毫無疑問，我們都應當為所有奮戰(zhàn)在科技前沿的研發(fā)者致敬。所謂的“技術為王”，首先是一種飽含務實精神而又略顯殘酷的提法。確實，在科學技術領域，日新月異、不進則退。近期，業(yè)界的各種技術進展喜訊連連，下面跟隨筆者的指引共同關注一下吧。
1 黑暗中也能傳送數(shù)據(jù)的可見光
美國達特茅斯學院(Dartmouth College)的研究人員為可見光通訊(VLC)賦予全新的功能，透過將傳送的數(shù)據(jù)編碼成一種人眼無法察覺但可經(jīng)由光電二極管偵測的超短頻率脈沖，使得可見光也可以在光線暗淡或黑暗的環(huán)境中傳送數(shù)據(jù)。
研究人員的想法是充份地利用可見光，即使是在白天室內(nèi)燈光經(jīng)常關閉的情況下。此外，依賴可見光的行動用戶很清楚傳送光源至接收機有多么耗電。因此，研究人員利用現(xiàn)成可用的低成本LED與光電二極管，設計出一種新穎的數(shù)據(jù)編碼與LED驅動機制。研究人員在此過程中面對各種挑戰(zhàn)，例如他們必須設計一款有效的驅動電路，能以夠快的反應速度(僅幾奈秒)實現(xiàn)最低延遲，并提高低成本光電二極管的增益(改善通訊距離)。
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此外，還有一款優(yōu)化的輕量級調(diào)變方案，可在超低功耗LED的工作周期內(nèi)盡可能編碼至最大位數(shù)，同時，研究人員也開發(fā)出一款穩(wěn)健的解調(diào)方案，能夠可靠地從光脈沖中擷取位。
研究人員將這項人眼不可見的VLC計劃稱為‘DarkLight’，它可實現(xiàn)1.6kbps的數(shù)據(jù)率，支持高達1.8m的通訊距離，而且還可使LED前端功耗從19.8W大幅降低至104mW。而且，研究人員采用的是500ns光脈沖以及僅0.007%的LED工作周期實現(xiàn)，使得DarkLight LED幾乎和“關斷”狀態(tài)的LED沒什么分別。
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研究人員指出，DarkLight拓展了VLC的適用場景，因為它本來只是VLC鏈路可能無縫切換的某種特殊模式。這種模式讓以光為基礎的通訊途徑始終開啟，而無論實際的光照亮度如何。有趣的是，DarkLight還可根據(jù)環(huán)境光調(diào)整其LED工作周期，使其得以在最大周期下作業(yè)，同時保持讓人眼無法察覺的亮度。
研究人員還著眼于接收器如何同時從多個LED發(fā)射的光脈沖中譯碼位，以及根據(jù)每個LED用于編碼數(shù)據(jù)的時隙組合，在不同的LED中差異化多個同步的位串流。接下來，研究人員希望提高DarkLight的數(shù)據(jù)速率和范圍，進一步探索更高階的LED和光電二極管，以便找出DarkLight的最終極限。研究人員甚至考慮更先進的驅動電路設計，例如脈沖成形技術，可用于產(chǎn)生較短但更高的光脈沖。此外，這種新的VLC編碼機制也適用于IR，為人眼的安全降低IR能量，而這也是研究人員未來要研究的方向之一。
2 植物藍光反應的初始過程被查明
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藍光受體隱花色素控制的生理響應
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隱花色素藍光響應的控制模式
10月21日，由日本理化學研究所、美國加利福尼亞大學洛杉磯分校、韓國全南大學等組成的國際共同研究小組宣布，查明了植物藍光響應的初期過程。據(jù)指，植物細胞核內(nèi)存在的藍光受體“隱花色素”在接受藍光后會通過“二聚體化”激活，而BIC1蛋白質(zhì)會阻礙二聚體化，調(diào)節(jié)隱花色素的活性。對植物而言，光不僅是光合作用的能量源，而且還是用來探知周圍光環(huán)境的信息源，使多個光受體不斷得到進化。其中，隱花色素就是一種重要的光受體，控制著植物的眾多藍光響應，比如脫黃化(使黃化的子葉以及變成豆芽狀的植物恢原)、花芽形成、避陰反應(伸長莖部，向更好的光環(huán)境生長)等。
隱花色素有CRY1和CRY2兩種，在接受藍光被激活后會控制多種基因的表達。但藍光使隱花色素激活的分子機制至今未能查明。另外，脫敏作用(在持續(xù)的光刺激下，原有的反應消失)機制也一樣，以前只知道CRY2被激活后會迅速分解，但CRY1和CRY2共同的脫敏作用機制一直未能查明。此次研究使用擬南芥的全長cDNA過量表達系統(tǒng)“Thaliana FOX Line”，對藍光響應低的變異體實施了篩查。結果發(fā)現(xiàn)了對隱花色素信號傳導起抑制性作用的“BIC1(Blue light Inhibitor of Cryptochrome1)基因”。BIC1與隱花色素結合后，會完全阻礙隱花色素磷酸化以及隱花色素控制的多種基因表達控制等與隱花色素信號傳導相關的反應。
另外，CRY2接受藍光后會“二聚體化”。二聚體化的CRY2在受到磷酸化后，會與信號傳導因子SPA1及CIB1結合，控制多種基因的表達，誘導與藍光相應的形態(tài)變化(藍光響應)。而BIC1阻礙了CRY2的二聚體化形成。這些結果表明，依存于藍光的二聚體化形成是承擔隱花色素初期反應的重要過程，而BIC1通過阻礙隱花色素的二聚體化，在之后抑制了隱花色素的磷酸化等一系列的反應。隱花色素控制著各種農(nóng)作物的重要性狀，因此此次研究有望在今后為作物量的生物質(zhì)性增收等做出貢獻。
3 利用細菌制造光源或成可能
利用細菌制造光源或許很快將成為可能。來自英國紐卡斯爾大學的一組學生正嘗試將電子工程學和合成生物學結合起來，以創(chuàng)造“電子—生物”電路。
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這些學生將經(jīng)過基因改造的發(fā)光大腸桿菌轉變成類似于燈泡的東西。當細菌經(jīng)歷來自微型微生物燃料電池(一種通過利用細菌活動產(chǎn)生的電能充當電池的設備)的熱應力時，這種燈泡便會打開。該項目在日前于美國波士頓舉行的國際基因工程機器設計大賽(iGEM)上亮相。
該團隊設計了當被引入電流或42℃的熱源時因一個熒光基因的表達增強而發(fā)光的大腸桿菌。他們還設計了將燈泡和電源連接在一起的電路，以期創(chuàng)建能像樂高積木一樣很容易組合起來的裝備。
盡管他們無法在最后一輪的測試中讓燃料電池激活燈泡，但團隊成員Ollie Burton表示，其主要目標是創(chuàng)建一個工具箱，以鼓勵其他人基于該想法繼續(xù)開展研究。
“我們做的所有事情都是開源的?！盉urton表示，“它更關乎在我們設定的基礎上其他人能夠做什么，而不是我們自己設計出任何變革性的東西?！?/p>
在弗吉尼亞州諾?？私?jīng)營一家DIY實驗室的合成生物學家Jameson Dungan認為，該項目“就像我們首次從真空管過渡到晶體管。晶體管做了和真空管相同的事情，只是以不同的方式。這就像生物部件重建了電氣部件的功能一樣?！?/p>
生物黑客和DIY科學家一直在倡導開源研究的想法。就iGEM本身而言，它還促進了實驗室之間的交流，并且將建立一個標準化、可兼容的“零件”(DNA序列)數(shù)據(jù)庫，以供各團隊在試驗中使用。
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4 色彩度提高了2倍的高彩色LED
西鐵城電子株式會社于10月20日發(fā)布公告稱，開發(fā)出了照明用LED的第二代CITILED Vivid系列高彩色LED產(chǎn)品，它比第一代產(chǎn)品色彩度提高了2倍，它們將在10月27日開始舉行的“2016香港國際照明展”上進行展出，并預計在2017年春天進行量產(chǎn)。
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關于第二代新產(chǎn)品、推出了2種追求色彩度的系列、客戶可以根據(jù)自己的目的以及需求進行選擇。
CITILED Vivid系列Brilliant Type更適用于展示區(qū)等用射燈，CITILED Vivid系列Natural Type更適用于空間照明。
對于顏色鮮艷重視以店鋪照明，美術館，攝影棚為首，并伴隨著彩度的提升，明暗反差的提高紙面文字也能變的清晰。因此圖書館和學校等教育機構也非常適用。今后作為COB LED的先驅者、創(chuàng)造出光的新價值。
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CITILED Vivid系列Brilliant Type光的彩度提高，實物的顏色能更加鮮艷漂亮。Vivid系列和一般LED照明對比、全部光色的彩度⊿C*ab※2值都有增加，能使物體表現(xiàn)出比本來的顏色更加的鮮艷。關于這次開發(fā)的Brilliant類型、根據(jù)熒光粉材料的配比調(diào)整、在保持全體的平衡時，提高了原本彩度較低的紅色和綠色，因此實現(xiàn)了鮮艷度2倍提升。能表現(xiàn)出細致的美觀，最適用于店鋪展示和美術館等的射燈照明。
CITILED Vivid系列Natural Type，在維持目前Vivid系列的⊿C*ab值(彩度)的同時、既突出被照物鮮艷程度、又調(diào)整了彩度的平衡，使感官上很自然的產(chǎn)品。
5 一流標準尺寸的7070大功率LED
LED照明組件制造商Plessey宣布推出其新的7070大功率LED系列。PLW7070產(chǎn)品充分利用了其專有的硅基氮化鎵MaGIC技術，并提供業(yè)界一流的標準大功率LED封裝尺寸，擴充了現(xiàn)有的i2LED大功率產(chǎn)品系列。
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Plessey新款7070系列LED為苛刻環(huán)境中的照明應用提供高功率和改進熱性能，并顯著降低現(xiàn)有解決方案的成本。其主要特性和優(yōu)勢是采用定制的氮化鋁陶瓷透鏡封裝，其低熱阻，小于2°CW-1。
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6 光纖拉絲塔用紫外LED光固化系統(tǒng)
由復旦大學團隊研發(fā)的光纖拉絲塔用高效紫外LED光固化系統(tǒng)完成了技術上的創(chuàng)新突破，僅需原本五分之一的能耗，就能實現(xiàn)高一半的光纖生產(chǎn)速度。據(jù)介紹，絕大部分的光固化油墨經(jīng)該系統(tǒng)的照射，短短幾秒就能固化。如此高功率密度、低能耗的創(chuàng)新技術將使光纖行業(yè)的生產(chǎn)制造實現(xiàn)飛躍發(fā)展。
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紫外LED光固化系統(tǒng)最突出的優(yōu)勢是耗能低。較之于傳統(tǒng)的微波中壓汞燈動輒6000多瓦的高耗能，由紫外LED組成的線光源僅需消耗1200瓦，節(jié)省了80%能耗。微波中壓汞燈是過去通常用于光纖拉絲塔的固化裝置。
在制造光纖過程中，當光纖被拉成細絲后，需要在其表面涂覆一層保護性質(zhì)的油墨材料并進行固化，通俗地說就是使涂料由液態(tài)變成固態(tài)。印刷、汽車、電子、家具等行業(yè)的生產(chǎn)，都少不了這一環(huán)節(jié)。紫外光固化是最常見的快速固化工藝，對紫外光波段敏感的涂料經(jīng)相應光源照射后就能夠實現(xiàn)固化。
該研發(fā)團隊為此采用紫外LED光源研發(fā)出更為高效的紫外光固化系統(tǒng)，除降低能耗外，傳統(tǒng)設備只有6000小時的壽命，這套系統(tǒng)則將使用壽命延長到了30000小時。經(jīng)過一年多持續(xù)運行，幾乎沒有光衰，光電參數(shù)依然保持出廠狀態(tài)。
根據(jù)光譜顯示，紫外LED在針對光纖油墨固化的365至385納米波段上，能量非常集中，相比于中壓汞燈，對固化更為有利。據(jù)介紹，這套紫外LED光固化系統(tǒng)不僅能完全取代傳統(tǒng)的微波中壓汞燈，與現(xiàn)有的同類產(chǎn)品相比，在多方面實現(xiàn)了技術上的突破與創(chuàng)新。
該系統(tǒng)由光纖固化爐、驅動電源和冷卻系統(tǒng)三個部分組合而成，光纖固化爐是技術的核心所在，而這其中的LED光源又是整套系統(tǒng)最為關鍵的部分。三年間，這套針對光纖拉絲塔的紫外LED光固化系統(tǒng)最高封裝功率密度被該研發(fā)團隊從200瓦每平方厘米提升至700瓦每平方厘米。
此外，行業(yè)常見的紫外LED芯片最高只能經(jīng)受1安培每平方毫米的電流密度，經(jīng)過特別設計定制的LED芯片則能將這個承受上限提高到4.5安培每平方毫米。另一大技術創(chuàng)新亮點則是高效的紫外光折射和反射系統(tǒng)。這套光學系統(tǒng)包含了精心設計的透鏡和反射器，能夠將光源發(fā)出的紫外光匯聚到圓柱軸心，增強軸心的輻射照度，降低光學損耗，從而提高拉絲固化的速度。
