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2018年第2期(发布时间: Aug 8, 2018 发布者:刘子寒)  下载: 2018年第2期.doc       全选  导出
1   2018-07-02 17:11:48.62 国家科技支撑计划“渤海粮仓科技示范工程”项目通过验收 (点击量:18)

  6月21日,科技部农村科技司、中国农村技术开发中心组织13位专家(其中2名财务专家)组成验收专家组在北京对“十二五”农业领域国家科技支撑计划“渤海粮仓科技示范工程(2013BAD05B00)” 项目进行了验收。

项目验收预备会上,科技部农村科技司副司长蒋丹平表示,通过5年科技攻关,该项目获得了一批科研成果,取得了可观的经济效益。

2   2018-08-08 14:27:04.613 中科院特色钒钛铬锰资源清洁利用技术成果落地——一批示范工程投入运行 (点击量:15)

中国科学院过程工程研究所以钒钛铬锰等国家重大特色战略资源为切入点,紧紧围绕中科院部署的“特色金属矿藏的高效清洁综合利用”重大突破方向,在中科院科技服务网络(STS)计划重点项目支持下,依托中科院特色亚熔盐和流态化平台技术,在我国高铬型钒钛磁铁矿、超贫型钒钛磁铁矿及软锰矿资源的高效清洁转化方面取得了系列突破,形成了具有完全自主知识产权的钒渣亚熔盐法钒铬共提、超贫钒钛磁铁矿选冶一体化、软锰矿流态化还原等核心技术、流程及装备;并与河钢股份有限公司承德分公司、朝阳新宏达钒钛有限公司、九台集团等行业优势企业密切合作,建成了系列万吨级以上示范工程。

3   2018-08-02 11:26:43.547 生物物理所等首次解析2型单纯疱疹病毒核衣壳高分辨率结构 (点击量:2)

近日,中国科学院院士饶子和团队研究员王祥喜、湖南师范大学教授刘红荣、中科院生物物理研究所研究员章新政、中国食品与药品检定研究院教授王军志等合作,首次解析了疱疹病毒α家族的2型单纯疱疹病毒(HSV-2)核衣壳的3.1Å原子分辨率结构,阐明了核衣壳蛋白复杂的相互作用方式和精细的结构信息,并提出了疱疹病毒核衣壳的组装机制,为进一步研究病毒核衣壳与包膜蛋白的组装以及疱疹病毒的抗病毒治疗奠定了基础。相关研究成果以 Cryo-EM structure of a Herpesvirus capsid at 3.1Å 为题,于4月6日发表在《科学》(Science)上。

  疱疹病毒是在世界范围内广泛传播的一大类病毒,包含病毒种类众多,能够感染人类在内的多种哺乳动物。疱疹病毒在感染人体后可引发口腔和生殖器疱疹、水痘、带状疱疹等多种疾病,甚至引起多种免疫系统疾病、脑炎以及癌症等发生。疱疹病毒在世界范围内广泛传播,以单纯疱疹病毒为例:世界卫生组织2017年1月数据显示,全球约有42亿50岁以下的人(约80%)感染单纯疱疹病毒(HSV-1和HSV-2)。疱疹病毒有着独特的潜伏-再活化机制,可关闭其大部分活动状态的基因,只在特定的潜伏阶段打开特定的少数基因,并在合适的条件下恢复活性,重新进入增殖过程。这种潜伏-再活化机制使由疱疹病毒感染产生的疾病难以完全治愈,患者通常将终生携带病毒。

  疱疹病毒直径约为200nm,包含表面囊膜、蛋白质中间层(tegument proteins)、核衣壳颗粒和DNA核心四层结构。其中,核衣壳的直径约为125nm,在病毒的复制、组装、成熟以及侵染过程中都起到非常重要的作用。核衣壳包含A、B、C三类,三类核衣壳均为非标准正二十面体。A型核衣壳内部为空,不包含其他蛋白和病毒基因组;B型核衣壳内部包含支架蛋白;C型核衣壳内部包含病毒基因组,并可以逐渐成熟,成为具有侵染增殖活性的成熟病毒。过去20年,许多科学家试图用冷冻电镜技术解析疱疹病毒核衣壳的三维结构,然而由颗粒尺寸太大而导致的冰层过厚、信噪比降低和埃瓦尔德球效应,为高分辨信息的重构带来技术瓶颈。

  该研究以HSV-2衣壳颗粒为研究对象,利用最新开发的冷冻电镜单颗粒重构的计算方法“分区计算法”和“欠焦值修正法”,解析了3.1Å的核衣壳B颗粒,并搭建了结构模型,详细分析了核衣壳中各结构蛋白的构象变化与蛋白之间的相互作用关系,阐释了病毒核衣壳早期组装的机制,为后续研究核衣壳在神经细胞的运输提供了扎实的结构基础。针对“大尺度颗粒”的重构方法的应用,使得冷冻电镜结构解析的应用范围进一步推广,巨型病毒颗粒或亚细胞系级的超大蛋白质复合物的单颗粒重构可以实现近原子分辨率,将进一步推动结构生物学的进步与发展。鉴于核衣壳结构在疱疹病毒中的重要性和保守性,针对疱疹病毒核衣壳结构的药物设计与分子筛选,该研究所解析的核衣壳结构能够为广谱性药物的研制提供结构基础。

  饶子和团队博士研究生袁帅、王佳灵,章新政课题组博士研究生朱东杰为论文共同第一作者。王祥喜、章新政、刘洪荣、王军志、饶子和为论文共同通讯作者。生物物理所研究生王男、博士高强,湖南师范大学研究生陈文沅、唐豪参与了该研究部分工作。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点基础研究发展计划、中科院战略性先导科技专项等的资助。

4   2018-08-02 11:28:45.163 铁蛋白穿越血脑屏障并靶向治疗恶性脑瘤研究获进展 (点击量:1)

4月3日,ACS Nano 杂志在线发表了中国科学院生物物理研究所阎锡蕴课题组与中国科学院自动化研究所田捷课题组合作完成的铁蛋白穿越血脑屏障并靶向治疗恶性脑瘤的最新研究成果。这项研究首次发现铁蛋白可以穿越血脑屏障,并可作为药物载体,实现对原位恶性脑胶质瘤的靶向和有效治疗。这是阎锡蕴课题组继发现铁蛋白的肿瘤靶向性,并将其应用于肿瘤的体外诊断(Nature Nanotechnology,2012)、体内治疗(PNAS,2014)及体内肿瘤多模成像(ACS Nano, 2016)之后的又一项重要成果。

  血脑屏障是维持中枢神经系统稳态和保护脑部组织免受代谢产物损伤的天然屏障。然而,在保护神经系统的同时,血脑屏障也使得几乎100%的大分子药物和98%的小分子药物无法有效到达脑组织,导致大部分中枢神经系统疾病,如恶性脑瘤得不到有效的治疗。因此,对于恶性脑瘤等脑内疾病来说,目前临床治疗面临的最大挑战就是如何有效地使探针或者药物穿过血脑屏障。

  受体介导的转胞吞作用是目前最有效的一种介导生物大分子药物穿越血脑屏障的途径。其中,转铁蛋白受体1(TfR1)是最具代表性的一种转胞吞作用受体。由于TfR1在脑内皮细胞和恶性脑瘤细胞上同时高表达,理论上靶向TfR1的药物既可以穿越血脑屏障,又可以富集至脑内恶性脑瘤部位。然而,由于目前大部分靶向TfR1的抗体或者配体与TfR1的亲和力过高,在穿越血脑屏障的过程中会被富集到脑内皮细胞的溶酶体中降解,导致其无法穿越血脑屏障到达病灶。

  在寻找理想的TfR1配体的研究中,研究人员首次发现,铁蛋白与受体TfR1结合后,会通过脑内皮细胞的转胞吞作用穿过血脑屏障,而不会被阻断在溶酶体之中;而在恶性脑瘤细胞中,在受体TfR1的介导下,铁蛋白会被特异性地富集到溶酶体中降解,进而释放其内部装载的药物。铁蛋白的这种特性,使得其成为理想的能穿越血脑屏障并用于恶性脑瘤治疗的药物载体。在正常小鼠中,研究人员证实铁蛋白可有效穿越完整的血脑屏障;在恶性脑瘤原位移植瘤小鼠模型中,铁蛋白在穿越血脑屏障后,可以特异性地富集到肿瘤区域并抑制恶性脑瘤的生长,而在正常的脑组织无明显的富集。另外,动物安全性实验及病理学分析表明,铁蛋白可特异性地杀伤恶性脑瘤,而对正常脑组织无损伤。研究表明,铁蛋白与TfR1合适的结合亲和力、多结合位点的对称性结构以及理想的纳米尺寸效应是其既可以穿越血脑屏障又对肿瘤组织具有优异的选择性的原因。

  结合本研究最新发现的铁蛋白的特性,及其易于制备、生物相容性好、药物装载量高等特点,铁蛋白可以作为一种理想的用于恶性脑瘤靶向治疗的纳米药物载体。同时,铁蛋白也为其他类型的中枢神经系统疾病,如神经退行性疾病提供了一个潜在的纳米药物载体平台。

  阎锡蕴课题组副研究员范克龙、博士生周萌,田捷课题组博士贾晓花为该论文的共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金重点项目、中科院先导项目、国家科技重大专项、青年人才托举工程等项目的资助。

5   2018-08-02 11:29:28.11 遗传发育所揭示生长素介导乙烯反应的信号转导过程 (点击量:0)

      植物激素生长素和乙烯协同调控植物根的生长。乙烯促进了生长素的合成与运输,生长素受体TIR1/AFB2感受到生长素后,结合并泛素化转录抑制子Aux/IAA蛋白,使其通过26S蛋白酶体途径降解,从而将转录因子ARF释放出来调控下游基因的表达。目前介导乙烯反应的生长素信号过程并不清楚。

  中国科学院遗传与发育生物学研究所张劲松研究组和陈受宜研究组通过筛选水稻乙烯不敏感突变体,鉴定到了一个位于TIR1/AFB2下游特异调控根部乙烯反应的新因子MHZ2/SOR1,并解析了SOR1参与生长素介导乙烯反应的信号转导机制。研究发现,SOR1是一个植物特有的E3泛素连接酶,可以与OsIAA26蛋白相互作用并调控其泛素化降解。另外,SOR1也可以与OsIAA9蛋白相互作用,但是不能泛素化OsIAA9蛋白,反过来,OsIAA9蛋白却可以抑制SOR1的E3泛素连接酶活性。与OsIAA9不同,OsIAA26是一个非典型的Aux/IAA蛋白,不能与TIR1/AFB2结合。在没有乙烯或者生长素的情况下,OsIAA9通过结合SOR1抑制其E3连接酶活性,从而间接稳定了OsIAA26蛋白;在有乙烯或者生长素的情况下,TIR1/AFB2结合OsIAA9将其降解,从而将SOR1释放出来调控OsIAA26蛋白的降解。

  这一新颖的研究成果揭示了SOR1-OsIAA26信号模块位于TIR1/AFB2-auxin-OsIAA9信号下游,特异地调控了水稻根部的乙烯反应。该研究结果于4月10日在线发表于《美国国家科学院院刊》(PNAS)杂志(DOI:10.1073/pnas.1719387115)。研究组毕业生陈辉、副研究员马彪和博士生周扬为论文的共同第一作者。谢旗研究组也参与了这项研究。该研究得到了国家自然科学基金、中国科技部“973”项目和植物基因组学国家重点实验室的资助。

6   2018-08-02 11:31:04.377 武汉病毒所在人巨细胞病毒核衣壳出核研究方面取得进展 (点击量:0)

      近日,中国科学院武汉病毒研究所罗敏华课题组在HCMV核衣壳出核研究方面取得新进展,发现宿主细胞蛋白WDR5通过辅助形成出核复合体在HCMV核衣壳出核过程中具有重要作用。该工作在线发表于Journal of Virology。

  人巨细胞病毒(Human Cytomegalovirus,HCMV)是一种人群感染率极高的病毒。先天性HCMV感染是新生儿出生缺陷最常见的感染性病因,可导致胎儿神经发育异常;潜伏感染的激活常引起移植受者致死性感染。WDR5属于含WD40重复蛋白家族,其序列高度保守,在多种细胞重要生理进程的调控中具有重要作用。有报道表明WDR5在仙台病毒(RNA病毒)感染中具有抗病毒效应,但该蛋白在HCMV感染过程中的作用尚不清楚。该研究发现,HCMV感染成纤维细胞通过抑制宿主蛋白WDR5的泛素化降解途径等,进而上调其蛋白水平。深入研究发现,过表达WDR5仅轻微上调HCMV病毒粒子的产生;敲低WDR5对于病毒进入宿主细胞、病毒基因组复制、病毒基因表达以及核衣壳的形成均无明显影响,但能够显著抑制感染性病毒粒子的产生。对HCMV复制的晚期步骤进行深入研究,发现敲低WDR5使得HCMV出核复合体(NEC)的形成受损;电镜观察进一步明确了出核的关键位点——核内膜内折(IINM)——显著减少,且IINM中的核衣壳数量显著下降,进而造成胞质中成熟的病毒粒子数量也显著下降;而重建WDR5的表达水平即可恢复HCMV感染性病毒粒子的产生。

  该研究首次揭示了WDR5在HCMV(DNA病毒)复制周期中所起的作用及其机制,加深了对该类重要病原病毒复制过程的认识,也为抗病毒药物的研发提供了新的思路。武汉病毒所神经病毒课题组博士研究生杨波为第一作者,罗敏华、赵非为共同通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金以及国家重点基础研究发展计划(“973”计划)的支持。后续关于HCMV对WDR5的调控研究正在进行中。

7   2018-07-20 16:20:25.433 深圳先进院在超声神经调控领域获进展 (点击量:0)

       近日,中国科学院深圳先进技术研究院研究员郑海荣团队在超声神经调控领域获得新进展,脑神经调控和视网膜神经调控等工作成果在IEEE Transactions系列刊物上发表。

  团队在领域内率先开展了对自由活动小鼠的超声神经调控研究。相关工作Noninvasive Ultrasonic Neuromodulation in Freely Moving Mice(《自由移动小鼠的无创超声神经调控研究》)发表于生物医学工程专业期刊IEEE Transactions on Biomedical Engineering(IEEE生物医学工程会刊,DOI:10.1109/TBME.2018.2821201)。

  团队针对超声神经调控技术在清醒啮齿类实验动物上的应用需求,研制了体积小、重量轻的头戴式超声刺激装置。该装置不仅能满足清醒小动物对头戴装置体积、重量的苛刻要求,而且能附加安装电生理采集电极、给药导管和光纤等附件,实现超声神经调控与电生理、给药、光刺激和钙成像等多模态神经调控、评估手段的充分融合,促进超声神经调控技术在癫痫、抑郁症、帕金森病、药物成瘾以及睡眠功能障碍等疾病研究领域的应用。该研究研制了不同规格的头戴式超声刺激器,并首次成功实现对自由活动小鼠转头行为的超声调控。该研究成果为拓展超声神经调控技术在探索超声作用机制和干预脑疾病等研究领域的应用提供新工具(图1)。

  同时,团队在视网膜超声刺激研究方面也取得新进展。相关工作Temporal Neuromodulation of Retinal Ganglion Cells by Low-frequency Focused Ultrasound Stimulation(《低频聚焦超声刺激视网膜神经节细胞的时间神经调控研究》)发表在IEEE Transactions on Neural Systems & Rehabilitation Engineering (IEEE神经系统与康复工程会刊,DOI: 10.1109/TNSRE.2018.2821194)杂志上。

  视网膜退行性疾病包括视网膜色素变性和老年性黄斑病变,主要表现为光感受器的凋亡进而导致视觉信号输入受阻。近年来,植入式视觉假体在治疗神经性失明方面取得了重大进展。然而,植入式医疗器械具有很高的侵入性,存在许多安全性、有效性和成本问题。超声作为一种新型神经调控手段,具有无创调控的优点,在视网膜假体研究领域获得了高度关注。

  深圳先进院超声团队首次采用频率为2.25 MHz的低频聚焦超声开展了刺激大鼠离体视网膜的研究。研究发现低频聚焦超声可有效地诱发视网膜神经节细胞产生不同类型的反应,并比较了不同超声强度下视网膜神经节细胞的时间响应特性,该研究结果将推动无创超声视网膜假体的实现(图2)。

  上述研究工作得到了国家自然科学基金委国家重大科研仪器研制项目、广东省创新团队以及深圳市孔雀团队等项目支持。

8   2018-07-20 16:35:49.033 华南植物园紫金牛属新品种“红珍珠”通过现场审查 (点击量:0)

        4月11日,国家林业局新品种保护办组织专家对中国科学院华南植物园申请的紫金牛属(Ardisia Sw.)新品种“红珍珠”进行现场审查。

        专家组对新品种“红珍珠”及其对照品种的特征性状和栽培表现进行了详细的实地观测,同时听取了培育人对新品种的培育过程及品种的特异性、一致性和稳定性的测试情况报告。专家组一致认为新品种“红珍珠”与对照品种性状差异明显,且表现出一致性和稳定性,确认“红珍珠”新品种成立。

  新品种“红珍珠”为工程师陈玲等人培育出来的。“红珍珠”为常绿灌木,高1-1.5米;叶大光亮,大型圆锥花序长达27厘米,花紫红色;果球形,红色似红珍珠;花期为3月上旬至5月中旬,果期4月上旬至8月下旬。该品种喜阴,能耐一定光照,适合疏林下种植或室内盆栽观赏,具有较好的园林开发应用前景。

9   2018-07-20 17:01:58.253 郑永唐学科组发现HIV-1新靶点小分子药物候选物 (点击量:0)

        由于艾滋病疫苗尚未研发成功,抗HIV药物是目前防治艾滋病最有效手段。目前临床应用抗HIV药物的作用靶标是针对病毒的逆转录酶、蛋白酶、整合酶和病毒进入及融合抑制剂。由于耐药性的产生,不能清除体内病毒和治愈艾滋病,发现新结构、新靶点的抗HIV药物至关重要。天然产物因其结构多样、作用机制新颖等特点,一直是新药研发中的重要候选化合物库。

  中国科学院昆明动物研究所郑永唐研究员团队长期从事抗HIV病毒药物的研究,建立了从分子、细胞到动物模型整体水平的抗HIV药物药效学评价及机制研究关键技术平台,是我国抗HIV药物筛选和研发最主要基地之一。从天然产物和化学合成化合物中发现了一系列有显著抗HIV-1活性的先导化合物,研究了其机制和构效关系。前期郑永唐研究员团队与中国科学院昆明植物研究所孙汉董院士团队合作,系统地筛选研究了包括红花五味子、狭叶五味子、小花五味子等来源的天然小分子化合物,其中发现小花五味子来源的木质素化合物SM-10具有较好的抗HIV活性,通过构效关系研究发现合成中间产物SJP-L-5的活性远远优于SM-10。在“重大新药创制”科技重大专项等资助下,完成了SJP-L-5的临床前药效学研究,发现该化合物可阻断HIV病毒脱衣壳(Bai, et al., BMC Microbiology, 2015,15:274),但其精细机制尚不明确。

  日前,中国科学院昆明动物研究所郑永唐研究员团队和云南大学教育部自然资源药物化学重点实验室肖伟烈研究员团队合作,对SJP-L-5的抗HIV作用机制进行了深入地研究。通过定量PCR、ELISA、FRET等手段,发现SJP-L-5不能抑制逆转录的早期过程(即RNA依赖的DNA聚合酶活性),但却能有效地抑制逆转录的晚期过程(DNA依赖的DNA聚合酶活性)。采用高灵敏度ssDNA探针进行Southern Blot杂交实验,证实了SJP-L-5抑制了PPT为引物的正链病毒DNA的合成,破坏了病毒cPPT flap的结构,导致下游正链DNA出现5个片段化的复制产物。由于cPPT flap是病毒入核所必需的,它的缺失导致病毒逆转录过程中断,脱衣壳过程受阻,病毒DNA无法进入细胞核。基因型耐药和表型耐药实验均表明,Val108和Try181是SJP-L-5与逆转酶结合的重要位点,是导致该化合物新机制产生的结构基础。该研究首次证实cPPT flap是一个新的抗HIV病毒靶点,SJP-L-5是作用于该新靶点的新型小分子药物候选物,本研究为研发新靶点的抗HIV药物提供了新的思路。

  该研究成果于2018年2月在线发表于Scientific Reports (2018, 8:2574)。中国科学院昆明动物研究所张兴杰博士生、王睿睿副研究员为共同第一作者,中国科学院昆明动物研究所郑永唐研究员和云南大学肖伟烈研究员为共同通讯作者。中国科学院昆明植物研究所孙汉董院士和云南大学张洪彬教授参与了该研究。该项工作得到了国家自然科学基金、国家科技重大专项课题、中国科学院药物创新研究院等项目的资助。

10   2018-07-30 15:47:02.237 植物所等在红藻光系统I三维结构解析方面取得进展 (点击量:0)

        光系统I(Photosystem I,PSI)是执行光合作用光反应的一个重要的超大色素-蛋白复合体。它通过一系列复杂的色素网络捕获太阳能,并通过驱动跨膜电子转移从而将光能转化成化学能,被称作自然界中最高效的光能转化装置。目前,国际上已经解析了原核生物蓝藻PSI以及高等植物豌豆PSI的捕光色素蛋白复合体I(LHCI)高分辨率结构,但关于红藻等从原核生物向真核生物过渡的真核藻类的PSI高分辨率三维结构研究还是一个空白。

  中国科学院植物研究所研究员、中国科学院院士匡廷云与研究员沈建仁领导的研究组长期从事光合膜蛋白超大复合体的结构与功能研究。近期,研究组通过与清华大学教授、中科院院士隋森芳团队开展合作,利用单颗粒冷冻电镜技术首次解析了红藻PSI核心与捕光天线复合物(PSI-LHCR)的3.63 Å分辨率的三维结构。研究发现,红藻中存在2种PSI-LHCR结构状态,分别结合了5个和3个LHCR;与高等植物全部LHCI位于PSI核心一侧不同的是,结合5个LHCR的红藻PSI-LHCR的两个额外LHCR蛋白位于相反一侧,展现了与高等植物PSI-LHCI明显不同的结构,显示了处于原始形态的红藻PSI-LHCR的特征。研究表明,红藻PSI核心既具备了蓝藻PSI的部分特征,也带有高等植物PSI的部分特征,证实了红藻PSI是从原核生物向真核生物进化的中间类型。研究人员还首次确认了真核PsaO亚基在PSI中的位置和结合色素的情况,并确认了红藻LHCR中独特的色素组成。

  该研究不仅揭示了红藻PSI-LHCR的独特结构和能量传递特征,显示了红藻PSI结构对环境变化的适应性,以及PSI从原核生物向真核生物进化过程中的结构变化,对于阐明PSI的进化和功能具有重要意义。这是该研究组继2015年解析了高等植物PSI-LHCI高分辨率三维结构之后的又一重要进展。

  该研究成果于4月9日在线发表于国际学术期刊《美国国家科学院院刊》(PNAS)。清华大学博士研究生皮雄和植物所沈建仁研究组博士后田立荣为论文共同第一作者,沈建仁和隋森芳为共同通讯作者,匡廷云参与了该研究的整体设计。该研究得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金委、中科院先导项目、前沿重点项目和院长基金的共同资助。

11   2018-08-01 16:18:26.743 合肥研究院在肿瘤细胞检测及精准手术导航造影剂方面取得突破 (点击量:0)

        近期,中国科学院合肥物质科学研究院特聘研究员(安徽大学教授)、国家杰出青年基金获得者张忠平领导的研究团队在肿瘤细胞检测及精准手术导航方面取得突破。相关研究成果近日发表在国际化学期刊ACS Nano(DOI: 10.1021/acsnano.8b00743)上,并已申请了国家发明专利。

  癌症是一种高发病率和高致死率的疾病,其共性是细胞不受控制生长和永生化。在活体条件下精确区分肿瘤细胞和正常细胞是癌症早期诊断、干预和治疗评估的基础性、关键性难题,其根本困难是肿瘤细胞异质多样性和缺乏真正通用标志物。该研究跨过不同肿瘤细胞的基因型和表型差异,直接针对肿瘤细胞不受控制生长和永生化共性的决定因素(端粒酶活性),设计肿瘤细胞专属性成像的球形核酸探针,实现肿瘤活体影像诊断和细胞级别的肿瘤精准手术。

  肿瘤细胞不受控制生长和永生化需要高活性端粒酶的催化,研究人员以金纳米颗粒为载体,设计出表面负载大量特异性双链DNA的球形核酸探针(见图)。在端粒酶的催化下,该探针能够释放荧光染料进入细胞质中,使肿瘤细胞发出红色荧光,从而达到肿瘤细胞的可视化检测。通过荧光信号的变化,实现了十几种代表性肿瘤细胞与正常细胞的精确区分、肿瘤细胞恶性程度的鉴别,以及小鼠肿瘤的活体成像、裸眼可视化和组织切片鉴定等。研究结果表明,这种球形核酸探针是一种理想的肿瘤精准手术导航造影剂。

  目前的肿瘤手术主要基于医生的经验和主观判断,缺乏区分肿瘤组织和正常组织的有效手段。该研究通过球形核酸造影剂让肿瘤细胞“发光”,可凭借自身定位的准确性、超高的灵敏度帮助医生从细胞水平上判断肿瘤位置及边界,从而对病灶进行精准切除,在降低手术风险的同时,大大降低肿瘤术后的复发率和死亡率。

  该团队正在寻求战略投资合作伙伴,进一步开展肿瘤精准手术切除的动物以及临床试验,最终开发用于临床肿瘤精准手术的造影剂,并推动产业化应用。

  该研究工作得到了国家自然科学基金重点项目和面上项目的支持。

12   2018-08-01 16:19:08.847 上海硅酸盐所等在Ti-O体系新奇物性研究中取得进展 (点击量:0)

        纳米二氧化钛(TiO2)因具有优异的光电特性,在光催化、新型太阳能电池等领域被广泛研究。然而,却鲜有纳米TiO,或者其它低价钛氧化物的合成及其物性探索方面的报道。而Ti-O层的基本物性研究对界面超导的理解和探索具有重要意义。界面效应在界面超导中起决定性的作用,超导特性可以通过界面电荷重新分布来增强甚至产生,因此要求在材料设计和制备方面具有良好界面工程控制。

  近日,中国科学院上海硅酸盐研究所研究员黄富强课题组与北京大学、浙江大学和密苏里大学堪萨斯分校合作研究,在Ti−O体系新奇物性探索方面取得新进展。该团队首先通过可控还原技术制备纳米TiO,再采用表面氧化策略调控界面效应,获得了二元Ti−O体系中最高的超导转变温度(11K)。相关研究成果以Nano Titanium Monoxide Crystals and Unusual Superconductivity at 11 K 为题近期发表于国际材料科学期刊《先进材料》(Adv. Mater. 2018, 30, 1706240, DOI: 10.1002/adma.201706240)上,论文共同第一作者为上海硅酸盐所在读研究生徐吉健、王东和无机材料分析测试中心工程师姚鹤良,论文通讯作者为黄富强。该工作已申请中国发明专利(201710131497.4)。

  为了构筑可控界面,研究团队通过镁金属可控还原制备得到纳米TiO颗粒,再进一步氧化构建TiO@TiO1+x核壳结构。TiO为从金红石型二氧化钛衍生而来的系列亚氧化钛(TinO2n-1)中的一种,而这系列亚氧化钛具有类似的晶胞参数,预示着系列Ti−O化合物之间可以精准构筑晶格匹配的连续界面。基于电子能量损失谱(EELS)分析,O/Ti摩尔比沿非晶层(~5nm)的径向方向从1.0到1.9呈正线性变化,表明界面连续。同时,磁性和电子输运测量证实,TiO@TiO1 + x具有11K的超导转变温度,是一种在2K下具有65 Oe的较低临界场的第二类超导体。这也是首次在二元Ti−O系统中观察到超过10K的超导特性。此外,这种固相法构建超导界面策略具有广泛的普适性,易于拓展至钒、铌等其它NaCl结构的氧化物体系。

  黄富强课题组自2012年初即开展黑色二氧化钛等Ti−O体系的基础研究,并取得系列创新成果。基于电子结构的带阶设计,利用热力学原理,发展出氧空位产生、二步元素掺杂等合成黑色氧化钛的新方法,获得原创的具有<结晶核@非晶壳>结构的黑色纳米TiO2,实现了宽太阳光谱响应、高载流子分离迁移率以及功函数可调等特性,光吸收覆盖整个太阳光谱的90%(远优于一般文献报道的30%),解决了非金属元素高浓度掺杂的科学难题。在J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Energy Environ. Sci.等期刊上发表论文30余篇,他引3500余次,4篇文章入选ESI高被引论文;受邀为Chem. Soc. Rev.、Adv. Energy Mater.等期刊撰写综述论文。

  上述系列研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院和上海市科委等项目的资助。

13   2018-07-30 16:14:50.38 深圳先进院基于深度学习的CT投影数据重建获进展 (点击量:0)

        近日,中国科学院深圳先进技术研究院微创中心研究员谢耀钦及其团队在基于深度学习的稀疏CT投影数据重建方面取得新进展,相关成果A Sparse-View CT Reconstruction Method Based on Combination of DenseNet and Deconvolution 被国际医学影像期刊IEEE Transaction On Medical Imaging 接收(DIO:10.1109/TMI.2018.2823338)。该论文提出了一种基于深度学习的新型的稀疏CT重建模型DD-Net,对于快速低剂量CT成像的应用研究具有重要意义。论文的第一作者是博士研究生张志诚,通讯作者是谢耀钦。

  通常,在某一先验假设的前提下,研究者利用优化理论,通过不停地迭代来获得理想的图像质量。该研究充分利用DenseNet的稠密链接和特征复用的特点,结合反卷积网络,成功设计出一种新型端对端的网络模型DD-Net,该模型能够使网络参数量降低到同等宽度和深度的网络的1/3,大大提高了网络的表达能力。

  谢耀钦团队致力于人工智能在医学影像引导,尤其是放射治疗中的应用研究。目前已经将深度学习中的DD-Net、卷积神经网络等应用于医学影像的重建、分割、配准和质量评估等方面,并与美国弗吉尼亚理工、斯坦福大学、加州大学圣地亚哥分校、韦恩州立大学等开展合作。

  该项研究获得国家重点研发计划数字诊疗专项的资助。

14   2018-08-08 14:34:11.713 海洋所在黄海铜藻金潮研究领域取得进展 (点击量:0)

  近日,Limnology and Oceanography 期刊在线刊发了中国科学院海洋研究所特聘研究员刘峰(第一/通讯作者)的最新研究成果:Insights on the Sargassum horneri golden tides in the Yellow Sea inferred from morphological and molecular data。研究聚焦近两年在我国黄海出现的大规模马尾藻金潮,首次揭示了黄海漂浮铜藻的核酸型结构组成和遗传多样性,研究结果对深入认识铜藻金潮的成因和生物生态学过程具有重要意义。

  马尾藻金潮在中南美洲、非洲、日本等都有报道。同绿潮一样,大规模的马尾藻生物量会对生态健康和经济发展带来严重的破坏性影响,成为世界上广泛关注的生态现象。在我国黄海,浒苔绿潮和水母灾害连续多年频繁发生,但大规模的马尾藻金潮灾害较为少见。2016年冬季至2017年春季,出现在我国黄海的铜藻金潮给江苏紫菜产业造成重创,大规模的漂浮铜藻袭击了苏北紫菜养殖区,造成紫菜养殖设施的大规模损毁及紫菜养殖区的大面积绝收,盐城、南通二市紫菜行业的经济损失高达5亿元;此外,几十万吨的铜藻生物量沉到黄海海底,也给黄海生态系统健康带来严重危害。

  该研究在鳌山科技创新计划项目“近海生态灾害发生机理与防控策略”资助下,通过2016年、2017年多个航次的实地以及沿岸调查,对黄海海域及沿岸出现的漂浮铜藻进行了大范围时空取样和系统分析。研究发现:2017年春季在苏北海区出现的大规模漂浮铜藻,其成熟期在种群内部存在显著差异,且成熟的藻体更易沉到海底,难以完成生殖过程。通过新开发的多个分子分型标记,首次发现2016-2017年不同季节出现在我国黄海不同地域的巨大铜藻生物量仅有2个优势核酸型构成,遗传多样性极低,来自多个分子标记的数据表明在江苏紫菜养殖区的铜藻与在荣成地区海带养殖筏架上的铜藻遗传多样性一致。研究结果为追踪漂浮铜藻的来源和认识成灾铜藻种群的分布提供了关键的遗传学信息和分子生物学方法,有助于铜藻金潮的防控和治理。

  铜藻(Sargassum horneri)隶属马尾藻属,是西北太平洋特有的一种大型褐藻,在我国南北方沿海较为常见,藻体由固着器、主干、侧枝、叶片、气囊和生殖托构成;幼苗阶段固着生长在岩石上或低潮带石沼中,成体阶段通过发达的气囊可以实现漂浮生长和远距离迁移,目前已经入侵到了美国和墨西哥的太平洋沿岸。

  论文引用:Liu Feng*, Liu XF, Wang Y, Jin Z, Moejes FW, Sun S (2018a) Insights on the Sargassum horneri golden tides in the Yellow Sea inferred from morphological and molecular data. Limnol Oceanogr. Doi:10.1002/lno.10806.

15   2018-07-30 16:17:54.553 兰州化物所在选择性N-单甲基胺合成研究方面取得新进展 (点击量:0)

        N-甲基化胺是一类重要的化工中间体,广泛应用于制备染料、合成树脂、医药和农药等,创制高效的多相催化材料实现N-甲基化胺的清洁合成对碳资源的高效利用具有重要的意义。中国科学院兰州化学物理研究所羰基合成与选择氧化国家重点实验室石峰研究团队一直致力于多相催化的胺类化合物清洁合成的研究工作,成功发展出以二氧化碳/氢气、甲醇、甲醛/氢气和丙三醇等为甲基化剂的N-甲基化反应催化体系,为N-甲基胺提供了高效、绿色的合成途径(Chem. Sci., 2014, 5, 649-655;Chem. Commun., 2014, 50, 13521-13524;ACS Sustainable Chem. Eng. 2016, 4, 3921-3926;ChemSusChem 2016, 9, 3133 -3138)。

  然而,由于N,N-二甲基化是热力学上有利的反应,所以在胺的甲基化反应过程中往往生成N-单甲基胺和N,N-二甲基胺的混合物。高选择性的合成N-单甲基胺是一项富有挑战性的工作。最近,石峰团队基于胺与甲醛快速生成亚胺,而亚胺缓慢催化加氢的思路以提高N-单甲基化反应选择性的设想,成功制备出加氢活性较弱的CuAlOx催化剂,实现了胺选择性的N-单甲基化反应(Chem. Commun., 2017, 53, 5542-5545)。在此基础上,石峰与许珊团队合作以具有氢键选择性吸附功能的载体负载的钯为催化剂实现了硝基化合物与HCHO/H2一锅法超高选择性合成N-单甲基胺。当胺类分子与催化剂表面主要通过氢键吸附时,由于伯胺分子比N-单甲基胺多一个氢原子,那么伯胺底物则优先吸附于催化剂表面,而反应成的N-单甲基胺则在催化剂表面易于脱附,从而抑制了N,N-二甲基胺的生成。经过系统的研究发现,当以TiO2为载体时性能最好。NH3/Me2NH-TPD和H2-TPR 研究表明,Pd/TiO2催化剂的优异性能源于其优良的低温氢气活化能力和较好的伯胺选择性吸附能力(ACS Catal. 2018, 8, 3943-3949)。相关结果已经申请中国发明专利(申请号201710148081.3)。论文的第一作者为王红利博士。

        以上工作得到了国家自然科学基金、中国科学院“一三五”重点培育项目和羰基合成与选择氧化国家重点实验室的长期支持。

16   2018-07-30 16:20:38.62 上海有机所在催化不对称合成笼手性碳硼烷研究中取得进展 (点击量:0)

        过渡金属催化的不对称反应对于大量合成手性化合物以适应医药界对于手性药物日益增长的需要具有重要意义。近几十年来,出现了大量优秀的不对称反应用于合成手性分子,然而目前尚未有有效的方法应用到笼手性碳硼烷领域。十二顶点碳硼烷是由两个CH和十个BH顶点组成的笼状分子,被视为苯的三维类似物,具有σ芳香性及很好的化学稳定性,在生物医药(硼中子俘获疗法试剂)、有机光电材料、金属有机催化剂等领域有着重要的用途。然而由于不对称合成手段的缺乏,在硼笼上实现手性的研究尚处于简单手性拆分的初级阶段,大大限制了其应用于药物化学、材料化学及不对称催化等“手性”在分子设计中占有重要地位的领域。邻-碳硼烷的CH和BH位点分别位于高度对称的二十面体的十二个顶点,而取代基的引入可以降低分子的对称性,从而在硼笼上引进手性要素。例如,在1-位取代的邻碳硼烷4-或5-位再进行官能团化即可构建手性分子(图1)。

  中国科学院上海有机化学研究所沪港化学合成联合实验室谢作伟课题组一直致力于发展过渡金属催化选择性碳硼烷BH位点官能团化方法。在前期发展的钯催化分子内B−H键芳基化工作基础上(J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 3502),通过手性拆分及衍生化确定了一对邻-碳硼烷分子内4/5-位B−H键选择性芳基化产物的绝对立体构型。并利用手性单膦配体(R)-BI-DIME首次实现了碳硼烷笼手性化合物的高效不对称合成,以最高可达96% ee的对映选择性高效构建含有新型手性硼笼骨架的分子内B−H键芳基化-环化产物(J. Am. Chem. Soc. 2018, DOI: 10.1021/jacs.8b01754)(图2)。DFT计算表明在手性催化剂金属中心对邻-碳硼烷不对称B−H亲电取代的关键反应步骤中,S-与R-构型过渡态在能量上有2.0 kcal/mol的差值,在机理上进一步验证了催化过程的立体选择性。以此为基础,关于手性硼笼分子的设计研究将开启碳硼烷化学研究的全新领域。该工作被JACS Spotlights 以Direct Chiral-at-Cage Carborane Construction 为题作了亮点介绍。

  上述研究工作在谢作伟和副研究员邱早早共同指导下完成,期间得到了研究员唐勇、游书力和汤文军的大力支持和帮助,是沪、港两地科研人员跨领域积极合作的代表性工作。该研究得到了国家自然科学基金委、中科院-香港裘槎基金会联合项目和国家自然科学基金委-香港研究资助局联合项目的资助。

17   2018-08-01 16:22:32.63 上海技物所等在腔-磁子极化激元动力学研究中取得进展 (点击量:0)

        中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室研究员陆卫与陈效双课题组通过与加拿大曼尼托巴大学教授胡灿明课题组合作,在腔-磁子极化激元动力学研究中,首次实现了反馈微波光子数对腔-磁子极化激元耦合强度的调节,研究结果有望成为量子信息操控领域中光子-自旋相干调控的新途径。

  1925年,乌伦贝克和古兹密特发现了电子自旋,然而电子的自旋特性一直使人们希望其像电子电荷特性那样在信息技术中发挥巨大的作用,所以对电子自旋的调控已经成为当前量子调控领域的重要方向,尤其是实现光与自旋集体激发模式的强耦合相互作用是量子调控领域的重要目标之一。集体自旋的激发可形成磁子,并且可避免传输中的欧姆损失,提高信息传送效率。光子-磁子的强耦合体系会产生独特的准粒子“腔-磁子极化激元”,可理解为实现了50%的光子态和50%的自旋态的混合叠加;这种准粒子“腔-磁子极化激元”因为能够在分立体系中有效地传递相干信息,被认为是未来量子领域发展中有潜力的方向。使得在常规材料中难以观测到的量子叠加态,如今有望通过光子-磁子的强耦合体系得以很好地实现,并有望在室温下的毫米尺寸的器件上得到突破,实现量子信息的传递。

  耦合强度决定了光子-自旋两个分立体系之间的信息传递效率。对耦合强度的调控,是光子-自旋相互作用走向强耦合腔-磁子极化激元应用的关键学术点。领域内存在的难点是:和单自旋激发的体系不同,少光子条件下腔-磁子极化激元动力学过程受到经典电磁谐振规律的限制,即存在耦合强度无法通过光子数进行调节的难题,这限制了腔-磁子极化激元的实际应用。

  课题组创新性地利用电调谐反馈型谐振结构来耦合磁子模式,构筑了高协同率的光子-磁子强耦合单元,打破了上述经典电磁谐振规律的限制。进一步基于直流电调谐的方法,首次在少光子-自旋集体激发的耦合体系中实现了利用反馈光子数目对耦合强度的连续调控,并同时观察到了不同于常规双耦合态谱线的多耦合态特征谱线(cavity magnon triplet和cavity magnon quintuplet)。该工作揭示了光子-自旋强耦合相互作用单元的构筑新机理,预期将给光子-自旋相干调控、自旋流操控和量子信息处理技术的应用带来革新性的调控方法。

    研究成果以Cooperative polariton dynamics in feedback-coupled cavities 为题,在线发表在《自然-通讯》(Nature Communications,doi:10.1038/s41467-017-01796-7)上。陆卫和胡灿明为通讯作者,姚碧霂为论文第一作者。该项目得到了国家自然科学基金委—海外及港澳学者合作研究基金的资助。

18   2018-07-30 16:26:21.493 福建物构所首次实现266nm三次谐波激光输出 (点击量:0)

        利用级联的二阶非线性频率转换(两次倍频或一次倍频加一次和频)是获得紫外波段激光的常用方法。二阶非线性光学过程只能产生于非中心对称的晶体中,而三阶非线性光学过程不受晶体对称性的限制,可以产生于中心对称的晶体中,同时利用三阶效应一次产生紫外激光输出,能有效简化器件结构。但由于大多数晶体的三阶非线性光学极化率非常小,因此迄今转换效率很低低,更未见短波紫外三次谐波产生的报道。
  福建物构所中科院光电材料化学与物理重点实验室叶宁课题组在国家杰出青年基金、中科院B类战略性先导科技专项等项目资助下,通过选择具有离域共轭π键结构的高温相偏硼酸钡(α-BBO)晶体,利用三阶非线性频率转换,首次在中心对称性晶体中实现了飞秒(120 fs,1kHz)紫外激光的有效输出,得到266 nm三次谐波的单脉冲能量为37.6μJ,最高转换效率为2.5%。该实验结果表明利用了三阶非线性频率转换在中心对称晶体中获得紫外激光的可行性以及获得深紫外激光的可能性,揭示了以中心对称晶体实现三阶非线性频率转换在实际应用方面的潜力,同时也为紫外以及深紫外非线性光学晶体的探索开拓了新的研究方向。该结果发表在Opt. Lett., 2018, 43(8):1734-1737。

19   2018-07-30 16:28:46.01 科学家发现蓝藻代谢与环境适应的新途径 (点击量:0)

        4月9日,《自然-化学生物学》(Nature Chemical Biology)杂志在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所杨琛研究组题为The cyanobacterial ornithine-ammonia cycle involves an arginine dihydrolase 的研究论文。该研究利用动态代谢流量组与代谢组分析技术发现了一条新的代谢途径,并且揭示了该途径为蓝藻适应环境所必需及其重要的进化及生态学意义。

  生物在进化过程中形成适应外界营养环境变化的代谢系统及调控机制。例如,陆生动物进化出著名的鸟氨酸-尿素循环,用于处理食物中蛋白质分解代谢所产生的大量氨,而细菌和植物缺乏这一代谢途径。蓝藻(又名蓝细菌)是地球上最早出现的光合自养生物,它们利用水作为电子供体,利用太阳光能将CO2还原成有机碳化合物,并释放出自由氧,在地球生物圈形成和发展过程中起了关键作用。蓝藻广泛分布于自然界,包括各种水体和土壤中,对生物地球化学循环有非常重要的贡献。同时蓝藻在生物技术应用方面也极具潜力。尽管蓝藻在进化、生态、环境及生物技术等方面扮演着重要角色,但它们适应环境变化的细胞代谢动态调节机制仍不清楚。

  中科院合成生物学重点实验室杨琛研究组利用前期开发的动态代谢流量组与代谢组分析技术,研究了蓝藻对外界氮源扰动的代谢响应,发现细胞内鸟氨酸和精氨酸之间存在活跃的代谢循环。进而发现该循环包含一步新的生化反应,即精氨酸双水解酶催化精氨酸水解生成鸟氨酸和氨。研究表明在氮源充足条件下鸟氨酸-氨循环促使氮同化及存储以最大速率进行,而在氮源匮乏时该循环使得细胞中的氮储存迅速分解,从而满足细胞的生长需要。因此,鸟氨酸-氨循环具有氮存储和活化的功能,对于蓝藻适应环境氮源缺乏和变化极其重要。与动物体内的鸟氨酸-尿素循环相比,鸟氨酸-氨循环更为古老,它的存在提示不同物种为适应其生存环境可能进化出各种鸟氨酸循环。鸟氨酸-氨循环在蓝藻中广泛存在,包括许多海洋固氮蓝藻,因此这一代谢途径对于海洋氮固定乃至地球的氮循环具有重要贡献。专家评论这项工作将引起化学生物学和微生物学领域研究学者的广泛关注,并对海洋学和农业方面的研究产生影响,同时在代谢工程和合成生物学领域应用前景广阔。

  植生生态所博士研究生张昊为论文第一作者,研究员杨琛为通讯作者。该工作是与该所研究员、中科院院士赵国屏等合作完成的,得到了国家自然科学基金委、科技部和中科院等的项目资助。

20   2018-07-30 16:31:22.463 上海硅酸盐所在3D打印功能性生物陶瓷支架方面取得系列进展 (点击量:0)

        传统3D打印生物陶瓷支架主要用于骨组织工程,但在软骨再生、肿瘤治疗方面还缺乏研究。前期,中国科学院上海硅酸盐研究所吴成铁研究员与常江研究员带领的研究团队在3D打印生物陶瓷支架用于骨-软骨再生及骨肿瘤治疗方面取得了系列研究进展(Advanced Functional Materials 2017, 27:1703117-1703130; Advanced Science 2017, 4:1700401-1700409; Biomaterials 2017, 135:85-95;NPG Asia Materials 2017, 9:e376-e389; Advanced Functional Materials 2016, 26:1197-1208; Biomaterials, 2016, 111:138-148等)。近期,该团队在前期研究基础上,在3D打印功能性生物陶瓷支架方面又取得了系列新的进展。

  骨关节炎是一种退行性关节疾病。关节炎疾病进程中,软骨首先受到损伤,而软骨损伤通常累及软骨下骨,进而导致骨-软骨缺损。由于软骨和软骨下骨的生物学特性不同,因此骨-软骨一体化修复极具挑战。为此,该研究团队利用溶胶凝胶法合成多元硅酸钙锂(Li4Ca4Si4O13)生物陶瓷,并通过3D打印方法制备了其多孔生物陶瓷支架,得到的硅酸钙锂支架形貌可控、大小均一,其抗压强度可以通过控制孔径大小来调控。硅酸钙锂生物陶瓷的离子产物对软骨细胞的增殖和表型的维持起积极作用,对骨髓间充质干细胞的成骨分化起显著的促进作用。同时,体内研究结果表明,硅酸钙锂生物陶瓷支架在骨-软骨缺损模型中成功地修复了骨-软骨,实现了多离子联合作用促进软骨和软骨下骨修复的效果,在骨-软骨修复领域具有良好的应用前景。相关研究成果发表于Biomaterials (2018; Doi.org/10.1016/j.biomaterials.2018.04.005) 杂志上(该论文第一作者为高级工程师陈蕾),并申请发明专利一项。 

  在关节中骨-软骨界面具有极其复杂精妙的微结构,基于多种无机离子联合促进骨-软骨缺损修复的作用,该研究团队设计了不仅能对骨-软骨组织进行修复,并且能进一步对复杂的骨和软骨的界面复杂微结构进行修复的生物陶瓷支架,并对其机理作了深入研究。利用3D打印技术制备硅磷酸锶生物陶瓷支架(Sr5(PO4)2SiO4, SPS)。SPS生物陶瓷稳定释放的Sr 和Si 离子通过协同激活缺氧诱导因子(HIF)信号通路,诱导软骨的增殖,维持其表型;在关节炎模型软骨细胞中,Sr 和Si 离子通过协同作用激活软骨细胞自噬作用,抑制细胞降解代谢活动及Indian Hedgehog (IHH)信号通路保护软骨细胞;体内研究结果显示,SPS 支架不仅实现了利用多种无机离子的共同作用对骨-软骨组织进行双向修复,并且成功地将修复效果延伸至极其复杂的骨和软骨界面结构。目前该研究相关成果发表在Theranostics (2018;8:1940-1955.) 杂志上(该论文第一作者为在读博士生邓翠君,指导导师为吴成铁研究员)。

  该团队还通过化学反应的方法将具有光热效应的CuFeSe2纳米晶原位生长在具有成骨活性的生物玻璃陶瓷支架表面上,最终获得了具有骨肿瘤消融和骨缺损修复的双功能支架。CuFeSe2属于硫族半导体材料中一种,它的有效光热转化效率可达到82%,其组成元素Fe和Cu被报道具有很好的促进成血管和成骨的活性。体外和体内实验证明此双功能支架能够有效地通过光热杀死骨肿瘤细胞,消融骨肿瘤组织,同时能够有效地支持和促进骨间充质干细胞的粘附和增殖,最终促进新骨的形成。其相关工作发表在期刊Biomaterials (2018, 160:92-106.) 杂志上(论文第一作者为上海硅酸盐所在读博士生党文涛,指导导师为吴成铁研究员),同时其工作被国际著名权威期刊Materials Today作为亮点工作进行了专门的新闻报道 (Scaffold material sheds light on bone tumor therapy, 5 March 2018,报道链接:https://www.materialstoday.com/biomaterials/news/scaffold-material-sheds-light-on-tumor-therapy)。

  该团队还针对治疗与修复承重骨缺损的应用背景,利用3D打印技术制备出具有优良力学强度的Fe-CaSiO3复合支架, 可用于修复承重骨缺损。同时由于Fe存在表面等离子共振效应,赋予复合支架优良的光热性能。由于Fe离子的释放,在肿瘤细胞内部能与H2O2反应,生成活性氧(ROS),从而实现光热和ROS协同抗肿瘤,达到更好的骨肿瘤治疗效果。同时复合支架由于具有生物活性硅酸钙陶瓷相而保持良好的成骨活性。因此,Fe-CaSiO3复合支架具有修复与治疗承重骨肿瘤缺损的潜在应用价值。其相关工作发表在NPG Asia Materials (2018; DOI: 10.1038/s41427-018-0015-8)杂志上(该论文第一作者为上海硅酸盐所在读博士生马红石,指导导师为吴成铁研究员)。

  相关研究工作得到了中组部青年千人计划、国家自然科学基金委中德国际合作重点项目与国家重点研发计划的资助。

21   2018-08-08 14:35:06.343 青岛能源所首次实现蛋白质中范德华作用的定量解析 (点击量:0)

  蛋白质是生命体重要组成成分和生命活动的重要执行者,在蛋白质中存在多种非共价相互作用协同工作进而稳定蛋白质结构及实现蛋白质的功能。其中,范德华作用是一种不可忽视的作用力。通常范德华作用可以根据蛋白质中结构参数如侧链基团之间的距离来推断,但是在科学实验中实现定量测量十分困难。
    J-耦合常数的检测为研究范德华力提供了新的信息,理论计算方面已有相关报道,但直接的实验检测还未能实现。中国科学院青岛生物能源与过程研究所蛋白质设计研究组研究出一种新的核磁共振方法,通过检测蛋白质甲基基团碳原子与其它脂肪族侧链碳原子之间的跨范德华力的J-耦合常数,首次实现了对蛋白质中范德华作用的定量解析。相关研究成果已发表于《美国化学会志》杂志上(JACS 2018,140: 3194.)。

  该研究以IgG结合蛋白质GB3为研究对象,通过对亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸的甲基进行[13C, 1H]选择性标记(对其它氨基酸进行[13C, 2H]标记),设计HMQC实验脉冲序列,利用其较长的径向弛豫时间来实现磁化矢量从甲基碳原子到脂肪族侧链碳原子上的传递(如图),从而实现跨范德华力的JCC-耦合常数测量(数值在~0.1-0.6 Hz之间)。进一步的量子力学计算表明,跨范德华力的JCC-耦合常数与范德华力的交换互斥力组分正相关(另一重要范德华力组分是色散作用力)。

  该工作首次实现了蛋白质跨范德华力的JCC-耦合常数测量,并对其来源机制进行了解析,为证明蛋白质中范德华作用存在提供了直接的实验证据,也为理解分析蛋白质中的非共价作用提供了新思路。

  以上研究由青岛能源所蛋白质设计研究组研究员姚礼山主持完成,获得国家自然科学基金的支持,部分实验在中科院合肥物质科学研究院稳态强磁场实验装置中完成。

  论文信息:Jingwen Li,# Yefei Wang,# Liaoyuan An, Jingfei Chen, and Lishan Yao. Direct Observation of CH/CH van der Waals Interactions in Proteins by NMR, JACS, 2018, 140: 3194-3197.

22   2018-07-30 16:33:11.663 中印科技合作项目“TMT拼接子镜系统”研制通过验收 (点击量:0)

        4月12日,国家国际科技合作专项“TMT拼接子镜系统研制中印科技合作”项目通过专家组验收。验收会由科技部国际合作司委托中国科学技术交流中心组织。

  中国和印度均为三十米望远镜(Thirty Meter Telescope,TMT)国际天文台(TIO)的合作伙伴国,双方将各自承担86面TMT拼接子镜的研发任务。2013年“中华人民共和国与印度共和国科技合作联委会第六次会议纪要”阐述了两国将在天文学和天体物理学领域加强合作的意愿,并特别指定中国科学院国家天文台和印度天体物理研究所作为实施单位,重点开展TMT主镜研制等方面的国际合作。

  国家天文台南京天文光学技术研究所针对巨型光学望远镜拼接子镜提出了批量化磨制离轴非球面新方法,可显著缩短研制周期、减低造价。在本项目合作中,南京天光所取得了多项具有自主知识产权的新技术,探索了光学加工90面对角直径为1.44米的六角形非球面拼接子镜的工艺,掌握了TMT子镜复杂外形加工的关键技术。印方与美方合作,经多次实验后研发出一套通过TMT检测的子镜支撑系统,于2017年6月运来中国。此后在南京完成了一套子镜单元的集成测试,验证了复杂支撑与离轴光学镜面使用装配工作站精密装配工艺。印方所提供的子镜支撑系统,是印度与美国TMT总部,通过多年工程实践和精心仿真、测试优化获得的,在南京完成装配测试,是中印合作共同完成TMT工程任务的必要技术接口。

  TMT的主镜系统,将有492面六角形子镜,通过主动光学技术拼接而成,为了达到光学共面精度,其复杂的工艺和巨大的工程体量,分别由美国、日本、中国和印度分工协作完成。在TMT工程建设大框架下开展中印合作,是国际天文大科学工程建设分工协作的具体体现。

23   2018-07-30 16:35:21.16 中国科大首次实验实现纳米尺度零场顺磁共振 (点击量:0)

        由中国科学院院士、中国科学技术大学教授杜江峰领导的中国科学院微观磁共振重点实验室提出并实验实现了一种基于金刚石氮-空位(NV)色心量子传感器的新零场顺磁共振方法,打破了传统顺磁共振信号强度对热极化的依赖,将零场顺磁共振的空间分辨率从厘米量级提升至纳米级,为零场顺磁共振的实用化开启了一条新途径。该研究成果以Nanoscale zero-field electron spin resonance spectroscopy 为题,发表在4月19日的《自然-通讯》上[Nature Communications 9, 1563 (2018)]。

  电子顺磁共振是当代重要的物质科学研究手段。例如,对于自旋标记的生物分子样品,可通过顺磁共振技术获取分子的动力学、结构等重要信息。这些信息主要源于电子自旋的精细和超精细结构,它们均可以从顺磁共振谱中提取。但是由于磁场的存在,不同取向的分子会有不同的共振峰,从而不可避免地会引起谱线的非均匀展宽,使信息的获取变得困难。目前技术发展的一个方向是通过不断提高的强磁场来部分去除这种展宽的影响,但存在技术挑战且成本高昂。而另一种简单直接的方式是不加磁场,此时自旋系统的能级结构只取决于系统的内禀相互作用,不再与分子取向有关,原则上可以完全移除非均匀展宽。这种称之为零场顺磁共振的方法在几十年前就已经提出,但是受探测原理限制,传统顺磁共振谱仪的探测灵敏度依赖于磁场大小,在零场下的探测灵敏度极低,往往需要厘米尺寸的样品量来累积足够大的热极化下的磁信号,极大地限制了零场顺磁共振方法的应用。这导致该方法几十年来止步不前,并未获得广泛应用。

  在该工作中,杜江峰团队针对零场顺磁共振目前的困境,另辟蹊径,采用了高灵敏度的金刚石NV色心量子传感器和新颖的量子探测方法,来实现零场顺磁共振。金刚石NV色心是一种固态的自旋量子体系,因其在量子调控方面的优秀性质,在量子计算和量子精密测量方面有着重要的应用前景。尤其是量子精密测量方向,近十年来发展迅猛,已经实现了单个生物分子的非零场顺磁共振(杜江峰团队,Science 347, 1135 (2015))。NV色心量子传感器之所以具备如此超高灵敏度的磁探测能力,一方面是因为NV色心尺寸极小(埃量级),可以将NV色心放置得离待测目标足够近(纳米量级);另一方面是因为NV色心采用量子干涉仪的探测原理,可以将微弱的磁信号转化为量子态的相位信息来读出,灵敏度非常高。基于NV色心的微观磁共振能够达到纳米级的空间分辨率和单个核自旋的高灵敏度,被认为是对传统磁共振技术的革命性突破。

  但是,以往使用的基于NV色心的顺磁共振技术并不能直接应用到零场情形,因为它需要对目标自旋进行精确操控,这在零场下十分困难。在该工作中,研究人员提出一种新的方法,用精心设计的微波脉冲连续驱动NV色心,通过改变驱动功率可以连续调控NV的能级劈裂,当其和目标自旋的能级劈裂匹配时会产生共振信号,过程中并不涉及对目标自旋的任何操控。实验上,研究人员成功实现了对NV色心周围15纳米范围内的约4个金刚石内部电子自旋的零场检测,获得了清晰的零场顺磁共振谱,并从中直接提取了目标自旋的超精细常数。

  这种新方法避开了非零场下谱线展宽的干扰,可以直接在纳米尺度研究待测目标的能级结构,使得零场顺磁共振技术在单分子尺度上的应用成为可能。之前已经有研究表明,电子自旋标签的超精细常数对分子所处的局域环境的电学性质十分敏感,使用这一方法未来有望在单个分子尺度研究这种局域性质。另外,该方法也可以用于解析电子-电子相互作用,如果在单个分子上标记多个自旋标签,可以实现单分子的结构解析。

  中科院微观磁共振重点实验室博士生孔飞和赵鹏举为该文并列第一作者,教师石发展和杜江峰为该文并列通讯作者。该研究得到了科技部、国家自然科学基金委、中科院和安徽省的资助。

24   2018-07-30 16:39:23.477 广州生物院在转录因子二聚作用研究中取得进展 (点击量:0)

        近日,中国科学院广州生物医药与健康研究院Ralf Jauch课题组首次实验证明了转录因子FOXA1蛋白的新的二聚结合形式,并在该二聚结合作用研究上取得新进展,研究成果于近日在线发表在《核酸研究》(Nucleic Acids Research)杂志上。

  转录因子蛋白FOXA1属于叉头框家族(forkhead family)成员之一,在细胞增殖、分化、胚胎成长、器官发育、肿瘤的产生与发展等过程中起着重要的作用。FOXA1蛋白在肿瘤细胞中的表达情况与肿瘤恶性程度和分子分型有着高度的联系。基因组测序结果表明,FOXA1能够调控激素受体蛋白,例如雌激素受体蛋白(Estrogen Receptor,ER)、雄激素受体蛋白(Androgen Receptor,AR)、糖皮质激素受体蛋白(Glucocorticoid Receptor,GR)等与基因组的结合及其下游基因的调控。更特别的是,FOXA1蛋白被证明能够与核小体结合,并协助打开封闭的染色质结构和允许其他转录因子与相对应位点结合,因其具有此种特性,FOXA1也被称为“先锋转录因子”,研究FOXA1是如何识别与结合基因组也成为研究先锋转录因子家族蛋白的一个重要的方向。

  Ralf Jauch课题组长期致力于研究转录因子蛋白与基因组结合调控的分子机制。课题组在前期研究中,利用新的生物信息学算法分析得到了包括FOXA1同源二聚体结合位点的一批新的转录因子二聚结合基序位点,紧接着围绕着FOXA1的同源二聚体基序开展进一步的研究。该研究首先利用生物化学技术体外验证了FOXA1蛋白能够以二聚体形式结合在新基序上,蛋白结构模拟显示FOXA1蛋白分子的二聚结合是由DNA基序介导的,基因组测序结果显示FOXA1在乳腺癌和肝癌细胞中FOXA1蛋白在二聚体基序上富集并能够在PI3K信号通路被抑制的时候调控染色质动态变化,其次,进一步通过生物信息学以及细胞生物学技术筛选出了能够影响FOXA1二聚结合的与疾病相关的单核苷酸多态性(SNP),其中有着与骨质疏松及帕金森疾病相关的致病SNP,为未来相关疾病的研究治疗提供了新的方向。

  论文的第一作者为博士生王学聪,通讯作者为研究员Ralf Jauch,该工作得到了新加坡基因研究所、波兰华沙大学、麻省理工-哈佛大学博德研究所、德国马普研究所等合作者的大力支持。

25   2018-07-30 16:41:21.443 青藏高原风蚀沙漠化模拟获进展 (点击量:1)

青藏高原作为“世界屋脊”“亚洲水塔”,是影响东亚气候、水文及生态环境的关键区域。沙漠化是当今社会面临的重大社会经济环境问题之一。因此,研究青藏高原沙漠化状况及其近几十年变化具有重要社会意义。目前,传统的基于地貌研究提出的沙漠化现象难以量化,风蚀模型由于模型框架及简化的参数化过程等问题,也难以完成高精度、大范围、网格化的复杂下垫面模拟工作。因此,采用数值模拟手段模拟沙漠化现象是较为行之有效的科学方法。

  中国科学院西北生态环境资源研究院(筹)寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室高艳红团队对适用于青藏高原地区的陆面风蚀耦合模式进行优化,通过数值模拟手段有效模拟了青藏高原沙漠化现象、近几十年变化趋势及其变化机理。

  该陆面风蚀耦合模式由陆面模式Noah-MP (The community Noah land surface model with multiparameterization options)与风蚀预报模型WEPS(Wind Erosion Prediction System)耦合而成。优化调整参数后,耦合模式模拟结果与观测对比验证表明,耦合模式能较好模拟出格尔木及五道梁地区风蚀状况。将该耦合模式推广应用至青藏铁路沿线8个站点后发现,青藏铁路沿线的风蚀主要集中发生在五道梁至唐古拉路段。除格尔木站风蚀主要发生在2月至9月外,其他站点的风蚀主要发生在12月至次年4月。34年来,青藏铁路沿线的风蚀量呈显著减弱趋势,平均递减率为−0.18 kg m-2 a-1。显著减弱的风速、显著增加的降水及土壤湿度是风蚀减弱的主要原因。除模拟结果外,相应的观测结果也具有一致的变化趋势。

  该研究首次揭示了青藏铁路沿线土壤风蚀的长期变化趋势及变化机理。成果以Simulations of wind erosion along the Qinghai-Tibet Railway in northcentral Tibet 为题发表于Aeolian Research。

  该研究获国家重点基础研究发展计划(2013CB956004、2017YFC1502101)、国家自然科学基金(91537105、 92537211)等的项目资助。

26   2018-07-30 16:43:25.167 深圳先进院等研发出可在室温下稳定工作的新型钙离子电池 (点击量:0)

        近日,中国科学院深圳先进技术研究院功能薄膜材料研究中心研究员唐永炳及其研究团队联合清华-伯克利深圳学院、中科院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心研究员成会明研发出一种高性能的钙离子电池。他们通过对电池结构的创新,使钙离子电池具有全新的电化学反应机理,并实现了室温下稳定的充放电反应。相关研究结果以Reversible calcium alloying enables a practical room-temperature rechargeable calcium-ion battery with a high discharge voltage(《基于钙-锡合金化反应的室温下稳定运行的高电压钙离子电池》)为题在线发表于《自然》子刊《自然-化学》(Nature Chemistry,doi:10.1038/s41557-018-0045-4)上,并申请了中国发明专利(201710184368.1)和PCT专利(PCT/CN2017/078203)。

  在碱土金属元素中,钙具有极化低、标准电极电势与锂接近(Ca2+/Ca:−2.868 V vs. SHE,仅比锂高170 mV)、离子为+2价(带电荷数目为锂离子的两倍)、储量丰富、成本较低的优点,因此,钙离子电池具有成为高效低成本储能电池的潜力。然而,1991年Aurbach等人发现在传统有机电解液中钙离子很难穿透钙金属负极表面的钝化膜,导致钙离子无法像锂离子那样发生可逆的氧化还原反应(J. Electrochem. Soc. 1991, 138, 3536),此后钙离子电池的研究进展缓慢。直到2016年,MIT的Sadoway等人采用熔融态的CaCl2和LiCl作为电解质,同时利用熔融的Ca-Mg合金和Bi金属分别作为负极和正极材料,研发出了一种新型钙离子液态电池,其工作电压虽然不高(<1V),但在高温下(550-700°C)表现出良好的循环稳定性(Nat. Commun. 2016, 7, 10999)。而西班牙科学家Palacin等人虽然在室温下未发现钙离子的可逆氧化还原反应,但在75-100°C温度下发现钙离子在碳酸酯类电解液中能在钙负极表面发生可逆沉积反应,并且在100°C 下能循环30周以上(Nat. Mater. 2016, 15, 169)。虽然高温下的可逆充放电现象的发现为钙离子电池的发展带来了希望,但要想使钙离子电池具有实用价值,其工作温度还须降低到室温附近,需要找到能实现可逆钙离子嵌入/脱出的正负极材料并提高其电化学性能,包括室温循环特性、倍率特性和工作电压(目前<2V)。

  该团队通过研究二元相图后发现钙与钠、锌、锡等多种金属能形成合金相,进一步对多种金属负极在含有Ca(PF6)2的碳酸酯类电解液中的充放电特性进行了研究,发现锡在钙离子电解液中具有较好的可逆反应和比容量,在首次充电过程中电解液中的钙离子和锡负极发生合金化反应形成Ca7Sn6合金,放电时Ca7Sn6发生去合金化反应。理论模拟计算与原位电化学应力测试表明,钙和锡在Ca7Sn6合金相中的四种成键情形都具有较低的结合能,而且钙离子嵌入锡负极时的电化学应力为压应力,这种压应力不仅有助于维持材料的结构稳定而且在钙离子嵌入/脱出过程中有良好的可逆性。

  基于上述发现,该团队提出了一种新型的钙离子电池:以锡箔作为负极与钙离子发生可逆合金化反应,同时采用活性材料与集流体的一体化设计;以石墨作为正极实现阴离子(PF6−)的可逆插层/脱嵌反应;以溶有六氟磷酸钙、具有5V耐高压特性的碳酸酯类溶剂为电解液。该钙离子电池具有优异的电化学性能,平均放电中压高达4.45V,在室温下循环350圈后的容量保持率大于95%。

  该工作拓展了钙离子电池体系,丰富了钙离子电池体系中正极、负极、电解液等关键材料的选择范围,对基于多价态离子的新型储能器件的研究与开发具有重要借鉴意义。

27   2018-07-30 16:45:40.607 福建物构所高体积能量密度锂硫电池研究取得进展 (点击量:0)

        锂离子电池被广泛应用于我们日常生活领域。随着便携电子设备以及电动汽车等新兴电子产品对高容量储能装置的迫切需求,传统锂离子电池已经远不能满足我们对能量存储的需求。锂硫电池由于高的理论比容量和能量密度,以及硫的低成本和环境友好等优势被视为最有应用前景的高容量存储体系之一。然而,锂硫电池的商业化应用仍存在一些技术挑战,如硫和固态放电产物的绝缘性,可溶性多硫化物的穿梭效应以及充放电期间硫体积大的变化等。这些问题通常导致硫的利用率低、循环寿命差、甚至一系列安全问题。如何在大幅提高锂硫电池能量密度的同时增加其稳定性,已成为当前研究的热点之一。
  在国家自然科学基金和中科院战略性先导科技专项的资助下,中国科学院福建物构所结构化学国家重点实验室王瑞虎研究员课题组肖助兵等通过简单的水热反应合成了负载硫化钒的还原氧化石墨烯(rGO-VS2)的层状材料,并制备了一系列rGO-VS2片层与硫单质层交替紧密堆积形成的三明治结构rGO-VS2/S正极材料。rGO-VS2片层与活性硫层交替形成的三明治结构可以通过三维方向上的弹性收缩膨胀承受充放电循环过程中活性材料的体积变化。同时,由于硫化钒具有高的极性、导电性和电催化活性,少量硫化钒负载在石墨烯片上即可有效地抑制多硫化物的穿梭效应,促进整个硫单质层的氧化还原反应,从而提升硫活性物质的利用率和循环稳定性。负载89 wt% 硫的rGO-VS2/S具有1.84 g cm-3的高振实密度,在0.1 C放电条件下其体积比容量达到了1182.1 mA h cm-3, 循环100圈仍能保持在1050 mA h cm-3。该研究表明在可伸缩的三明治结构中引入高导电性和强多硫化物吸附能力的电催化组分可以得到具有优越性能的锂硫电池正极材料,这为开发长寿命、高能量密度锂硫电池提供了新思路。该研究成果以封面文章的形式发表在Advanced Energy Materials上,并被MaterialsViewsChina推广介绍。论文第一作者为博士研究生程志斌。

28   2018-07-30 16:47:57.247 微电子所在新型硅基环栅纳米线MOS器件研究中取得进展 (点击量:0)

        近日,中国科学院微电子研究所集成电路先导工艺研发中心在面向5纳米以下技术代的新型硅基环栅纳米线(Gate-all-around silicon nanowire,GAA SiNW)MOS器件的结构和制造方法研究中取得新进展。

  5纳米以下集成电路技术中现有的FinFET器件结构面临诸多挑战。环栅纳米线器件由于具有更好的沟道静电完整性、漏电流控制和载流子一维弹道输运等优势,被认为是未来可能取代FinFET的关键架构之一。近年来,将理想环栅纳米线结构和主流FinFET工艺结合发展下一代集成技术已成为集成电路深入发展的研发关键热点之一。如图1所示,目前国际报道的基于主流高k金属栅FinFET制造工艺形成堆叠纳米线器件的研发有两种不同方案:堆叠纳米线(SNW,IMEC)和堆叠纳米片(Nanosheet,IBM)技术。上述方案都需要在普通硅衬底上外延生长高质量的多层GeSi/Si结构,并在高k金属栅取代栅工艺中选择腐蚀GeSi或Si,最终在沟道中选择形成堆叠纳米线而在源漏中保持Fin结构。该技术在集成电路大规模制造中存在许多潜在的挑战: 须生长高质量、接近体硅质量无缺陷的多层GeSi/Si外延层;由于Ge元素在最前道集成步骤中引入,给后继工艺带来较低的工艺温度窗口限制以及较多的Ge原子沾污机会。

  针对上述纳米线晶体管架构在集成电路发展应用中所面临的难题,微电子所研究员殷华湘带领的团队提出在主流硅基FinFET集成工艺基础上,通过高级刻蚀技术形成体硅绝缘硅Fin和高k金属栅取代栅工艺中选择腐蚀SiO2相结合,最终形成全隔离硅基环栅纳米线MOS器件的新方法。并在取代栅中绝缘硅Fin释放之后,采用氧化和氢气退火两种工艺分别将隔离的“多边形硅Fin”转化成“倒水滴形”和“圆形”两种纳米线结构。由于在该方法中,纳米线沟道由单晶硅衬底制作形成,导电沟道中材料晶格缺陷更少、界面质量更高。两种高k金属环栅纳米线晶体管都表现出很好的器件特性,其中通过氧化制备的“倒水滴形”环栅纳米线晶体管在16nm物理栅长(对应5nm及以下技术代)下,获得器件亚阈值特性SS = 61.86 mV/dec 和DIBL = 6.5 mV/V,电流开关比大于1E8。SS和DIBL十分接近MOSFET的理论极限数值(60mV/dec和0 mV/V),远超以往同类工艺制造的FinFET性能参数,也达到目前同类器件所报道的最高水平。同时,该类器件结构也可以通过同样的方法在多步刻蚀和取代栅工艺中制作成多层堆叠纳米线,该项研究工作正在进行中。这种不同于现有国际报道的制造方法具有完全自主知识产权,可为未来我国集成电路下一代关键技术的创新发展提供核心器件架构和制造工艺开发的多样选择。该工作以《通过一种先进工艺形成具有优异短沟道控制能力的新型p型环栅纳米线场效应晶体管》为题发表在国际微电子器件期刊《IEEE电子器件快报》上(IEEE Electron Device Letters,DOI: 10.1109/LED.2018.2807389),并被选为该期期刊首篇论文。

  该项研究得到国家科技重大专项02专项和国家重点研发计划等项目的资助。

29   2018-08-08 14:33:22.54 高性能生物基聚乳酸规模化生产与应用实现多项关键技术突破 (点击量:0)

        3月21日,由中科院科发局组织召开了项目验收会,中国科学院长春应用化学研究所承担的中国科学院科技服务网络计划(简称“STS计划”)“生物基聚乳酸关键技术研发与应用示范”实现了不同性能聚乳酸制备和规模化生产的关键技术突破,项目建成2.5万吨总产能聚乳酸生产线,聚乳酸树脂旋光纯度达99.5%以上、熔点177℃以上,达到世界领先水平,在国内率先实现聚乳酸共聚物相容剂的中试合成。

30   2018-07-30 16:51:59.373 张宏课题组发现内质网蛋白VAPA/B与自噬蛋白互作调控自噬小体形成 (点击量:0)

        2018年4月23日,《Current Biology》发表了张宏课题组的研究论文“The ER contact proteins VAPA/B interact with multiple autophagy proteins to modulate autophagosome biogenesis”,该文阐述了内质网(ER)蛋白VAPA/B与自噬蛋白相互作用调控自噬小体形成的机制。

  自噬(autophagy)是生物体高度保守的降解途径。自噬过程中,细胞通过形成双层膜结构的自噬小体,包裹部分细胞质或受损细胞器,并将之运送到溶酶体进行降解。 自噬小体起始过程中的膜来源仍不清楚。有研究表明ER在自噬小体形成过程中发挥着非常重要的作用。在自噬小体形成时,ER与隔离膜(IM)存在紧密的联系,然而,维持ER-IM相互作用的分子机制尚不清楚。

  本研究发现ER蛋白VAPA/B通过与自噬蛋白相互作用参与ER-IM 互作的形成。自噬诱导阶段,VAPA/B通过与FIP200和PI(3)P相互作用被招募到ER上。VAPA/B与ULK1和FIP200中的FFAT结构域相互作用,并且帮助ULK1/FIP200复合体稳定定位于ER的自噬小体形成处。在VAPA/B 敲低细胞中,ULK1 的聚集明显减少。此外,VAPA/B也与WIPI2蛋白具有相互作用,帮助ER-IM 互作的形成。同时,在VMP1 敲除细胞中(该细胞中ER-IM 互作明显增加),VAPA/B与这些自噬蛋白的相互作用也明显增加。进一步研究发现,肌萎缩性脊髓侧索硬化症相关的VAPB P56S突变体,减弱了ULK1/FIP200复合体之间的相互作用,并且在早期抑制了自噬的过程,这与VAPA/B 敲低细胞中的表型一致。该研究揭示了VAPA/B可以直接与自噬蛋白相互作用,进而稳定ER-IM互作,调节自噬小体的形成。

  同期杂志中,Bhawana Bissa博士和Vojo Deretic教授发表评论综合介绍了张宏实验室近期在该领域的两项重要工作, ER膜蛋白VMP1(Mol. Cell, 2017)和VAPA/B(Curr. Biol., 2018)如何调节自噬小体与ER的互作,并高度评价这两项工作对研究自噬早期阶段的重要意义(have shone a powerful light on early stages of autophagy),并称之为“砍断了戈尔迪之结(cutting the Gordian knot)”。

  张宏研究员为本文的通讯作者,张宏课题组副研究员赵燕和博士研究生刘楠为本文的共同第一作者。该课题获得国家自然科学基金、中科院先导B类项目和中科院前研局的资助。

31   2018-08-08 14:38:56.647 东北地理所在湿地黑碳研究中取得系列进展 (点击量:0)

  黑碳是生物质或化石燃料不完全燃烧产生的具有多孔结构的稳定性碳,被认为是全球碳循环的重要组成部分。在大气传输过程中,黑碳气溶胶不仅可以影响全球气候变化,同时可作为载体传输持久性有机污染物;伴随大气环境中黑碳的沉降,土壤碳库中稳定性碳的比例和土壤理化性质都受到其显著影响。近百年来,人类活动的加剧使人为源黑碳的产生量逐渐增加。但目前国际上评估土壤中黑碳对自然生态系统影响的相关研究比较缺乏,特别是针对湿地生态系统的研究更加缺乏。

  中国科学院东北地理与农业生态研究所湿地演化与生态功能学科组于2012年开始逐步开展评估黑碳对湿地生态系统碳循环影响的相关工作,目前已完成对东北地区典型湿地分布区中黑碳储量以及近百年来黑碳沉积通量的重建工作。研究结果表明,湿地中黑碳含量约占有机碳含量的5.4%,并以此推断全球北方泥炭地中黑碳储量约为290亿吨,相当于1100亿吨二氧化碳长期稳定地储存在泥炭地土壤碳库中。湿地生态系统黑碳沉积过程不仅受到区域经济发展的影响,同时也与各区域人类活动方式有着密切的关系。20世纪80年代之前,三江平原的农业资源开发和大兴安岭的林业资源开发均造成了黑碳沉积通量在当地湿地生态系统中明显增加,其中黑碳沉积通量在部分时期超过了100g C/m2.a。随着自然资源开发活动逐渐受到环境友好政策的限制,各区域人为活动对黑碳沉积通量影响的差异性逐渐降低,东北地区典型湿地的黑碳沉积通量主要受到区域经济发展和工业化程度的影响。20世纪80年代以后,东北东部地区的湿地黑碳沉积通量逐渐增加并明显高于西部地区。通过一系列研究,重建了东北地区沼泽湿地黑碳累积历史,阐明了黑碳累积的空间分布差异,探讨了黑碳累积的影响因素,增进了对东北地区沼泽湿地固碳潜力的理解。在此基础上,首次估算了全球湿地稳定性碳(黑碳)储存量,其明显高于其它陆地生态系统,进一步论证了湿地生态系统的生态重要性。上述系统研究在湿地黑碳研究方面位于国际前列。

  上述研究得到国家自然科学基金(41271209;41571191)、国家重大科学研究计划(2012CB956100)和国家重点研发计划(2016YFA0602300)的资助。研究成果发表在Land Degradation & Development,Geoderma、Journal of Soils and Sediments 等国际期刊上。

32   2018-08-08 14:41:23.207 国家纳米中心红外非易失性存储器研究获进展 (点击量:0)

  二维层状半导体材料是层内以强的共价键或离子键结合而成,而层与层之间依靠弱的范德华力堆叠在一起的一类新型材料。通常其表面没有化学悬键,这个特征使载流子免于表面粗糙度及陷阱态的影响,从而能够获得较高的载流子迁移率。但超薄的特性导致其具有小的吸收截面,二维的尺寸限制和低的静电屏蔽导致二维材料具有大的激子束缚能,而且强烈的库伦相互作用也会通过俄歇过程增加光生电子空穴在缺陷处的复合。这些弊端都限制了二维材料在光电探测上的应用。中国科学院国家纳米科学中心何军课题组将范德华外延法应用于光电性能优异的非层状硫族半导体材料二维化生长,从六方晶体到立方晶体结构,从单组分到复杂的三组分体系,分别实现了Te、Pb1-xSnxSe、PbS等具有不同晶体结构的非层状材料的二维化及阵列结构(Advanced Materials. 2017, 29, 1703122;Advanced Materials. 2016, 28, 8051-8057;Nano Letters. 2015, 15, 1183-1189)。在此研究基础上,为了解决二维层状材料的弊端,并利用非层状硫族半导体高效的光吸收性能。通过范德华外延实现了边缘接触的层状非层状范德华异质结:硫化铅/二硫化钼(PbS/MoS2)和硫化铅/石墨烯(PbS/graphene)异质结(Nano Letters. 2016, 16, 6437-6444; Advanced Materials. 2016, 28, 6497–6503)。窄带隙的PbS与二维材料形成内建电场使光生电子空穴空间分离,有效阻止了二维材料中光生电子空穴的快速复合。另一方面二维材料的高迁移率极大地提高了光电导增益,实现了高性能的红外探测器件的制备。

  在二维半导体材料可控生长及其电子和光电子性质的研究基础上,何军课题组进一步实现了一种基于二维材料MoS2/PbS范德华异质结的红外非易失性存储器。该器件能把红外光信号高效地转换为电信号,而且能实现稳定存储。这种器件不仅展现出了极高的红外光探测性能:光响应度超过107安培每瓦,光增益超过1011,探测率超过1015琼斯,而且具有极其稳定的光存储性能,存储时间超过104秒。此外该存储器可以通过脉冲栅压擦除,经过2000次循环仍能保持稳定。结合理论模型与实验数据,研究人员发现光存储机制来源于PbS中光生电子注入MoS2,界面势垒ФR阻止MoS2里面的电子反向注入PbS。光生空穴被局域在PbS价带或者缺陷产生光栅作用,诱导电子浓度大约2.4×1024 cm-3,出现光存储。加脉冲栅压MoS2电子浓度增加,MoS2中电子通过量子遂穿注入PbS与局域空穴复合,光存储被擦除。当脉冲栅压从10增加到100V,栅压诱导的电子从0.6×1024 增加到2.5×1024 cm−3 ,这个值跟光栅诱导的电子浓度非常接近。以上实验观测与理论模型(随脉冲栅压增加MoS2中注入到PbS中的电子浓度增加)相一致。850, 1310 和1550 nm 这三个波段是光纤损耗比较低的波段,被广泛应用于光纤通讯,该光存储器能有效将这三个光纤通讯波段的光信号转换为电信号并实现稳定存储。这种应用于红外通讯波段的非易失性存储器目前是首次报道。这项研究成果为光电子存储以及其逻辑电路提供了新思路,相关研究成果日前以Nonvolatile infrared memory in MoS2/PbS van der Waals heterostructures 为题发表在science advances(Sci. Adv. 2018; 4 : eaap7916)上。

  该研究工作得到了国家杰出青年科学基金、科技部重大科学研究计划等的支持。

33   2018-08-08 14:44:25.247 地质地球所等提出微生物趋磁性古老单起源的新模型 (点击量:0)

  地磁场不仅是保护地球生物圈免受太阳辐射和宇宙射线伤害的一道屏障,而且提供了一幅天然的“磁导航地图”,使得许多具有感磁能力的生物可以利用地磁场进行定向或迁徙。趋磁细菌是一类能进行感磁运动的微生物,它们在体内通过生物矿化作用合成纳米级、链状排列并由生物膜包被的铁磁性颗粒——磁小体(Fe3O4或Fe3S4)。磁小体链的功能类似指南针,可以帮助趋磁细菌在地磁场中定向,因此被认为是具有明确功能的感磁受体。对趋磁细菌的研究不仅有助于认识生物趋磁性和生物矿化的起源和演化,而且对于理解高等生物、甚至人体内类似的感磁过程和机理等具有重要意义。

  已有研究发现,趋磁细菌在现今自然界水环境和沉积物环境中广泛分布并行使重要的地质环境功能。但关于趋磁细菌的起源和演化一直存在争论:多起源模型认为合成Fe3O4和Fe3S4的趋磁细菌类群是各自独立起源并分开演化的,而水平基因传递模型则认为调控磁小体合成的关键基因在不同微生物类群中发生频繁的水平基因转移是趋磁细菌演化的主要驱动力。近年来,磁小体基因簇的发现为深入研究和认识趋磁细菌的分类、起源和演化提供了可能。

  中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理重点实验室生物地磁学研究团队研究员林巍、潘永信等,联合澳大利亚国立大学和美国内华达大学拉斯维加斯分校的合作者,开展了迄今规模最大、跨越南北半球的趋磁细菌多样性和宏基因组研究,结合对公共数据库中已发表微生物基因组数据的筛选,共获得了28条、分属于3个细菌门类的环境趋磁细菌的基因组草图,首次发现了属于ζ-变形菌纲(Zetaproteobacteria )和λ-变形菌纲(CandidatusLambdaproteobacteria)的趋磁细菌,确认了原先划分为α-变形菌纲的趋磁球菌应为一个独立的新纲——η-变形菌纲(CandidatusEtaproteobacteria)。进一步对获得的磁小体基因簇进行系统发育研究和对比分析,发现调控Fe3O4和Fe3S4磁小体合成的核心基因具有共同的起源,垂直基因传递是其演化的主要驱动力,不支持多起源模型和水平基因传递模型。基于上述研究,提出了微生物趋磁性古老单起源的新模型,认为趋磁细菌的共同祖先在地质历史早期的太古代已经起源,在随后的演化中一部分微生物逐渐丢失磁小体基因簇成为不能趋磁的微生物,而在另一部分类群中磁小体基因簇保留下来并在演化中发生谱系特异性变化,逐渐形成了种类多样且在系统发育树上呈不连续分布的现生趋磁细菌。

   上述研究成果近期在《国际微生物生态学会会刊》发表(Lin et al. Genomic expansion of magnetotactic bacteria reveals an early common origin of magnetotaxis with lineage-specific evolution. The ISME Journal. doi: 10.1038/s41396-018-0098-9)。该研究受国家自然科学基金创新研究群体、中科院重点部署项目、中科院青年创新促进会等项目资助。

34   2018-07-30 16:56:06.247 毫秒脉冲星J0437–4715的视差距离高精度测量研究获得极优参考点 (点击量:0)

        遥远的星系中央的致密射电辐射,不仅可以示踪超大质量黑洞的存在,也可以用来作为天空平面稳定参考点,测量其附近脉冲星的距离。利用这种相对位置测量方法,分布于世界各地的射电望远镜组成的甚长基线干涉测量(简称VLBI)网观测可以精确测量银河系之内脉冲星位置的周期性变化,即周年视差,进而解算出视差距离。

  近期,中国科学院云南天文台射电天文研究组博士生李志玄、瑞典Onsala天文台研究员杨军和上海天文台研究员安涛等人在距毫秒脉冲星J0437–4715的一个角分之内的天区中发现了两颗银河系之外的致密射电源,可用作极优的参考点精确测量此脉冲星距离,该工作发表于英国《皇家天文学报》。

  此发现不仅极其幸运(约千分之一的概率),而且有助于团队后续VLBI观测中成倍提高其距离测量精确度,达到误差约1光年(约为其距离的0.2%)的极高测量水平。同时,由于此毫秒脉冲星是已知计时观测最稳定的脉冲星之一,通过VLBI视差距离和到达时间观测测量得到的动力学距离比较,还可探讨牛顿引力常数G的时间稳定性对脉冲星双星系统的微弱影响,给出G的变化率的更高精度的上限。

  这项研究也是云南天文台40米射电望远镜首次与澳大利亚VLBI网(简称LBA)联合天文VLBI观测的结果。在此项研究中,云南天文台射电望远镜独一无二地提供了大量基线长度在6000千米以上的高灵敏度数据,扮演了关键角色。

  文末附图中的左右两侧的小图分别展示了这两颗射电源R1和R2的VLBI观测图像。在天空平面上,二者距脉冲星J0437–4715为13角秒和45角秒。由于两者VLBI结构致密,多频观测的射电流量密度差别较小,为光学厚的射电谱,并且流量长期稳定,因此二者只能是河外星系中央的致密射电核。鉴于这三颗射电源彼此极其接近,可用一套VLBI观测系统,在较高的观测频率上,对三颗源开展同时观测。在后续的数据处理中,通过作差法,以最亮的脉冲星作为校准源可极其干净地剔除数据中各种系统误差,精确测量相对位置。在不久的将来,若利用观测带宽(大于等于4GHz)的VLBI观测,相对位置测量精度有望突破当前约十万分之一角秒的观测极限。

35   2018-07-30 17:05:06.553 广州地化所揭示δ98/95Mo在化学风化过程中分馏的新机制 (点击量:0)

        限定陆源输入到海洋Mo同位素组成和通量是运用Mo同位素反演地质历史时期全球海洋和大气缺氧事件重要的前提。厘清Mo同位素在地壳岩石风化过程中分馏机制和探寻风化产物中偏轻的δ98/95Mo的主要宿主是限定河流输入到海洋中Mo同位素通量的主要途径。然而,目前关于Mo同位素在岩石化学风化过程中的具体分馏机制仍然不清楚,同时,风化产物中偏轻的δ98/95Mo的主要宿主仍未找到。因此,解决以上两个科学问题对于限定陆源输入到海洋的Mo同位素组成通量和完善Mo同位素指示功能具有重要的意义。

  最近,中国科学院广州地球化学研究所韦刚健研究团队(稳定同位素地球化学学科组)王志兵博士及合作者调查了中国华南地区花岗岩风化剖面(长约40米)全岩、不同化学提取相态、粘土矿物组分以及剖面周边河流的δ98/95Mo组成特征。全岩结果显示,从风化剖面底部到顶部,Mo的迁移率(τ MoTiO2)从59.1%逐渐降低到 –77.0%,而δ98/95Mo组成从–1.46‰逐渐升高到–0.17‰。研究表明,风化剖面中δ98/95Mo组成的这种变化特征主要受吸附和解吸附过程控制,在这个过程中偏轻的δ98/95Mo优先被吸附和释放。依据化学提取实验进一步得出,Fe氧化物是风化产物中Mo的主要吸附体或宿主,其占据总Mo比例为41.5%–86.2%,同时,Fe氧化物相态δ98/95Mo组成(–1.57‰ - –0.59‰)偏轻于相应的全岩。因此,研究认为Fe氧化物吸附和解吸附过程控制着风化剖面中δ98/95Mo组成的变化特征。最后,通过对比风化剖面和河流δ98/95Mo组成特征相对于母岩的分馏程度,发现二者互补性明显,进一步说明了岩石化学风化控制着河流Mo同位素组成特征,进而影响着陆源输入Mo同位素组成和通量。

  该研究首次提出Fe氧化物控制着化学风化过程中Mo同位素的分馏,其对深入了解化学风化过程中Mo同位素分馏机制和地表过程Mo同位素平衡问题具有重要的意义。

  相关成果发表在Geochimica et Cosmochimica Acta期刊上。该项研究获得了国家自然科学基金和广州市科学(技术)研究专项重点项目项目资助。

36   2018-07-30 17:09:31.3 海洋所在海洋多糖、寡糖调控小麦碳氮代谢研究领域取得新进展 (点击量:0)

        日前,美国化学会(ACS)出版的农业领域Top期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry以封面文章形式刊发了中国科学院海洋研究所李鹏程研究员团队在海洋多糖、寡糖调控小麦碳氮代谢研究领域取得的重要进展,研究结果为壳聚糖、壳寡糖作为新型生物刺激素的深度开发奠定了理论基础。

        小麦是我国主要粮食作物,如何提高小麦产量及抗病害能力是农业领域的重大课题。该论文报道了来源于虾、蟹等甲壳动物外壳的壳聚糖,经水解得到壳寡糖。壳寡糖不但可以激活植物的固有免疫来抵抗病害,还可以促进植物的生长发育,具有巨大的应用开发潜力。然而,由于水解得到的壳寡糖聚合度不确定,很难明确具体哪些活性寡糖分子在发挥作用,信号转导途径及代谢调控机制也不甚明了。

  为揭示壳寡糖促进植物生长的构效关系及代谢调控机制,李鹏程研究团队在国内外率先分离纯化出多种高纯化的单一聚合度壳寡糖单体,并进一步通过多组学手段深入研究了小麦对不同聚合度壳寡糖单体的代谢响应机制。研究表明,壳寡糖可以促进小麦PSⅡ放氧复合体的组装,提高光能利用率,进而提高小麦的光合作用;同时,壳寡糖促进小麦碳氮代谢、激发小麦生物胁迫和非生物胁迫应答,WAK、CCaMK、PI-PLC等可能参与了壳寡糖信号在植物细胞内的识别与转导;另外,WRKY51、NAC4等转录因子以及miR156、miR159a、miR164、miR171a、miR167c、miR319和miR1127等miRNAs也参与了壳寡糖对小麦生长发育的调控。本研究为壳聚糖、壳寡糖作为新型生物刺激素的深度开发奠定了理论基础。

  文章第一作者为张小倩博士,研究得到了国家自然科学基金、山东省重点研发计划项目、国家海洋公益专项和青岛海洋科学与技术国家实验室科技创新专项项目资助。

        近年来,李鹏程研究员团队已在Journal of Agricultural and Food Chemistry、Frontiers in Plant Science、Carbohydrate Polymers等JCR一区刊物发表了一系列有关海洋生物多糖作为生物刺激素激发植物抗性、促进植物生长等方面的原创性成果,展示出中科院海洋研究所在利用海洋生物资源应用于陆地农业领域的国际前沿地位。

37   2018-08-01 16:50:12.037 中国科学家首次观测到化学反应中的“日冕环”现象 (点击量:0)

        近日,中国科学技术大学王兴安教授和我所孙志刚研究员、张东辉院士、杨学明院士合作,首次利用自主发展的目前最高分辨率的交叉分子束离子成像技术,观测到了化学反应散射中日冕环的现象,并结合量子分子反应动力学理论分析,首次揭示了该现象所隐藏的反应动力学机理。该研究成果发表在《自然化学》(Nature Chemistry)上。

  当大气中的微小水滴被阳光照射时,如果气象条件良好,人们可以在太阳周围观察到一系列美丽的光环,大气光学中称之为日冕环。大气光学的研究表明,这一自然现象的产生源于光在水滴表面前向衍射所产生的光干涉图像。就物理角度而言,其产生的原理与著名的杨氏双狭缝干涉现象极为类似,均是由光量子的波动特性而产生的干涉现象。更值得一提的是,日冕环的结构可帮助人们直接分析推测出空气中水滴的大小。

        与大气光散射相似,气相化学反应从严格意义上来说是原子与分子的散射过程,比较独特的是,在这一散射过程中伴随着旧化学键的断裂和新化学键的形成。反应产物的空间散射结构,直接反映了化学反应进程的微观机制。因此,对分子态-态分辨的散射动力学的研究是深入理解气相分子反应机理的重要方法。近年来,速度成像技术逐渐成为研究化学反应机理的重要实验方法。为了能够更加准确的获得反应态-态信息,研究人员一直致力于提高成像实验的分辨率。

  王兴安和杨学明领导的团队自主研制了一台独特的结合阈值激光电离技术以及速度成像技术的交叉分子束反应动力学研究装置,使得实验上获得的H原子产物的速度分辨率达到了世界上同类仪器的最好水平。利用这一装置,研究小组开展了对化学中最经典的H+HD→H2+D反应的实验动力学研究。他们首次测得了这一反应产物全量子态分辨的产物速度影像,并且在实验上首次观测到了反应前向散射产物中存在的角分布振荡现象。孙志刚和张东辉等人通过精确量子动力学分析,发现这一角分布振荡现象其实是由散射过程中的少数几个分波散射的角分布结构引起的。通过对这些振荡结构的测量和分析,我们可以了解到引起前向散射的反应过渡态和中间体的大小,也可以知道这些前向振荡结构是具体来源自哪几个散射分波。通过他们的研究发现,这些在化学反应中首次发现的前向散射振荡结构在三维散射图像中与大气光学中观测到的日冕环的散射图像非常相似:通过观测光与水滴的日冕环散射,我们可以了解自然界中的水滴的大小;而通过观测化学发应中的前向角分布振荡结构,我们可以清晰地研究化学反应的过渡态结构以及动力学。

        这项研究工作得到了国家自然科学基金科学中心项目和中国科学院战略先导项目(B类)的支持。

38   2018-07-30 17:34:05.457 上海硅酸盐所研制出新型火灾自动报警耐火壁纸 (点击量:0)

        壁纸具有色彩多样、图案丰富、绿色环保、使用方便、价格适宜等优点,在房屋的室内装修中越来越受到人们的青睐。然而,目前市场上很多壁纸易燃烧,具有安全隐患。另一方面,火灾报警系统对于火灾预警和救援至关重要,如果能将火灾报警系统集成在壁纸上,就能够及时地发出火灾警报,避免造成人员和财产损失。

  最近,中国科学院上海硅酸盐研究所朱英杰研究员带领的科研团队在新型无机耐火纸的研究工作基础上,成功地研制出新型火灾自动报警耐火壁纸。它是由羟基磷灰石超长纳米线作为原料制成的耐火纸以及氧化石墨烯温敏传感器二部分构成的。氧化石墨烯在室温下不导电,但遇到火灾后,火焰产生的高温可去除氧化石墨烯中的含氧基团,使其由不导电转变为导电状态,这样就可以触发报警装置,在发生火灾的第一时间自动发出火灾警报。研究团队发展的制备方法很简单,只需通过在耐火纸表面涂覆氧化石墨烯水分散液,然后连接金属导线作为电极,就可制备出氧化石墨烯温敏传感器。但是,存在的问题是氧化石墨烯易燃烧,在火灾中报警只能持续几秒钟,不能长时间持续地工作。研究团队通过采用聚多巴胺对氧化石墨烯进行表面修饰,大大提高了氧化石墨烯温敏传感器的灵敏度和阻燃性能,使传感器具有低的热响应温度(126.9℃)、快速响应时间(2秒)和较长的持续报警时间(5分钟以上)。温敏传感器尺寸小,可以在耐火纸的任何位置上制备,例如将其放在耐火纸的背面,在火灾中耐火纸对传感器可以起到保护作用,而且不会影响美观。相关研究结果发表在国际权威期刊《美国化学会-纳米》 (ACS Nano, 2018,12, 3159–3171;I.F.=13.942),并入选“美国化学会编辑们选择的论文”(ACS Editors’ Choice)。美国化学会经过大约500名期刊编辑的提名推荐,每天从其出版的全部63种期刊中选定1篇具有重大科学意义的优秀论文入选“编辑们选择的论文”(入选率低于1%),成为永久免费阅读文献,并发布到美国化学会主页上,以头条和图片的形式滚动播放一周。美国化学会志JACS主编Peter Stang指出,理想情况下编辑推荐的每一篇论文都会包含使该领域的固有模式发生转变的新概念。3月19日国际著名期刊美国化学会“Chemical & Engineering News”对该研究工作做了专题报道。3月29日“Phys.org”、4月12日“New York Post”、4月13日“World Industrial Reporter”、4月13日 “Global Construction Review”、4月13日“Innovation Toronto”、4月18日“Springwise”等多个国外媒体和杂志进行了报道。

  新型火灾自动报警耐火壁纸具有优异的耐高温和耐火性能,可耐1000℃以上的高温,在一般的火中不管灼烧多长时间都不会燃烧。此外,新型火灾自动报警耐火壁纸环境友好,其主要成分羟基磷灰石超长纳米线是典型的生物材料,生物相容性好,可用于人体骨缺损修复,特别适合于与人体近距离接触的日常生活应用;其柔韧性好,可以做成各种所需形状,也可以染成各种颜色,还可以打印或印刷各种彩色图案和文字,制成优美的新型火灾自动报警耐火壁纸。   

  目前,该研究团队正在探索低成本量产技术,希望能尽快将新型火灾自动报警耐火壁纸产业化。未来,新型火灾自动报警耐火壁纸或许能够成为商品进入普通百姓的家中。

  相关研究工作得到国家自然科学基金委和上海市科委等资助。

39   2018-07-30 17:37:36.057 合肥研究院在透明导电氧化物薄膜研究中取得系列进展 (点击量:0)

        近期,中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所功能材料研究室在透明导电氧化物(transparent conducting oxide, TCO)薄膜研究方面取得系列进展,相关成果相继在Advanced Electronic Materials (Adv. Electron. Mater. 4, 1700476 (2018)),Journal of Materials Chemistry C (J. Mater. Chem. C 5, 1885 (2017)),Chemical Communications (Chem. Commun. 50, 9697 (2014))等杂志上发表。

  一般而言,材料的透明特性和导电性互不兼容。自然界中透明的物质(如玻璃)往往不导电,导电的物质(如金属)往往不透明。实现透明性和导电性共存的主要措施是选择宽禁带半导体或绝缘体以确保可见光区的高透明性,再通过元素掺杂来引入载流子以实现导电性。按照该方法可实现具有高可见光区透明性和良好导电性共存的一类非常重要的材料体系即TCO。迄今,TCO薄膜已广泛应用于平板显示、太阳能光伏电池、触摸屏和发光二极管等领域。

  TCO材料根据导电载流子的类型分为n型即电子导电型和p型即空穴导电型。在n型TCO方面,近来有相关报道表明,宽带隙钙钛矿BaSnO3基TCO表现出很高的室温载流子迁移率,因而有望取代广泛应用的锡掺杂氧化铟(In2O3:Sn, ITO)成为下一代TCO材料。固体所研究人员基于溶液法制备出了钙钛矿BaSnO3薄膜,经La元素掺杂及薄膜位错密度调控,获得了具有与真空法制备的BaSnO3薄膜相比拟的室温载流子迁移率(~23 cm2/Vs),且可见光透过率超过80%,并提出氧空位是决定该体系载流子迁移率的重要调控因素。相关结果发表于Applied Physics Letters (Appl. Phys. Lett. 106, 101906 (2015))。进一步,科研人员通过在Sn位Sb掺杂提高了薄膜的载流子浓度,实现了薄膜电导率的大幅提升,构建了BaSnO3基薄膜溶液法生长机理与光电性能的关联。相关结果发表于ACS Applied Energy Materials (ACS Appl. Energy Mater. 1, 1585 (2018))。

  与n型TCO相比,p型材料的性能和应用远落后于n型材料体系。这源于金属氧化物的电子结构与能带结构:金属氧化物中的金属原子与氧原子以离子键结合,氧的2p能级远低于金属的价带电子能级。由于氧离子具有很强的电负性,对价带顶的空穴具有很强的局域化束缚作用,从而即使在价带顶引入空穴,也将形成深受主能级,导致空穴载流子很难在材料中移动。理论设计已表明在铜铁矿体系中可获得透明和p型导电共存。而Ag基和Cu基铜铁矿相比较而言,具有更宽的光学带隙及更低的光吸收系数。但由于Ag2O易于分解,导致Ag基铜铁矿无法在开放系统中成功制备。固体所研究人员基于溶液法首次在开放系统中成功制备了Ag基p型铜铁矿AgCrO2薄膜。该薄膜表现出(00l)晶面自组装生长特征,且表现出较高的室温电导率及可见光透过率。相关结果发表于Journal of Materials Chemistry C (J. Mater. Chem. C 5, 1885 (2017)),并被选为封面及2017年度热点文章。

  此外,研究人员基于电子-电子关联作用可有效调节材料的能带结构和电子结构,设计并制备了两种新型p型TCO薄膜。采用溶液法制备了强关联Bi2Sr2Co2Oy薄膜,该薄膜表现出优良的p型透明导电特征,室温电导率超过222 S/cm,可见光区透过率超过50%。相关结果发表于Chemical Communications (Chem. Commun. 50, 9697 (2014))。采用脉冲激光沉积制备了一种新型p型透明导电氧化物薄膜材料——钙钛矿结构La2/3Sr1/3VO3。在该薄膜材料中实现了导电性和光学透过率的良好平衡,获得了截至目前最高的透明导电优值。相关结果发表于Advanced Electronic Materials (Adv. Electron. Mater. 4, 1700476 (2018)),并被选为卷首插页。

40   2018-07-31 15:55:30.99 天津工生所在黑曲霉基因组编辑方面取得进展 (点击量:0)

        CRISPR/Cas9系统作为新一代基因组编辑技术,为生命科学的研究提供了革命性的工具,为生物技术在医药、农业、工业领域的应用迎来了新机遇。但是在很多真核生物中,由于缺乏向导RNA高效表达方法,CRISPR/Cas9系统的建立和应用受到很大制约。黑曲霉是一种重要的工业微生物,其产品柠檬酸、酶制剂等在食品、医药、化工等领域用途广泛,然而目前仍然无法实现对黑曲霉的高效基因组编辑,限制了其工程应用潜力的发挥。

  近日,中国科学院天津工业生物技术研究所研究员孙际宾带领的系统生物学中心与研究员郑平带领的系统与合成生物技术研究团队合作,首次在重要工业微生物黑曲霉中提出以核糖体5S rRNA基因为启动子介导sgRNA的表达,开发了一种基于5S rRNA的新型高效的CRISPR/Cas9系统,使Cas9对黑曲霉基因组定点切割效率可达100%。以此建立了黑曲霉高效基因组编辑工具包,以40 bp的短同源臂供体DNA可以简便地实现单位点、多位点的基因敲入以及长至48 kb的大片段DNA敲除等基因组精准编辑。该新型CRISPR/Cas9系统有效解决了黑曲霉sgRNA的活性表达问题,突破了黑曲霉基因组高效编辑的瓶颈,为认识黑曲霉工业潜力的生物学分子基础,进一步提升其工业应用性能,开发新型细胞工厂和新产品提供了强有力的技术支撑。同时,由于核糖体5S rRNA的高度保守性,在任意生物中都可以快速找到其5S rRNA基因,基于5S rRNA的向导RNA表达策略的提出,为解决真核生物向导RNA表达难题、实现CRISPR/Cas9基因组编辑系统在各种真核生物的建立和应用开辟了普适性的新思路。

  该研究得到国家自然科学基金青年与面上项目以及中科院国际人才计划等项目的支持,相关研究成果已发表在期刊ACS Synthetic Biology上。天津工生所助理研究员郑小梅为论文的第一作者。

41   2018-07-31 16:03:16.82 福建物构所发现光致变色材料在电学中的新应用 (点击量:0)

        光致变色材料具有在两个颜色、电子/分子结构不同的两个稳态之间可逆切换的特点,它们已被用于油墨、化妆品、眼镜、汽车等行业,并在分子开关、射线检测、光限束、生物成像、生物活性控制、液晶形貌控制、分子机器等多个方面展示了诱人的应用前景。中国科学院福建物质结构研究所郭国聪和王明盛研究团队,在国家自然科学基金面上项目、中国科学院前沿重点项目和青促会优秀会员项目、福建省自然科学基金杰青滚动支持项目等资助下,近年以无机-有机杂化光致变色材料为研究对象,开展了系统地研究,取得了系列成果(Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 3269、2008, 47, 3565、2008, 47, 4149、2012, 51, 3432、2014, 53, 9298、2014, 53, 11529、2017, 56, 7900;J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 10882;Chem. Commun., 2010, 46, 361,Feature article)。电子转移型光致变色材料在光照后容易发生电子转移,生成稳定的电荷分离态。电子本身可以作为载流子,因此电子密度的改变有望用于调制半导体的电学性质。近期,该团队在光致变色材料的电学应用研究方面取得新的突破。
  一、会变色的光吸收剂:一种可以提高光吸收范围、电导、光电导、稳定性的结构设计新策略

        光吸收剂是太阳能电池的关键材料。从实用角度讲,一种好的光吸收剂需要有宽的吸收带、长寿命的电荷分离态、高的电荷传输能力和高的稳定性。卤化铅钙钛矿太阳能电池具有很高的光电转化效率(>22%),但卤化铅光吸收剂(如甲铵碘化铅)在光、热、湿度环境下的弱稳定性仍然制约着其商业化应用。除了进一步提高铅卤钙钛矿材料稳定性之外,发展新的设计策略,以探索能够满足这些条件的光吸收剂,具有重要意义。
  据文献报道,电子转移型光致变色材料可以形成长寿命的电荷分离态和覆盖可见光区的特征吸收带,且有机π共轭半导体获得电子后可以显著提升电导率。结构缺乏刚性是卤化铅钙钛矿稳定性差的一个重要原因。如果无机组份和无机组份以共价键相连,那么材料的稳定性有望得到提升。基于此,团队希望合成出一种无机-有机杂化卤化铅半导体,其有机组份具有电子转移光致变色活性而可以形成与无机组份共价相连的有机半导体。很多例子表明,阳离子-π相互作用有利于形成有机半导体,且羧基易与卤化铅配位成键。在这些想法的指导下,团队设计合成了一种由半导的无机纳米带与半导的有机π聚集体共价键连接而成的光致变色氯化铅半导体{[Pb3Cl6(CV)] H2O]}n。该半导体具有很高的光、热、湿度稳定性,发生电子转移型光致变色后,吸收边从500 nm左右拓展到900 nm左右,电导率增加高达3个数量级,同时光电流也得到了明显提升。理论计算和实验数据表明电导率的增加来自于变色后有机π聚集体间更强的电子耦合相互作用和价带顶端电子态密度的增加,增强的光电流主要来自半导的π聚集体的贡献。该项工作获得光可切换半导体目前最高记录的电导率光切换比,首次通过光致电子转移实现光电流调控,发展出可以提高光吸收剂稳定性的新方法,对设计合成新的太阳能电池用光吸收剂具有借鉴意义。相关研究成果发表在J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 2805–2811(DOI: 10.1021/jacs.7b10101)。
  二、可作为过温颜色指示器或自恢复保险丝的热致变色半导体:一种可以实现遇热变色并降低电导率、降温处理又可以褪色并提升电导率的结构设计策略

        近年来,在光、热、压力、磁场、电场等外部条件刺激下能响应的半导体引起了广泛的兴趣。它们不需要改变组成和结构就能调制电学性质,可用作传感器和开关器件。如果一种半导体具有热可切换的双稳态,也就是具有热致变色性能的话,就可能产生新的应用。比如,可以作为“过温颜色指示器”监控电路是否出现过载、短路或外部热源等情况。如果温度升高后导电性下降,温度降低时导电性又增强,则还可以作为“自恢复保险丝”。能满足以上条件的半导体鲜有报道。郭国聪和王明盛研究团队提出,在半导体中引入一种受热后能改变颜色且能改变载流子浓度的热活性有机组份,有望获得这种半导体。
  该团队在前期工作中发现吡啶盐类化合物不仅具有光致变色性能还可能具有热致变色行为(J Mater Chem C 2015, 3, 253)。文献还有例子表明吡啶盐类组份,比如紫精离子,在获得电子并把它定域后可以降低电导率。基于这些想法,团队合成了一个含有甲基紫精离子MV2+的三维开放框架溴化铅半导体,{(MV)2[Pb7Br18]}n。该半导体具有类钙钛矿结构,热稳定性、湿稳定性都很好,在2200C下加热,发生溴化铅半导体框架到甲基紫精离子MV2+的电子转移,生成稳定自由基产物,颜色也从黄色变到棕色。变色产物在空气中非常稳定,但在比较低的温度,如150 0C,加热下又能彻底褪色,重新在220 0C下加热又能再次变色。变色后,该半导体的电导率下降了接近1个数量级。理论和谱学数据表明电导率下降主要源于电子被MV2+捕获后,与附近的空穴形成了束缚能力很强的Frenkel激子,使得半导体的载流子数显著减少。该工作提出热致变色半导体在电路过温指示、过载保护等方面的应用新思路,首次把电子转移型热致变色应用于半导体的电学控制,为调制半导体性能提供了一种新的物理手段。相关研究成果发表在Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 554–558(DOI: 10.1002/anie.201610180)。

42   2018-08-01 16:36:02.693 新疆生地所在超高分辨率遥感图像分类及新型集成学习算法构建方面取得进展 (点击量:0)

        在城市管理、生态环境分析、规划以及景观分析方面,高质量且精细地表信息图发挥着至关重要的作用,卫星、飞机、无人机平台获取的高分辨率、超高分辨率遥感图像则可以以直观、时效、低成本方式提供高质量且精细地表信息。然而,受城区地表结构复杂、多光谱影像辐射分辨率较低及成像几何畸变等因素影响,高分辨率尤其是超高分辨率遥感图像的高精度解译一直是个挑战性的问题。

  通常在超高分辨率遥感图像分类中加入纹理、面向对象、形态学剖面等空间特征可大大提高其分类精度,但以上这些方法依然存在一定的缺陷,例如:1)纹理算子移动窗口大小、方向的选择对纹理特征的有效性直观重要,且一个移动窗口作用于正副图像其效果不一致;2)面向对象方法受限于所采用的图像分割算法,且分割算法的最优参数直接由所要处理的图像尺度、分辨率、复杂度等决定;3)传统形态学剖面(Morphological profiles, MPs)及扩展的形态学剖面(Extended morphological profiles, EMPs)不能有效提取纹理信息;4)部分重构的形态学剖面(Morphological profile with partial reconstruction, MPPR)会过度重构细节特征;5)形态学剖面、扩展的形态学剖面以及部分重构的形态学剖面采用的基本结构算子(Structural elements, SEs)数量、结构、尺度有限,不可能完全正确匹配整副超高分辨率遥感图像中所有结构特征。

  针对上述问题,中国科学院新疆生态与地理研究所吉力力·阿不都外力研究员团队成员阿里木·赛买提博士利用最大稳定极限区域(Maximally stable extremal region, MSER)提取方法提取了城区超高分辨率遥感图像中的所有最大稳定区域,并将这些稳定区域作为结构算子一次性匹配整副图像中的所有结构特征,提出了最大稳定极限区域引导的形态学剖面构建方法。此外,首次将极限扰动决策树(Extremely randomized decision tree, ERDT)及其集成形式ExtraTrees引入到超高分辨率遥感图像的分类,并提出了极限扰动旋转森林(Extremely randomized rotation forest, ERRF)集成学习算法,并成功应用于城区超高分辨率遥感图像的高精度分类。

  相关研究以Classification of VHR Multispectral Images Using ExtraTrees and Maximally Stable Extremal Region-Guided Morphological Profile为题发表于遥感领域权威期刊IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN APPLIED EARTH OBSERVATIONS AND REMOTE SENSING。研究得到了国家自然科学基金青年基金、中科院西部之光B类、新疆维吾尔自治区高层次人才引进工程等项目的资助。

43   2018-07-31 16:07:58.183 EAST放电中低杂波与电子回旋波协同产生高约束H模的机理研究获进展 (点击量:0)

        近日,中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所研究员徐国盛团队通过研究EAST典型的长脉冲放电等离子体,在ECRH关闭之后能量约束伴随内感缓慢大幅度降低的现象,揭示了低杂波和电子回旋波协同带来高约束的机制。并对电子热输运及其分布刚性进行了研究,加深了对EAST长脉冲放电中的能量约束特性的物理理解。这些新结果得到了国际同行的积极评价。该成果已发表在国际学术期刊Nuclear Fusion [H. F. Du, et al. Nucl. Fusion 58 (2018) 066011]上。

  要获得高约束的等离子体需要降低的热扩散和增强的等离子体辅助加热。在该文研究的EAST放电中,芯部的电子回旋波预加热改变了电子温度分布,由于低杂波功率沉积通过朗道阻尼条件依赖于电子温度分布,从而使得低杂波的沉积也在芯部峰化。EAST等离子体在低杂波芯部加热(即芯部电子加热)占主导的情况下,功率平衡计算显示电子热扩散在芯部比较低,因此芯部约束较好。此外,芯部峰化的低杂波沉积也使得低杂波驱动的电流在芯部峰化,这里低杂波驱动电流是主要的电流成分,因此使得等离子体内感较高。较高的内感可以改善等离子体约束并增加归一化比压极限。

  以上研究成果是等离子体所相关科研人员通力合作的结果,相关研究得到了国家磁约束核聚变能发展研究专项、国家自然科学基金、中科院青年创新促进会、中科院前沿科学重点研究项目以及中科院王宽诚率先人才计划“卢嘉锡国际团队”项目资助。本文进行的计算工作是在等离子体所的SHENMA高性能计算集群上进行的。

44   2018-06-20 18:07:31.04 广州地化所在地质样品Rb同位素高精度分析方法研究中取得进展 (点击量:0)

  中国科学院广州地球化学研究所稳定同位素地球化学学科组博士张卓盈和研究员马金龙等人利用Sr特效树脂,通过变化淋洗酸度(HNO3和Milli-Q),首次在同一根离子交换柱上实现Rb、K、Ba、Sr四种元素的一步分离,并且实现各元素接近100%的回收率。该团队成功建立了地质样品Rb同位素高精度分析的方法。其化学处理方法在节约淋洗酸体积、分离干扰元素(尤其是K),缩短实验周期等方面均明显优于现有的其它方法,使δ87Rb精度达到目前国际最高水准,为探究不同地质过程中Rb同位素分馏创造可能。

45   2018-07-31 16:10:29.677 中国整层气溶胶气候学综合特性研究取得进展 (点击量:0)

        5月10日,中国科学院遥感与数字地球研究所作为第一和通讯单位,在国际期刊《美国气象学会通报》(BAMS)上发表研究论文《中国整层大气气溶胶光学、物理、化学和辐射特性综合研究:太阳-天空辐射计观测网络(SONET)观测总述》(Comprehensive Study of Optical, Physical, Chemical, and Radiative Properties of Total Columnar Atmospheric Aerosols over China: An Overview of Sun–Sky Radiometer Observation Network Measurements)。这是首篇系统介绍中国区域整层大气气溶胶光学、物理、化学、辐射综合特性长期观测数据以及气候学统计分析结果的研究论文。

  相关工作是基于中科院太阳-天空辐射计观测网(SONET,http://www.sonet.ac.cn)长期观测获得的重要基础性研究成果。合作研究者来自国家卫星海洋应用中心、南京大学、中山大学、中科院地球环境研究所、浙江省舟山市海洋环境监测站、中科院上海技术物理研究所、中科院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所、成都信息工程大学、黑龙江大学、中科院遥感地球所喀什卫星接收站、中国资源卫星应用中心和西藏大学等10余家单位。

    气溶胶在地球辐射能量收支平衡和全球气候变化中起关键作用,被认为是全球气候变化评估中最大的不确定性因素(IPCC)。由于气溶胶成分复杂、时空差异性大,迫切需要增加对其的观测和了解。目前,中国地区的长期观测仍十分缺乏,特别缺少综合考虑“光学–物理–化学–辐射”参数的气候学分析结果。针对这一基础性挑战,遥感地球所研究团队联合国内外多家机构,经过长期的努力,在突破测量、定标、反演和质控等关键技术的基础上,建立了中科院气溶胶遥感地基观测网及数据处理系统和发布平台,开展中国地区整层大气气溶胶综合特性长期观测,服务于气候变化评估、卫星产品验证、大气环境污染等科学研究。

  此项研究工作基于SONET 2010至2016年中国区域16个观测站点(北京、哈尔滨、民勤、张掖、喀什、拉萨、三亚、海口、广州、舟山、上海、合肥、南京、成都、嵩山、西安)的连续数据,系统分析了大气整层气溶胶的光学(气溶胶光学厚度、AE指数、细模态比例、单次散射反照率)、物理(粒子谱分布)的时空分布及气候学特征。论文评审专家认为这是中国整层气溶胶综合气候学特性观测研究的里程碑性重要进展。

  这是首次基于遥感方法提供中国区域气溶胶化学成分(黑碳BC、棕色碳BrC、粗粒子CM、散射性细粒子FS、颗粒物含水AW)的试验性产品。与传统的气溶胶化学成分离线采样或在线分析技术相比,遥感方法首次获得了中国重点区域整层大气气溶胶成分含量,这是全球变化研究关注的重点问题。

  此项研究在获得自洽物理和化学成分参数的基础上,得以精确评估中国重点区域的气溶胶辐射效应(直接辐射强迫和辐射强迫效率),以及其对气候变化的影响。研究成果加深了对中国气溶胶性质特征的认识与理解,对中国气溶胶特性建模、卫星遥感产品真实性检验、改进气溶胶环境、气候效应评估等工作提供重要科学支撑。

  论文第一作者为遥感地球所研究员李正强,共同通讯作者为副研究员许华。该工作得到了国家重点研发计划(2016YFE0201400)、国家自然科学基金(41671367和41671364)等项目的支持。

  论文信息:Li, Z.Q., H. Xu, K.T. Li, D.H. Li, Y.S. Xie, L. Li, Y. Zhang, X.F. Gu, W. Zhao, Q.J. Tian, R.R. Deng, X.L. Su, B. Huang, Y.L. Qiao, W.Y. Cui, Y. Hu, C.L. Gong, Y.Q. Wang, X.F. Wang, J.P. Wang, W.B. Du, Z.Q. Pan, Z.Z. Li, and D. Bu, 2018: Comprehensive Study of Optical, Physical, Chemical, and Radiative Properties of Total Columnar Atmospheric Aerosols over China: An Overview of Sun–Sky Radiometer Observation Network (SONET) Measurements. Bull. Amer. Meteor. Soc., 99, 739–755.

46   2018-07-31 16:12:48.627 科学家在非洲发现和命名兰科植物新种 (点击量:0)

        近日,中国科学院中-非联合研究中心(以下简称“中-非中心”)在生物多样性研究领域又出可喜成果,研究团队在马达加斯加发现兰科天麻属(Gastrodia)植物新种,并正式对其进行了命名和发表。至今,中-非中心植物学家已在非洲发现并命名7个植物新类群(6个新种、1个新变种),这也是该研究团队首次在马达加斯加发现和发表植物新种。

  天麻属植物分布于印度、东亚地区,经马来西亚一直延伸到澳大利亚,非洲地区也有少量分布,目前全世界共计90种左右,一般生于林下阴湿、腐殖质较厚的地方。该属植物是兰科中一类十分特殊的植物,称之为“全真菌异养生物”,顾名思义,该类腐生兰不能进行光合作用,而是完全依靠真菌进行寄生生活。这也使得该属植物成为研究兰科植物与真菌协同进化的好材料。

  马达加斯加是全球第四大岛,目前已记录原产维管植物11000余种,其中植物特有比例高达83%,当之无愧成为世界著名的生物多样性热点地区之一。2017年9月,在马达加斯加的塔那那利佛大学(Antananarivo University)和津巴扎扎动植物园(Botanical and Zoological Garden of Tsimbazaza)的协助下,中-非中心组织中科院武汉植物园、上海辰山植物园和植物研究所等单位,对马达加斯加进行联合科考。在对北部的Montagne D’Ambre国家公园进行考察过程中,研究人员发现一株极少见的天麻属植物,初步鉴定,认为其与东亚分布较广泛的天麻(Gastrodia elata)非常相似。马达加斯加兰科植物约有1000种,其中90%是特有种类。此前,马达加斯加仅记载有兰科天麻属植物一种,即马达加斯加天麻(Gastrodia madagascariensis),但形态上与本次遇到的天麻属植物大相径庭。

  上海辰山植物园研究员黄卫昌、武汉植物园研究员王青锋和胡光万等通过充分的文献查阅和标本比对、详细的形态学研究,最终确定该天麻属植物为从未被记载的植物新种,由于其形态特征与东亚的天麻(Gastrodia elata)相似,于是将其命名为“拟天麻(Gastrodia elatoides W.C. Huang, G.W.Hu & Q.F. Wang)”,以Gastrodia elatoides (Orchidaceae: Epidendroideae: Gastrodieae), a new holomycoheterotrophic orchid from Madagascar 为题发表在最近一期国际植物分类学期刊Phytotaxa上。

  该新种与东亚较广泛分布的天麻(Gastrodia elata)在形态特征上很相似,主要表现在:根状茎节上密被三角状鳞片,具长达60厘米的花梗,花被筒坛形,基部向先端膨大,合蕊柱伸长,基部具蜜腺,先端具两个蕊柱齿。但区别于后者的特征也十分明显,主要特征为:三角状卵形至三角状披针形的苞片明显具三条脉,且基部包裹花柄,唇瓣先端边缘全缘,上唇瓣明显三裂,下唇瓣被白粉覆盖,子房表面具疣状突起等。

  近些年来,随着世界各地植物多样性野外考察和研究的不断深入,天麻属植物新类群的发现如雨后春笋。针对该类群,仅Schlechter于一百多年前提出过分类系统,且仅收录了20种天麻属植物。当前,迫切需要一个更新的、全面而综合的分类系统,以助于将该属植物类群间亲缘关系逐步厘清。特别有意思的是,本次在马达加斯加发现的天麻属植物新种在形态上与非洲其他天麻属植物类群表现出明显的差异,反而与远隔印度洋在东亚分布的天麻(Gastrodia elata)具有很大的相似性,这一谜团希望将来能通过系统发育与生物地理学研究手段揭开。

47   2018-07-31 16:15:20.897 国家纳米中心“智能”生物纳米材料研究取得进展 (点击量:0)

        组装纳米材料的独特结构和生物学效应使其在生物医学领域的应用受到了广泛关注和认可。纳米材料在复杂生命体中的传递过程中会遇到不同的生物界面,使得本质上处于动态平衡的组装纳米材料的结构和性质发生改变。为了实现组装纳米材料可靠而精准的生物医学应用,科学家们通常着力于超高稳定的组装纳米材料的制备;同时,也可以利用生物界面去调控纳米材料的组装,使纳米材料变得更加“智能”。

  基于调控组装的理念,中国科学院国家纳米科学中心王浩课题组致力于发展活体原位自组装新型生物纳米材料,近年来取得了一系列进展。他们开发了一系列多肽类和荧光分子类的组装模块,利用特殊的组装发光分子模块进行活体组装调控的“观察”。辅以电子显微镜,对组装纳米颗粒调控形成纤维进行了系统研究,发现氢键是转化的内驱力,通过亲疏水平衡、给受体相互作用可以调控组装。他们利用体内酸碱度,在特定肿瘤部位实现组装调控构筑药物递送“主体”,并高效低毒地完成“两步法”给药(Adv. Mater. 2017, 29, 1605869)。同时,他们通过活体模板调控,将纳米颗粒转化纤维并构筑“人工细胞外基质”。人工构筑的细胞外基质形成肿瘤转移的屏障,从而实现了抑制肿瘤浸润和转移 (ACS Nano, 2017, 11, 4086–4096)。由于多肽组装调控方面系统而有特色的工作,他们受邀撰写了综述(Adv. Mater. 2018, 30, 1703444)。

  最近,国家纳米中心研究员王浩、王磊和东北师范大学教授张景萍通过调控多肽聚合物与阿尔兹海默相关的Aβ淀粉样蛋白的组装,使Aβ进入细胞内部。并同时通过激活细胞自噬,利用细胞自身降解Aβ,降低了Aβ的神经毒性,提高了阿尔兹海默症老鼠的记忆力。相关研究成果被《自然-通讯》(Nature Communications, 2018, DOI:10.1038/s41467-018-04255-z)接收;该工作已申请中国发明专利(专利申请号:CN2017028528.X)。该工作由罗强、林耀新和杨培培(共同第一作者)共同完成,罗强负责材料的制备,林耀新负责生物实验,杨培培负责材料的性质测试。

  清除Aβ可能是治疗阿尔兹海默症的一种有效手段。目前设计的药物可以延缓Aβ的聚集,但是临床效果并不是很满意。众多的实验表明有效地清除Aβ淀粉样蛋白是治疗的关键点之一。王浩研究团队报道了一种多肽-聚合物纳米材料(即纳米清道夫),具有捕获和清除Aβ的功能。首先,通过尾静脉注射清道夫可以通过血脑屏障到达病灶部位,通过疏水和氢键作用与Aβ形成共组装体,实现了对Aβ的高效捕获;进而携载Aβ的纳米清道夫可以大量进入细胞并激活细胞自噬机制,利用细胞降解Aβ,从而有效地清除Aβ并降低神经毒性。最后在治疗阿尔兹海默症转基因老鼠模型中,发现老鼠脑部的Aβ斑块显著降低,并且水迷宫实验结果显示老鼠的记忆力得到了有效恢复。纳米清道夫有望成为治疗阿尔兹海默症的一种有效方法。

  该研究得到了国家自然科学基金、国家杰出青年科学基金、基金委创新群体项目、中科院国际合作、交叉团队等的支持。

48   2018-07-31 16:17:25.103 理化所首次提出“量子限域超流体”概念 (点击量:0)

        生物离子通道在物质转移、能量转换和信号传输等多种生理过程中起着重要作用。信号可以基于生物离子通道在视觉、嗅觉、听觉和触觉等过程中经神经传递到大脑。这些功能高度依赖于具有选择性的生物离子通道的高速离子传输(每个通道每秒107个离子)。这种超快物质传输源于离子通道的特殊性质,例如,小尺寸、独特的结构和表面电荷分布等,从而导致离子和分子以单链形式进行超快传输。从经典热力学角度看,具有化学选择性的纳米通道的物质传输应该是非常缓慢的。然而,在生命体系中,离子和分子的快速传输表现出量子化的超快流体状态。例如,NaK通道每次只能容纳一个水合Na+离子;K通道含有两个相距约7.5埃的K+离子,中间有一个水分子;每个Ca离子通道也同时结合两个Ca2+离子。

  近日,中国科学院院士、中国科学院理化技术研究所研究员江雷将生物孔道中离子和分子以单链的量子方式快速传输定义为“量子限域超流体”,并指出限域孔道内离子和分子的有序超流为“量子隧穿流体效应”,该“隧穿距离”与量子限域超流体的周期相一致。结合该课题组近期研究成果(Adv. Mater., 2016, 28, 3345-3350;Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 129, 5814-5818),他们发现仿生体系也存在量子限域超流现象,例如人工离子通道和水通道内物质的快速传输(每秒~106个离子)。最后,他们在展望中指出,通过把量子限域超流体概念引入化学领域,将引发出精准化学合成,即量子有机、无机、高分子反应等。而引入到生物学领域,将产生量子超流的生物化学、生物物理、生物信息学以及生物医学等。在此基础上,也将产生其他的新科学和新技术。

  文章发表在《中国科学-材料》(SCIENCE CHINA Materials)上,论文标题为Quantum-confined superfluidics: From nature to artificial。

49   2018-07-31 16:19:50.09 中国科大在太赫兹波段主动调控材料和器件研究中取得系列进展 (点击量:0)

        中国科学技术大学教授陆亚林量子功能材料和先进光子技术研究团队在太赫兹主动调控器件研究方面取得系列进展。该团队研究了太赫兹波与超构材料、氧化物超晶格薄膜相互作用机制,并成功制备了超快的太赫兹调制器,率先实现了皮秒级的高调制深度的太赫兹超快开关;同时制备了多功能的太赫兹器件,在单一器件中实现电开关、光存储和超快调制多种功能。相关研究成果近期相继发表在国际学术期刊《先进光学材料》[Adv. Optical Mater.]和《光学快讯》[Opt. Express.]上。

  太赫兹波具有独特的时域脉冲、低能、谱指纹、宽带等特性,它在物理化学、材料科学、生物医学、环境科学、安全检查、卫星通讯等领域有着广阔的应用前景。其中,影响太赫兹技术发展和应用的关键因素之一是难以获得主动太赫兹调控元器件。超构材料,一种由金属或介质材料的亚波长微结构阵列组成的人工材料,其奇异的电磁响应特性为太赫兹调控器件提供了绝佳的解决方案。遗憾的是,以往基于超构材料的太赫兹元器件均由金属材料构成,加工尺寸固定后,器件的功能在实际应用中便难以主动改变。因此,发展主动调控的太赫兹元器件有着重要的研究意义。

  通常主动调控是对太赫兹波偏振、振幅、相位等进行调控,调控速度是另外一个指标。一些实际应用也迫切需求对太赫兹波进行超快调控。陆亚林团队设计并制作了基于硅介质的超快调控超表面。通过对硅薄膜进行离子注入和快速热处理工艺,大大减小了硅的载流子寿命并提高了自由载流子浓度。然后通过光刻、刻蚀工艺将硅薄膜加工为能在太赫兹波段共振的圆盘阵列结构的超表面。利用红外飞秒脉冲的激发,率先实现了皮秒级的高调制深度的太赫兹超快开关(开20ps,关300ps),并基于半导体载流子动力学建立理论模型对其进行了合理的解释。相关研究成果近日在《先进光学材料》期刊上线[Adv. Optical Mater. 2018, DOI:10.1002/adom.201800143]。

  另外,当前研究的太赫兹主动调控器件功能比较单一,即只能在单一外场下实现单一的功能。但单一功能难以适应当今技术发展的要求。因此,在单一器件上,实现多物理场的调控,并实现对太赫兹波的多功能调控,是当前太赫兹技术的发展前沿之一,也是实际应用的现实需求。有鉴于此,该团队基于VO2的绝缘-金属相变,通过将VO2与金属非对称开口谐振环结合,设计了一种太赫兹波段的多功能可调谐复合超表面,并利用国家同步辐射实验室副研究员邹崇文提供的高质量VO2薄膜,通过刻蚀、光刻等工艺制备了器件。此复合超表面能够通过加热和施加电流的方式实现对透射太赫兹波的振幅调控,绝对调制深度高达54%,品质因数高达138%。基于VO2在相变过程中的回滞特性,该复合超表面可以通过电流触发实现室温下对太赫兹波的记忆存储功能。此外,利用超快强脉冲泵浦,此复合超表面还能实现对太赫兹波的超快调控。从而,在单一器件实现了对太赫兹波的多功能调控。相关研究成果近日在《先进光学材料》期刊上线[Adv. Optical Mater. 2018, DOI: 10.1002/adom.201800257]。

  此外,很多材料在太赫兹波段的响应仍是未知的,而只有研究清楚了各类材料与太赫兹波相互作用的特性,设计主动太赫兹器件才能有迹可循。该团队利用自行搭建的两套太赫兹系统测量并分析了量子功能材料与太赫兹波的相互作用。重点研究了不同周期数的La0.7Sr0.3MnO3/ SrTiO3超晶格薄膜的太赫兹响应,发现了532 nm连续激光的泵浦对此超晶格在太赫兹波段的介电常数具有较大的调控作用,并通过Drude-Lorentz模型的拟合对此现象进行了微观机理的解释,这为寻找新的可用于太赫兹主动调控器件的功能材料开辟了新路径。相关研究成果发表在《光学快讯》[Opt. Express. 26, 7842 (2018)]上。

  上述论文的第一作者为合肥微尺度物质科学国家实验中心博士研究生蔡宏磊,通讯作者为黄秋萍、陆亚林。该工作得到了科技部、国家自然科学基金委、中科院和教育部等关键项目的资助。

50   2018-07-31 16:23:04.717 中国科大发现长非编码RNA调控学习记忆新机制 (点击量:0)

        4月30日,《自然-通讯》(Nature Communications)杂志以研究论文形式发表了中国科学技术大学刘强研究组题为Activity dependent LoNA Regulates Translation by Coordinating rRNA Transcription and Methylation 的研究论文,文章中首次发现并命名了长非编码RNA LoNA,揭示了LoNA通过调控蛋白翻译来影响学习记忆以及阿尔茨海默病的新机制。

  神经元活性依赖的新蛋白合成对学习记忆过程至关重要,核糖体的生物合成则是细胞内蛋白质翻译的关键限速步骤,其合成主要的场所是在细胞核的核仁部位。刘强研究组首次鉴定了一个核仁特异表达的长非编码RNA LoNA,可以同时调控核糖体的关键成分——核糖体RNA的转录以及转录后甲基化修饰两个过程。通过影响核糖体DNA的表观遗传修饰以及RNA转录酶在DNA上的附着来影响其转录水平,以及转录后甲基化修饰两个层面影响核糖体的生物合成,最终影响蛋白尤其是突触相关蛋白的翻译。

  刘强研究组同时发现,LoNA的表达水平高度依赖于神经元活性,具体表现为接受氯化钾刺激的神经元中的LoNA水平显著下降,同时学习记忆等行为学刺激可以显著降低小鼠的海马区LoNA的水平。降低LoNA水平则可以解除对核糖体RNA转录以及转录后修饰的抑制,增加核糖体的生物合成。动物实验表明,在小鼠的海马区特异性敲低LoNA,可以显著增加突触相关蛋白的水平,提高突触可塑性,长时程增强学习记忆行为。

  阿尔茨海默症是典型的以学习记忆障碍为特征的神经退行性疾病,在老年人中发病率很高,但是目前缺少有效的治疗措施。刘强研究组的研究揭示,在阿尔茨海默症的模型小鼠中敲低LoNA可以显著恢复核糖体RNA的水平,同时减轻模型小鼠的学习记忆障碍。该研究为阿尔茨海默症的治疗提供了重要靶点和全新的方向。

  刘强是该文的通讯作者,刘强实验室的博士生李定丰为该论文的第一作者。该研究得到了基金委、科技部和中科院的基金资助。

51   2018-07-31 16:24:49.253 近代物理所揭示放射性认知功能障碍的发生/修复机制 (点击量:0)

        近期,中国科学院近代物理研究所科研人员利用兰州重离子研究装置(HIRFL)提供的碳离子束,对放射性认知功能障碍发生及修复的分子调控机理进行了研究,获得新进展。

  放射性认知功能障碍是原发性及转移性脑肿瘤患者放疗时常见的副作用之一。随着综合治疗及精准放疗的发展,患者生存期显著增加,对放射性认知功能障碍的发生机制、预防及治疗方法的研究已经成为放射医学关注的热点。

  此项研究成功建立了重离子诱发的放射性认知功能障碍小鼠模型,识别了63种海马组织线粒体差异表达蛋白,它们主要参与线粒体能量代谢途径与氧化应激。科研人员发现,海马组织中线粒体自稳态被严重干扰,氧化还原平衡被持续破坏,继而导致了能量衰竭以及持久的氧化胁迫。研究进一步阐明了NRF2 (NF-E2-related factor 2) 和PINK1 (PTEN induced putative kinase 1)信号通路共同抑制引发的线粒体功能紊乱,是放射性认知功能障碍发生的关键信号途径。反之,在离体小鼠海马神经元细胞和活体小鼠海马组织中通过上调NRF2和PINK1的表达水平,恢复了细胞线粒体功能,使得放射性认知功能障碍被逆转或修复。

  此项研究首次揭示了重离子介导的放射性认知功能障碍发生/ 修复的关键调控机制,首次提出了NRF2和PINK1成为放射性认知功能障碍防治的潜在靶点,为肿瘤放射治疗过程中受牵连正常组织的精准辐射防护研究提供了新思路。

  该研究得到科技部重点研发计划、国家自然科学基金委员会—中国科学院大科学装置联合基金重点项目、国家自然科学基金面上项目及中科院西部人才项目的资助。

  研究结果发表于Redox Biology, 2018,17:143-157。

52   2018-07-31 16:28:11.523 广州地化所揭示轨道力时间尺度上日照量与二氧化碳浓度对于副极区海冰变化的机制 (点击量:0)

        在频繁被报道的全球环境变迁新闻中,北极区的海冰急速消融是最获得大众关注的一件,人类对海冰全面性的研究直到上个世纪50年代人造卫星升空之后才开始,关于海冰的变化与其他环境因子的反馈机制仍有许多不明朗的部分,古气候与古海洋研究是增进人类对海冰与其他气候系统反馈机制认识的重要手段。

  近期,中国科学院广州地球化学研究所稳定同位素地球化学学科组副研究员罗立及其合作者利用深海岩芯材料以及西北副极区太平洋鄂霍次克海中部过去13万年来的海冰变化历史,揭示了太阳日照量以及二氧化碳浓度对于海冰的影响。透过沉积物高解析度X光荧光扫描重建可信的年代模式,结合有机地球化学指标(IP25重建海冰变化, TEX86重建夏季海水表面温度),以及电脑数值模型验证气候反馈机制,研究团队首次发现了在过去13万年来,中部鄂霍次克海的海冰变化具有强烈的2万3千年的岁差周期,显示日照量对此区的海冰有明显的影响,夏季海水表面温度则呈现典型10万年的冰期-间冰期周期,暗示海水表面温度在此地区可能不是主导的因素。而当大气中的二氧化碳浓度高于260 ppm的阀值(threshold value)时,即便日照量极小,海冰仍会减少,显示因温室气体造成的大气暖化对此地海冰有一定的影响,如此周期性(日照量)与阀值(二氧化碳)的双重机制为学界首次发现与提出。

  相关成果发表在Earth and Planetary Science Letters 期刊上,该项研究获得了国家自然科学基金委与广州地化所项目资助。

53   2018-07-31 16:29:58.663 常温常压下的氯化二钠和氯化三钠等反常化学计量比晶体制备成功 (点击量:0)

        我们日常吃的食盐——氯化钠晶体,由一份钠对应一份氯构成。事实上,常温常压下氯化钠(NaCl)是唯一完全由钠和氯元素形成的晶体。最近,中国科学院上海应用物理研究所博士石国升、博士生杨一舟和研究员方海平与上海大学博士陈亮和教授吴明红等合作,实现了常温常压条件下制备氯化二钠(Na2Cl, 钠氯元素比2:1)和氯化三钠(Na3Cl,钠氯元素比3:1)等具有反常化学计量比的二维晶体,他们称之为“反晶”。相关论文发表在《自然-化学》(Nat. Chem.,DOI: 10.1038/s41557-018-0061-4)上。

  氯化二钠、氯化三钠晶体的发现,颠覆了我们中学教科书中常温常压条件下,食盐晶体中钠氯元素比总是1:1的常识(分子式NaCl)。这一发现的关键是上海应物所团队近十年发展的新理论:溶液中水合离子与具有大量芳香环的表面(例如石墨、石墨烯、碳纳米管等)之间存在强水合离子-π作用。在这个理论指导下,他们已经取得了包括“离子精确装订石墨烯膜用于离子筛分”等系列工作[Sci. Rep. 2013, 3, 3436; Sci. Rep. 2014, 4, 6793; Phys. Rev. Lett. 2015, 115, 164502; Phys. Rev. Lett. 2016, 117, 238102; Nature 2017, 550, 380]。在溶液中,由于离子的水合,阳离子与富含π电子的芳香环之间的水合离子-π作用曾被普遍认为比较小,甚至可以忽略不计。考虑到溶液中的多离子效应和表面上的多芳香环结构,他们提出了水合离子与具有大量芳香环的表面之间依然存在强相互作用,水合离子因此会较强地吸附于具有大量芳香环的表面,导致表面上大量离子的富集[Sci. Rep. 2013, 3, 3436];由于离子间相互作用和热扰动,当溶液中盐离子达到一定的浓度时,表面富集足够多的阴阳离子会呈周期性排列,形成二维晶体;考虑到阳离子与芳香环之间的作用远强于阴离子与芳香环之间的作用,表面吸附的阳离子会比阴离子更多,因此得到的晶体包含更多的钠,形成氯化二钠和氯化三钠。他们用量子力学计算预言了这样的晶体结构,并采取XRD、EDS和EELS等实验手段,在浸泡于半饱和氯化钠溶液的石墨烯膜和天然石墨粉表面,证实了氯化二钠和氯化三钠二维晶体的存在。

  氯化二钠和氯化三钠具有常规的氯化钠晶体所不具有的电子结构,因此应该具有全新的电学、磁学、光学等特殊性质。具有反常化学计量比的晶体曾经在超高压下发现 [Science 2013, 342, 1502]。相信这个常温常压下制备的反晶具有巨大的学术和应用前景。

  还需指出的是,这样的二维晶体生成于远低于饱和浓度的盐溶液中(传统上只有在饱和的盐溶液中才能结晶析出晶体)。这种生成反晶的方法可广泛应用于生成由其它元素构成的反晶中,从而获得各种新材料。该方法已申请了相应的国内专利,国际专利正在申请。

  该工作由上海应物所、上海大学、浙江农林大学和澳大利亚迪肯大学合作完成,得到了国家自然科学基金委、中科院、上海自然科学基金委以及中科院北京超算中心、广州超算中心和上海超算中心的资助和支持。

54   2018-08-01 17:15:08.937 中国科大研制成功全光控制的非互易多功能光子器件 (点击量:0)

        中国科学院院士、中国科学技术大学教授郭光灿团队在非互易光子器件研究方面取得新进展。该团队的董春华研究组首次利用回音壁模式微腔中腔光力的非互易特性,实现了全光控制的非互易多功能光子器件,并首次实现集成光学定向放大器。该成果于5月4日在线发表在国际期刊《自然-通讯》(Nature Communications)上。

  光在一般介质中具有双向传输的互易性,而打破这种互易性,即实现对光传输方向的非互易性,在经典和量子信息处理中具有重要意义。光环形器、隔离器、定向放大器等是典型的非互易器件。其中光环形器允许光以“环形”的方式传输,可用于光源保护、精密测量,这种功能还可实现经典或量子计算或通讯中信号的双向处理,有利于提高信道容量与降低功耗。定向放大器也已经被证明在基于超导回路的量子计算中具有重要意义。最常见的光学非互易器件主要利用磁光晶体的法拉第效应,但在器件集成化方面却面临着挑战,难点包括磁光材料与传统半导体材料不匹配、需要外加强磁场、在光频范围内磁光材料具有很高的传输损耗等。因此全光控制的片上光环形器、隔离器以及定向放大器一直是研究的热点。

  2016年该研究组实验验证了回音壁模式微腔中腔光力的非互易特性[Nature Photonics 10, 657-661 (2016)]。在此基础上,研究组利用单个光力微腔与双波导耦合的体系,实现了多功能的光子器件,包括窄带滤波器,具有非互易功能的四端口光环形器与定向放大器,并且这些功能模式可以通过改变控制光来实现任意切换。对于环形器而言,从端口1入射的信号光从端口2出射,从端口2入射的信号光从端口3出射,依此类推,构成1-2-3-4-1的环形路径,当只关注端口1和2时,它也是一个高效的光隔离器;对于定向放大器,从端口1入射的信号光被放大后从端口2出射,但从端口2入射的信号光从端口3出射,而不会从端口1出射,因此在1-2的方向上具有定向放大的功能。该器件结构简单,原理具有普适性,甚至可实现单光子水平的光环形器,同时可推广到任一具有行波模式的光力学体系,包括微波超导器件和集成声学器件。

  助理研究员沈镇、博士后张延磊、博士研究生陈元为该论文的共同第一作者,董春华、邹长铃、孙方稳为通讯作者。上述研究得到了科技部重点研发计划、中科院、国家自然科学基金委、量子信息与量子科技前沿协同创新中心的支持。

55   2018-08-01 17:22:12.65 地化所揭示汞在植物叶片中的转化机制 (点击量:0)

        植被在全球大气汞的循环以及汞在陆地食物链的传输“扮演”着重要角色。大气气态单质汞能被叶片同化进而富集在叶片中。叶片中的汞主要有以下两种归趋:一方面,汞被叶片重新释放而进入大气。另一方面,汞被氧化固定在植物组织中并通过食物链进入动物或者人体内,或者随着凋落物进入土壤圈。因此,研究植物叶片中汞的化学形态对准确评估植被在全球大气汞循环中扮演的具体“角色”、汞在食物链传输引起的环境风险以及汞进入土壤圈后对土壤生态系统的干扰十分关键。

  利用传统的基于同步辐射技术的X-射线近边吸收谱技术是研究环境介质中汞的化学形态的常用方法(Wang JX et al., 2012. ES&T, 5361-5368),但是该方法很难准确测定低汞含量样品中的汞的化学形态。同样,基于质谱和色谱联用技术比如ICP-MS-HPLC等对样品中汞的含量及样品的基质都有比较高的要求(Krupp EM et al., 2009. Chem Comm, 4257-4259)。

  中国科学院地球化学研究所环境室冯新斌课题组与法国Universite? Grenoble Alpes地球科学研究中心教授Alain Manceau合作,在法国EcoX Equipex 项目(法国卓越基础科学装置计划)和中科院国际合作项目(QYZDJ-SSW-DQC005)支持下,率先在国际上利用高能量分辨率X-射线近边吸收谱技术分析了天然低汞(0.5 ppm)植物叶片中汞的化学形态。

  研究结果发现,在植物叶片中大部分汞以Hg[(SR)2+N/O0-2]的化学形态存在,部分汞以纳米颗粒态汞(HgxSy)的形态存在(图1)。通过二阶Møller-Plesset振动理论,利用计算机模拟了HgxSy的几何结构(图2)。本结果首次揭示了植物叶片可以将单质汞转化为惰性的纳米状硫化汞,这对深入了解叶片中汞的再挥发、毒性以及其进入土壤后的转化提供了基础理论知识,丰富了汞的生物地球循环理论。成果发表于环境科学领域期刊Environ. Sci. Technol。

  论文信息:Manceau A*., Wang JX., Rovezzi M., Glatzel P., Feng X*. Biogenesis of Mercury−Sulfur Nanoparticles in Plant Leaves from Atmospheric Gaseous Mercury. Environ. Sci. Technol. 2018, 52, 3935-3948.

56   2018-06-21 10:02:52.827 "伊犁河谷水土流失综合治理技术研发与示范" 通过验收 (点击量:0)

  5月10至11日,新疆维吾尔自治区科学技术厅组织专家,对中国科学院新疆生态与地理研究所主持完成的国家“十二五”科技支撑计划课题“伊犁河谷水土流失综合治理技术研发与示范”进行了示范区现场验收与课题结题汇报验收,专家组通过对课题野外勘验、经费使用及课题任务完成情况审查,一致同意该课题通过验收。

  该研究成果为保障伊犁河流域生态安全提供了重要示范样板,为伊犁河流域水土资源可持续利用提供了重要科技支撑,研究成果在伊犁河谷水土流失治理中已得到推广应用。

57   2018-06-21 10:10:56.163 “塔里木河下游退化生态系统恢复重建技术 研发与示范”通过验收 (点击量:0)

  5月10至11日,新疆维吾尔自治区科学技术厅组织专家组对由中国科学院新疆生态与地理研究所主持完成的“十二五”国家科技支撑计划课题“塔里木河下游退化生态系统恢复重建技术研发与示范”进行了示范区现场勘验和会议验收。

  同时,结合课题研究,提出的塔里木河流域生态治理方案被纳入《南疆水利规划》;提出的向孔雀河断流河道生态输水建议及方案被塔里木河流域管理局采纳并实施。

58   2018-06-21 10:14:14.97 月球轨道超长波射电干涉仪任务发射成功 (点击量:0)

  2018年5月21日清晨5点28分,我国嫦娥四号中继通信卫星“鹊桥号”和搭载的两颗微卫星(龙江一号、二号)在西昌卫星发射中心成功发射升空。“鹊桥号”将飞过月球,最终到达地月拉格朗日L2点,最远距离地球约46万公里。龙江一号、二号携带超长波干涉仪有效载荷,将在世界上首次实现空间超长波双星干涉测量。哈尔滨工业大学是龙江一号、二号卫星的总体单位,中科院国家空间科学中心是科学任务的提出单位和有效载荷研制及数据处理的承担单位,国家天文台月球与深空数据接收站负责数据接收。

59   2018-08-02 09:56:56.873 上海有机所无过渡金属参与的立体专一性的C(sp2)-C(sp3)偶联反应研究取得新进展 (点击量:0)

        发展立体选择性或专一性的偶联反应实现手性分子的高效构建是当今有机化学领域中的重要研究方向。近年来过渡金属催化立体选择性或专一性的偶联反应有了较快的发展,但仍然存在过渡金属催化剂用量大、手性控制不佳等局限。传统的SN2反应也是实现立体专一性碳(sp2)-碳(sp3)间偶联的重要手段,但由于采用高活性的锂试剂或格式试剂,往往需要很低的温度,而且官能团兼容性较差。由于烯基/芳基硼酸的亲核性较弱,它们常常应用于过渡金属催化的偶联反应中,或对π体系进行加成如Petasis Borono-Mannich反应。利用烯基/芳基硼酸做为亲核试剂进行立体专一性的SN2反应未曾报道。

  中国科学院上海有机化学研究所生命有机化学国家重点实验室汤文军课题组两年前首次实现了在无过渡金属参与下以稳定的烯基硼酸做为亲核试剂,以手性二级苄基甲磺酸酯为底物的立体专一性碳(sp2)-碳(sp3)间偶联,并表现出优异的官能团兼容性 (J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 10774)。李承喜等同学发现在无过渡金属参与下芳基/烯基硼酸能与二级苄基卤代物,α-羰基卤代物以及烯丙基卤代物等顺利偶联,并且利用稳定的手性二级苄基甲磺酸酯为底物首次实现了立体专一性的偶联。机理研究表明该反应经历SN2反应过程。该工作为立体专一性的碳(sp2)-碳(sp3)间偶联提供了新的合成思路,并且首次实现了烯基硼酸作为亲核试剂的SN2反应,扩充了亲核取代反应的应用范围

        相对于烯基硼酸,芳基硼酸的亲核性则更弱,要实现芳基硼酸做为亲核试剂的SN2反应挑战更大。田端帅和李晨喜等同学通过在底物中引入了一个酰胺官能团,在碱性条件下巧妙地将芳基硼酸和手性甲磺酸酯原位连接起来,从而活化了芳基对手性甲磺酸酯的亲核进攻,最终成功实现了芳基硼酸和手性α-甲磺酸酯取代酰胺间的立体专一性偶联。利用这个方法他们首次实现了一系列手性的α,α-二芳基酰胺类化合物的制备(图二),并成功完成了抗抑郁活性分子(S)-diclofensine和降血脂药 implitapide关键中间体的高效合成。机理研究表明酰胺官能团的存在是该SN2反应顺利进行的关键。由于手性的α-羟基酰胺类化合物可以很容易通过南方科技大学张绪穆教授发展的不对称氢化方法制备而得(Zhang, X. et al Org. Lett. 2017, 19, 592),该SN2反应是有效制备手性α,α-二芳基酰胺以及手性β-芳基胺化合物的实用方法。此项工作以两课题组合作的方式近期发表在《德国应用化学》上(Angew. Chem., Int. Ed. 2018, DOI:10.1002/anie.201712829),田端帅和李承喜为共同第一作者,汤文军和张绪穆为共同通讯作者,上海有机所为第一单位。

        该研究工作得到国家自然科学基金委、中国科学院战略性先导科技专项(B类)、中国科学院和生命有机化学国家重点实验室的大力资助。

60   2018-08-01 16:12:11.89 三维量子自旋液体动力学行为研究取得进展 (点击量:0)

        量子自旋液体是存在于量子阻挫磁性材料中的一种新型物质形态,其新奇之处在于量子自旋液体中的可以衍生出带有拓扑性质的分数化元激发,这些元激发往往具有一些非同寻常的物理性质。然而,由于其强关联、非微扰的特征,目前理论上对这些拓扑元激发的动力学特性认识甚少。最近,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心凝聚态理论与材料计算重点实验室万源副研究员、孟子杨副研究员,与中国科学技术大学的邓友金教授、研究生黄春炯合作,结合大规模量子蒙特卡洛模拟和量子场论的分析,在量子自旋液体动力学的理论研究上取得进展。

  他们结合数值模拟和理论分析研究了量子自旋冰中拓扑元激发的动力学行为。量子自旋冰(如图1所示)是一类典型的三维量子自旋液体,其中的拓扑元激发包含衍生光子(emergent photon) 和自旋子 (spinon)。衍生光子的物理性质类似于量子电动力学中的光子,而自旋子则类似于电荷。他们运用大规模量子蒙特卡洛和随机解析延拓的方法首次直接、定量地刻画了一个模型自旋冰体系中这两类元激发的动力学特征(如图2所示)。在自旋激发谱函数这一实验可观测量中,衍生光子表现为无能隙的共振模式,而自旋子表现为有能隙且弥散的连续谱。这二者均直接证实了此前唯象场论的定性预言,而且可以直接和中子散射和核磁共振等实验结果进行直接对比。他们的数值计算和理论分析的结果,对目前正在快速发展之中的阻挫磁体和量子自旋液体、量子自旋冰等等领域的相关实验工作具有指导意义。

  相关工作发表在最近一期的《物理评论快报》上(Phys. Rev. Lett. 120, 167202 (2018))。这项工作得到了科技部重点研发计划2016YFA0300502、2016YFA0301604,自然科学基金委项目11421092、11574359、11625522、11674370, 中科院先导培育项目 XDPB083 的支持。量子蒙特卡洛模拟所需的大规模的并行计算在中科院物理所量子模拟科学中心和天津国家超算中心天河1号平台上完成,计算过程中得到了天津国家超算中心孟祥飞博士、赵洋工程师等人的有力配合,在此一并感谢。

61   2018-07-31 17:03:41.923 武汉植物园3个苦苣苔科植物新品种获国际认证 (点击量:0)

        近日,由武汉植物园刘宏涛、吕文君等人培育出的3个苦苣苔科报春苣苔属植物新品: “晨光”Primulina ‘Morning Light’、 “白月光” Primulina ‘White Moonlight’ 和“银雨” Primulina ‘Silver Rain’喜获国际苦苣苔科植物新品种登录权威认证机构——世界苦苣苔科植物协会(The Gesneriad Soceity)授予的认证证书,其品种名已经获得了国际认证。 

  “晨光”是蚂蝗七和寿城报春苣苔杂交获得的品种。其株型矮小精致,叶片贴生地面生长或微下垂,是非常好的假山造景花卉。“白月光”是线叶报春苣苔和蚂蝗七杂交获得的品种,其花葶高挺于植株之上,光线透过花序、苞片、花萼以及叶片上的毛被,柔美而朦胧。“银雨”是从蚂蝗七栽培过程中产生的变异单株选育而来,植株较蚂蝗七更加娇小,叶片散生银白色斑点,犹如繁星点点。

  这是我园继“银色羽毛”之后又一次获得苦苣苔科植物国际新品种登录证书,世界苦苣苔科植物协会负责品种登录的Irina Nicholson博士难掩期待之情,在邮件回复“期待看到你们更多优秀的品种”。

62   2018-07-31 17:05:58.487 工信部智能制造专项“新能源汽车电池数字化车间标准化与试验验证系统”通过验收 (点击量:0)

        受国家工信部委托,辽宁省工信委于5月18日组织专家对中国科学院沈阳自动化研究所2015年主持承担的首批智能制造专项项目“新能源汽车动力电池系统智能制造数字化车间综合标准化与试验验证系统”进行了项目验收。

  验收专家组由来自技术领域、标准化领域、行业以及财务方面的专家组成,由中国工程院制造业办公室、国家智能制造标准化专家咨询组副组长董景辰研究员任组长。

        该项目负责人梁炜研究员代表项目组作项目验收总结汇报。专家组在认真听取项目汇报的基础上,按照《智能制造综合标准化与新模式应用项目验收工作手册》的要求,对项目验收资料的完整性、合理性进行了审查,同时对标准的试验验证平台进行了现场考察,对标准条文的验证方案进行了抽查,并观看了项目在山东威能环保电源科技股份有限公司现场验证情况的视频。

  经充分质询和讨论,验收专家组形成了验收结论:“新能源汽车动力电池系统智能制造数字化车间综合标准化与试验验证系统”项目验收资料齐全,完成了标准的研究报告,编制了两项标准草案,完成了验证平台建设报告、验证方案和验证结论等文件。完成了试验验证平台建设,并在山东威能环保电源科技股份有限公司建立了现场验证环境,通过举证、平台和现场验证,验证了两项标准的全部内容。项目的完成,对新能源汽车动力电池数字化车间的建设具有指导作用。验收专家组一致认为项目达到实施方案中考核指标的要求,同意项目通过验收。

  该项目形成的两项标准草案将对新能源汽车动力电池系统制造行业的制造工艺、数字化车间集成提供指导;搭建的试验验证平台可作为面向行业企业开放的提供工艺指导、设备互联互通、系统集成等服务的公共平台,并为标准的推广和应用提供有利支撑条件。同时,项目相关成果也将大大提升沈阳自动化所作为国家智能制造解决方案供应商的整体能力,更好的服务于辽宁乃至全国的制造企业智能转型升级。

63   2018-07-31 17:08:33.053 海洋研究所深海生物多样性研究取得重要发现 (点击量:0)

        近日,深海研究领域权威期刊Deep-Sea Research Part I-Oceanographic Research Papers(JCR 1区)刊发了中国科学院海洋研究所李新正研究团队关于深海生物多样性的最新研究成果。该团队发现了偕老同穴科舟体海绵属1新种——多棘舟体海绵Corbitella polyacantha Kou, Gong & Li, 2018,以及俪虾科拟俪虾属1新种——舟体海绵拟俪虾Spongicoloides corbitellus Kou, Gong & Li, 2018,系深海俪虾类与舟体海绵属共生关系的首次报道。

        海绵动物是深海中常见的生物类群,能为其它生物提供庇护和栖息场所。最为人们熟知的是“偕老同穴”,因其体内经常共生有一对俪虾,终生生活于其中,被人们视为永恒爱情的象征,作为新婚礼物赠与新人。2016年3月,海洋研究所依托“科学”号科考船搭载的“发现”号深海缆控潜器(ROV),从马里亚纳海山水下808米处采集到一株六放海绵标本,其内部有一对共生俪虾。通过形态学特征分析并结合分子数据证实,二者分别属于舟体海绵属Corbitella Gray, 1867和拟俪虾属Spongicoloides Hansen, 1908,且均为首次发现的新物种。该研究表明,深海俪虾类的宿主比之前的认识更加多样化,为揭示彼此间的协同演化关系提供了新的依据。

  本研究得到了中国科学院海洋先导专项、国家自然科学基金和“科学”号高端用户项目资助,寇琦博士和龚琳博士为论文的共同第一作者。

64   2018-08-01 16:30:12.94 国家天文台利用LAMOST光谱系统研究晚型恒星的色球活动 (点击量:0)

        太阳色球活动是发生在太阳色球层中局部区域的磁活动现象,如色球谱斑和色球耀斑等,色球活动现象在晚型恒星上非常普遍。近期,中国科学院国家天文台房祥松等人基于LAMOST光谱研究了来自昴星团、M34、鬼星团和毕星团等疏散星团的700多颗晚型恒星的色球活动现象。该项研究工作已发表在国际天文期刊英国《皇家天文学会月刊》(2018,MNRAS,476,908)上。

  疏散星团成员星化学成分和年龄组成单一,在研究恒星色球活动-年龄-自转关系方面吸引了研究人员的关注。受限于样本星(尤其是晚K及M型小质量恒星)数目,以及缺乏自转周期信息,人们对晚型恒星色球活动特性还缺乏足够了解。LAMOST光谱巡天为系统研究晚型恒星色球活动特性提供了极佳的资源。基于LAMOST光谱,房祥松等人研究了昴星团等四个不同年龄的疏散星团中700多颗晚型恒星的色球活动。首先,他们测量了Hα、Hβ、Ca II K等谱线上的色球发射强度(即扣除掉光球辐射后的剩余发射成分),然后分析了色球活动水平与恒星质量、年龄及自转的相互关系,并分析了色球活动与光球活动(如黑子规模)及冕区活动(X射线)的相关性,取得了一系列有意义的研究结果。

  对同年龄恒星而言,质量小的恒星其色球活动水平整体上要强于质量大的恒星。从100兆年昴星团到600-700兆年的鬼星团及毕星团,较大质量恒星如GK型星色球活动水平逐步降低;M1-M2型星的色球活动时标至少在600至700兆年。

  首次发现昴星团GK型成员星间存在两个色球活动序列;鬼星团和毕星团的M型成员星间也存在两个色球活动序列。更进一步,研究发现光球活动代表——黑子覆盖因子以及产生于星冕的X射线都表现出类似的多活动序列特征。这些活动序列与已知的恒星自转序列有很好的对应关系。整体上,恒星自转越快色球活动水平越高。当恒星转动较慢时,色球活动水平随自转变快而快速增加;当恒星转动快到一定程度后色球活动就会增加得很缓慢,渐趋于“饱和”。有趣的是,在色球活动强度与自转关系方面,全对流恒星与类太阳恒星并没有表现出预期的差异。

  Hα、Hβ、Ca II K之间存在很好的相关性;与Hβ和Ca II K相比,温度越低、活动水平越高的恒星通过Hα辐射出去的能量份额越大。色球活动强度和黑子覆盖因子以及光变振幅之间存在复杂的关系,说明黑子分布形态随活动水平不同而有所不同。色球活动和冕区活动强度之间也有很好的相关性。

65   2018-08-02 10:25:28.803 高海拔宇宙线观测站移动式柴油发电机组通过验收 (点击量:1)

5月21日,高海拔宇宙线观测站(LHAASO)观测基地400KW移动式柴油发电机组通过验收。此前,中国科学院高能物理研究所通用运行部LHAASO项目通用系统工程师随同柴油发电机组厂商进行了大量的验收准备工作,将柴油发电机组及移动拖车从湖北省武汉市运输至四川省甘孜州稻城县海子山LHAASO项目观测基地。

  运输途中,工程技术人员克服高原反应,在海拔约4500米的项目观测基地现场指导设备运输就位、吊装、调试、验收,最终为项目基地顺利提供移动电源。

  经过调试与检测,目前该无刷永久励磁移动式柴油发电机组能够在环境相对恶劣的海子山上输出高质量的电源,输出电压为AC230V/400V,稳态电压偏差仅为0.4%,电压不平衡度为0.1%,发动机满载单位功率燃油消耗率低至198g/kW.h。机组还能够实现全面的自我保护功能,其过保护曲线尽可能贴近发电机热损害曲线,充分发挥发电机的过流能力,最大限度地给下级设备提供调整的灵活性、隔离故障以实现优化调整、过电流、过电压/低电压、低频率和过载保护。

  移动柴油发电机组用于变配电站交付前为MD探测器及集装箱式超纯水制备系统提供临时电源,它的顺利验收和交付使用,为2018年11月1/4 探测器阵列运行的目标提供了保障。

66   2018-08-02 14:54:58.607 化学所首次利用静电场在微纳体系打破光传输的对称性 (点击量:0)

        与p-n结在微电子器件中的作用一样,光学二极管在光子回路中的作用至关重要。不同于电子的运动行为,光子传输通常是互易的,而且光子是不带电荷、没有静质量的玻色子,其传输行为很难通过一般手段进行操纵。如何打破光子传输的时间反演对称性,实现适用于片上集成的非互易光学元件一直是集成光电子领域面临的难题。目前打破光传输互易性的方法主要是利用特定材料的磁光效应,通过外加强磁场来实现光学二极管功能。但是磁光响应速度慢,强磁场体积庞大且难以作用到器件的局部区域,因此传统的磁光效应尚无法应用到集成光子芯片。发展新型非磁光学二极管和隔离器,在光学集成领域多年来一直没有实质性突破。

  中国科学院化学研究所的研究人员在前期研究工作中发现,有机微纳晶体材料在激发状态下所形成的定域在单个分子上的Frenkel激子,相比于无机材料中的Wannier激子,具有更高的结合能和更长的激发态寿命,因此容易与光子耦合,从而形成激子极化激元(Exciton Polariton)(J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 7276-7279;Acc. Chem. Res. 2014, 47, 3448-3458; Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 7125-7129)。这是一种半光半物质的新的量子态,兼具光子和激子的属性。虽然光子本身的行为是很难进行人为操纵的,但是激子极化激元的形成,使得人们有可能通过对激子的操纵来间接地操纵光子(J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 2880-2883; Adv. Mater. 2012, 24, 1703-1708; Adv. Mater. 2013, 25, 2854-2859; J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 2122-2125; J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 11329-11332.)。Frenkel激子本是可以看作电偶极子,因此外加电场可以引起激子扩散、分离、复合等行为的改变。

  最近他们与中国科技大学,清华大学及美国西北大学的研究人员合作,首次利用静电场对激子扩散行为的影响,在单根有机半导体纳米线中打破了光传输的对称性。他们将单根有机单晶纳米线波导材料置于一个外加电场中,电场与激子偶极相互作用,产生一个额外的作用势能,从而引起激子密度沿电场矢量方向重新分布。其结果是原本向纳米线的两个相反方向上等量对称传输的激子,在电场作用下发生了重新分配,而使得纳米线的两端输出的激子数目不再对等。由于激子与光子处于耦合状态,因此电场的引入可以同时打破光传输的对称性,实现电场控制的光学二极管功能(图1 A,B)。

  研究发现,这样产生的光二极管效应对电场的响应速度非常快(<3 ns,图1F)。通过改变电场强度,可以对光学二极管行为进行调控;当电场方向发生反转时,不对称性也相应地发生反转。在此基础上,研究人员对有机纳米线光学材料施加一个高频脉冲交流电场,当电场方向发生快速转换时,光子向两边传输的不对称性可以进行快速切换,利用一个控制信号,在纳米线的两端得到相位相反的交变输出信号,从而实现了高频率、快速响应的单刀双掷微纳光开关(图1G)。这是首次在微纳结构中通过外加静电场调控光子行为来实现这一功能,这一结果为实现对光子学功能器件的远程控制,优化集成光子器件结构提供了重要借鉴,相关结果发表在Science Advances 2018, 4, eaap9861。

67   2018-07-31 17:20:10.637 新疆乌伦古河流发现多种犬熊科化石 (点击量:0)

        犬熊科Amphicyonidae是犬形亚目中一个比较古老的科,从晚始新世出现,到晚中新世灭绝,没有留下任何后裔。然而犬熊科在食肉目的演化历史上曾经创下辉煌的篇章,尤其是在早中新世和中中新世,犬熊科是陆生食肉目中最具生态意义的科,种类和数量一般都在动物群中占优。

  在欧洲和北美发现大量犬熊科化石的同时,中国发现的犬熊科化石却屈指可数。作为连接欧洲和北美的桥梁,这种化石的稀缺只能由化石记录的不完备性来解释。果然在新疆乌伦古河流域,研究人员就发现了种类众多的犬熊科化石。 5月22日,国际期刊《历史生物学》(Historical Biology)在线发表了该项科研成果。

  中国科学院古脊椎动物与古人类研究所江左其杲等研究人员详细描述了近20年发现在新疆乌伦古河哈拉玛盖组的十几枚犬熊科化石,其时代属于中中新世早期。发现的犬熊科化石总计至少有5种,包括:乌伦古犬熊Amphicyon ulungurensis,波西米亚泽犬熊相似种Cynelos cf. bohemicus, 赫氏泽犬熊亲近种Cynelos aff. helbingi,泽犬熊?cf. Cynelos sp.,哲氏戈壁犬Gobicyon zhegalloi,除此之外还包括一个可能属于犬熊科但未能鉴定的标本。这些物种中,泽犬熊Cynelos属以及这个属下面的这两个种是首次在中国正式报道,哲氏戈壁犬Gobicyon zhegalloi也是在中国的首次报道。

  新疆发现的犬熊科化石虽然数目稀少,多数标本无法精确鉴定到种,但是却填补了一个长久以来存在的生物地理空白,证明中新世时期犬熊科在中国与欧洲北美一样繁盛。和同时期北美与欧洲的犬熊科化石相比,新疆发现的犬熊科无论在种类还是生态上都有更高的多样性,后二者在中中新世几乎只存留大型犬熊科成员,而在新疆哈拉玛盖组发现的种类居已知中中新世化石点之最,并且包括从小到大,从笨重型到奔跑型的多种生态类型,显示这一区域可能较为适合犬熊科生存。

68   2018-08-02 14:34:17.407 《化学会评论》发表福建物构所晶态钛氧簇材料研究综述 (点击量:0)

        作为连接分子和纳米氧化钛材料的桥梁,晶态钛氧簇合物具有两方面的显著优势。首先它具备精准的结构信息,为后期的理论计算和机理研究提供了数据基础;其次,它在溶剂中具有良好的溶解性,可以通过重结晶、后修饰或者自组装的方法得到一系列可应用于光、电、催化等领域的功能材料。因此,晶态钛氧簇研究成为了当今化学、材料领域研究热点之一。
  近年来,中科院福建物构所结构化学国家重点实验室张健研究员和张磊研究员领导的无机合成化学团队在中科院战略性先导科技专项(B类)、国家基金委杰出青年基金、面上项目和福建省杰出青年科学基金等资助下,在晶态钛氧团簇材料领域的研究中取得了系列进展制备了世界上首例类富勒烯型钛氧团簇(J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 2556)以及目前世界最高核Ti52团簇(J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 7480),系统研究了钛氧团簇的能带调控(Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 5160; Chem. Mater. 2017, 29, 2681),并实现了钛氧团簇负载型金属有机框架薄膜(ACS Nano 2016, 10, 977)及钛氧团簇基复合光催化材料的制备(Adv. Mater. 2017, 29, 1603369),引起了国内外学术界的广泛关注。近期,该团队结合自身在晶态钛氧团簇材料的合成及应用的最新研究进展以及该领域内的研究现状,应邀在英国《化学会评论》(Chem. Soc. Rev.)发表了题为 Synthetic strategies, diverse structures and tuneable properties of polyoxo-titanium clusters的综述论文(Chem. Soc. Rev. 2018, 47, 404-421),并被选为封底。
  该综述文章首先概述了晶态钛氧团簇材料的研究现状,指出近年来的快速发展得益于合成策略的拓展和合成方法的多样性,介绍了钛氧团簇合成技术的发展历史并详细归纳总结了目前报道的几种新合成策略。制备技术的发展进而壮大了晶态钛氧团簇材料的种类,并极大地推动了对其多方面性能研究的开展。根据桥连和修饰配体的类型,该综述文章总结了晶态钛氧团簇材料的结构多样性。紧接着,该综述继续讨论了晶态钛氧团簇材料的能带工程和光吸收调控方面的研究进展,并介绍了其在光催化等方面的一些应用。最后,该文章也对钛氧团簇的未来发展进行了归纳和展望,指出晶态钛氧簇合物具有广阔的研究前景。

69   2018-08-02 14:32:55.693 郑永唐学科组揭示TRIM5α和TRIMCyp协同限制HIV-1复制作用机制 (点击量:0)

        宿主的固有病毒限制因子可直接作用于HIV-1等逆转录病毒,破坏病毒正常的生活周期以达到限制病毒复制的作用。目前发现的逆转录病毒限制因子主要有APOBEC3、TRIM5α、TRIMCyp、ZAP、Tetherin、SAMHAD1及Mx2等。宿主病毒限制因子对逆转录病毒的复制具有物种特异性的限制能力,这也是构建合适动物模型的障碍,其中TRIM5α/TRIMCyp在限制HIV-1感染灵长类动物中至关重要。对病毒限制因子的研究有助于阐明HIV-1复制的分子免疫机制,构建合适艾滋病动物模型,发现艾滋病药物新靶点和治疗新策略。

  TRIMCyp是比较特殊的一种病毒限制因子,它由CypA基因通过逆转录作用插入TRIM5基因座形成了TRIMCyp融合基因后经选择性剪接得到。在哺乳动物中共发现了4种TRIMCyp基因融合模式,中国科学院昆明动物研究所动物模型与人类疾病机理院重点实验室郑永唐课题组发现了其中2种TRIMCyp基因融合模式。郑永唐课题组前期研究在旧大陆猴唯一可感染HIV-1的平顶猴中发现了一种新的TRIMCyp融合模式,并证明该融合基因蛋白产物不能限制HIV-1的感染和复制,从而阐明了平顶猴对HIV-1易感的重要分子机制,首次创建了北平顶猴HIV-1感染模型(Liao et al, AIDS, 2007; Kuang et al, Retrovirology, 2009; Pang et al, Sci Bull, 2018)。在新型实验动物树鼩中,发现集合了基因重复、逆转座和外显子重组3种重要新基因产生模式的TRIMCyp也丧失了对HIV-1、SIV和N-MLV等病毒的限制功能,但树鼩TRIMCyp产生了新的免疫调控功能(Mu et al, Mol Biol Evol, 2013)。

  有趣的是,在同属于旧大陆猴的熊猴体内还发现同时存在TRIMCyp和TRIM5α两个等位基因(Cao et al, Zoo Res, 2011)。然而,迄今为止未见TRIMCyp和TRIM5α两个等位基因共同作用限制病毒复制能力和机制的研究报道。

  日前,郑永唐学科组研究了熊猴TRIMCyp和TRIM5α各自的抗病毒能力谱,发现两者均能限制HIV-1的复制,而只有TRIM5α能限制N-MLV的复制;两者同时表达对HIV-1有协同限制作用,可几乎完全抑制了HIV-1的复制,但却丧失了限制N-MLV的能力(图1A-C)。这一现象提示两者的共同表达对不同的病毒有着不同的协调作用。与体外过表达实验一致的是,HIV-1在携带TRIMCyp和TRIM5α的熊猴个体外周血单核细胞中的复制水平显著地低于其在仅携带TRIM5α纯合子的熊猴个体外周血单核细胞中的复制。进一步研究发现,TRIMCyp和TRIM5α对HIV-1的协同限制作用发生在HIV-1复制的早期,即脱壳或逆转录时期前期。该协同功能依赖于两者的相互结合,抑制其空间结合水平将导致协同作用的下降(图1D-E)。由于TRIMCyp融合基因源自于TRIM5α基因,TRIMCyp产生带来的细胞抗病毒能力的变化提示在一定病毒压力下,宿主产生了被选择出的抗病毒能力平衡变化(图1F)。同时,2个等位基因的共同表达的协同抗病毒能力现象也为HIV-1动物模型和基因治疗提供了新策略。

  以上研究结果在线发表于《Science China Life Sciences》杂志上,郑永唐学科组博士生母丹和朱家武为共同第一作者,郑永唐研究员为通讯作者。本研究得到国家科技部、国家自然科学基金委和中国科学院的经费支持。

70   2018-08-01 16:09:29.04 昆明植物所为全球红豆杉属植物制定分子和地理身份证 (点击量:0)

        物种的准确鉴定是生物多样性保护的基石,为珍稀濒危物种找到一个快速、准确的鉴定方法,对生物多样性保护策略的制定、非法贸易的遏制乃至司法公正都至关重要。然而,传统分类学的方法已无法满足上述需求,特别是对一些特征残缺、经过初加工的样品更是束手无策。DNA条形码技术融合物种分布区模拟来构建可靠的物种鉴定体系的方法,为上述问题的解决带来了曙光。然而在全球尺度上,条形码标准数据库的构建目前仍缺乏兼顾类群覆盖和空间分布的深度取样研究。

  中国科学院昆明植物研究所植物多样性演化和生态适应团队的高连明团队和植物多样性与基因组学团队李德铢团队多年来一直致力于红豆杉属物种形成演化和保护遗传学研究。红豆杉属(Taxus L.)隶属于红豆杉科,其枝叶和树皮中含紫杉醇,该化合物对乳腺癌、卵巢癌等癌症具有良好的疗效。但自20世纪90年代起,由于人为过度砍伐利用,红豆杉属的野生资源急剧下降,部分地方的野生群体甚至已经灭绝。在原有分类学框架下,该属5个物种被世界自然保护联盟(IUCN)列为濒危物种,4个收录入《濒危野生动植物种国际贸易公约》(CITES)附录II,而我国将该属全部植物列为国家一级保护植物。此前,该研究团队在红豆杉属的物种形成和演化方面取得了系列进展(Gao et al. 2007; Liu et al. 2011; Liu et al. 2013; Moller et al. 2013; Poudel et al. 2014)。最近,该团队副研究员刘杰联合国内外同行,通过整合全球红豆杉属的遗传和分布数据,综合运用DNA条形码、物种分布区模拟和谱系地理学等多学科交叉的研究方法,首次提出全球红豆杉属共有15种,中国有10种,并为全球已知的15种红豆杉属植物构建了DNA条形码标准数据全库(comprehensive reference library)和精准的物种分布地图,确定了该属全部物种的分子和地理身份证,并将其成功运用到法医鉴定中,构建了标准的物种鉴定体系。

  研究发现,trnL-trnF是红豆杉属理想的DNA条形码,它可以鉴定该属所有物种;结合ITS,则可以鉴定杂交种;NJ法是最理想的物种鉴定方法。通过4151个个体trnL-trnF序列的扫描,检测到73个在物种甚至群体水平特异的单倍型,在195个个体的ITS序列中,发现了63个单倍型,两者构成了基于单倍型的红豆杉属DNA条形码标准数据全库。DNA条形码取样策略比较表明,DNA条形码标准数据库的全面性和可靠度受到类群、地理和遗传不同维度的取样完整性和强度的综合影响。物种分布区模拟显示,除了分布在中国-喜马拉雅地区的南方红豆杉外,其余物种都呈异域分布式样。基于该研究建立的DNA条形码标准数据全库和物种分布地图已成功应用于三例法医鉴定案中,其中,两个未知样品被准确鉴定到种级水平,其一精准到了来源地;第三个样品被成功鉴定为杂交种。该研究构建的红豆杉树属植物标准物种鉴定体系,将在该属植物的物种监管、多样性保护管理和打击非法贸易等方面发挥重要作用,此外,该研究也将为其他IUCN和CITES附录类群的标准物种鉴定体系构建提供可循范例。

  研究成果以Integrating a comprehensive DNA barcode reference library with a global map of yews (Taxus L.) for forensic identification 为题于“国际生物多样性日”(5月22日)在线发表在Molecular Ecology Resources上。刘杰为论文第一作者,高连明和李德铢为论文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、国家重大科学研究计划和昆明植物所学科交叉引导项目的资助。

71   2018-08-08 15:31:11.283 生态中心揭示全球植被变绿长期趋势下植被生长减弱的现象 (点击量:0)

  植被生长状况是理解生态系统结构和功能的基础,在气候持续变暖的背景下,全球植被生长状况如何是全球生态学关注的热点问题,目前最广泛接受的观点是20世纪80年代初以来全球植被生长增强(变绿)。中国科学院生态环境研究中心傅伯杰团队最新研究结果揭示了1982-2013年期间,被全球植被变绿的长期趋势所掩盖的植被生长减弱现象。这一研究启示了全球变暖背景下,生态系统的变化趋势具有不确定性,其时空动态变化特征需要引起重视,研究成果发表在遥感学术期刊Remote Sensing of Environment上。

  该研究利用遥感资料首次在全球尺度采用集合经验模态分解(EEMD)方法分析了1982-2013年植被生长状况的时空演化特征,并采用多种分段线性回归方法进行对比,分析发现:虽然全球植被在整个研究时段内以平均6.9*10-4 NDVI/年的速率增加(P< 0.001),但是其增速在20世纪90年代后已经放缓。三种方法均表明2010年全球植被生长增长速率降至80年代的一半以下,90年代中期以来,植被变棕的速率和分布范围都出现了增加的趋势,这一现象在北半球中低纬度地区尤为明显。1982-2013年期间,全球植被显著变棕的区域增加了两倍以上。研究给出了全球不同纬度带、土地利用类型的植被生长趋势随时间的演变过程,并发现在所有土地利用类型和北半球所有纬度带中,植被变棕的区域均有增加。研究也提供了不同方法计算的植被生长趋势发生转折的时间。

  该研究受到国家重点研发计划全球变化及应对重点专项和中科院重点前沿项目的资助。

72   2018-08-08 15:35:17.703 长江经济带岸线资源调查与评估取得重要进展 (点击量:0)

  针对长江生态修复的重大科技需求,中国科学院于2017年部署启动了中国科学院科技服务网络计划(STS)重点项目“长江经济带岸线资源调查与评估”(KFJ-STS-ZDTP-011),由中国科学院南京地理与湖泊研究所牵头、段学军研究员担任首席科学家,中国科学院成都山地灾害与环境研究所、中国科学院测量与地球物理研究所、湖北大学等单位参与。项目实施以来,项目组采用高分辨率遥感,结合野外科学考察和现场监测,获得了长江干流(宜宾以下)岸线自然本底、资源条件、利用现状的系统数据,首次界定、划分了长江自然岸线的类型并摸清了面积1公顷以上的湿地空间分布现状,调查和评估了长江中下游(三峡库区至长江口)滨岸水环境与水生态状况,完成了长江“三生岸线”(生态岸线、生产岸线、生活岸线)划定并初步形成岸线管控红线划定方案,综合研究并揭示了长江岸线生态保护中存在的突出问题,提出了长江岸线修复与保护的对策建议。

  项目组建立了岸线资源分类体系、分级标准及调查规程,编写出版了《长江岸线资源调查规程》,可以为全国其他江河岸线调查与评价工作提供科学指导;项目建立了“长江岸线资源综合数据库与可视化管理平台”,将为政府部门、科研机构和公众提供数据共享服务,服务地方政府岸线资源管理工作;完成的岸线资源分级、功能分区以及自然岸线红线划定方案,可以为沿江各省市目前正在开展的“三线一单”划定工作提供支撑。项目阶段研究成果已应用到农业农村部财政专项“长江渔业资源与环境调查”、生态环境部“长江经济带战略环境评价”等工作中;根据阶段成果,项目组撰写了多份长江岸线资源利用与保护重大决策咨询建议,已呈报中央和沿江各省,其中部分建议已获得采纳;有关长江经济带生态系统服务评估研究成果被新华网、人民日报等媒体报道,受到国内外广泛关注。项目阶段研究成果取得了较好的应用与较大的反响,将有力地为实施长江经济带大保护与绿色发展战略提供科技服务与支撑。

73   2018-08-08 15:33:16.957 青岛能源所制备出高湿强高韧性兼具紫外屏蔽功能的纤维素纳米纸 (点击量:0)

        近日,中国科学院青岛生物能源与过程研究所生物基材料组群木质纤维素精炼课题组,采用了易回收的有机酸水解法从天然木质纤维中提取含木质素的纳米纤维素,然后通过机械力协同作用制得具有优异抗水性能的CNP。整个制备过程无需任何复杂的化学改性,直接通过一步法有机酸水解分级解离天然纤维原料,并得到含木质素的纳米纤维素;随后在二甲基乙酰胺(DMAC)中,通过机械力作用实现纳米纤维表面分子的部分溶解,溶解的纤维素分子在干燥成膜的过程中发生重结晶;重结晶的纤维素分子和具有天然疏水特性的木质素协同作用填补了CNP中纳米纤维素之间的缺陷,形成更为致密的纳米结构。该方法制得的CNP具有良好的机械性能(255 MPa, 19.7 MJ m-3),不仅克服了CNP怕水的缺点(湿强可达83 MPa,为现有文献报道的最高值),而且木质素的引入还赋予了CNP优异的紫外吸收性能。该研究开发的制备过程无需复杂工艺和昂贵试剂,所用溶剂均可回收,整个过程清洁,并可实现CNP强度和紫外屏蔽性能的可控制备,产品具有良好的应用前景。相关成果作为Back cover文章发表在Journal of Materials Chemistry A 杂志上(JMCA 2018,DOI: 10.1039/C8TA01986J)。

  纳米纤维素因其独特的结构及优越的性能一直受到学术和企业界的关注和重视,日渐成为新材料和纤维素科学领域的研究热点。但是,从天然木质纤维素中提取纳米纤维素的工艺过程一直存在着能耗高、用水量大、化学药品不易回收等问题。为攻克上述难题,木质纤维精炼课题组长期致力于开发新型绿色高效的纳米纤维素制备方法,在国际上率先建立了基于易回收的固体酸和有机酸水解法制备纳米纤维素的方法体系,包括磷钨酸水解法制备纤维素纳米晶体CNC(Carbohydrate Polymers, 2014, 110: 415),甲酸水解-TEMPO氧化法制备高分散性CNC(Carbohydrate Polymers, 2015, 113: 605),氯化铁催化的甲酸水解法制备CNC(Cellulose, 2016, 23: 2389)和纤维素纳米纤丝CNF(Industrial Crops and Products, 2016, 94: 736),以及一步法从烟秆中提取具有高抗水特性的CNF(Journal of Materials Chemistry A, 2018),并先后申请一系列中国发明专利,目前已授权2项(ZL2013104830736;ZL201510680481.X)。课题组在纳米纤维素方面的相关系列研究为高效、低成本、绿色制备纳米纤维素以及相关高性能复合材料开发和产业化的应用提供了新的思路,相关成果综述发表在《化学进展》(Progress in Chemistry, 2018, 30, 448)杂志上,并被推荐为热点文章。

74   2018-08-08 15:38:48.177 原位化学氧化修复有机污染土壤的作用机制研究取得进展 (点击量:0)

近些年,原位化学氧化技术(ISCO)被广泛地应用于污染地下水和土壤的修复,氧化剂与矿物等土壤组分作用势必影响污染物的修复效果。因此,研究氧化剂与土壤组分的作用过程具有十分重要的意义,此方向一直是ISCO领域研究的热点。

基于此,南京土壤研究所周东美研究员课题组在前期研究土壤钒矿物与过硫酸盐作用机制的基础上(Appl. Catal. B-Environ, 2017,202, 1-11, ESI高被引论文),系统地研究了氧化剂与不同类型矿物作用机制差异,发现了土壤中普遍存在的钒(V(V)和V(IV)的反应活性是土壤中铁矿物的9.8~2087倍,揭示了钒矿物的氧空位对其介导氧化剂产生自由基降解污染物具有十分重要的作用,以上研究为理解土壤矿物影响ISCO的修复效果提供了新的思路(Environ. Sci. Technol. 2018, 52, 2178-2185)。进一步研究发现,与传统认识的土壤金属氧化物与氧化剂作用过程比较,金属硫化物与氧化剂的作用也具有十分重要的意义,地下环境硫的地球化学循环过程和形态转化不仅影响金属的形态,也会影响氧化剂产生自由基的效率,最终影响土壤和地下水的ISCO修复过程,相关结果近期在线发表在Water Research 142 (2018) 208–216)。尽管土壤矿物对氧化剂的活化和污染物修复具有促进作用,但在实际修复中利用土壤矿物活化氧化剂修复污染的效率较低,为了解决这一难题,发展了基于土壤矿物的铁酸铜纳米复合材料,此材料具有活性高、磁性等特点,易回收反复利用,相关结果发表在环境工程期刊Chemical Engineering Journal 348 (2018) 526–534上,被编辑选为 Featured Article和封面文章。

以上研究得到了科技部纳米重点研发计划,国家自然科学基金委和南京土壤研究所135领域前沿项目的资助。

75   2018-08-01 11:04:24.827 苏州医工所高山课题组在前列腺癌新致癌基因的研究中取得进展 (点击量:0)

        前列腺癌是男性最常见的恶性肿瘤,也是导致癌症患者死亡的主要原因之一。全世界每年有超过110万的新增前列腺癌患者,有超过25万人因前列腺癌而死亡。我国前列腺癌的发病率远低于西方国家,但由于生活方式西化、人口老龄化等原因,近年来前列腺癌的发病率呈逐年上升的态势。

  中国科学院苏州生物医学工程技术研究所医学检验技术研究室高山、杨晓辉等人的研究发现了一种新的可能作为前列腺癌诊断和治疗靶标的基因,科研人员将其命名为PCSEAT。PCSEAT在前列腺癌组织中的表达显著升高,以PCSEAT的表达作为区分正常前列腺组织与前列腺癌组织的方法具有非常高的特异性和敏感性,并显示出了相当大的预测意义。

  增加PCSEAT可以促进人前列腺癌细胞系的增殖、迁移能力,而抑制PCSEAT的效果正相反。研究者发现PCSEAT可以通过竞争结合microRNA(微小RNA) miR-143-3P和miR-24-2-5P,正向调控靶基因EZH2的表达,进而调控相关表型。EZH2是一种组蛋白甲基转移酶,其的突变和高表达存在于多种恶性肿瘤中,并且与多种人类癌症的不良预后相关,它可能广泛参与癌症的发展和进展。因此,EZH2一直被认为是癌症的相关治疗靶点。此外,该研究也证明了抑制PCSEAT可以增强前列腺癌细胞对EZH2抑制剂的抗性,并且PCSEAT能经由外泌体分泌至细胞外,并被临近受体细胞吸收,进而促进相应受体细胞的增殖、迁移能力。

  该研究工作的意义不仅仅在于发现了一种潜在的可用于前列腺癌诊断、治疗的生物标志物,并揭示了一个促进肿瘤发生的基因的相关功能。更重要的是,该研究工作第一次揭示了PCSEAT的相关作用机制,并验证了PCSEAT作为EZH2抑制剂的生物标志物、作为前列腺癌中外泌体给药的生物标志物的可能性。相关成果并发表在BIOCHEMICAL AND BIOPHYSICAL RESEARCH COMMUNICATIONS (SCI IF 2.466):

  Xiaohui Yang, Liang Wang, Rong Li, Yuhui Zhao, Yinmin Gu, Siying Liu, Tianyou Cheng, Kuohsiang Huang, Yi Yuan, Dalong Song, Shan Gao*. The long non-coding RNA PCSEAT exhibits an oncogenic property in prostate cancer and functions as a competing endogenous RNA that associates with EZH2, May.4, 2018 (Published online).

  论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0006291X18312282。

  此外,相关成果已申请专利:人前列腺癌早期诊断用长链非编码RNA序列及其应用。专利申请号:201710992491.6,目前已申请公布。

  基于PCSEAT的表达作为区分正常前列腺组织与前列腺癌组织的方法具有非常高的特异性和敏感性,该项专利具有非常高的应用前景,其应用能显著提高前列腺癌诊断的精准度,降低前列腺癌患者诊治费用。

  该研究工作获得了中科院百人计划、中国科学院前沿科学重点研究项目、国家重点研发计划和国家自然基金的资助。

76   2018-08-01 11:06:00.847 高能所ATLAS组希格斯粒子实验研究新进展 (点击量:0)

        位于欧洲核子中心(CERN)的超环面仪器(ATLAS)合作组在最新发表的文章(arXiv:1802.04146)中宣称通过希格斯粒子产生的第二大模式——矢量玻色子熔合(VBF)衰变到双光子道(H→γγ) 的过程中观测到约5σ的信号(图1) 。这是在大型强子对撞机(LHC)单个实验上首次得出这样的分析结果。高能所ATLAS组方亚泉、章宇、娄辛丑小组在该项研究中做出了主导贡献。此项工作对研究希格斯粒子的产生模式、电弱相互作用以及新物理具有重要意义。
  希格斯粒子于2012年7月在LHC上的ATLAS和CMS实验中被发现,这是粒子物理研究的重要里程碑。它的发现对认识质量起源、完备标准模型、统一各种相互作用有重要意义。希格斯粒子的产生主要包含4种不同的模式,分别为胶子熔合(ggH)、VBF、W/Z玻色子伴随(W/ZH)、顶夸克伴随(ttH),其中ggH约占88%,VBF约占7%,其余两种合计5%。2012年7月希格斯粒子的发现以ggH产生模式为主要贡献。
  这次ATLAS通过VBF H→γγ观测到的信号是标准模型预测的2倍。但考虑到数据统计量局限以及尚未得到其它希格斯末态和CMS实验的证实,我们预计在未来1-2年RUN2上3倍于当前的数据会对是否有标准模型新物理有一个回答。
  另外,我所ATLAS组的梁志均、刘波、娄辛丑小组于今年5月发表了在ATLAS实验上首次通过H(bb)+末态寻找新共振态的文章(arXiv: 1805.01908)。该小组通过使用喷注微结构与基于径迹的喷注重建等新方法识别希格斯粒子的双底夸克末态,并首次设定了H+新共振态的产生截面上限,并把该末态的新共振态质量上限提高到3TeV以上。ATLAS合作组非常重视该结果,并为该文章撰写物理简报并广泛分享到实验组主页与社交网络中(图2)。
  目前,希格斯粒子研究的重点是实现希格斯粒子产生模式和不同衰变道的首次观测,希格斯粒子的自旋、宇称、散射截面和耦合等测量。这些测量对深入理解希格斯粒子的性质,探测是否有标准模型的新物理有重要意义。北京大学、北京航空航天大学、中科院高能物理研究所、南京大学、清华大学、山东大学、上海交通大学、中国科学技术大学的ATLAS和CMS组在上述相关课题的希格斯玻色子研究中非常活跃并作出显著性贡献。
  这两项研究工作得到了中科院前沿科学重点研究项目、中科院“千人计划”启动基金、国家自然基金委和科技部的资助。

77   2018-08-01 11:08:24.833 农业部审定云南省第一个水产新品种——滇池金线鲃“鲃优1号” (点击量:0)

        5月31日,由中国科学院昆明动物研究所联合深圳华大海洋科技有限公司和中国水产科学研究院淡水渔业研究中心研发培育的新品种——滇池金线鲃“鲃优1号”,正式获得中国农业农村部的官方认定,在水产种业发展论坛上获得农业部颁发的水产新品种证书。

  滇池金线鲃Sinocyclocheilus grahami(Regan,1904),俗称金线鱼,属鲤形目(Cypriniformes)鲤科(Cyprinidae)鲃亚科(Barbinae),是仅分布于滇池流域的国家II级保护动物,因其肉质鲜美而被列为“云南四大名鱼”之首。由于酷渔滥捕、围湖造田、水质污染和盲目引种等原因,滇池金线鲃已在滇池湖体消失。昆明动物所杨君兴课题组一直致力于滇池金线鲃的保育、种群恢复和可持续利用。

  自2007年突破滇池金线鲃人工繁殖以来,现已具备年产千万滇池金线鲃鱼苗的能力,并实现了滇池金线鲃的人工增殖放流,2009年至今,已累计向滇池流域投放滇池金线鲃鱼苗800余万尾。

  滇池金线鲃“鲃优1号”是以2004年采自滇池入湖河流盘龙江上游牧羊河的野生滇池金线鲃为基础群体,以生长快速和肌间刺弱化为目标性状,采用群体选育技术,历时13年,经连续4代,选育出的生长性状优良、肌间刺弱化、抗病力强的滇池金线鲃优良品种——滇池金线鲃“鲃优1号”。相同养殖条件下,与未经选育的滇池金线鲃相比,24月龄滇池金线鲃“鲃优1号”体长平均提高20.5%,体重平均提高37.0%,肌间刺弱化78.5%。适宜在人工可控的10-25℃淡水小水体中养殖。

  云南记录有淡水鱼类13目43科199属629种及亚种,占全国淡水鱼类种数的39.9%,其中土著种594种,云南特有种多达255种,均居全国首位。然而,1996-2016年,农业部审定了182个水产新品种,其中鱼类99个,但云南并没有水产新品种,云南丰富的鱼类资源优势并未转化为产业优势。

  滇池金线鲃“鲃优1号”是云南省第一个水产新品种,实现了云南省水产新品种零的突破,这亦是鲤科鲃亚科第一个新品种。滇池金线鲃“鲃优1号”的审定通过标志着滇池金线鲃从保护到可持续利用这一探索的成功,同时,证明了发展以滇池金线鲃为代表的云南土著鱼类渔业产业的可行性。

78   2018-08-01 11:11:47.133 王志珍院士课题组发现分泌途径磷酸化调控内质网氧化还原稳态的新功能 (点击量:0)

        2018年6月1日,《EMBO Journal》杂志在线发表了中国科学院生物物理研究所王志珍院士课题组的研究论文“Secretory kinase Fam20C tunes endoplasmic reticulum redox state via phosphorylation of Ero1a”。该研究发现分泌途径激酶Fam20C可通过磷酸化内质网巯基氧化酶Ero1a来调控内质网的氧化还原稳态,首次建立了蛋白质的磷酸化修饰与氧化折叠之间的联系;为内质网等分泌途径细胞器的环境和功能的调控提供了新的机制;揭示了蛋白质磷酸化修饰新的生物学功能。

  人基因组编码的蛋白中约有30%是磷酸化蛋白。作为重要的翻译后修饰,蛋白磷酸化调节细胞生命活动的几乎所有方面。自1883年首个磷酸化蛋白酪蛋白被报道以来,有关磷酸化的研究主要集中在细胞质和细胞核中,直到2012年才发现第一个分泌途径中的蛋白激酶Fam20C,正是催化酪蛋白磷酸化的激酶。Fam20C能够催化100多种分泌到胞外的蛋白的磷酸化,其功能缺陷与骨发育不良疾病雷恩综合症密切相关。然而,Fam20C对内质网等分泌途径细胞器功能的研究几乎是空白。

  王志珍院士课题组长期研究内质网中蛋白质二硫键形成及氧化还原稳态维持的机制。本研究首先通过相互作用蛋白组学方法发现Fam20C和349个定位于内质网和高尔基体的蛋白质有相互作用,蛋白质折叠通路的许多关键酶被高度富集。利用定位在内质网的氧化还原敏感的荧光蛋白探针(superfolded-roGFP-iEER)观察到Fam20C基因敲除的细胞内质网处于更加还原的状态。进一步研究发现,真核细胞内质网中负责催化二硫键形成最关键的巯基氧化酶Ero1a的145位丝氨酸可发生磷酸化修饰,并鉴定其激酶就是Fam20C。磷酸化的Ero1a在体内和体外均表现更高的氧化酶活力,这是一种与已知的调控二硫键“开关”完全不同的调节Ero1a酶活力的方式。研究人员还发现,Fam20C是在高尔基体中催化Ero1a磷酸化,磷酸化的Ero1a被分子伴侣ERp44以巯基滞留的方式返回内质网中执行功能。这也回答了为什么在内质网发挥功能的Ero1a却没有内质网滞留序列这个长期没有回答的问题。有趣的是,在低氧胁迫、还原应激以及分泌蛋白合成旺盛的哺乳期小鼠乳腺组织中,Ero1a的磷酸化水平均显著上调,从生理和整体水平上揭示了Ero1a磷酸化与内质网蛋白质氧化折叠的紧密联系。

  中科院生物物理所王志珍课题组王磊副研究员为论文的通讯作者,王志珍课题组博士生张建超为论文的第一作者。北京大学肖俊宇课题组参与了该研究。生物物理所科学研究平台为该工作提供了大力支持。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和中科院青年创新促进会等项目的资助。

79   2018-08-01 11:14:53.71 物理所等在拓扑光子晶体中发现理想外尔点和节线锁 (点击量:0)

        近期,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心光物理重点实验室L01组和英国合作者首次实验发现了理想外尔点及其螺旋表面态,结果在《科学》杂志上发表[Science 359, 1013 (2018)]。同时L01组又首次实验发现了节线锁的光子能带结构及其鼓面表面态,结果在《自然-物理学》杂志上发表[Nature Physics 14, 461 (2018)]。

  外尔点是三维能带的线性简并点,倒空间的拓扑荷。2015年,外尔点几乎同时分别由物理所和普林斯顿大学的研究团队各自独立在电子体系(Phy. Rev. X. 5,031013, Science. 347,294),以及光物理L01组研究员陆凌在MIT期间在光子体系(Science. 349,622)中实验得到,掀起了外尔点的研究热潮。随后,各种新的外尔材料及物理体系大量涌现。然而,已发现材料体系中的外尔点都不理想,所有外尔点的能量并不一致,或者在同一能量还存在其他的能带。非理想外尔材料将大大限制对外尔物理的研究及其在器件中的表现。针对此问题,清华大学和南京大学曾提出过在光子体系和电子体系中实现理想外尔点的理论预言(Phys. Rev. A. 93, 061801; Nat. Commun. 7, 11136)。

  另外,弧状表面态是鉴定外尔材料的一个重要特征,但这只是等能面的拓扑表面态形状,外尔点的全局表面态由物理所T03组特聘研究员方辰理论指出是一个定义在二维布里渊区上的三维螺旋面,其旋转的奇点即为Weyl点在表面的投影(Nat. Phys. 12, 936),而目前人们只从实验上观测到了费米弧,整体的三维空间螺旋表面态还未在实验上证实。

  陆凌于2016年从MIT回到物理所工作,作为光物理实验室L01组组长与副研究员刘荣鹃、博士生阎清晖、T03组方辰,英国伯明翰大学教授张霜和博士生杨镖、郭清华等合作,在拓扑光子晶体中理论设计并实验实现了理想的外尔点,而且得到了时间反演对称性保护下最少个数的四个外尔点,同时也第一次完整地在实验上观测到外尔体系表面态的三维螺旋面结构,该工作于2018年1月在线发表在《科学》杂志上,英国的团队在这项工作中做出了主要贡献。

  理想外尔点的光子晶体设计如图1a左下角插图所示,为互联马鞍型金属结构的原包,不但在倒空间中有四个等频外尔点,而且其周围没有其他平庸能带存在(图1a)。在实验上,他们通过测量角分辨的透射谱,从不同的角度测得该结构的投影能带,结果与理论计算的投影能带一致(图1c),从而验证了理想外尔点的存在。外尔体系另外一个重要的拓扑特征为表面态。如图1b所示,此结构的四个外尔点中相邻的外尔点呈现不同的手性,连接体态的表面态呈现三维螺旋面结构。进一步扫描测量表面场,并对之进行傅里叶变换,可得到不同频率的体态和表面态的分布图(图1d)。可清晰地看到,四个呈椭圆状的体态沿对角线对称分布,而表面态连接相邻的具有相反拓扑荷的体态,且随着频率呈连续的螺旋状演化,因此证实此体系的表面态呈三维螺旋面结构,与理论计算一致。至此,第一次从实验上证实了关于螺旋表面态的预言。这一理想外尔点的发现,为研究外尔体系和设计新颖的拓扑器件提供了理想的光子平台,同时拓展了人们对外尔体系表面态的整体认识。

  外尔点的存在不需要任何对称性条件,需要的是破缺时间和空间反演对称性中的至少一个,所以在大部分有时间和空间反演对称性的材料体系中,两个能带的线性简并都不可能是外尔点,而是以线简并的形式出现。与外尔点相比,线简并可以有更加丰富的倒空间构型,比如可形成如图2所示的节线环(nodal ring)(图2a)、节线锁(nodal chain)(图2b)、节线链(nodal link)(图2c),以及节线结(nodal knot)(图2d)等。目前,虽然有一些节线环的材料被报道,但是都不理想,而节线锁、链、结还没有相关实验的报道。陆凌刚回国就和阎清晖及刘荣鹃开展了在光子晶体中实现节线锁的实验工作,并在理论上获得了清华大学高等研究院研究员汪忠及其博士后严忠波的帮助,其他的合作人员L01组的聘用人员刘博远和浙江大学教授陈红胜也都在此工作中作出了重要贡献。

  实际上,节线锁和其他三类线简并构型不同,它需要除了空间时间反演之外的额外对称性的保护,如镜面或滑移对称性。L01团队从理论上设计了如图3a所示的金属网状的三维光子晶体,此结构在倒空间中的能带形成两种不同的环状线简并,这两种线简并环连接环又进一步构成节线锁结构(图3c)。实验上,采用铝合金材料,通过机械加工,逐层堆积得到金属网三维光子晶体。然后通过角分辨透射谱的实验测量,得到不同角度投影的体态色散曲线,与理论计算的不同角度的投影体态色散曲线一致(图3d)。另外,节线材料的拓扑表面态是一个鼓面,它起止于节线体态在表面的投影,即局限于节线的投影范围内。通过扫描表面电场的强度和相位,并做傅里叶变换,可以直接得到表面态的色散曲线,清晰地观测到了呈现鼓面状的表面态(图3e),与理论计算一致。这一工作首次在实验上实现了复杂的节线拓扑结构:节线锁,为进一步研究节线锁材料的物性提供了实验平台,也为其他节线拓扑结构的发现提供了思路和方法。

  上述两个工作都是在微波波段进行,根据麦克斯韦方程的尺寸不变性,上面的结构设计及相关计算和测试结果都可适用于电磁波的任何波段,因此,可扩展的太赫兹波段、红外和可见光波段,有利于在微波器件及各种光学元件设计中的应用。

  以上工作得到了来自科技部重点研发计划2017YFA0303800, 2016YFA0302400,自然科学基金委11721404, 11674189, 61625502, 61574127以及青年千人计划的资助。

80   2018-08-01 11:17:23.94 研究揭示水稻粒型和穗粒数协调发育的分子机制 (点击量:0)

        5月22日,The Plant Cell 正式发表中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所林鸿宣研究组题为GRAIN SIZE AND NUMBER1 Negatively Regulates the OsMKKK10-OsMKK4-OsMPK6 Cascade to Coordinate the Trade-offbetween Grain Number per Panicle and Grain Size in Rice 的研究论文。经过多年努力,该研究发现并鉴定了控制水稻每穗粒数和粒型大小双重发育过程的关键基因GSN1,揭示了水稻每穗粒数和粒型大小协调发育的分子遗传机理。

  水稻产量性状是由多基因控制的复杂数量性状,容易受到环境变化的影响。水稻产量主要由每株有效分蘖数、每穗粒数和粒重三个因素决定的。水稻的有效分蘖数直接决定了每株的穗数,每穗粒数则是由一级枝梗数目和二级枝梗数目以及枝梗上的小穗数目共同决定的,而水稻种子的粒长、粒宽、粒厚以及籽粒灌浆程度又直接决定了粒重。这三个内部要素之间相辅相成,共同决定水稻的产量。一般而言,影响水稻产量的这些内部要素之间并不是呈现出简单的累加效应,而是存在一定的负相关性,直接制约了水稻产量的提高。如何破除效应壁垒,突破各个要素之间的相互制约性,找到要素之间相互作用以及维持平衡的结点,成为当前水稻科学研究以及分子设计育种所面临的一个挑战。一般而言,植物在进化过程中,种子的大小和种子数量之间也存在着同样的负相关性,然而植物种子大小和种子数量决定的分子平衡机制却知之甚少。

  在这项研究中,作者筛选出一个粒型增大、粒重增加,但是每穗粒数明显减少的突变体gsn1 (grain size and number 1),并且成功定位克隆了GSN1基因。该基因编码一个定位于细胞质的双特异性磷酸酶。在籼稻和粳稻背景中,分别抑制GSN1的表达可以使得水稻粒型增大、每穗粒数减少;增强GSN1的表达使得粒型减小、每穗粒数增加,这表明GSN1协调水稻每穗粒数和粒型大小双重发育过程。体内和体外研究表明,GSN1蛋白通过与OsMPK6互作,对其进行去磷酸化修饰,从而抑制OsMPK6的活性。进一步检测水稻幼穗中OsMPK6的磷酸化水平发现,在gsn1突变体中OsMPK6的磷酸化水平明显高于野生型,在GSN1受抑制的植株幼穗中OsMPK6的磷酸化水平也明显升高,而在GSN1过表达的植株幼穗中OsMPK6的磷酸化水平明显降低;此外,在OsMPK6RNAi、OsMKK4CRISPR和OsMKKK10CRISPR植株中OsMPK6的磷酸化水平也明显减弱,表明OsMPK6的磷酸化水平对于水稻穗形态建成至关重要。在野生型和gsn1背景中分别考察OsMPK6RNAi、OsMKK4CRISPR和OsMKKK10CRISPR的单突变体和双突变体表型发现:单突变体粒型减小、每穗粒数增多;双突变体可以回复gsn1突变体的表型。这些结果表明,GSN1通过对OsMPK6的去磷酸化,负调控OsMKKK10-OsMKK4-OsMPK6级联信号通路。该研究首次在水稻中鉴定了调控水稻穗型发育的OsMKKK10-OsMKK4-OsMPK6级联信号通路,并且证实了GSN1是该级联信号通路的负调控因子。研究结果还表明GSN1-MAPK分子模块通过整合下游的植物激素信号影响局部细胞特化和细胞分裂,从而精细调控水稻每穗粒数和粒型大小之间的协同发育。该研究对于理解禾本科作物花序形态建成以及可塑性的分子调控机理具有重要意义,为作物产量的遗传改良提供了新的分子模块和策略。

  该工作主要由博士研究生郭韬在研究员林鸿宣和副研究员单军祥指导下完成。该研究获得了科技部、国家自然基金委和中科院等的资助。

81   2018-08-01 11:19:27.32 华南植物园在亚热带森林马尾松木质部形成及其驱动因子方面研究取得重要进展 (点击量:0)

        近年来的研究发现我国亚热带森林生态系统正在持续固碳,在全球碳循环中起着至关重要的作用。树干是碳的主要储存器官,而该区域森林生态系统中树木树干木质部如何形成且什么因子驱动其形成至今无文献报道。

  中科院华南植物园森林生态与模拟研究组黄建国研究员等利用微采样技术连续监测广东鼎湖山和石门台国家级自然保护区马尾松(Pinus massoniana Lamb.)的形成层活动和木质部(增大期、增厚期和成熟期)的形成过程,通过线性混合模型定量分析发现:马尾松的树干木质部生长开始于2月中下旬,结束于12月末,1月份形成层不活跃,极有可能处于半休眠状态,首次精确定量了马尾松生长季的长度,更新了普遍认为亚热带树木全年生长的传统观点。同时表明我国亚热带马尾松林树干生长季长度比温带和北寒带树木的生长季长4-6个月,从其他角度支持了我国亚热带森林是个净碳汇的观点;此外,与传统观念不同,马尾松林树木在干季(集中在9-11月)的生长明显比湿季旺盛,说明在水热充足的亚热带,马尾松的生长更多的受到净光合能量的影响,而不是环境因子(如温度和降水),表明马尾松生态系统是一个能量限制的生态系统,而不是一个环境因子限制的生态系统。在未来气候变化的背景下,我国亚热带马尾松林可能将受益于更长的干季而长的好,从而有利于持续固碳。此研究是国际上首次报道亚热带树木木质部发育过程及其驱动因子,对于进一步明确中国亚热带森林生态系统固碳机制有重要意义。

  该研究得到中国科学院百人计划项目、国家自然科学基金面上项目、国际合作项目,以及中国科学院国际合作重点项目等的资助。相关研究成果已近期发表在领域顶级SCI期刊Tree Physiology (2017影响因子3.653)上。

82   2018-08-01 11:22:13.663 微生物所孟颂东研究组在热休克蛋白gp96生物学功能研究中取得系列成果 (点击量:0)

        热休克蛋白gp96是细胞中表达丰度很高的一种分子伴侣蛋白,在多种新生蛋白折叠与受损蛋白降解、病毒与肿瘤抗原呈递和T细胞活化、损伤相关的分子模式(DAMPs)介导的天然免疫、引发抗肿瘤与抗病毒T细胞免疫,以及作为宿主因子调节病毒复制、驱动炎癌转化和肿瘤发生发展等方面均发挥重要功能,该蛋白在进化中高度保守,基因敲除鼠胚胎致死,这些都提示gp96在正常生理与病理过程中均发挥极其重要的作用。

  微生物所研究员孟颂东和课题组二十多年来一直坚持研究gp96免疫学功能和生物学功能,在该领域在国际上形成了自己的研究特色和核心技术。通过临床样本质谱分析、免疫学实验,证明gp96与来源于乙肝慢性感染的肝癌的多肽直接结合,发现gp96在乙肝病毒感染的肝癌中结合MHC I类分子限制性抗原肽,并对其结合的分子区域进行初步阐明,gp96蛋白N端是结合多肽的部位,为了解gp96激活T细胞的免疫机制奠定了基础,揭示了肿瘤和病毒通过抗原呈递的免疫放大机制,从理论上证实gp96作为通用T细胞疫苗佐剂的可行性。

  针对目前疫苗佐剂和gp96免疫学功能研究中存在的关键科学问题,系统查明gp96与抗原结合的结构基础以及与MHC分子等抗原呈递分子相互作用参与抗原呈递的分子机制;通过分析gp96与病毒抗原、肿瘤抗原结合特性,发现一系列新型乙肝病毒和流感病毒抗原表位,发现gp96-抗原复合物通过抗原传递链将结合的抗原呈递给MHC I类分子的机制,为开发新型流感、乙肝和结核疫苗提供依据,为设计光谱性流感疫苗提供理论基础;发现组织干细胞来源的gp96通过抗原呈递活化癌胚抗原特异性T细胞,在肿瘤免疫防治中发挥重要作用。同时发现gp96与Toll样受体(TLR)相互作用对于T细胞活化至关重要;研究提示gp96可能选择性活化效应T细胞和调节性T细胞(Treg),为开发新型治疗红斑狼疮、自身免疫性肝炎等自身免疫疾病提供依据。发现gp96在肿瘤细胞中由内质网向细胞膜上位移,与细胞膜上HER2、uPAR、ER-α36等多种肿瘤抗原相互作用,揭示胞膜gp96作为肝癌、乳腺癌等肿瘤新靶点。建立了高效表达与制备有免疫学活性的重组gp96蛋白的技术,通过对蛋白结构与活性中心的分析,对其免疫学功能进行优化,并设计特异性抑制剂,拥有多项核心技术和发明专利。

  研究成果在Lancet, Molecular Oncology, Cancer letters, International Journal of Cancer, Journal of Immunology, Journal of Virology, Scientific Reports等杂志发表论文二十多篇,获得1项美国专利和9项中国发明专利授权,并申请国家发明专利10项。与之相关的2个候选药物已经开展中试生产、安全性评价等临床前研究,预计在1-2年内开展临床试验。

  上述系列研究已经发表在专著“Heat Shock Proteins in the Immune System”中的第七章:Roles, Mechanisms, and Opportunities of Heat Shock Protein gp96/grp94 in infections and Inflammation-Associated Malignancies. (Heat Shock Proteins in the Immune System, by Robert J Binder, Pramod K Srivastava. Springer, 2018.)

83   2018-08-01 11:25:06.09 凡纳滨对虾“正金阳1号” 获批水产新品种证书 (点击量:0)

        近日获悉,中国科学院南海海洋研究所胡超群研究员带领科研团队,与茂名市金阳热带海珍养殖有限公司合作选育的凡纳滨对虾“正金阳1号”获得水产新品种证书(GS-01-006-2017)。

  该品种是以2011年引进的泰国正大卜蜂集团、美国科纳湾海洋资源公司、夏威夷海洋研究所的凡纳滨对虾和凡纳滨对虾“中科1号”(GS-01-007-2010)种虾为基础群体,以耐低温、耐低盐、生长速度和成活率为目标性状,采用家系选育和品系选育相结合的选择育种技术,经连续4代选育而成的抗逆新品种。在水温12-18℃养殖条件下,与凡纳滨对虾“中科1号”和SIS(美国对虾改良系统有限公司)虾苗相比,成活率分别平均提高16%和 24%;生长速度分别平均提高10%和13%。适合我国海水、咸淡水和淡水养殖区域养殖。

84   2018-08-01 11:27:07.91 中国科大等首次实现容忍光子损失的玻色采样实验 (点击量:0)

        中国科学技术大学教授潘建伟及其同事陆朝阳等与中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员尤立星小组合作,实验研究了一种量子计算模型“玻色采样”对光子损失的鲁棒性,证明容忍一定数目光子损失的玻色采样可以带来采样率的有效提升。该研究成果为通过玻色采样实现量子霸权开辟了一条高效的途径,于6月6日以“编辑推荐文章”(Editors’ Suggestion)的形式在线发表于《物理评论快报》。美国物理学会Physics网站邀请澳大利亚量子计算和量子通信技术国家研究中心博士Austin Lund以《光子损耗不会使得量子采样脱轨》为题,在“观点”(Viewpoint)专栏对这一研究成果作了评述。

  在量子计算领域,能演示量子机器在特定问题上优于经典计算机的实验被国际学术界称为“量子霸权”。2010年,麻省理工学院Aaronson等在理论上提出玻色采样,并严格证明此模型是实现量子霸权的有效途径之一。但是玻色采样的一个实验挑战是光子的损耗。潘建伟团队首次在实验上探索了可容忍光子损耗的玻色采样。该团队发展了国际上最高效率和品质的量子点单光子源,并自主研发了集成127个分束器的具有最高透过率的光量子线路。结合上海微系统所尤立星团队研制的高性能超导纳米线单光子探测器(SNSPD),实验证明,在损耗一定光子数的情况下,玻色采样仍然保持其原来的计算复杂度(#P-complete)。与此同时,这种新型的玻色采样可以指数级地提升采样速率。该研究成果表明我国继续在光学量子计算方面保持国际领先水平,并向超越经典计算能力的量子霸权研究目标又迈进了一步。

  该研究工作得到了自然科学基金委、科技部、中科院、教育部等单位的支持。

85   2018-08-01 11:29:06.393 我所在钙钛矿单晶数字图像传感器研究方面取得新进展 (点击量:0)

        近日,我所薄膜硅太阳电池研究组(DNL1606)刘生忠研究员与陕西师范大学杨周副教授、刘渝城博士等在钙钛矿单晶数字图像传感器研究中取得新进展,相关研究结果在《先进材料》(Advanced Materials)上发表。

        作为太阳能电池应用的超级材料,钙钛矿CH3NH3PbX3(MAPbX3,X=Cl,Br,I)也在光电子领域展现出重要的应用前景。与多晶薄膜相比,钙钛矿单晶具有更好的光电性能。该团队通过微调晶体成核和生长过程,首次开发了一种低温梯度结晶方法(LTGC)来生长高质量的钙钛矿CH3NH3PbBr3单晶,获得了超低的缺陷态密度,大大提高了载流子迁移率和载流子迁移寿命。此外,科研人员成功地利用高质量的单晶设计,制备了由729像素传感器阵列组成的大面积(≈1300mm2)成像组件。该器件具有非常快的响应速度,优异的光响应度,高分辨率的成像功能,以及很好的稳定性,是目前研究报道的首例基于大尺寸单晶钙钛矿的高性能数字图像传感器,为使用钙钛矿单晶材料设计开发新型光电器件提供了新思路。

  上述研究工作分别得到中国国家重点研究与发展计划、中央高校基础研究基金、国家自然科学基金项目、111项目、国家大学科研基金、长江学者创新团队、中国国家千人计划项目的资助。

86   2018-08-01 16:05:41.39 固体所在三重简并费米子半金属MoP中观测到压力诱导的超导电性 (点击量:0)

        近期,固体所迟振华副研究员与强磁场科学中心及物理所科研人员合作,在高压条件下首次在一种全新的拓扑材料——三重简并费米子半金属MoP中观测到超导现象。相关研究成果发表在自然合作期刊《NPJ量子材料》(npj Quantum Materials 3, 28 (2018))上。
  拓扑材料是近几年凝聚态物理领域的研究热点之一。根据电子结构的不同,拓扑材料可以分为拓扑绝缘体、拓扑半金属和拓扑超导体。三者的不同之处在于拓扑绝缘体和拓扑超导体的体态是全能隙的绝缘态,而拓扑半金属的体态在费米面附近存在零能隙的简并点或线。目前,实验已发现的拓扑半金属包括狄拉克(Dirac) 半金属、外尔 (Weyl) 半金属、节线 (nodal-line) 半金属等。拓扑半金属可展示线性巨磁阻效应、超高载流子迁移率、极高电导率、高热电势等宏观量子现象,在低能耗电子学器件方面有潜在的应用前景,迅速成为量子材料领域崭新的研究热点和前沿。
  寻找新型费米子成为近年来拓扑物态领域一个挑战性的前沿科学问题,也是该领域国际竞争的焦点之一。2017年,中国科学院物理所研究团队利用角分辨光电子能谱技术在具有碳化钨结构的MoP(磷化钼)单晶中首次观测到能带的三重简并点,附近准粒子激发被称为三重简并费米子,不同于四重简并的狄拉克费米子和两重简并的外尔费米子,首次实验证实存在传统类型以外的新型费米子,为固体材料中电子拓扑态研究开辟了新的方向。结果发表在(Nature 546, 627-631 (2017)),并入选两院院士评选的“2017年中国十大科技进展新闻”。
  固体所迟振华副研究员与杨昭荣研究员研究团队合作,在自主搭建的高压综合测试平台上对物理所石友国研究员课题组提供的MoP单晶进行了系统的高压研究,实验结果表明:MoP在30 GPa左右从拓扑半金属转变成超导体,临界转变温度Tc为2.5 K左右,随着压力增大,Tc也随之升高,在95 GPa时升高到4 K。另外,在60 GPa以下,MoP的晶体结构非常稳定,表明受晶体结构对称性保护的拓扑非平庸电子态和超导态在30~60 GPa范围内有可能共存,实验结果与强磁场科学中心杨晓萍研究员的理论计算结果吻合。相关结果也为拓扑超导的实现提供了一种新的思路。
  该工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的资助。

87   2018-08-01 11:40:00.83 【科技日报】新疆发现多个植物新属种 (点击量:0)

        中科院昆明植物研究所种质库采集人员在赴新疆开展种子采集时,曾收集到几号鉴定困难的种子。经过最新确认,属我国尚未记载的物种。

  研究人员经过形态解剖,查阅相关植物志及国内外相关标本及咨询类群专家后,确认新发现的物种分别是紫草科土库曼狼紫草、十字花科天山糖芥、菊科犁形棘头花、茜草科盾苞茜和轮叶拉拉藤,其中盾苞茜属和棘头花属为我国新记录属。

  据介绍,在我国31000余种维管植物中,仅限于新疆分布的物种达1700多种,是我国陆地生态系统的关键地区之一,也是我国野生植物种质资源的重要分布区之一。

  依托中科院昆明植物研究所建设运行的中国西南野生生物种质资源库除对本次新发现的盾苞茜、轮叶拉拉藤、天山糖芥等3个中国新分布物种的种子作了收集保存外,还通过与国内的教学、科研机构及保护区合作,使黄花牛耳朵、竹溪风毛菊、竹溪繁缕、希陶木、七齿珍珠菜等近年来新发表的物种种子得以妥善收集和保存。

  种质库是国家重大科技基础设施,目前种质库已初步建成我国野生植物种质资源保存装置和科学研究体系,旨在对我国野生植物种质资源进行抢救性保护和战略储备,特别是对珍稀濒危、特有和具有重要经济价值的物种进行优先收集保存,为我国生物资源储备提供安全保障。截至2017年12月,种质库通过采集保存种子的方式,已保存了我国野生植物种子9837种,占我国种子植物总数的三分之一。

  此项科研成果已以《中国种子植物两个新记录属和5个新记录种》为题,发表在国际植物分类学期刊《土耳其植物学杂志》上。

88   2018-08-01 11:49:09.98 【中国新闻网】中国科学家利用新技术破解2亿年前昆虫真实颜色 (点击量:0)

        中国科学院南京地质古生物研究所4月12日发布消息,该所研究团队利用新的分析技术,从欧亚大陆中生代蛾类标本中发现了结构色的确切证据,破解了目前已知最早的昆虫真实颜色(约1.95亿年前),同时也提出蛾类翅膀鳞片结构最原始的类型。

  研究成果当天在线发表于美国《科学》(Science)杂志的子刊《科学进展》(ScienceAdvances)。

  专家介绍,昆虫是地球上物种数量最多的动物,展现了极其丰富的颜色。昆虫颜色分为色素色(化学色)和结构色;其中结构色是光照射在虫体表面的微观结构上产生折射、衍射及干扰而形成的。长期以来,学界对昆虫化石鳞片的光学结构知之甚少。

  近期,该所博士生张青青和博士后任笑吟在研究员王博和张海春指导下对英国、德国、哈萨克斯坦和中国的侏罗纪蛾类标本以及白垩纪缅甸琥珀中飘翅目昆虫进行了系统调查。团队成员利用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜等技术,首次分析了这些化石中鳞片的微观结构和可能的结构色,为昆虫鳞片和颜色的演化提供了全新的观点。

  研究证据表明,侏罗纪早期(约1.95亿年前)的蛾类与现生小翅蛾非常类似,它们的翅膀鳞片已经具有较复杂的光学结构,可以产生银色或金黄色的结构色。这不仅是已知最早的昆虫真实颜色,也是最古老的昆虫结构色,并将该记录提前了至少1.3亿年。

  “先前经典的发育生物学理论认为,镂空型鳞片是最原始的状态,但本研究表明融合型鳞片才是最原始的类型,并且一型双层鳞片应为鳞翅目的基本构型特征。另外,昆虫的翅膀鳞片与羽毛的演化或许有一些共性。”王博称,先前的研究认为羽毛是鸟类的独有特征,但中国东北长毛恐龙化石表明羽毛也大量出现于非鸟类恐龙。与之类似,本研究表明具结构色的翅膀鳞片在鳞翅目出现之前就已经在一些原始类群广泛存在。

  本研究还证实了纳米级的光学结构可以保存在中生代的琥珀、压痕以及印模化石标本中,为复原远古动物和植物的结构色打开了新的窗口。

89   2018-08-01 12:04:49.01 【科技日报】蝙蝠又搞事!2.4万“二师兄”的死因找到 (点击量:0)

        去年在中国导致24000多头猪死亡的致命疾病是一种起源于蝙蝠病毒造成的。4月5日在线发表的《自然》杂志刊登了中国科学院武汉病毒研究所等单位的这项研究成果。

  据了解,2016年10月底,广东清远一种猪场暴发仔猪致死性疾病,发病仔猪表现为严重急性腹泻、呕吐、体重迅速下降,5日龄以下的仔猪死亡率高达90%。其他三个猪场随后也出现了疫情。截至2017年5月,共造成24693头仔猪死亡。

  中科院武汉病毒所联合军事科学院军事医学研究院微生物流行病研究所、华南农业大学、新加坡杜克-新加坡国立大学医学院新发传染病研究所和美国生态联盟的科研人员,对病猪样本进行了猪流行性腹泻病毒、传染性胃肠炎病毒等已知猪腹泻相关病毒的检测。

  找到了疾病源头——一种新发现的名为“SADS-CoV”的冠状病毒。这种病毒的基因组与2016年从菊头蝠(在爆发疫情的猪场不远处的一个山洞里发现)中分离出来的冠状病毒的基因组的相似度达到98%。

  SADS和2002~2003年暴发的严重急性呼吸综合征(SARS)具有诸多相似之处。比如,两者均发生于广东,都由新发冠状病毒引起,源头都是菊头蝠,这也表明了中国南方作为新兴疾病出现的热点地区的特殊性。

  中科院武汉病毒所研究员石正丽说,“SADS冠状病毒的发现与溯源研究证实蝙蝠携带的某些冠状病毒可跨种传播至家畜并造成严重疾病。”不过,石正丽也表示,根据对和病猪有密切接触的猪场工作人员的血清学调查结果,目前还没有证据显示SADS冠状病毒可进一步跨种感染人。

  该研究强调了积极监控蝙蝠及其他野生动物中的病毒性感染,对兽医卫生、公共卫生和全球经济的价值。

90   2018-08-01 12:33:58.6 我所在National Science Review上发表肼分解制氢研究的综述文章 (点击量:0)

        我所黄延强研究员和张涛院士在肼分解制氢方面的工作受到了国际同行的广泛关注,近期受邀在《国家科学评论》(National Science Review)上发表题为“Design strategies of highly selective nickel catalysts for H2 production via hydrous hydrazine decomposition: a review”的综述文章。

        肼(N2H4)是一种重要的液体推进剂,在催化剂作用下能够在室温下被迅速分解,产生高温高压的气体,实现化学能向动能的转变。该团队长期致力于肼分解反应的基础和应用研究,针对国民经济的多个应用领域开发了多种肼分解催化剂。实现对肼分解选择性的调控(高选择性生成氢气和氮气)具有明确的应用价值,是学术界关注的焦点,其核心在于通过对催化剂的优化设计实现其对N-N键和N-H键断键能力,以及顺序的精准控制。该文章重点综述了该团队在非贵金属镍基催化剂上肼分解制氢活性和选择性的调控策略:利用碱性助剂效应(Angew. Chem. Int. Ed., AIChE J.)、合金效应(Appl. Catal. B, J. Catal.)和金属-载体强相互作用(ACS Catal.),构建了不同结构的负载型镍基催化剂体系,实现了肼高活性、高选择性分解制氢。相关研究工作进一步深化了对肼分解反应机理的认识,为我国肼分解催化剂在关键领域的应用奠定了重要基础。

  以上工作得到国家自然科学基金委和中国科学院相关项目的资助。

91   2018-08-08 15:50:19.587 中国科研人员提出人体肺部气体磁共振快速成像新技术 (点击量:0)

  中国科学院武汉物理与数学研究所4月16日透露,该所波谱与原子分子物理国家重点实验室周欣研究团队基于自主研发的科学仪器,提出人体肺部的快速成像新技术,实现目前世界上最快的肺部气体磁共振成像(MRI)高分辨动态采样速率,为肺部重大疾病的早期诊断提供新利器。

  周欣团队基于武汉物数所独立自主研发的超极化氙-129人体肺部MRI仪器,实现了对肺部气体交换的可视化观测,“点亮”了肺部。研究人员进一步发现,当超极化氙-129气体连续不断地进入人体肺部时,将产生对图像质量具有较大影响的气体流入效应。

  周欣表示,与现有的世界上超极化氙-129肺部动态成像方法相比,该技术达到人体肺部气体MRI的时间分辨率445毫秒/层,空间分辨率3毫米,为肺部重大疾病的早期诊断提供了自由呼吸状态下的快速、动态肺部功能成像。

92   2018-08-01 12:36:07.113 【中国新闻网】中国科研人员在野外首次发现极小种群野生植物云南兰花蕉 (点击量:0)

        记者4月16日从中国科学院昆明植物研究所获悉,该所研究团队近日在云南省河口县发现极小种群野生植物云南兰花蕉的野生居群。这也是该物种首次在野外被发现。

  云南兰花蕉是中国科学院西双版纳热带植物园(下称“版纳园)与华南植物园合作于2017年发表的一个新种,隶属于姜目兰花蕉科兰花蕉属。其模式标本采自版纳园2001年引种于云南麻栗坡的人工栽培植株。由于引种地区信息不够详细,一直未发现野生居群,该物种曾被认为在野外可能已处于灭绝状态。

  近期,中国科学院昆明植物研究所孙卫邦研究团队的蔡磊、杨佳俊、张品等科技人员,在执行“中国西南地区极小种群野生植物资源调查与种质保存”项目野外工作中,在河口县发现云南兰花蕉的野生居群15丛。它们生长在石灰岩地区林下,分布区极其狭窄,生境特殊,且受人为活动干扰。

  科研人员介绍称,据野外初步观察,云南兰花蕉的花从基部生出,会散发出腐烂尸体的臭味,具有吸引苍蝇以及其它昆虫为其传粉的功能,但未见果实。

  科研人员表示,云南兰花蕉在野外的首次发现,不仅丰富了河口大围山地区的植物多样性,也预示有很多类似情况的极小种群野生植物还未被发现。

  他们建议,尽快建立保护小区开展就地保护;同时开展人工繁育技术研究,以扩大种群数量,使该种野外能正常更新;此外,也要加大野外调查力度,以摸清野外种群状况,并开展其它相关科学研究。

93   2018-08-01 12:38:14.893 科学家在实空间首次观测到磁浮子 (点击量:0)

        近日,中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心田明亮课题组研究员杜海峰和德国尤利西研究中心教授R. E. Dunin-Borkowski团队及Nikolai S. Kiselev领导的小组形成的合作研究团队,利用电子全息技术在准二维螺旋磁性材料FeGe纳米结构中实验发现一种称之为“磁浮子”的新型三维局域磁结构,相关成果以Experimental observation of chiral magnetic bobbers in B20-type FeGe 为题发表在期刊《自然-纳米技术》(Nature Nanotechnology)上。

  二进制是计算技术中广泛采用的一种数制,是整个数据存储的基础。二进制数据是用“0”和“1”两个数码来表示的数。在具体的物理载体中,“0”和“1”是利用物理实体两个可操控的物理态来实现的,如计算硬盘中磁畴的两个磁化方向。2009年德国科学家在一类螺旋磁性材料中发现了一种具有粒子特性的拓扑磁结构,即磁斯格明子(Skyrmion)。斯格明子具有尺寸小、稳定性高和易操控等系列特点,从而可以作为基本的数据比特来构建未来高密度、高速度、低能耗磁存储器。但是长久以来,斯格明子被认为是此类材料中唯一存在的局域磁结构,因此只能作为二进制数据比特中的“1”或“0”一个,可以利用铁磁态作为另一个数据比特的载体。但是,由于斯格明子本身是存在于铁磁背景中,热扰动等外部因素会使斯格明子发生漂移,从而引起实际信息存储中的紊乱。通过在磁存储单元间构造人工缺陷能够限制斯格明子的无序运动,但无疑会增加器件设计的复杂性与成本。

  磁拓扑态之间的相互作用可以有效抑制它们的自发漂移,然而,同一种磁拓扑态结构,如磁斯格明子,很难实现“0”和“1”不同数据比特的分辨。因此,寻找新型局域的磁结构是解决该难题的主要途径。2015年,德国科学家首先理论预言在一定厚度的螺旋磁性材料中还存在一种磁结构——手性磁浮子 (Magnetic Chiral Bobber)。磁浮子是漂浮在材料表面的一种新型局域磁结构,可以取代铁磁态作为数据比特“0”应用到存储器设计中,这种新设计可以安全避免额外的构造人工缺陷等工艺,具有结构简单和成本低的优点。

  在该工作中,强磁场中心团队利用聚焦离子束技术制备了高质量的纳米结构样品,通过和德国尤利西合作团队多次实验摸索,在FeGe纳米材料中利用电子全息技术首次在实空间中直接观测到磁浮子,并且进一步发现磁浮子可以与斯格明子共存。该研究结果不仅扩展了手性磁体中拓扑磁结构的范围,也为相关的器件设计提供了很好的基础。

  该工作中杜海峰和Nikolai S. Kiselev作为论文的共同通讯作者。

  该研究工作受到国家重点研究计划专项基金、中科院重点部署项目、国家自然科学基金、中科院青年促进会等经费资助。

94   2018-08-08 15:44:32.207 二萜糖苷甜茶素的生物合成途径研究获进展 (点击量:0)

  66日,国际学术期刊Molecular Plant 在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所王勇研究组题为Diterpenoid UDP-glycosyltransferases from Chinese Sweet Tea and Ashitaba Complete the Biosynthesis of Rubusoside 的研究论文。该研究首次解析了甜茶素(rubusoside)的生物合成过程,报道了甜叶悬钩子(R.suavissimus)与明日叶(A.keiskei)中挖掘得到6条新的二萜糖基转移酶,并对其底物识别的机制进行了研究。

95   2018-06-21 15:29:29.907 《激光与光子学评论》发表福建物构所高功率固态照明/显示用微晶玻璃材料研究综述 (点击量:0)

  福建物构所中科院功能纳米结构设计与组装重点实验室王元生研究员团队在国家重点研发计划、国家基金项目、福建省科技项目、海西研究院“一三五”规划项目和林航副研究员海西研究院“春苗人才”专项基金等资助下,在高功率白光LED用微晶玻璃荧光材料及其应用方面取得系列研究进展,受到了国内外同行的广泛关注。

96   2018-08-01 14:56:35.323 深圳先进院脑所团队研发适用于活体神经调控的柔性光遗传技术 (点击量:0)

        国际学术期刊Advanced Optical Materials近日在线发表了中国科学院深圳先进技术研究院-MIT麦戈文联合脑认知与脑疾病研究所研究团队的最新成果Ultra-soft and Highly Stretchable Hydrogel Optical Fibers for In Vivo Optogenetic Modulations(DOI:10.1002/adom.201800427)。该研究首次采用柔性可拉伸的水凝胶光纤,在动物活体水平实现了对目标神经元的选择性调控。这一“在体柔性光遗传技术”的建立,有望为神经精神疾病的治疗提供新的工具。

  由于光遗传技术同时兼具毫秒级的时间分辨率和细胞选择性,已经被广泛地应用于神经环路的精准解析和调控,并且在神经精神疾病的治疗研究中展现出了巨大的应用潜力。目前,在实施活体水平光遗传学调控的过程中,研究者主要是通过埋置在体内的石英光纤将特定波长的激光导入,从而实现对目标神经组织的选择性调控。然而,由于传统的石英光纤具有较高的杨氏模量(1-10GPa),与神经组织(1-10kPa)极不匹配,长期植入后可能会引发光纤周围神经组织的反复损伤,降低调控的效果。更为重要的是,传统光纤与神经组织之间巨大的力学性能差异,严重限制了光遗传技术在大形变神经组织(例如脊髓、视神经、迷走神经、坐骨神经等)中的应用。

  为了解决上述问题,研究团队合成了具有高导光性的海藻酸钠-聚丙烯酰胺水凝胶材料,并且在此基础上制备出了直径为100-600微米的水凝胶光纤。制备的水凝胶光纤具有优异的光学和力学性能,在空气中测得的光传导损失率仅为0.25dB/cm,杨氏模量与神经组织接近(约60kPa),并且能反复拉伸至初始长度的400%以上。借助这种水凝胶光纤,可以稳定地诱发出神经元的特异性相应,并实现对动物行为的控制。此外,与传统的石英光纤相比,这种水凝胶光纤具有更佳的组织相容性。并且在经过长期的体内埋植后,水凝胶光纤仍能基本保持原有的光学和力学性能。得益于上述特性,团队研发的水凝胶光纤将为光遗传技术在脊髓和周边神经的应用乃至未来的临床化发展提供重要的技术支持。

  王璐璐和钟成为本文的共同第一作者,王立平研究员和鲁艺副研究员为共同通讯作者。这项工作是上述团队继光电极及神经界面技术后(Biomaterials,2012;Journal of Neuroscience Methods,2014;Nature Communications,2016;Electrochemistry Communications,2017),在光遗传学技术领域取得的又一重要进展。该研究受国家自然科学基金委、中国科学院、广东省科技厅、深圳市科技创新委、深圳市发展改革委等部门项目的资助。

97   2018-08-08 15:40:52.48 我国学者破解中国种茶树全基因组密码 (点击量:0)

        近日,由安徽农业大学教授宛晓春团队牵头的多个研究团队,破解了世界上分布最广的中国种茶树的全基因组信息,为研究山茶属植物的物种进化、茶叶风味物质形成机理与品质调控、分子育种等奠定了基础。该成果由宛晓春团队联合深圳华大基因和中国科学院国家基因研究中心(上海)等共同完成,相关成果日前在线发表于《美国科学院院刊》。

98   2018-08-01 14:58:22.87 【中国科学报】SuperKEKB加速器实现首次正负电子对撞 (点击量:0)

        5月2日,记者从中科院高能物理所获悉,日本高能加速器研究机构(KEK)的超级B介子工厂SuperKEKB加速器,实现了正电子和负电子束流第一次对撞。加速器对撞点上的Belle II探测器记录下了正负电子湮灭以后所产生的各种物理事件。这是KEK的粒子物理实验室八年来的第一批对撞。

  Belle II的中国组目前包括中国科学院高能物理研究所、中国科学技术大学、北京大学、北京航空航天大学和复旦大学五个单位,参与Belle II实验的设计与建造、调试与运行维护、软件开发与科学计算等工作。

  2010年,B介子工厂KEKB停止运行,进入升级到SuperKEKB加速器和Belle II探测器的工程阶段。与上一代实验相比,SuperKEKB加速器设计的对撞亮度是KEKB的40倍;同时Belle II探测器比Belle性能大幅度提高,以适应高事例率条件下的事例探测和记录。

  SuperKEKB加速器与Belle II探测器的科学目标,主要是在底夸克、粲夸克等基本粒子的稀有衰变中寻找超出标准模型的新物理,寻找可能解释自然界是正物质(而非反物质)占支配地位这一根本问题的原因,研究宇宙的形成和演化问题。Belle II实验还将被用于研究新型强子态、精确检验标准模型等。

99   2018-08-01 15:01:15.343 缅甸琥珀揭示一亿年前昆虫拟态行为 (点击量:0)

        近期,中国科学院南京地质古生物研究所“现代陆地生态系统起源与早期演化研究团队”王博研究员、史恭乐副研究员与中国农业大学刘星月教授研究团队合作,从一亿年前白垩纪缅甸琥珀中发现了一类奇特的昆虫幼虫拟态苔藓植物。该结果是首次在化石昆虫中发现拟态苔藓的行为,为重建远古昆虫和植物的生态关系提供了新证据。研究成果在线发表在《细胞》出版集团《当代生物学》(Current Biology)杂志上。

  在漫长的地质历史中,昆虫演化出不同的伪装术。其中,昆虫对植物的拟态是最为常见的一种。凭借这类拟态,昆虫可以藏匿在植物中,避免被捕食者发现,同时也让猎物很难察觉自己,起到了一举两得的作用。现代自然界中,昆虫多拟态蕨类和种子植物的叶子、枝条和花,极少部分昆虫可以拟态苔藓植物。苔藓植物是最早陆地植物之一,遍布世界各个角落,为昆虫提供了食物,也提供了庇护场所。但地质历史上,昆虫与苔藓植物的生态关系则鲜有记录,而化石昆虫模拟苔藓的行为更是未见。

  本次报道的昆虫为脉翅目草蛉总科的幼虫,俗称蚜狮。该物种被命名为黄氏拟苔草蛉,种名以模式标本的捐赠人(台湾黄憶人先生)命名。拟苔草蛉与目前已知的所有草蛉总科幼虫不同,其胸部及腹部前5节背板发育了共8对扁阔的叶状结构,其外形非常类似于苔藓的植物体。此外,该种头部相对退化并隐匿在前胸侧叶下,前端发育有一对极长且端部膨大的触角以及一对细长内弯的大颚,分别用来探测和捕食猎物。

  本研究还找到了几类该物种可能拟态的苔藓类群。其中,拟苔草蛉与几类叶苔类展示了极大的形态相似性,包括个体大小、叶形状和排列、叶的褶皱和纹路。因此,本研究推断拟苔草蛉很可能拟态叶苔类,利用该类伪装躲避捕食者,同时也迷惑猎物,提高捕食成功率。 

  本项研究得到中国科学院和国家自然科学基金委的资助。南京古生物所绘图师杨定华绘制了复原图。

  相关论文:Liu Xingyue*, Shi Gongle, Xia Fangyuan, Lu Xiumei, Wang Bo*, Engel M.S.* (2018) Liverwort mimesis in a Cretaceous lacewing larva. Current Biology

100   2018-08-01 15:05:04.057 【湖北日报】“种”出新能源 (点击量:0)

        “小小微藻看似不起眼,但它作为新一代的生物能源吸引了全世界的目光。”5月3日,武汉东湖边的中国科学院水生生物研究所里,研究员胡强告诉湖北日报全媒记者,他和团队建成的国内首条微藻生物能源中试生产线,可用微藻炼制生物柴油、汽油、航空煤油,进行二氧化碳捕获和废水处理,并为保健品、药品、饲料提供原料等。

  微藻是一类古老的低等植物,在陆地、淡水湖泊、海洋中分布广泛,是地球大气层中氧气的最初来源。在显微镜下,藻类就像一个微型工厂,其油脂含量比油菜籽、花生的含油量高2到3倍,比玉米高近10倍。在世界微藻研究领域,胡强和他的团队所从事的研究曾被2008年美国时代周刊评为当年全球最有影响力的50项发明之一。归国前,胡强任美国亚利桑那州立大学终身教授,他和团队曾在美国建立微藻生物能源中试生产线,他领导的实验室是美国最早的微藻能源研发基地。如今,这支团队在东湖边“种”新能源。他说:“种藻和种粮食、种蔬菜是一样的,我们的初心就是要在国内种出绿色油田。”

  美国“科研天团”整体迁移武汉

  “与世界能源大国以及我国巨大的能源消费量相比,我国的能源储量相对较小,所以寻找新型可持续替代能源迫在眉睫。”谈及当初放弃国外工作毅然回国从事藻类能源研发的决定时,胡强说:“就是义无反顾,一心只想回国,利用自身在国外积累的经验为国家做点贡献。”

  2013年7月,水生所藻类生物技术和生物能源研发中心在武汉成立。该中心由水生所和国家开发投资公司合作共建,致力于通过产、学、研一体化技术创新模式,探索和解决微藻生物质领域重大科学和工程技术问题,胡强放弃美国的一切,担任该中心主任。

  韩丹翔研究员、张学治研究员、龚迎春副研究员、韩国籍专家尹康燮等4人都是胡强在美国的科研团队成员,一起跟随胡强的脚步来到武汉。韩丹翔说,离开了曾经熟悉的生活环境,放弃了更加优厚的薪金待遇;团队中韩国专家更是带着妻儿“背井离乡”,需要适应新环境和克服语言压力,这些都需要很大的牺牲和勇气,但大家从未后悔过,而是并肩战斗,攻坚克难,不断突破技术瓶颈,推广微藻资源在中国产业化发展。

  种出“绿色油田”来

  微藻虽好,但利用微藻单纯生产生物柴油成本太高。胡强团队专门针对生物质发电厂的烟气和电厂灰处理开发出了新版微藻技术,不仅可以脱去烟气中的二氧化碳,去除电厂灰中残余的无机元素,降低环境污染,而且可以将电厂灰和烟气作为免费营养源,用于培养微藻生物质并生产上等生物油脂和其他高附加值产品,并显著降低生产成本,带来经济、社会和环境效益。所以本项目希望能够跟湖北省相关企业在保健品、食品、饲料等领域加强合作,将微藻产品推向市场。

  在河北省三河市燕郊镇,该中心建成了占地50亩的微藻中试生产基地,有先进的全套设备、大型生物反应器、系统集成、大型温室、厂房、下游处理加工车间等。下一步,该中心将在武汉梁子湖畔,建成微藻生产示范基地,加快微藻产业化进程。

  5年来,从5人的核心团队到如今约80人的人才队伍,从美国到国内,从科学研究到探索能源与资源产业化建设,这支团队汇集了国内外微藻生物技术和生物能源领域内的各类人才,组建了一支具有国际化水平的创新团队。17项实用新型以及4项PCT成功实现了科学研究的转化,51项发明专利贯穿微藻产业链全流程。

  胡强介绍,该中心现在拥有国际一流示范平台,世界先进的微藻全产业链技术,大大降低了生产成本,提高了生产效率,为大规模生产提供了必要前提。下一步,希望科研成果能尽快在湖北转化。

101   2018-08-01 15:06:35.69 【光明日报】我国首套空间摩擦学原位分析系统研制成功 (点击量:0)

        记者5月1日从中国科学院兰州化学物理研究所获悉,国家重大科研仪器研制项目——“模拟空间环境下摩擦试验原位系统的研制”,成功地实现了模拟空间环境下摩擦试验原位分析功能,为准确获取模拟空间环境下摩擦试样的物理与化学信息提供了一种新颖而可靠的分析测试手段。该项目由中科院院士、中科院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室主任刘维民主持。4月27日,该项目通过了国家自然科学基金委员会组织的结题验收评审并获得“优秀”。

  该项目针对国内空间摩擦学研究对试验条件的迫切需求,将X射线光电子能谱(XPS)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、质谱(MS)和显微光学分析(MPA)等先进分析技术与超高真空、交变温度、辐照(原子氧、紫外、质子和电子)等多种空间环境模拟技术及球-盘摩擦试验技术进行了优化集成。

  据介绍,空间摩擦学是摩擦学的重要分支,主要研究空间环境下摩擦学性能演变规律及其影响机制,涉及物理学、化学、材料科学、机械科学和空间环境工程学等学科,是一个多学科交叉、基础研究和工程应用并重的研究领域。上世纪60年代空间摩擦学就已经引起了国际航天界的广泛关注,美国、欧洲、日本、俄罗斯均已建立了相对完备的空间摩擦学研究系统,而我国该领域的研究则相对滞后,直到上世纪90年代中期相关实验条件仍然比较匮乏。因而该研究对于保障我国航天工程可靠性具有重要意义。

102   2018-08-08 16:10:42.583 昆明动物所为肥胖致糖尿病发病机制提供新思路 (点击量:0)

  日前,中科院昆明动物研究所研究员梁斌团队和中科院生物物理研究所研究员刘平生团队合作,首次揭示在自然状况下,由肥胖转为糖尿病过程中,肝脏能量代谢出现从脂肪酸氧化到支链氨基酸降解的转变,为肥胖导致糖尿病的发病机制提供了新的思路。该研究成果目前在线发表于《美国生理学会期刊—内分泌学与代谢》上。

103   2018-08-01 15:11:50.017 【文汇报】研究揭示重度强迫症手术治疗神经环路机制 (点击量:0)

        手术治疗重度强迫症的神经环路机制终于又有了新进展。近日,著名学术期刊《生物精神病学》发表了上海交通大学医学院附属瑞金医院与中国科学院联合课题组的最新研究成果,通过功能磁共振成像分析重度强迫症患者术前和术后额叶—纹状体相关环路的功能连接变化,以及临床症状改善的关系,并利用术前额叶—纹状体功能连接来预测手术后患者的临床改善状况,首次发现腹侧和背侧额叶—纹状体功能通路分别对应着手术治疗的作用机制和预测因子,为利用功能影像生物标记来指导临床治疗决策提供了重要的基础。

  强迫症(主要包括强迫观念和强迫行为)是一种大多发病于青少年时期的慢性精神疾病,患病率达1%。其中重度强迫症患者对常用的治疗手段,如药物和认知行为治疗都很难有积极响应,难以维系日常生活与工作,给家庭和社会带来沉重负担。20世纪中期,随着现代立体定位技术的进步,精神外科手术作为一种“终极救赎”治疗手段开始应用于治疗多种重度、难治性的精神疾病,如重度厌食症、强迫症等,但是手术治疗效应以及个体疗效差异的神经环路机制都不太清楚。

  针对这些问题,研究人员分析了自2013年以来在瑞金医院功能神经外科手术的36例重度强迫症患者术前和术后的静息态脑功能影像数据,利用假设驱动的方法来研究额叶—纹状体相关神经环路的功能连接模式。结果发现其中56%的患者对治疗有效,同时发现异常增高的腹侧纹状体与背侧前扣带回的功能连接在术后显著降低,并且功能连接降低的强度与患者临床症状改善的程度具有显著相关性。

  为了进一步探索是否可能利用术前功能磁共振来提前预测患者的手术治疗效果,研究人员先确定术前额叶—纹状体环路中哪些功能连接能够区分手术有效者和无效者,与临床症状评估建立线性回归模型,最后将此模型应用到一组独立的手术患者上,发现术前背侧尾状核和背侧前扣带回功能连接能够预测临床效果。此工作不仅揭示了精神外科手术治疗重度强迫症是通过复原异常增强的腹侧额叶—纹状体功能连接达到治疗的效果,而且建立了术前预测患者的手术治疗效果的计算模型,深入理解立体定向手术如何调节大脑功能网络。

  该研究由瑞金医院功能神经外科孙伯民主任团队、心理科与中国科学院神经科学研究所、脑科学与智能技术卓越创新中心、神经科学国家重点实验室脑影像平台王征课题组合作完成。

104   2018-08-08 16:14:49.343 中国科学家裴端卿入选欧洲分子生物学组织外籍成员 (点击量:0)

  欧洲分子生物学组织5月14日公布了2018年62名新成员名单。广州生物院院长、研究员裴端卿作为中国科学家入选为新的外籍成员,这是中国第9位科学家获此殊荣,也是本次入选名单中唯一来自中国的科学家。

105   2018-08-08 16:16:45.063 “鹊桥”中继星成功发射 (点击量:0)

        5月21日5时28分,我国在西昌卫星发射中心用长征四号丙运载火箭,成功将探月工程嫦娥四号任务“鹊桥”号中继星发射升空。“鹊桥”号中继星是世界首颗运行于地月拉格朗日L2点的通信卫星,将为年底择机实施的嫦娥四号月球探测任务提供地月间的中继通信。

106   2018-08-08 16:18:23.517 中外科学家研制出航空轻质合金板材冲击液压设备 (点击量:0)

  6月7日,中国科学院金属研究所科研人员与白俄罗斯、罗马尼亚科学家合作,研制出航空轻质合金板材冲击液压成形设备,提升中国航空制造业发展水平。该技术可将传统铝合金板材成形过程中8道次以上的人工辅助制造改变为2道次的自动化生产过程,无需中间工艺热处理,生产效率提高了4倍,成功实现了航空复杂薄壁口框零件成形,推动和提升了中国航空钣金制造业发展。

107   2018-08-01 15:15:01.053 【中国新闻网】云南濒危土著鱼滇池金线鲃实现从保护到可持续利用的突破 (点击量:0)

        记者6月6日从中国科学院昆明动物研究所(下称“昆明动物所”)获悉,该所联合深圳华大海洋科技有限公司和中国水产科学研究院淡水渔业研究中心研发培育的新品种——滇池金线鲃“鲃优1号”正式获得官方颁发的水产新品种认证。据悉,这也是经中国农业农村部审定的云南省首个水产新品种。

  滇池金线鲃,俗称金线鱼,属鲤形目鲤科鲃亚科,是仅分布于滇池流域的国家II级保护动物,因其肉质鲜美而被列为“云南四大名鱼”之首。由于酷渔滥捕、围湖造田、水质污染和盲目引种等原因,滇池金线鲃一度在滇池湖体消失。昆明动物所杨君兴课题组一直致力于滇池金线鲃的保育、种群恢复和可持续利用。

  昆明动物所研究员杨君兴介绍,滇池金线鲃“鲃优1号”是以2004年采自滇池入湖河流盘龙江上游牧羊河的野生滇池金线鲃为基础群体,采用群体选育技术,历时13年选育而出。相同养殖条件下,与未经选育的滇池金线鲃相比,24月龄滇池金线鲃“鲃优1号”体长平均提高20.5%,体重平均提高37.0%,肌间刺弱化78.5%。适宜在人工可控的10-25℃淡水小水体中养殖。

  自2007年突破滇池金线鲃人工繁殖以来,课题组现已具备年产千万滇池金线鲃鱼苗的能力,并实现了滇池金线鲃的人工增殖放流。2009年至今,已累计向滇池流域投放滇池金线鲃鱼苗800余万尾。

  杨君兴表示,滇池金线鲃“鲃优1号”的审定通过,标志着滇池金线鲃从保护到可持续利用这一探索的成功。同时,也证明了发展以滇池金线鲃为代表的云南土著鱼类渔业产业的可行性。

  云南记录有淡水鱼类13目43科199属629种及亚种,占全国淡水鱼类种数的39.9%。其中土著种594种,云南特有种多达255种,均居全国首位。然而,1996-2016年,农业部审定了182个水产新品种,云南却没有。长期以来,云南丰富的鱼类资源优势并未转化为产业优势。

108   2018-08-01 15:17:18.943 电催化二氧化碳制多碳醇燃料研究取得突破性进展 (点击量:1)

中国科学技术大学教授俞书宏课题组与多伦多大学教授Sargent课题组在电催化二氧化碳(CO2)制备多碳醇燃料方面取得突破性进展。研究者首次提出在CO2的电还原过程中,通过调控碳-碳偶联“后反应”步骤,抑制烯烃产生实现高效多碳醇转换,为高能量密度液体醇燃料(发动机燃料)的选择性制备提供了设计思路。该成果以Steering post-C–C coupling selectivity enables high efficiency electroreduction of carbon dioxide to multi-carbon alcohols 为题,于6月11日发表在最新一期《自然-催化》杂志上(Nature Catalysis 2018, 1, 421-428)。

  电催化还原CO2制备碳基化学原料是解决可再生电能长期存储问题的有效手段。乙醇和丙醇作为可再生的运输燃料由于其高能量密度、便于远程运输以及可直接在内燃机中使用的特点,受到研究者的广泛关注。然而,由于反应涉及多个CO2分子和12个电子以上的转移过程,以CO2电化学还原制备多碳醇仍然充满挑战。此外,在二氧化碳还原过程中,这类多碳醇的选择性受到乙烯产物的制约。精确调控多个反应步骤实现醇类的选择性制备对催化剂材料设计合成提出了更高要求。

  铜基纳米催化剂在电催化还原CO2制高价值醇类燃料领域表现优异,备受青睐。为了提高醇类燃料的选择性,而不至于形成CO或乙烯等化学品,科研人员发展了一系列策略,来调控Cu纳米催化剂的表界面结构和热力学。

  然而,以往的策略大多关注于C-C偶联反应步骤,能否通过调控C-C偶联之后的竞争反应以提高醇类燃料的选择性仍然是一个谜。研究人员利用密度泛函理论模拟预测核-壳(硫掺杂铜-空位铜)纳米结构有利于CO2还原过程中反应路径的选择,通过抑制乙烯的产生从而促进电化学合成多碳醇。基于课题组在硫化物纳米晶的合成方法所积累的工作基础(Chem. Commun. 2012, 48, 9762-9764),通过胶体成核方法,合成了一种缺陷可控的硫化亚铜纳米晶(V-Cu2S, V: Cu vacancy),之后再利用原位电化学还原方法,成功研制了一种新型核-壳-空位铜(Cu2S-Cu-V)纳米催化剂(图1)。

  利用流动电解池设备解决了二氧化碳传质限制,促使这一核-壳-空位铜纳米催化剂的多碳醇法拉第转换效率达到32%、转换速率超过120 mA cm-2,是目前国际上报道的最高电流密度。核-壳-空位铜的醇/烯烃产物比例是相应的纯铜催化剂的6倍以上(图2)。通过在催化剂核中掺杂硫原子并在壳层中引入铜空位,这一新型电催化剂Cu2S-Cu-V显著增强了CO2电化学合成多碳醇的性能。理论计算模拟、结构表征、X射线吸收光谱研究和电催化测试均证明了该核-壳-空位铜催化剂在性能调节中的作用。

  这一研究阐述了一种新颖的催化途径,将提高选择性的关注点从C-C偶联反应转移到C-C偶联之后的反应,即通过抑制竞争C2产物的反应实现目标多碳醇产物的制备,为今后设计有效电催化剂合成多碳醇类燃料提供了新的思路。

  上述研究受到国家自然科学基金委创新研究群体、科技部、中科院纳米科学卓越创新中心、苏州纳米科技协同创新中心、合肥大科学中心、中科院前沿科学重点研究项目的支持。

109   2018-06-20 15:01:43.697 宁波材料所在人工二维铁电金属研究方面取得进展 (点击量:0)

  最近,中国科学院宁波材料技术与工程研究所、中国科学院磁性材料与器件重点实验室研究员曹彦伟(第一作者和通讯作者)与其合作者在此方向实现了突破。他与来自美国罗格斯大学、布鲁克海文国家实验室、加州大学伯克利分校、宾州州立大学、阿贡国家实验室、伯克利国家实验室等单位的研究人员合作,利用原子级精度的激光分子束外延技术制备了高质量的室温二维铁电金属BaTiO3/SrTiO3/LaTiO3(如图),实现了界面二维电子气的铁电极化,以及电荷、轨道、铁电极化的周期性调控。该工作不但实现了人工室温二维铁电金属的制备,更为设计具有铁电、铁磁和超导三相共存的二维量子材料提供了思路,有望推动新型量子器件的应用。该研究工作于4月18日以Artificial two-dimensional polar metal at room temperature 为题发表在《自然-通讯》(Nature Communications,DOI:10.1038/s41467-018-03964-9)上,并被选为编辑推荐文章,作为亮点工作报道(Editors’ highlights)

110   2018-08-01 15:22:28.993 “远征二号”潜水器圆满完成海上试验性应用 (点击量:0)

        5月16日,中国科学院沈阳自动化研究所海洋信息技术装备中心“远征二号”潜水器开展了由总体所组织的海上试验性应用,参试人员包括总体所、协作单位以及试验保障人员等20余人,并于6月1日胜利返航。

  本次试验性应用是应总体所紧急征调开展的,“远征二号”潜水器累计完成了30余条次试验应用任务,探查搜索了近百平方公里的海域,获取了多个疑似目标的声图数据,为总体所顺利完成本次探查任务做出了重要贡献。

  本次试验性应用是继2016年和2017年海洋信息技术装备中心与总体所的第三次海上探查任务合作。“远征二号”历经多航次应用,其设计功能、性能及可靠性得到进一步验证,总体所对该型产品的进一步推广应用前景充满迫切期望和信心,并表示在沈阳自动化所参研、参试人员的坚定意志品质和优秀工作作风推动和鼓舞下,必将取得更加辉煌的成绩,为进一步推进我国海洋机器人广泛应用做出更大贡献。

111   2018-08-01 15:24:26.15 【新华网】在麦哲伦海山搜寻神奇的趋磁细菌 (点击量:0)

        地球磁场既保护地球生物免受太阳风和有害宇宙射线的袭击,也直接影响了部分生物的行为和生理活动。能沿着地磁场磁力线方向运动的趋磁细菌,就是受磁场影响的微生物家族代表。
  正在西太平洋麦哲伦海山进行科技基础资源调查专项综合考察的“科学”号上,来自中科院海洋所海洋生态与环境科学重点实验室的潘红苗副研究员,主要从事趋磁细菌研究。“科学”号搭载的“发现”号深海机器人从海山采集的沉积物主要是有孔虫砂,潘红苗在显微镜下仔细观察,期待从中搜寻到趋磁细菌的身影。

  “趋磁细菌在地球上广泛存在,目前已在淡水湖泊、河流、海洋潮间带、潟湖、盐湖等700多种生态环境中发现,其多样性等特征也获得深入研究,”潘红苗说,“但趋磁细菌在深海环境中的群落结构和多样性特征,还缺乏系统性和针对性研究。尤其是在海山特殊环境中的多样性特征,至今还未见系统报道。”

  海山是深海海底独特而普遍的地形之一,生物量和物种丰富度都高。2015年以来,中科院海洋所海洋生态与环境科学重点实验室的团队在对西太平洋马里亚纳海山和卡罗琳海山的科学考察中,均发现了趋磁细菌的身影,其中在马里亚纳海山鉴定出14个新属、16个新种。

  鞭毛是细菌的运动器官。在马里亚纳海山,科研团队发现了一类特殊的趋磁细菌,鞭毛以一种前所未见的方式排列,这可能是趋磁细菌适应海山特殊环境的一种特征。相关研究论文已于2017年年底发表在国际权威学术期刊《科学报告》上。

  趋磁细菌为什么能趋磁?

  原来,趋磁细菌能够吸收生活环境中的铁,形成棱柱、立方八面体、子弹头等不同形状的磁小体,呈链状排列。这相当于在菌体内形成一个生物“罗盘”,使细菌能有效感应外界磁场,并利用地球磁场的磁力线快速定位到最佳生态位。

  科学研究发现,趋磁细菌不喜欢生活环境中有过多氧气。为了寻找最适宜的氧浓度环境,南半球的趋磁细菌喜欢沿着磁力线往南运动,北半球的趋磁细菌喜欢往北运动,赤道附近则存在着向南北两个方向运动的趋磁细菌。

  利用这一快速定位特点,趋磁细菌可以在药物研发上大显身手。细菌体内的磁小体提纯后毒性低、生物相容性好,可作为多种药物和大分子化合物的载体,应用于定向治疗肿瘤。

  趋磁细菌在地球上分布广泛、数量众多,参与了铁、硫、碳、氮、磷等元素循环,在海洋生物地球化学循环中扮演着重要角色。在一般细菌中,铁仅占细胞干重的0.025%,而趋磁细菌的铁可占3.8%,是一般细菌的百倍以上。

  趋磁细菌死亡后,部分磁小体可形成化石。磁小体化石中携带的古地磁和古环境信息是研究生物地磁学与生物矿化作用的理想“模式生物”,可为科学家重构地球古气候环境提供重要依据。

  潘红苗说,如果在麦哲伦海山的沉积物中搜寻到趋磁细菌,将结合光学和电子显微技术、系统发育学和宏基因组学等方法,研究趋磁细菌在不同海山沉积物之间的分布、种群结构及多样性等特征,分析其与环境因子相关性,并探索海山趋磁细菌特殊种类及进化起源。

112   2018-08-01 15:25:55.927 上海硅酸盐所在新型铽铝石榴石基磁光陶瓷研究方面取得系列进展 (点击量:0)

        铽铝石榴石(Tb3Al5O12,TAG)在可见和近红外波段具有较高的光学透过率和较大的Verdet常数,被认为是用于法拉第隔离器的最理想材料之一。但由于TAG的非一致熔融特性,其晶体制备十分困难,所以一直未实现实际应用。而陶瓷的制备可以避免非一致熔融过程,使得TAG介质的优良特性得以实现。与单晶相比,TAG磁光陶瓷还具有易于制备大尺寸、抗热震性好、断裂韧性高等优点,具有良好的应用前景。    
  近日,中国科学院上海硅酸盐研究所李江研究员带领的透明与光功能陶瓷研究课题组在新型铽铝石榴石基磁光陶瓷研究中取得重要进展。该团队采用共沉淀法合成了0.5at% Ho:TAG纳米粉体,再结合真空烧结及热等静压后处理(HIP)技术制备得到了具有优异光学质量和磁光性能的Ho:TAG透明陶瓷,该材料在1064 nm波长处的直线透过率达到81.9%,在632.8 nm处的Verdet常数为-183.1 rad·T-1·m-1,比商用TGG单晶高36%。相关研究成果发表于国际著名期刊Scripta Materialia(2018,150: 160-163)上,论文第一作者为上海硅酸盐所博士研究生戴佳卫,通讯作者为李江研究员。该工作获得了审稿人的高度评价,审稿人认为“This is a novel paper on magneto-optical Verdet constant data on a transparent ceramic material that is quite hard to grow as a single crystal”。鉴于该工作的影响力,研究团队随后受Scripta Materialia期刊主编Subhash H. Risbud博士(美国加州大学戴维斯分校教授)邀请撰写了关于磁光陶瓷领域的观点类文章“Promising Magneto-optical Ceramics for High Power Faraday Isolators”,并以Viewpoint Paper的形式发表在Scripta Materialia(2018, DOI: 10.1016/j.scriptamat.2018.06.031)上。    
  近年来,李江研究员团队开展了关于TAG磁光透明陶瓷的研究工作,并取得了系列研究成果。该团队首先以商业氧化物粉体为原料,采用固相反应法结合真空烧结技术来制备TAG磁光透明陶瓷,对粉体性能和陶瓷性能进行了系统研究,揭示了固相反应烧结过程中原料粉体的重要性(Optical Materials, 2016, 62: 205-210)。针对商业氧化铽粉体存在的团聚问题,该团队又通过沉淀法自主合成了分散性相对较好的氧化铽纳米粉体并以此为原料来制备TAG透明陶瓷,其光学透过率和商业粉制备的陶瓷相比有所提升(Optical Materials, 2017, 73: 706-711)。与固相反应法相比,湿化学法合成粉体能够实现元素在原子水平的均匀混合,同时得到的粉体分散性和化学均匀性都较好,有利于后期透明陶瓷烧结。鉴于此,该团队又采用反滴共沉淀法成功合成了纯相TAG纳米粉体,对粉体性能进行了系统的研究和优化(Optical Materials, 2017, 73: 38-44;Ceramics International, 2017,43(16): 14457-14463)。进一步地,在TAG纳米粉体中添加正硅酸乙酯(TEOS)作为烧结助剂并进行球磨后处理,结合后续的真空及热等静压烧结成功制备了在1064 nm波长处直线透过率为81.4%的TAG磁光陶瓷(Optical Materials, 2018, 78:370-374)。这是国际上首次报道通过湿化学法成功制备高光学质量的TAG磁光陶瓷。    
  近期,该研究团队又通过顺磁性稀土离子掺杂对TAG陶瓷进行了性能调控,并取得了新的研究进展。他们以离子半径和Tb3+接近的Ce3+和Pr3+为改性离子,成功制备了高光学质量的Ce:TAG和Pr:TAG磁光陶瓷。研究发现,由于掺杂离子对晶体场的影响以及和Tb3+之间存在超交换作用,掺杂后TAG磁光陶瓷的Verdet常数均有所提升,其中2.0at% Ce:TAG透明陶瓷在632.8 nm处的Verdet常数达到-196.2 rad·T-1·m-1,比TAG陶瓷和商业TGG晶体分别提高了9%和46%(Scripta Materialia,2018, 155:46-49)。    
  以上系列研究工作得到中国科学院前沿科学重点研究计划项目(院青年拔尖人才项目)、国家自然科学基金项目、国家重点研发计划项目、中国科学院上海硅酸盐研究所重点学科建设项目等资助。  

113   2018-08-01 15:28:16.03 【中国新闻网】中科院启动“洁净能源”先导专项 将构建中国特色能源结构 (点击量:1)

记者6月19日从中国科学院获悉,该院A类战略性先导科技专项“变革性洁净能源关键技术与示范”(简称“洁净能源”先导专项)当天正式启动,“洁净能源”先导专项将以清洁低碳、安全高效为驱动,构建与中国能源资源相适应的中国特色能源结构,同时构建清洁高效、多能互补的清洁能源利用新体系,满足中国能源可持续发展的重大需求。

  中科院19日在大连化学物理研究所召开“洁净能源”先导专项启动会上介绍说,中国是世界上最大的能源消费国,且对外依存度高,“富煤、少油、贫气”的资源禀赋和不相适应的能源结构及相对落后的能源技术,导致中国面临着能源需求总量继续增加、能源供给制约多、生态环境破坏严重等严峻挑战。

  中科院在能源研究领域具有长期积累,“洁净能源”先导专项以化石资源清洁高效利用与耦合替代、清洁能源多能互补与规模应用、低碳化多能战略融合为主线,部署合成气下游及耦合转化利用、甲醇下游及耦合转化利用、高效清洁燃烧、可再生能源多能互补示范、大规模高效储能、核能非电综合利用、可再生能源制氢/甲醇、中国能源战略研究等八方面研究内容。

  “洁净能源”先导专项由中科院大连化物所、中科院青岛能源所牵头,联合中科院20个与能源研究直接相关的研究所共同实施,计划到2023年前,突破39项关键技术、完成23项工业应用示范,形成5项国际领先的重大突破,申请包括30项PCT国际专利在内的300项核心专利;争取油气资源替代能力超过1亿吨当量,燃煤污染物排放降低40-50%,实现100%可再生能源应用示范和低碳化多能融合战略实施,为构建中国清洁低碳、安全高效的能源体系提供技术支撑。

  同日,“中国科学院洁净能源创新研究院”第一届理事会成立大会在大连化物所召开,该研究院将创新体制机制,突破一批关键核心技术,聚集中国洁净能源研发的创新人才,组织实施“洁净能源”先导专项。

114   2018-08-08 16:07:34.417 我国学者首次构建出锯齿型碳纳米管片段 (点击量:0)

  中国科学技术大学杜平武教授课题组利用一种新策略,首次构建出锯齿型碳纳米管片段。碳纳米管是一种纳米材料,重量轻,六边形结构连接完美,组成碳纳米管的C=C共价键是自然界中最稳定的化学键之一,但是合成长度和尺寸单一的碳纳米管是合成化学和材料化学的一个重要挑战。这种通过三个弯曲型分子连接两个石墨烯单元方法可直接得到纳米笼状结构,为构建封端锯齿型碳纳米管提供了新思路。该研究成果日前发表在《德国应用化学》上。

115   2018-08-01 15:29:36.777 理化所深紫外零线性压缩材料研究取得新进展 (点击量:0)

        在各向均匀受压(静水压)下,绝大多数材料会沿着所有方向发生收缩。然而,自然界中有一类材料违反了这个公认的物理常识,当各向均匀受压时,其沿某一特定方向却反常地保持材料尺寸不变,这类材料被称为零线性压缩材料。由于在不同的静水压力下,零线性压缩材料可以在特定方向上表现出高度的力学性能稳定,所以这类材料对于在大压力涨落等复杂环境中,提升精密仪器的应用稳定性具有重要的科学意义和研究价值。

  国际上对零线性压缩材料的探索主要集中在具有致密结构的超硬材料领域,目前,仅在极少数超硬材料(如金刚石)中发现了这种反常的力学性质。与致密结构材料相比,非致密结构材料在数量和结构类型方面更为丰富,而且由于其相对开放的骨架结构,在应用方面更具有结构和性能的可调控性。

  近期,中国科学院理化技术研究所研究员林哲帅、博士姜兴兴等通过理论推导得到了非致密结构材料中零线性压缩现象发生的条件,建立了理论模型,提出具有类似中国传统木匠文化中“鲁班凳”结构特点的材料能够产生零线性压缩性。他们通过大规模结构搜索,利用北京同步辐射光源,发现并证实了首个具有非致密结构的零线性压缩材料AEB2O4 (AE=Ca 或 Sr),在静水压下沿着a轴方向的线性压缩率低于金刚石,且光学测量表明其透明区域达到深紫外光谱区(最短波长约170 nm)。结合AEB2O4的线性零压缩性质与良好的光学性能,对其在高压力涨落环境下应用的高精度光学传感器件进行了设计。相关研究结果近期发表在《先进材料》(Adv. Mater. 2018, 1801313)上,并被Advanced Science News作为highlight报道。

  近年来,林哲帅课题组致力于具有优秀光电功能的硼酸盐晶体的反常力学、反常热学性能方面的研究。在深紫外非线性光学晶体KBBF中发现了面负压缩性质(Adv. Mater. 2015, 27, 4851–4857; J. Appl. Phys. 2016, 119, 055901),在LiBeBO3和Zn4B6O13中分别发现了面负热膨胀和近零膨胀性质(Chem. Comm. 2014, 50, 13499; Adv. Mater. 2016, 28, 7936–7940; RSC Adv. 2017, 7, 2038–2043)。这些新奇物理性能的发现,有望提高光电功能材料在复杂或极端环境中的使用能力,有效拓展其应用范围和领域。

  该项研究工作得到国家自然科学基金委(面上项目、青年基金项目和中俄合作项目)、科技部“863”项目、中科院青年创新促进会以及理化所所长基金的大力支持。

116   2018-08-01 15:31:09.83 武汉病毒所在寨卡病毒弱毒疫苗研究中取得进展 (点击量:0)

        2015年6月伊始,寨卡病毒(Zika Virus,ZIKV)在美洲大规模流行,导致大批婴儿脑发育不全。截至目前,针对ZIKV的感染,尚没有获得授权的疫苗上市,也没有特异性的抗病毒治疗措施。近期,中国科学院武汉病毒研究所研究员王汉中团队成功利用合成工程技术研制出新型ZIKV弱毒疫苗。

  合成减毒病毒工程技术(synthetic attenuated virus engineering,SAVE),又称为“密码对去优化技术”,在不改变氨基酸种类及尽可能不影响RNA空间结构的情况下,提高病毒基因组中罕见的密码对所占的比例,从而降低病毒的复制翻译效率,使病毒致病性减弱。该技术制备弱毒疫苗具有周期短、安全以及免疫原性强等特点。

  研究人员利用反向遗传学操作技术成功拯救出三株致弱的寨卡病毒(Min E, Min NS1和Min E+NS1)。其中Min E+NS1的基因组中引入了2568个同义突变,单次免疫后就可以刺激小鼠产生高滴度中和抗体,诱导产生清除性的免疫,获得完全的攻毒保护,并且可以阻止ZIKV通过母体垂直传播给子代。由于基因组中含有成百上千的同义突变,回复突变的风险极低。

    该研究证明利用密码对去优化技术可以将ZIKV高效地致弱,MinE+NS1具有潜力成为一种安全的疫苗候选,预防ZIKV的感染。研究成果在病毒学杂志Journal of Virology上在线发表(doi: 10.1128/JVI.00701-18.),武汉病毒所2014级博士生李朋辉为论文第一作者,王汉中与青年研究员郑振华为论文通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和中科院青年创新促进会的支持。

117   2018-08-01 15:35:04.283 国家天文台利用LAMOST数据研究银河系厚盘形成机制 (点击量:0)

      近日,中国科学院国家天文台天体丰度与星系演化研究团组博士邢千帆与研究员赵刚利用郭守敬望远镜(LAMOST)光谱巡天数据,对太阳邻域F和G型矮星的镁元素丰度进行了详细研究。首次在银河系厚盘中发现了吸积成分的存在,这些恒星具有异常偏低的镁元素丰度,并表现出较大的轨道偏心率和极大银心距,是银河系并合周围矮星系的遗迹,为富气体并合模型描述的厚盘形成机制提供了观测上的支持。该研究已在英国《皇家天文学会月刊》(MNRAS)上发表。

  银盘中厚盘成分的发现由来已久,但厚盘的形成机制一直悬而未决。径向迁移模型提出银盘恒星会在径向发生向内或向外的迁移,在迁移过程中导致银盘增厚,从而形成厚盘;加热模型认为厚盘是由在卫星星系并合过程中被动力学加热的盘星构成;吸积模型则提出厚盘主要由内落的卫星星系构成;富气体并合模型认为富气体的并合过程导致了厚盘的形成,厚盘主要由本地形成的恒星构成,并混杂了被吸积进来的恒星。后两种模型均认为厚盘中存在从矮星系吸积而来的恒星,但它们在吸积成分所占比重上存在差别。

  银盘中吸积成分存在与否以及其所占比重对确定厚盘的形成机制有重要意义。该研究从LAMOST光谱库中筛选出了具有自行和距离信息的F和G型矮星,按照运动学性质将样本划分为厚盘、薄盘和晕三个成分,通过分析厚盘和薄盘星的[Mg/Fe]-[Fe/H]分布探究银盘的形成和演化。结果显示利用[Mg/Fe]可以较好地区分厚盘和薄盘成分,它们之间存在一个明显的低密度区域(图1)。相较薄盘恒星,厚盘恒星具有更高的[Mg/Fe]和更低的金属丰度,表明厚盘恒星形成时间较早。厚盘中同时存在少量[Mg/Fe]异常偏低的恒星,它们偏离厚盘恒星总体的[Mg/Fe]分布趋势,与银河系近邻矮星系成员星具有相近的丰度特征。轨道参数分析结果显示低镁恒星具有较大的轨道偏心率和极大银心距,使得它们可以运行到更为远离银心的位置,暗示厚盘中的低镁恒星源自瓦解的矮星系。

  厚盘中吸积成分的发现肯定了矮星系对厚盘形成的物质贡献,但吸积成分在厚盘中占比较小,远低于吸积模型的预期。厚盘主要由本地形成的恒星组成,并拥有少量吸积自矮星系的恒星,与富气体并合模型的预期相符。该研究进一步分析了厚盘恒星的轨道偏心率分布,与基于富气体并合模型的数值模拟结果相一致,为该模型提供了观测上的支持。

118   2018-08-01 15:37:06.557 深圳先进院等首次实现基于机械敏感性离子通道的超声神经调控 (点击量:0)

        近日,中国科学院深圳先进研究院郑海荣课题组和浙江大学医学院李月舟课题组合作,在Nano Letters期刊发表了题为Ultrasonic control of neural activity through activation of mechanosensitive channel MscL的研究论文。该项研究将超声辐射力和机械敏感性离子通道结合起来,首次在神经元上通过超声刺激激活机械敏感性离子通道,并进而精确控制神经元的兴奋性。该成果开拓了超声在脑科学研究中的新方向,为超声遗传学技术的进一步发展奠定了基础,具有重要的理论意义和应用价值。

  近年来兴起的光遗传学技术,被称为是21世纪神经科学领域最引人注目的革新,在猴、鼠、果蝇、线虫等模式生物中得到广泛应用。其主要原理是采用基因操作技术将细菌的光敏感蛋白转入到特定类型的神经元中进行表达,并通过不同波长的光照刺激光敏感蛋白,从而造成细胞膜两边的膜电位发生变化,达到对细胞选择性地兴奋或者抑制的目的。但是在哺乳动物中,光遗传学技术需要通过颅骨手术将特定波长的光线引入脑中,这种创伤性为其在活体的应用带来一定的局限。因此,越来越多的研究人员将目光转向无损伤的方法,比如通过超声,可以无损伤的穿透深入大脑或其他组织内部,并且可以通过聚焦获得精确定位。

  由于细胞对超声的响应能力有限,为了达到通过超声精确控制神经元的目的,需要找到一种介质既可以很好的响应超声刺激,又可以在神经元表达并赋予神经元灵敏的超声敏感性。考虑到超声的机械效应,机械敏感性离子通道是一个很好的选择。机械敏感性离子通道是近年来发现的一种新型离子通道,有别于传统的电压敏感,以及配体门控类型的离子通道,它感受细胞形变等方式导致的膜张力的变化而开放,引起细胞内外离子的跨膜运输,参与介导众多的生命活动,其功能愈来愈受到重视。浙江大学医学院李月舟课题组长期以来致力机械敏感性离子通道开放机制和功能,深圳先进研究院郑海荣课题组掌握了独特的超声辐射力神经调控技术,在超声神经调控仪器研制方面积累了丰富的经验,两者的合作促成了该项研究。

  实验中,课题组选择了来自细菌的机械敏感性离子通道MscL。MscL具有作为纳米开关的天然优势。它结构简单,只有136个氨基酸,容易在真核生物表达;它自身可以直接被膜张力所激活,并且不需要其它成分的参与;它开放形成30埃左右的巨大孔径,通透效率高;它不和其它蛋白相互作用,不会干扰细胞的其它功能。课题组首先构建了重组MscL基因的病毒,然后通过病毒感染在原代培养的大鼠神经元中表达MscL通道。结果表明MscL可以在神经元上功能性表达,并对机械刺激保持敏感(图2)。

  在基金委重大科研仪器支持下,中国科学院深圳先进院郑海荣课题组设计开发了一系列跨尺度超声神经调控工具(图3)。超声辐射力神经刺激芯设计基于不同主频叉指换能器指条宽度,形状,对数和声孔径尺寸,通过标准微纳加工技术光刻,溅射叉指换能器电极,制备微型声场可调超声神经刺激芯片,产生高强度局域声场及超声辐射力可有效作用于神经元细胞。该芯片可与钙成像、膜片钳等生物学手段相兼容,实时监测超声诱发的生物效应,为超声神经调控治疗神经类疾病提供基础和理论依据。同时研制的动物超声神经刺激系统可对深部脑核团和神经环路开展无创、动态和网络式的神经刺激与调控。该技术和工具的研制可在脑疾病的研究、神经科学基础研究及其相关领域科学广泛应用。该研究结果为后续的活体超声遗传学奠定了基础,并有望通过进一步开发的多面阵、多焦点的深部脑刺激超声调控仪器解析神经环路,并对帕金森症、抑郁症等脑疾病提供新的研究,甚至是治疗的有效新工具。

  浙江大学医学院的博士生叶佳、唐思阳,以及深圳先进院的孟龙副研究员是本文的第一作者,郑海荣和李月舟是本文的通讯作者。参与该工作的还有浙江大学医学院的段树民院士、胡海岚教授、李相尧教授,浙江大学附属儿童医院舒强院长、江米足教授、尚世强教授,深圳先进研究院的牛丽丽副研究员、邱维宝研究员。该研究得到国家自然科学基金(81527901,11534013,31270878)、科技部973计划(2014CB910302)等项目的资助。

119   2018-08-01 15:39:36.053 华南植物园野牡丹属新品种“紫霞”“铺地花2号”通过现场审查 (点击量:0)

        6月26日,国家林业局新品种保护办组织专家对中国科学院华南植物园申请的野牡丹属(Melastoma L)新品种“紫霞”“铺地花2号”进行现场审查。专家组成员为福建农林大学教授彭东辉,华南农业大学教授邓小梅和广州市林业与园林科学研究院教授级高工代色平。

  专家组听取了培育人对新品种“紫霞”“铺地花2号”的培育过程及其DUS测试情况的详细报告,同时对新品种及其对照品种的特征性状和栽培表现进行了详细的实地观测。最后专家组一致认为,新品种“紫霞”“铺地花2号”与对照品种性状差异明显,且表现出一致性和稳定性,确认“紫霞”“铺地花2号”2个新品种成立。

  新品种“紫霞”“铺地花2号”由宁祖林、李冬梅、陈玲等人培育出来。这2个品种均为匍匐型小灌木,高20-40厘米,匍匐性好、适应性强、花期较长,为优良的匍匐型观花地被植物。这2个品种喜阴,也耐一定光照,可用于林下、花坛、边坡等地方种植,具有较好开发利用前景。

120   2018-08-01 15:42:12.287 中国科大等首次实现零磁场核磁共振的普适量子控制及其保真度评估 (点击量:0)

        由中国科学院院士、中国科学技术大学教授杜江峰领导的中国科学院微观磁共振重点实验室在零磁场核磁共振方面取得新进展,该实验室教授彭新华课题组与德国亥姆霍兹研究所、加拿大滑铁卢大学合作,首次实现了零磁场核自旋体系的普适量子控制和发展了用于评估量子控制和量子态的方法,这一成果有望推动零磁场核磁共振在生物、医学、化学以及基础物理领域中的应用。该研究工作以Experimental Benchmarking of Quantum Control in Zero-field Nuclear Magnetic Resonance 为题,发表在6月15日的《科学进展》上[Science Advances 4, eaar6327 (2018)]。

  零磁场核磁共振是一个正在快速发展的新领域,它具有许多突出的优势,例如消除了传统核磁共振对超导磁体的依赖性、高分辨率谱学、丰富的自旋动力学等。然而,零磁场核磁共振面临多方面的困难:首先,在零磁场下,核磁共振信号的频率通常小于1 kHz,传统核磁共振的感应探测方法完全失效,探测零磁场核磁共振信号非常困难;其次,零磁场核磁共振由于不同的核自旋的拉莫进动频率为零,因此无法使用选择性脉冲进行操控,如何实现普适的量子控制是亟需解决的难题。

  实验中,零磁场下极其微弱的核磁共振信号的测量采用了极其灵敏的原子磁力计(atomic magnetometer)作为探测器,其灵敏度达到了10 fT/√Hz。将探测器与样品一直放置于小于0.1 nT(10-10 T)磁场的屏蔽桶内,此时样品产生的微小磁场信号也能够被原子磁力计捕获到,可实现在零磁场下对核自旋体系的精密测量。基于这强有力的探测手段,课题组测量了同位素标记液体甲酸分子,观测到甲酸分子在零磁场环境下,弛豫时间(T2)达到了10.3秒,谱线的分辨率达到了32 mHz,该实验结果超过了传统核磁共振的谱线分辨率,展示了利用零磁场核磁共振实现的高分辨率谱学,而高分辨率谱学对生物、医学、化学等领域具有重要的应用。

  课题组利用精心设计的组合脉冲实现了原子核自旋的单比特门和多比特门,首次实现了零磁场核磁共振的普适量子控制,同时发展了评估量子控制保真度的方法,对量子控制的质量进行了评估,操控保真度高达99%。基于该工作发展的量子控制技术,可以实现对不同自旋之间相互作用的选择性测量,而选择出的反对称性自旋相互作用可以用于检验分子的宇称不守恒规律,该工作提供了将零磁场核磁共振应用于基础物理研究的可能性。另外,普适量子控制技术的发展和实现也将有望推动零磁场核磁共振在生物、医学及化学领域的应用。

  中科院微观磁共振重点实验室的博士研究生江敏和德国亥姆霍兹研究所的吴腾为文章共同第一作者。该工作得到了科技部、国家自然科学基金委、中科院、教育部和安徽省的资助。

121   2018-08-01 15:44:00.863 【光明日报】中国科大建成新型光学量子行走实验系统 (点击量:0)

        中国科学技术大学郭光灿院士团队提出基于时间复用的新型量子行走方案,建成了50步的光学量子行走实验系统,并基于该系统首次直接测量具有手征对称性的量子行走中的体拓扑不变量。该成果6月26日发表在《物理评论快报》上。

  量子行走是量子信息领域的重要研究方向,理论上已经证明基于该模型可以实现普适的量子计算。尽管目前已有多种实现量子行走的物理系统,但如何提高其行走规模一直是个重大难题。

  郭光灿院士团队李传锋研究组通过多年尝试,成功建成可以进行大规模量子行走的量子光学实验系统。该系统基于时间复用的共线干涉框架,使用共线切割的双折射晶体实现自旋-轨道耦合,避免了额外的光子损耗。这种新型的设计使得该系统非常稳定,特别适合实现基于光子的大规模量子行走。研究组以0.945的高保真度演示了基于可预报单光子的50步的量子行走。

  拓扑物态是由量子效应导致的与某些拓扑性质相联系的新物态,是近几十年物理学领域的研究热点。拓扑物态天然具有抵抗局域退相干的能力,所以在实现量子信息任务中也具有潜在应用价值。拓扑物态在凝聚态和冷原子等系统中已有大量的实验研究。近来,量子行走系统越来越多地被用于研究具有自旋-轨道耦合的物理系统的拓扑性质。通常的方法是基于体-边界对应原理,通过对边界态的研究反推物理系统的体拓扑性质。直接观测系统的体拓扑性质是拓扑物态研究中的热点和难点,其困难在于需要完全测定系统的基态波函数。

  该研究组通过巧妙设计,成功实现对光学量子行走系统末态波函数的完整重构,进而直接读取具有手征对称的量子行走的体拓扑不变量。该光学量子行走实验平台对于进一步研究拓扑物态具有重要应用价值。

  审稿人高度评价这一成果,认为该工作对量子行走中卷绕数的直接测量很新颖,也触及这个快速发展的领域的核心。该工作中用于实现大规模量子行走的实验装置是新颖的,相信可以在将来研究量子行走现象中发挥作用。

122   2018-07-02 10:18:08.617 纯天然全可吸收摩擦纳米发电机问世 (点击量:0)

  近日,在中科院外籍院士、中科院北京纳米能源与系统研究所首席科学家王中林,研究员李舟及北京航空航天大学教授樊瑜波的指导下,博士江文、李虎和刘卓等利用5种自然来源的可降解材料开发出不同类型的纯天然生物全可吸收摩擦纳米发电机(BN-TENGs)。相关成果发表于《先进材料》。

123   2018-07-02 10:33:15.837 8个中科院科技成果转化项目落地武汉洪山区 (点击量:0)

  6月22日,武汉市洪山区科技成果转化签约大会·中科院专场活动在武汉举办。本次活动聚焦中科院在光电信息、智能制造和生命健康领域最新、最前沿科技创新成果,现场8个项目签约,签约金额达6亿元,130项光电信息、智能制造和生命健康类成果集中发布,6个项目进行了现场路演。

  活动现场,洪山区政府与湖北产业技术创新与育成中心签订了框架合作协议,吴常信院士团队的家禽育种及禽蛋加工副产物综合利用项目,张启发院士团队的水产繁育及生物育种、绿色种植技术标准化项目,桂建芳院士团队的鲌育种材料研制与异育银鲫“中科5号”高效扩繁项目,3个院士成果转化项目及其它研究成果,将有效促进了科研成果在洪山区转移转化。

124   2018-07-02 11:46:00.477 中科院应用成果展在深圳举行 双创项目路演 (点击量:0)

  6月27日,中国科学院应用成果展暨中科院硬科技-STS双创项目路演活动在“创新之都”深圳举行。中科院50余个涉及民生领域的有重大突破、有核心技术、有市场竞争力和显著影响力的项目在应用成果展上进行了集中展示;14个中科院硬科技-STS双创项目参与了此次路演活动。

  参与“中科院应用成果展开展暨中科院硬科技-STS双创项目路演”此次路演的14个项目涵盖了新材料、新能源、智能制造、信息化、医疗大健康等多个领域,是中科院一批硬科技项目首次集中对外展示和推广。

  首批STS双创引导项目入选了“心脑智能监护可穿戴装备产业化开发”、“心脑血管疾病磁导航设备研制”、“肿瘤临床精准用药技术”、“远距离步态识别”、“神探视频搜索”、“高比能量锂硫电池”、“高容量富锂锰基正极材料”等。这些项目为社会各界了解中科院作为国家战略科技力量,在新一代信息技术、生命科学、先进制造、能源技术等硬科技领域的研发能力提供了窗口。

125   2018-07-09 15:07:30.413 南京土壤所在多环芳烃污染土壤自然复合微生物组降解机制方面取得进展 (点击量:13)

新闻动态 南京土壤所在多环芳烃污染土壤自然复合微生物组降解机制方面取得进展. 2018-07-05分享到: 土壤自然微生物组具有高度的结构复杂性、代谢多样性和抗环境干扰性,因而它具有迅速调节自身结构来响应和适应复杂环境变化的能力,从而实现单一菌株难以完成或无法完成的环境功能。土壤自然微生物组是环境生物修复的重要资源,它能够直接参与持久性有机污染物的降解(如多环芳烃、多氯联苯等)。因此,如何挖掘土壤自然微生物组的环境修复功能,是当前生物修复领域的研究前沿和热点。 南京土壤研究所研究员滕应课题组提出了基于土壤自然微生物群落构建复合微生物组的生物修复策略,并用于高分子量多环芳烃污染土壤的生物修复。该研究 将环境功能强(芘降解能力)的水稻土自然微生物群落引入到功能较弱的红壤中,使不同微生物成员相互接触,通过直接或间接生物信息交流,构建出新的相互作用关系网络(包括微生物之间、微生物与环境之间),从而形成稳态的土壤自然复合微生物组,并显著促进土壤中多环芳烃芘的生物降解。研究结果为多环芳烃污染土壤微生物修复提供了新思路、新方法。 相关成果发表在...

126   2018-07-11 16:05:46.787 青岛能源所在石墨炔基高效储钠电极材料研究中取得进展 (点击量:0)

. 青岛能源所在石墨炔基高效储钠电极材料研究中取得进展。 我要分享新浪微博微信 QQ好友人人网文章来源: 青岛生物能源与过程研究所发布时间: 2018-04-04 字号: 小中大石墨炔材料是一种唯一能通过低温、常压下合成, 同时含有sp和sp2两种杂化形式碳的二维平面全碳材料, 是中国科学家在国际上引领的新的研究领域, 具有中国知识产权。目前石墨炔已实现了样品的快速宏量制备, 及百平方厘米大面积、高质量薄膜的可控制备 (图1)。石墨炔具有大共轭体系、优异的导电性能、及优良的化学稳定性, 特别是丰富的分子孔道可以提供更多的存储空间及位点, 有利于锂钠等金属的吸附及传输。因此, 石墨炔材料在多种储能器件方面均展现出优异的综合性能和巨大的应用空间石墨炔的基础和应用研究, 一直吸引世界各国科学家的目光   近日, 在中国科学院院士李玉良的指导下, 中科院青岛生物能源与过程研究所研究员黄长水带领的碳基材料与能源应用研究组, 将石墨炔类材料先后应用于锂离子电池、钠离子电池、超级电容器、锂硫电池等多..。

127   2018-08-01 15:48:09.137 便携快检仪器国产化:声表面波气相色谱仪 (点击量:0)

        公共安全、公安技术侦查、环境监测等多个领域急需高灵敏度气体现场快速检测仪器。

  声表面波气相色谱仪因体积小、检测快、反应灵敏,被广泛应用于爆炸物、水污染、有毒害气体等多种物质的检测,为环保、公共安全提供了便捷、高效的检测手段。2005年松花江水污染事件的现场快速检测就用到了声表面波气相色谱仪。

  以前,这类仪器一直依靠进口。声学所超声技术中心何世堂研究员带领课题组团队,在国产化研究方面做了大量的工作,现已完成声表面波气相色谱仪的研制。相关成果发表于期刊《应用声学》(2018年第1期)。

  声表面波气相色谱仪是基于声表面波传感器与气相色谱分离联用的有机气体分析仪,气相色谱将有机混合物分离成纯组分之后,由声表面波传感器进行定量检测,具有灵敏度高、色谱柱升温速度快(每秒约20 ℃)、体积小等特点,可实现痕量气体的广谱(挥发和半挥发性有机物)、快速(5分钟内)、高灵敏度(ppb~ppt级)现场分析,在公共安全、环境监测、食品和药品检测等方面有广阔的应用前景。

  在仪器研制过程中,何世堂团队对声表面波气相色谱仪的响应机理进行了理论分析,计算出仪器的质量检测下限;设计仪器的核心部件——声表面波(SAW)检测器,并分析SAW检测器表面不同区域的灵敏度,根据分析结果优化检测器及检测器与分离系统的对接参数。

  此外,何世堂团队在设计进样富集和色谱分离系统、声表面波检测系统、数控系统和辅助系统等多个分系统的基础上,进行系统集成并研制出声表面波气相色谱仪样机。样机的检测下限降低至国外同类仪器的一半,相当于性能提高了一倍。

  声表面波气相色谱仪除了应用于分析检测爆炸物、毒品、人体气味、水污染等,何世堂团队还以麝香为样品开发了中药成分的检测功能,有望为中药质量监管提供技术支撑。

  仪器研制过程中得到了中科院科研装备研制项目的经费支持。在后续的研究中,团队将侧重分析方法方面的研究,以使声表面波气相色谱仪的检测更精准、性能更完善,并与应用领域相结合,开发出具有领域针对性的快检仪器。

  关键词:

  声表面波;气相色谱;传感器;气体分析

  参考文献:

  何世堂,刘久玲,刘明华,邵剑瑛.声表面波气相色谱仪及其应用[J/OL].应用声学,2018(01):1-7.

  论文链接:

  http://yysx.cnjournals.cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=17W-26&flag=1

128   2018-08-01 15:52:02.857 新一代高选择性PDGFRα激酶抑制剂研发成功 (点击量:0)

        近日,强磁场中心刘青松研究员课题组与刘静研究员课题组合作开发出新一代针对慢性嗜酸粒细胞白血病的PDGFRα激酶高选择性抑制剂CHMFL-PDGFRα-159, 这是迄今为止针对PDGFRα激酶选择性最高的一个抑制剂。该研究成果发表在药物化学专业期刊European Journal of Medicinal Chemistry上(doi.org/10.1016/j.ejmech.2018.03.003)。
  慢性嗜酸粒细胞白血病是一种血液中嗜酸细胞增多的恶性血液病,如果不能及时针对性地治疗,慢性嗜酸粒细胞白血病很容易恶化以及转化成急性白血病以及急性淋巴细胞白血病。病理学研究发现,慢性嗜酸粒细胞白血病与血小板衍生生长因子受体激酶基因(PDGFRα)与FIP1L1基因融合导致的过度表达激活有密切关系。
  目前临床上所采用的靶向药物格列卫是多靶点抑制剂,其主要靶点有BCR-Abl、c-KIT以及PDGFRα等激酶。临床证明,规律地服用伊马替尼(Imatinib)能够有效提高患者的生活质量和延长生命周期。然而,长期服用伊马替尼仍然不可避免的产生较大的副作用,包括眼周肿胀,四肢肿胀、肌肉抽搐、头疼、皮肤瘙痒以及关节疼痛等,而且有些副作用会伴随患者终生。这些副作用多由药物的脱靶作用所致,因此高选择性的PDGFRα抑制剂理论上能够在一定程度上缓解上述药物脱靶所引起的副作用。
  针对这一现状,团队采用以结构为基础的药物设计的理念,发展了高活性高选择性的新一代PDGFRa抑制剂CHMFL-PDGFRα-159。其能够有效抑制激酶PDGFRα的磷酸化(IC50 =132nM),并且对与之同家族的PDGFRb激酶,以及目前临床上使用的药物格列卫的作用靶点ABL,c-KIT等都没有明显的抑制活性。进一步针对人类468种激酶的结合强度测试结果显示CHMFL-PDGFRα-159在激酶组也具有极高的选择性(S score(10)=0.02)。北京大学医学部的云彩虹课题组使用X-ray晶体结构衍射的方法显示,该抑制剂的超强选择性是由于其采用的特异性的结合模式所致。此外,CHMFL-PDGFRα-159能够有效抑制慢性嗜酸粒细胞白血病细胞系EOL-1中的PDGFRα相关信号通路的传导并诱导细胞凋亡和细胞周期阻滞;并且针对小鼠慢性嗜酸粒细胞白血病的移植瘤模型和原位瘤模型,CHMFL-PDGFRα-159也展示出强有效的肿瘤抑制作用以及生命周期的延长效果。
  该研究成果已申请中国专利(专利号:201610811854.7),本项研究获得中组部青年千人计划、中科院百人计划、自然科学青年基金、安徽省自然科学基金以及中科院合肥大科学中心科学研究预研项目等资金的支持。