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科技名刊精选

来源:  发布时间:2017-12-09

材料研究
  
新型人工反铁磁体
  中科大与中科院合肥物质科学研究院强磁场科学中心双聘研究员吴文彬所在团队制备出基于全氧化物外延体系的人工反铁磁体,观察到随外加磁场清晰的具有层分辨的分步磁化翻转模式,研究论文发表于《科学》。人工反铁磁体具有巨磁阻效应,应用于商业磁存储等领域,但是制备全氧化物反铁磁体非常困难。针对人工反铁磁体材料、物理和器件的研究多集中于过渡金属及其合金材料;过渡金属氧化物作为另一大类材料体系,因其高温超导、庞磁电阻、磁电耦合、铁电极化以及离子电导等一系列物理和化学效应,已成为广为关注的对象。首次制备的基于全氧化物外延体系的人工反铁磁体,对氧化物自旋电子学的发展起到推动作用。
  
二维材料中卸压致超导增强的现象
  北京高压科学研究中心的陈斌研究员团队在二维材料硒化铟发现了卸压致超导增强的现象,研究论文发表于《先进材料》。如何保留高压诱导的超导现象到室压条件下是一个难题,因为只有把压力诱导的超导,高温超导现象保留到室压条件才能实现其实际意义上的应用。在二维材料硒化铟中,研究团队发现了压力诱导的超导行为在降压过程中反而增强的现象,超导温度比升压过程中的高了近一倍,并且维持到了很低的压力。该研究在卸压过程中发现超导增强的现象,说明在通常的压力诱导的超导现象中,超导转变温度会伴随压力的卸除而逐渐消失。
  
嗜盐古菌合成生物相容性良好的多样性生物医学材料
  中国科学院微生物所向华研究组在利用微生物合成生物医学材料方面取得新进展,相关论文发表于《生物材料》。地中海富盐菌可利用多种廉价碳源高效合成3HV单体比例恒定的生物可降解塑料PHBHV,并可采用水提法方便地提取,因此具有重要的工业开发潜力。针对该菌合成PHBHV种类较单一的问题,研究团队以该菌为细胞工厂,通过发酵工程技术合成了具有不同单体聚合方式的系列R-PHBHV和O-PHBHV。嗜盐微生物合成的PHBHV具有多样化的降解速度和良好的生物相容性,暗示这类材料将在不同的生物医药领域具有广阔的应用前景,如在疤痕愈合、软骨修复、神经修复等。
  
二维金属有机骨架分离膜
  中国科学院大连化物所催化基础国家重点实验室杨维慎研究员团队在二维金属有机骨架(MOF)气体分离膜研究方面取得新进展,相关论文发表于《德国应用化学》。二维多孔纳米片由于其原子级别厚度以及极低的物质传输阻力,正成为高透量气体分离膜领域的研究热点。MOF纳米片由于其具有丰富的骨架结构资源以及分子尺度的高密度孔道,是一种十分理想的膜构筑单元。该膜对氢气/二氧化碳混合气体具有极佳的分离性能,且不同于其它二维纳米片膜材料,该膜随着测试温度的升高,在二氧化碳透量维持不变的情况下,其对氢气透量和分离系数均可提升。该项研究在二氧化碳燃烧前捕获领域具有很好的应用前景。
  
一种具有巨大压电响应的有机—无机钙钛矿铁电体
  东南大学熊仁根教授团队、游雨蒙教授课题组与合作者在分子铁电、压电材料领域的重要研究进展发表于《科学》。具有压电性的材料也就被称作为压电材料,压电性就是材料在受挤压或拉伸时可以产生电,或在材料两段施加电压后材料伸长或缩短的特性。研究团队从提升铁电极轴数量入手、利用相变前后对称性的巨大变化,发现了一类具有优异压电性能的分子铁电材料。这种新型分子铁电材料不但秉承了分子材料的优势,在压电性能上也达到了传统压电陶瓷的水平。这种具有优良压电特性的分子铁电材料将会使计算机芯片的体积进一步缩小,使能像纸张一样折叠弯曲的心率计、b超机成为可能,或者利用衣物的弯折对手机充电。
  
可拉伸衬底结构色研究进展
  中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室团队将聚二甲基环氧烷作为可拉伸衬底引入到传统等离子体结构中来构建动态可调的结构色,研究论文发表于《先进光学材料》。相较于传统亚毫米级尺寸结构色器件,研究者通过干涉曝光技术、PDMS嵌套保护等优势技术制备出晶片尺寸的实验器件。在宏观光学(正入射)测试条件下,该纳米结构复合体系中的共振机制能产生高纯度结构色,且在PDMS衬底拉伸过程中,器件所呈现出的色彩可从绿色变化到紫红色。此外,复合体系结构中的物理机制也得到了进一步分析。这种基于可拉伸衬底的结构色在快速心率监测、生物传感、力学测量方面具有潜在优势。
  
“不知疲倦”的仿生智能薄膜
  华东师范大学张利东研究员与中国科学院深圳先进技术研究院医工所杜学敏等合作,设计出了一种“不知疲倦”、快速响应的聚合物智能薄膜,研究论文发表于《先进材料》。新的复合薄膜通过材料选择与阵列化通道设计,薄膜在丙酮的蒸汽氛围中,会“不知疲倦”翩然起舞,并可以将薄膜卷曲成各种可控复杂结构。这是由于溶剂分子在薄膜中实现了差异化溶胀,进而驱动薄膜发生复杂形变运动。该智能薄膜经过溶剂氛围数天的反复刺激,仍然保持着优异的机械性能。该薄膜可通过不同的结构设计实现定向运动,因此,可以用于监控空气中的丙酮浓度。此外,还可以用于驱动其他材料、器件运动等应用。
  
纳米多孔金属催化材料进展
  天津理工大学新能源材料与低碳技术研究院丁轶课题组、罗俊课题组与北京计算科学研究中心刘利民课题组合作设计并制备出电催化氧还原性能优异的低Pt纳米多孔核壳结构催化剂,相关论文发表于《自然—能源》。质子交换膜燃料电池在交通运输、电子设备、便携式移动电源等领域具有广泛的应用前景。但高昂的价格和较差的稳定性是制约其走向大规模应用的关键。尤其是燃料电池的催化电极,极大地依赖于贵金属铂和氧还原动力学过程的催化活性,决定了整个电池的成本与性能。研究结果对燃料电池催化电极材料的设计和制备具有重要的指导意义和参考价值。
  
  
  
  
  
生长发育
  
哺乳动物心脏发育的新机制
  中科院生物化学与细胞生物学研究所周斌研究组发现哺乳动物心脏发育过程中心肌致密化的细胞和分子新机制,研究论文发表于《自然—通讯》。在胚胎心脏发育过程中,心肌小梁担负着增加心肌质量与表面积、增强心肌收缩力、分流腔室内血液和参与心脏传导系统形成等重要功能。通过特异性敲除胚胎期致密心肌层心肌细胞中的Yap1基因,使致密心肌层心肌细胞增殖减少,抑制其参与心室壁中间混合区的形成,导致出生后心肌过度小梁化和致密心肌层变薄。表明心肌致密化不全不能仅归因于心肌小梁本身过度化的缺陷,胚胎期致密心肌层的扩增及其参与心肌混合区的形成,对发育形成正常的心室壁起着至关重要的作用。
  
保障同源重组的机制解析
  中科院遗传与发育生物学研究所程祝宽研究组发现一个新的重组中间体蛋白MEICA1,它是一个非常保守的真核生物蛋白,参与了同源重组保障机制,同时为育种过程中提高重组频率提供了基因资源,相关研究发表于《植物细胞》。MEICA1突变导致染色体间的异常黏连和染色体碎片,这些异常黏连和碎片依赖于SPO11-2和DMC1,但与KU70介导的非同源末端连接修复途径无关。MEICA1与MHS7相互作用,共同参与抑制非同源重组的发生。MEICA1也能与TOP3a相互作用,并且MEICA1突变能部分恢复突变体msh5和hei10的染色体交叉结数目,说明MEICA1具有调节重组频率的功能。
  
环状RNA调控猪产肉性状分子机制
  农科院北京畜牧兽医研究所唐中林研究员等,开发出环状RNA研究平台,绘制猪环状RNA时空图谱,破译环状RNA对猪产肉性状形成调控机制,并构建首个农业动物的环状RNA数据库,研究论文发表于《DNA研究》。我国是世界上最大的生猪养殖和猪肉消费国,猪产肉性状的改良一直是猪育种界最重要的研究课题之一。猪产肉性状形成分子机制极其复杂,受miRNA、lncRNA和circRNA等多种RNA分子及其多维网络互作调控。circRNA是区别于传统线性RNA的一类新型RNA分子,具有闭合环状结构,在许多生物学过程发挥重要调控作用。
  
表观遗传因子CXXC1在卵子成熟和早期胚胎发育中的功能
  浙江大学生命科学研究院范衡宇课题组证实CXXC1介导的组蛋白H3K4三甲基化修饰是生殖细胞表观遗传成熟的重要方面,相关论文发表于《细胞报告》。科学家制作了卵母细胞特异性的Cxxc1敲除小鼠,发现CXXC1对于卵母细胞和受精卵的基因组重编程尤其关键。CXXC1在小鼠卵母细胞中优势表达,在卵母细胞中敲除Cxxc1造成卵母细胞发育异常,不具备进一步发育的潜能,导致胚胎发育一细胞到二细胞期阻滞。转录组学研究表明,许多与卵母细胞成熟和受精卵发育激活相关的基因在Cxxc1敲除以后不能正常表达。有些成熟的卵母细胞受精以后不能启动正常的胚胎发育,很可能是由于基因组重编程过程的缺陷造成的。
  
组织蛋白酶B介导放射线诱导的旁观者效应
  清华大学生命学院薛定研究组在动物模型上系统地揭示了介导放射线诱导的旁观者效应(RIBE)的关键因子及作用机制,研究论文发表于《自然》。非照射细胞也受到影响的现象被命名为RIBE。之后的各种研究发现RIBE极大地影响了癌症放射治疗的效率,并造成脱发,疲劳、皮肤变化等负作用, 并认为被照射的细胞释放了某种或某些因子介导此效应。研究证实组织蛋白酶B是一个在进化上高度保守的蛋白酶,是介导RIBE效应的关键因子。分泌的组织蛋白酶B作用于未被照射的旁观者细胞,通过同样高度保守的胰岛素样生长因子受体DAF-2/IGFR介导的信号通路,抑制细胞凋亡,促进应急反应和细胞增殖,并干扰胚胎和个体发育等一系列效应。
  
寄生植物菟丝子在不同寄主间传递系统性信号
  中科院昆明植物所吴建强研究员团队揭示寄生植物菟丝子在不同寄主间传递系统性信号,相关论文发表于《美国科学院院刊》。菟丝子是旋花科的茎全寄生植物,其大多数种类的叶片和根在进化过程中已经完全退化消失,只有少数种类还残存微弱的光合能力。自然界中,菟丝子常常能够同时寄生在多个邻近的寄主上,从而将不同的寄主连接起来。菟丝子在某些条件下可以帮助不同寄主之间建立起抗虫防御的“联盟”,从分子水平揭示了菟丝子连接的植物微群落中,菟丝子和寄主、寄主与寄主间复杂的相互作用关系,对了解抗虫系统性信号有重要的意义,也对农业治理寄生植物危害提供了帮助。
  
水稻条纹病毒与介体昆虫相互作用
  中科院动物所崔峰研究团队在RSV与介体昆虫相互作用研究方面取得新进展,相关论文发表于eLife。研究发现RSV的衣壳蛋白CP竞争性结合灰飞虱的G蛋白通路抑制因子II(GPS2),减弱了GPS2对JNK激活复合物的抑制作用,从而提高了JNK的磷酸化水平。同时,病毒还提高了JNK信号通路上游的Tumor Necrosis Factor-α的表达,降低了GPS2的表达。JNK磷酸化水平的提高增加了RSV在昆虫体内的增殖,而通过干扰JNK基因的表达或使用JNK激活的抑制剂,RSV在昆虫体内的增殖会受到抑制,并延缓植物的发病。研究结果揭示了JNK信号通路在病毒复制过程中的关键作用。
  
灵长类mRNA形成的“老虎机模型”
  北京大学分子医学研究所李川昀研究员等运用PacBio测序技术对人、猴转录组进行了系统研究,在全基因组、全长转录本尺度发现RNA可变调控事件之间的组合满足随机搭配,这种随机搭配被该课题组称为灵长类mRNA形成的“老虎机模型”;相关论文发表于《分子生物学进化》。PacBio技术提供了这样一套系统,用于在全长转录本水平研究可变调控事件之间的搭配关系。研究发现大量之前未被报道的全新mRNA以及众多在人、猴之间存在明显结构差异的mRNA,为认识转录组复杂性、揭示物种差异的分子基础提供了新视角。新发现的mRNA和物种特异性的mRNA受到明显的自然选择约束,提示已经具备了生物学功能。
  
  
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2024年10月

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