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《波士顿大学BSL-4实验室正式开始运行》

  • 来源专题：生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者： huangcui
  • 发布时间：2018-11-15

  • 《波士顿环球报》8月20日报道，波士顿大学生物安全四级实验室（BSL-4）自2008年建成至今，由于有关污染问题的担忧以及对其安全性的研究等多方面原因无法实现其原来的目标。经过长时间的审批流程，最终于2017年12月获波士顿公共卫生委员会审批通过。该设施被称为国家新发传染病实验室，是美国11个BSL-4之一。该BSL-4采取特别措施以确保没有病原体能够逃脱。它位于一个独立的抗震结构建筑物内，包裹在12英寸厚的墙壁内。工人必须穿着防护工装裤、靴子和面具。空气处理系统产生负压，以防止空气中的致病菌逃脱，另外还有许多其他方面的安全措施。

    自2011年以来，该设施已经拥有一个生物安全二级实验室，自2013年以来获批一个授权研究危险性略低于埃博拉病毒的致病性微生物的生物安全三级实验室。在过去的两年里，研究人员一直在按照研究四级病原体的操作标准对二级病原体进行研究，得以实践和验证所有设备和程序的安全性。

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  • 《波士顿大学等机构研究团队首次成功在单一芯片上实现了电子-光子-量子系统》
    • 编译者：李晓萌
    • 发布时间：2025-08-18
    • 近日，波士顿大学、加州大学伯克利分校与西北大学组成的研究团队首次实现了世界首个电子–光子–量子系统级芯片，为可扩展量子技术树立了里程碑。该芯片利用标准45纳米半导体工艺，将量子光源与稳控电子线路集成在一起，能够持续、可靠地产生关联光子对（成对的光粒子）——这是未来量子技术不可或缺的关键资源。这一突破为实现可大规模量产的“量子光源工厂”芯片奠定了基础，也为由大量此类芯片协同构建的大型量子系统铺平了道路。 “量子计算、通信和传感从概念走向现实，是一条长达数十年的道路。”团队成员、波士顿大学电气与计算机工程副教授Milo? Popovi?表示，“我们的工作只是这条路上的小小一步，却至关重要——它证明我们能够在商业半导体代工厂中构建可重复、可控的量子系统。” “要把量子系统从实验室推向可扩展平台，正需要这种跨学科的协作。”西北大学电气与计算机工程教授、量子光学先驱Prem Kumar表示，“如果没有电子学、光子学和量子测量三大领域的通力合作，我们不可能完成这项工作。” 正如传统芯片靠电流驱动、光通信链路靠激光供能，未来的量子技术也需要源源不断的“量子光”资源单元才能运行。为此，研究人员在硅芯片上构建了一个由众多“量子光源工厂”组成的阵列，每个工厂的尺寸不到1毫米×1毫米。 要在芯片上产生光的量子态，必须对光子器件进行精密设计——具体来说，就是微环谐振器。为了以“成对关联光子”的形式持续输出量子光，这些谐振器必须与输入激光保持同步调谐：激光既为芯片上每一个“量子光源工厂”供能，也是产生光子的“燃料”。然而，这类器件对温度和制造公差极度敏感，稍有偏差就会失步，从而打断量子光的稳定产生。 为解决这一难题，团队构建了一套片上集成系统，能够主动稳定量子光源——也就是产生关联光子流的硅基微环谐振器。每片芯片并行集成12个这样的光源，每个谐振器都必须与输入激光保持同步，即便在温度漂移以及来自邻近器件（包括同芯片上其余11个光子对源）的干扰下，也能持续稳定地输出量子光。 “最让我兴奋的是，我们把控制回路直接嵌入芯片——实时稳定一个量子过程。”主导量子测量的西北大学博士生Anirudh Ramesh表示，“这朝着可扩展量子系统迈出了关键一步。” 作为量子光源的核心单元，微环谐振器的高灵敏度是一把双刃剑：正是凭借这种灵敏度，它们才能在极小的芯片面积内高效产生量子光流；然而，哪怕是微小的温度漂移，也会破坏光子对的产生过程。波士顿大学牵头的团队通过在谐振器内部集成光电二极管解决了这一难题：这些光电二极管实时监测与输入激光的对准状态，同时不干扰量子光的产生。芯片上的微型加热器与控制逻辑会根据监测结果持续调整谐振频率，随时补偿漂移。 “相比我们之前的工作，这次最大的挑战是把光子设计推向满足量子光学严苛要求的同时，仍严格遵循商用CMOS平台的限制。”负责光子器件设计的波士顿大学博士生Imbert Wang表示，“这使我们能够把电子学和量子光学作为一个整体系统进行协同设计。” 由于芯片内置反馈回路，可实时稳定每一个量子光源，即使温度波动或工艺偏差也能保持可预测输出——这是量子系统规模化不可或缺的前提。该芯片采用了成熟的45纳米商用CMOS工艺平台，最初由波士顿大学、加州大学伯克利分校、格芯（GlobalFoundries）以及硅谷初创公司Ayar Labs紧密合作开发；Ayar Labs源自这两所高校的研究成果，如今已成为光学互连芯粒领域的行业领先者。通过与西北大学的新合作，这一同样的制造流程如今不仅能用于AI和超级计算所需的高速光学互连，也如本研究所示，可在大规模硅平台上实现复杂的量子光子系统。 “我们的目标是证明，复杂的量子光子系统完全可以在一块CMOS芯片内构建并保持稳定。”负责芯片设计、封装与整合的加州大学伯克利分校博士生Daniel Kramnik表示，“这需要那些通常互不往来的领域进行紧密协作。” 随着量子光子系统在规模和复杂度上不断演进，这类芯片有望成为从安全通信网络、先进传感，到最终量子计算基础设施等多种技术的核心构件。 几位参与本研究的研究生作者已继续在产业界推进硅基光子与量子技术：Josep Maria Fargas Cabanillas与Anirudh Ramesh加入了光子量子计算初创公司PsiQuantum；?or?e Gluhovi?与Sidney Buchbinder加入Ayar Labs；Imbert Wang就职于Aurora；Daniel Kramnik加入Google X，并正在筹备一家硅基光子创业公司。这些职业轨迹体现了硅基光子在两方面的强劲势头：一方面用于扩展当今的AI计算基础设施，另一方面为可扩展、芯片级量子系统的长远目标铺路。 本研究得到美国国家科学基金会（NSF）资助，包括其“半导体未来”（FuSe）专项计划，以及帕卡德科学与工程奖学金和Catalyst基金支持。芯片流片由Ayar Labs与格芯（GlobalFoundries）提供。 相关研究成果发表在《Nature Electronics》期刊（DOI：10.1038/s41928-025-01410-5）。
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  • 《工业污水及实验室废水处置工艺探讨》
    • 来源专题：水体污染治理
    • 编译者：王阳
    • 发布时间：2019-12-17
    • 由于目前我国的经济发展势头十分迅话，而我国的工业生产又长期以来是处于低产出、低效率、高消耗、高投入，资源的最费极为严重。废水和污染物的排放量极大，这样就导致了我国生态环境日益著化水环境污染十分的产量。因此加强工业污水和实验室废水处理方法及发服趋势的探讨就显得尤为重要，本文就工业水处理新工艺进行了深入的探过，具有一定的参考价值。 关键词：工业污水、实验室废水、处理工艺和方法 随着经济的发展和科技的进步，当今各大城市的科研单位和高等院校进行的科研实验越来越深入、广泛，从实验室以及工厂中排放的废水相对增多，废水的水质相当复杂。此类废水的排放周期不定，排放水量也无规律性，且所含污染物成分较为复杂，除含有洗涤剂及常用溶剂等有机物外，还有较多的酸碱，有毒有害的有机物（三致物、酚和环境激素类物质等）以及重金属，而且含有许多新生物质，性质很难确定。实验室废水水量相对较小，但如果不加处理就外排将对环境造成极大的污染，然而经过调研，发现许多科研实验室对产生的废水仅仅是简单的处理，其至不作任何处理就排放，工业污水的排放量不仅巨大而且处理工程极其简单，根本达不到污水排放的要求。为了进步加强对实验室以及工厂的污水排放管理，研究废水综合治理的方法与处理效果好、技术先进、投资较少的设备势在必行。 一、工业污水以及实验室废水分类 工业污水的分类有以下三种： 第一种是按工业废水中所含主要污染物的化学性质分类，含无机污染物为主的为无机废水，含有机污染物为主的为有机废水。例如电镀废水和矿物加工过程的废水，是无机废水；食品或石油加工过程的废水，是有机废水。 第二种是按工业企业的产品和加工对象分类，如冶金废水、造纸废水、炼焦煤气废水、金属酸洗废水、化学肥料废水、纺织印染废水、染料废水、制革废水、农药废水、电站废水等。 第三种是按废水中所含污染物的主要成分分类，如酸性废水、碱性废水、含氰废水、含铬废水、含镉废水、含汞废水、含酚废水、含醛废水、含油废水、含硫废水、含有机磷废水和放射性废水等。 实验室废水的分类： 二、实验室废水按污染程度可分为高浓度和低浓度实验室废水。高浓度实验室废水主要成分为液态的失效试剂（废洗液、废有机溶剂、废试剂等），液态的实验废弃产物或中间产物（如各种有机溶剂、离心液，液体副产品等）；低浓度实验室废水指实验室过程中排放的浓度与毒性较低的实验用水，以及各种洗涤液（产物或中间产物的洗涤液，仪器或器具的润洗液和洗涤废水等），毒性小，浓度低的废试液，以及用作冷却、加热用途的水。 根据废水中所含主要污染物性质，可以分为有机和无机实验室废水两大类。无机废水主要含有重金属、重金属络合物，酸碱，氰化物，硫化物，卤素离子以及其他无机离子等。有机废水含有常用的有机溶剂，有机酸，醚类，多氯联苯，有机磷化合物，酚类，石油类，油脂类物质。 二、废水的处理方法 1.离子交换法：离子交换法的主要工作状态就是应用离子交换剂与废水中的有害离子进行交换，从而达到消除废水中有害离子的目的。并且其方法应用于重金属废水处理中，还可以回收其中的重金属离子。因此该方法具有治理效果好、可回收有效物质、简单高效的应用优势。但是在实际的废水治理过程中，该方法由于受到交换剂、成本等因素的影响，其废水处理范围极为的有限，而且该方法对废水的预处理要求较高，不适用于大量的废水治理。 2.反渗透和电渗析法：反渗透和电渗析法在所有的物化处理中，其废水处理效果最佳，并且处理后的水可实现循环应用，但是其使用成本较高，无法适应于大批量的废水处理，该方法应用十分的有限。 3.电解还原法：上文中已经明确地指出物化处理工艺的主要功能剥离水中的金属离子，因此这些物化处理方法的功效也是消除废水中的金属离子，其中电解还原法主要是消除废水中的阳离子污染。电解还原法的主要工作方法就是利用铁板电极，在直流电的影响过程中，铁板不断溶解出亚铁离子。而且，废水中的氢离子也在不断地减少，使废水中的 pH 值不断地增大，此时的废水呈高碱性，在这样的环境中重金属离子会与废水中的氢氧根离子结合，产生氢氧化物沉淀，也阻止了废水碱性的持续上升，保证了重金属离子的独立。 并且这些独立的重金属离子会与阳极溶解的 Fe3 +、Fe2 +产生反应形成 Fe（OH）3 和 Fe（OH）2，并且这些物质对于水中的胶体物质能够产生很强的凝聚 性和吸附性，实现净化水质的目的。 但是采用电解还原法处理水中的废金属离子时，需要大量的电能以及钢材，成本较高。如果在废水中加入适量的食用盐可减少电能的消耗，但也增加了废水中的含盐量，导致处理后的废水不能循环使用。因此电解还原法应用范围十分的有限。 4.铁盐-石灰法：铁盐-石灰法在废水物化处理中应用的最为广泛，其中不仅可有效处理废水中的镉、铬、砷等污染物，还拥有较高的经济效益，处理成本较低、投资小等特点。在铁盐-石灰法中，也会在废水中产生 Fe（OH）3 和 Fe（OH）2，聚集和吸附水中的胶体物质，并且在消除废水中的镉、铬时，铁盐又可以作为共沉剂使用，并且对废水中的 Cr6+离子也具有很好的处理效果。铁盐-石灰法在应用的过程中产生大量的沉渣，但具有较为广泛的应用范围。 三、工业污水和实验室废水的处理工艺 由于废水中含有大量的重金属，如果直接进入焚烧处置，势必会对大气造成污染，因此最终采用了物理化学法来处置该危险废物。物化主要目的是通过物理化学的方法去除废水中 的 色 度、CODcr及 重 金 属，使处理后的水达到GB8978—1996《污水综合排放标准》三级排放标准［9］。通过多次实验比较，其中分别进行了絮凝沉降法、芬顿氧化法、次钠氧化法、亚铁/石灰法絮凝沉降法、脱色剂+絮凝沉降法等各类实验方法。观察出水的情况及数据分析，最终确定采用脱色剂+絮凝沉降+Fenton氧化法。 废水工艺的设计原理：脱色剂采用杭州银湖化工有限公司季铵型阳离子高分子聚合物，利用其极强的吸附能力，易吸附较大分子的染料分子，通过絮凝沉降达到脱色及去除部分CODcr的效果。但脱色剂本身是高分子聚合物，投加过量时会增加废水中CODcr的含量。因此要选择合适的投加量，既能达到脱水效果，又不会增加废水中CODcr的含量。脱色后的废水呈淡红色，而且CODcr在5g/L，不能直接排放，所以必须进行Fenton氧化，去除剩余的色度及CODcr。 重金属废水物化处理应用：根据上述设计原则本文以含有重金属离子的生产废水为例，使用物化和生化组合处理工艺。其中物化系统去除重金属离子，物化后的废水进入生化系统（废水进入生化系统时和厂区生活污水一并处理，从而提高B/C比，有利于生化反应。为提高设备利用率，同时减小设备体积，工艺设计拟采用连续工作方式。并且废水来源决定了其水量、水质波动不大，因此物化处理设施前端设置了一个调节池，随后采用了调节pH值、还原、中和、混凝、浓缩沉降，过滤等措施。 四、结束语 当前，我国的危险废物处置都还处于发展阶段，其中危险废物处置中心的技术水平参差不齐，并且还存在处置设备利用率不高、运行成本较大以及处理不彻底产生再污染等问题。因此，各危险废物处置中心应该提高现有的处理技术，在保证处理质量的同时，还要结合经济效益。本文简单介绍了废水处理系统中物化处理工艺的运用，旨在提高废水处理效果，实现经济的可持续发展。
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