶液中孤立的分子。Biohub 影像部门技术总监 Bridget Carragher 形容：“用 cryo-ET 看细胞内部，就像站在一片树林里，想找到某一棵树上的某一片叶子。cryo-ET 需要对比度上的大幅跃进。”技术核心是世界上最强的聚焦连续波激光：它不照亮样品，而是直接作用于电子束、改变电子束相位，从而提高图像对比度，让血红蛋白这类小分子以及细胞核、线粒体等内部结构变得清晰。伯克利这台显微镜名为 Theia（古希腊光明女神），配有额外电子光学系统，即便没有激光相位板也优于标准 cryo-EM；Biohub 在加州红木城建造的另一台采用双激光方案，两束激光成直角、各约半功率，避免元件过热并减少光学畸变。两团队均与仪器制造商 Thermo Fisher Scientific 合作。

昆士兰大学数学与物理学院牵头的国际团队，汇编了迄今最大的白矮星超新星样本——2884 颗 Ia 型超新星，为暗能量研究提供了新证据，结果指向一个让标准宇宙学模型不安的结论：暗能量可能随时间变化。Ia 型超新星是测量宇宙距离的标准烛光，天文学家靠它们追踪宇宙膨胀史。博士生 Ryan Camilleri 表示，这项工作把三十年的天文观测“重建进一个统一的框架”，是超新星宇宙学的新国际标准。团队把历史观测与 2024 年暗能量巡天（DES）结果合并，并利用对超新星行为更新的理解，用新分析方法重新处理旧数据——“这些年我们更懂超新星了，所以能回过头用更好的理解去处理老数据”。他们还处理了不同望远镜之间的差异、宇宙尘埃和星系质量对光的影响，甚至纳入了引力透镜这种光被大质量天体弯曲放大的微妙效应。结果与标准模型（认为暗能量是一个恒定常数）出现了偏离。值得注意的是，另一个独立项目 DESI 通过测量早期宇宙的“声波遗迹”也发现暗能量可能变化的迹象——两套完全独立的测量都指向同一方向。天体物理学家 Tamara Davis 教授说：“我们的超新星数据在 2024 年首次显示暗能量可能随时间变化的迹象，这次汇编也看到了对标准模型的偏离，尽管偏离方向略有不同。”研究团队计划继续扩充数据集。而这项工作的意义可能远超宇宙学本身——若能弄清暗能量的行为，或可为调和引力与量子物理这一理论物理最悬而未决的问题提供线索。

切尔诺贝利事故四十年后，德国汉诺威莱布尼茨大学的物理学家 Tobias Weissenborn 和德累斯顿-罗森多夫亥姆霍尔兹中心（HZDR）的晶体学家 Christoph Hennig 完成了对放射性碎屑的首次成功结构分析。他们从乌克兰土壤中分离出 6 颗粒子，运到法国格勒诺布尔的 Rossendorf 光束线，用同步辐射 X 射线衍射分析——这套设备能揭示晶体材料内部原子的排列。他们把粒子固定在钨电极上，因为样品放射性极强，运输前必须封装多层防护。“我们先得弄清楚怎么研究这种粒子结构，” Hennig 说，“最后我们在聚焦到 100 微米（约一根头发丝粗细）的 X 射线束里把粒子完整旋转，从 2000 个不同角度测量，无缝捕捉全部衍射。”结果出人意料：这些在地表待了 40 年的颗粒，其内部的核燃料竟然保留了大量原始晶体结构。Weissenborn 把这些颗粒分为三类：一类在化学和物理上仍与二氧化铀燃料高度相似；一类被锆（燃料保护外层使用的耐高温金属）部分或完全包裹甚至熔合——它们诞生于堆芯极端高温，核燃料熔化时与锆结合；第三类则源于石墨慢化剂起火——正常运行时石墨用来减速中子维持链式反应，灾难中它燃烧了整整十天，“在这个过程中，燃料被氧化成各种铀氧化物”，其中 U₃O₈ 这种氧化物机械脆弱，容易碎成微小颗粒随风扩散，吸入后危害严重。这个发现有实际意义：如果放射性碎屑比原先认为的更“化学稳定”，它就能把裂变产物锁在内部结构里，从而限制放射性污染物向周边土壤和水体的迁移。但研究者强调，这不能解读为切尔诺贝利已变安全。

科学家找到一种天然植物化合物 obakulactone（OL），可能为类风湿关节炎提供了一条新思路：它不只压制炎症，而是从代谢源头入手。研究结果发表在《Engineering》。OL 是一种四环三萜类化合物，从黄柏（Phellodendri cortex）树皮中提取，四环三萜的结构特征是四个相连的环。实验用完全弗氏佐剂（CFA）建立大鼠类风湿关节炎模型，给药 21 天，设 50、100、200 mg·kg⁻¹·d⁻¹ 三个剂量。结果：治疗组关节肿胀显著减轻，软骨和滑膜（衬在关节内、分泌润滑液、类风湿时会严重发炎的那层薄膜）结构趋于正常，胸腺和脾脏等免疫器官的病变也改善。免疫层面，OL 降低了关节组织中升高的 CD3⁺ T 细胞和 CD68⁺ 巨噬细胞，还把巨噬细胞从促炎 M1（CD86）状态推向更偏抗炎的 M2（CD206）状态，并抑制 CD4⁺ T 细胞向与自身免疫炎症相关的 Th17 转化。血液指标上，IL-1β、IL-6、IL-17、TNF-α 等炎症信号蛋白下降，类风湿因子（RF）、抗 CCP 抗体、C 反应蛋白（CRP）、基质金属蛋白酶-3（MMP-3）等相关血液标志物同步下降，且剂量越大效果越明显。最耐人寻味的是机制：研究团队用代谢组学、MALDI 质谱成像和蛋白质组学发现，OL 是通过促进“泛素-蛋白酶体系统”（细胞自带的蛋白质垃圾处理系统）降解一个此前少有人关注的蛋白 ACOT1，从而恢复不饱和脂肪酸的平衡。而花生四烯酸等不饱和脂肪酸正是制造强烈炎症信号的原料。这条“脂肪代谢—炎症”的通路此前很少被当作抗关节炎的着手点。研究人员认为，改变细胞处理脂肪的方式，可能成为类风湿关节炎的新策略。

《Radiology》（北美放射学会-RSNA 官方期刊）发表的一项随机对照试验显示：超声引导下向受压神经周围注射普通生理盐水的“神经水分离术”（nerve hydrodissection），只需约 15 分钟，效果比传统激素注射更持久，且不带来激素风险，有助于部分患者推迟或避免手术。腕管综合征源于前臂延伸到手掌的正中神经在手腕狭窄的腕管内被压迫，引起疼痛、刺痛、麻木和肌力下降，常与重复的手腕动作有关，约 5%–10% 的人一生中会经历，且发病率在上升。传统疗法是注射糖皮质激素消炎减压，能缓解症状，但效果常常只是暂时的，需要反复注射；糖皮质激素还有局部皮肤改变、脂肪变薄和肌腱变弱的风险。德里大学放射诊断学教授 Anupama Tandon 指出：“传统的激素注射往往只提供暂时缓解，因此需要重复治疗；而激素还带有皮肤改变、脂肪变薄和肌腱变弱的风险。”新方法不用药物消炎，而是用精确放置的液体把神经从周围可能限制其活动的组织中“泡开”，借助实时超声成像看得见、引导得准，同时松开粘连。试验纳入 63 名确诊且常规治疗无效的患者，随机分三组：生理盐水水分离、盐水加激素、以及仅超声引导激素注射。4 周时三组均显著改善；到 12 周和 24 周，两个水分离组在症状与手部功能上继续改善，而单纯激素注射组出现症状复发——说明初期获益是短暂的。令人意外的是，往液体里加激素并没有带来统计显著的额外长期收益：单用生理盐水在 6 个月随访中效果相当。超声测量也提供了佐证。

哥廷根大学牵头的国际团队研究了一块在巴布亚新几内亚发现的岩石，结果发表在《自然·地球科学》。这块岩石约在 400 万年前潜入地下超过 90 公里，沿途经历了一段“反常”的温度变化：在较浅深度它已经处于约 700°C 的高温，而按现有模型，它此刻应该比最大深度时仅低约 100°C——因为它还要再下沉 45 公里。也就是说，它在浅处就已经异常“烫”，进入的却是相对偏冷的俯冲环境，实际温度随深度上升的速率远低于预期。研究者通过多种分析手段研究这块岩石，在其中发现了只有在极高压力下才能形成的柯石英（coesite）微小晶体，这些晶体被困在另一种矿物里，完整保存了它所处条件的证据；据此判定该岩石至少下沉 90 公里，那里温度约 800°C。哥廷根大学地学中心 Jan Schönig 博士说：“发现这种从热俯冲到冷俯冲的转变出乎意料，因为这与我们现有的俯冲带热模型相矛盾。”过去科学家也发现过带异常高温证据的岩石，但这是第一次能如此清晰地重建出一块岩石从浅处到深处跨越不同热环境的完整转变。团队提出两种可能解释：一是板块在相对浅的深度就产生了比原先设想更多热量——板块互相摩擦的强烈剪切力可能在边界上造成额外加热；二是当时这个俯冲带存在的时间还不够长，尚未发展出常规模型所预言的偏冷状态。两种机制也可能同时起作用。意义在于俯冲带主导着地球上一些最强大的地质过程：更准确的模型有助于评估地震与火山活动发生的条件，也能改进对长期碳循环的理解——正是碳循环在地表与地球内部之间搬运碳，调控着地球气候。

宾夕法尼亚大学计算机与信息科学系团队用 AI 分析了近 15 万条 Reddit 帖子与评论（约 4 万名用户），研究尚未获监管批准的实验性减肥药 retatrutide 的真实使用反馈，成果发表于《JAMA Network Open》，这是首个针对未获批 retatrutide 的系统性副作用考察。retatrutide 属于新一代 GLP-1 类药物，用于调节食欲与体重，虽仍在研究阶段、尚未获批，但有人已经在网上购买非人用配方的“仿制品”并交流体验。团队用大语言模型从这些帖子中提取用户自述的症状描述，再翻译成标准化医学术语，从而比较不同人用不同措辞描述的相似经历；扣除减重、抑制食欲等预期效应后，共识别出 7823 名报告了至少一种可归类症状的用户。最出人意料的发现是：在可分类症状中，食欲增加是抱怨最多的——而 retatrutide 的设计初衷恰恰是抑制饥饿，其二期临床试验中最常见的副作用是消化系统问题。共同作者 Lyle Ungar 教授强调：“我们不能说 retatrutide 导致了这些症状，甚至不能说这些 Reddit 用户吃的是真正的 retatrutide，因为该药并未合法上市，灰色市场产品的成分、纯度和剂量都可能不同。”第一作者 Neil Sehgal 说：“这是第一次得以窥见这样一群人的经历——他们因为服用的是尚未完成临床试验的药物的未获批版本，而完全处于常规药物安全监测之外。”这项工作延续了团队此前用 LLM 分析 40 多万条关于 semaglutide 和 tirzepatide 帖子的研究（那次发现月经紊乱等可能被漏报的副作用）。retatrutide 之所以受关注，是因为它机制不同：semaglutide 作用于一个受体，tirzepatide 作用于两个，retatrutide 激活三个，可能带来不同组合的全身效应。

塔夫茨大学 Gerald J. and Dorothy R. Friedman 营养科学与政策学院的研究（发表于《营养与饮食学会杂志》在线版）分析了 3 万名 20 岁以上美国成人的膳食数据，发现一个意外结论：让美国人每天咖啡热量增加的元凶不是糖，而是植脂末（奶精）。2003 到 2018 年间，美国人平均咖啡消费量基本稳定在每天约 13 盎司，但来自咖啡的平均热量从 43 卡路里升到 60 卡路里，涨幅接近 40%。研究使用美国国家健康与营养检查调查（NHANES）2003–2018 连续八轮数据，每人完成两次 24 小时膳食回顾，并把咖啡添加物分为：牛奶、half-and-half、淡奶油、植物奶、植脂末、糖浆、代糖，以及酒精、可可粉等其他成分；预调咖啡饮品则依据 USDA 食物营养数据库估算各成分用量。数据显示：牛奶、糖和代糖的消费量在整个时期内没有统计显著变化；但非乳制添加物日均从 3.65 克涨到 10.5 克，其中植脂末从 3.37 克涨到 8 克，植物奶从 0.27 涨到 2.45 克。到 2018 年，植脂末贡献的添加热量达每天 18.5 卡路里，超过糖的 16 卡和牛奶的 11；而 2003 年时它只有 7.71 卡。第一作者、博士生 Yongyi Pan 指出：“植脂末现在在总热量贡献上已经超过了糖和牛奶。植脂末往往含高饱和脂肪，热量密度大，这可能解释了它贡献热量的增加。它从 1950 年代就已经在市场上了，但近几年随着消费者追求植物基或代乳选择而人气上升。”研究还发现，睡眠时间较短的人普遍喝更多咖啡。