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来源： 发布时间：2019-10-12
新型材料
仿北极熊毛发的隔热气凝胶
中国科学技术大学俞书宏教授领导的研究团队受北极熊毛发中空结构的启发，发展了一种人工合成类北极熊毛的中空碳管气凝胶(CTA)的方法，该碳管气凝胶表现出超弹性和低的热导率。研究成果发表于Chem。与人类或其他哺乳动物的毛发不同，北极熊的毛发是中空的。在显微镜下放大后，每一根毛发都存在空腔结构，这种中空的管状结构不仅降低了北极熊毛的密度，而且有利于减小热导率，阻隔热量从北极熊的皮肤表面扩散到周围的低温环境中。这种受北极熊毛发中空结构启发设计合成的新型碳管气凝胶有望满足极端条件下对高性能材料的需求，如航天航空领域中应用的轻质隔热保温材料、弹性体材料等。
一款液晶与高分子复合材料
北京大学工学院于海峰课题组报道了一种新颖的制备多响应性超分子有机凝胶的方法。研究论文发表于Chemistry of Materials。油酸是一种广泛存在于动植物体内的脂肪酸，安全无毒，且具有良好的生物相容性。通过偶氮吡啶侧链聚合物油酸自组装成功得到了液晶凝胶因子。其中偶氮吡啶衍生物具有良好的自组装性能和光响应性。油酸起到了双重作用，不仅仅是构成凝胶因子的重要组成部分，也是填充在三维网络中的溶剂。制备得到的该种凝胶，能够在光、热以及有机银离子的刺激下发生明显的相态转变。全息光栅成功地刻录在该种超分子凝胶中，该光栅同样可以对3种刺激发生响应。
脂质体包埋的AIE光敏剂可用于日光下的光动力治疗
中国科学院国家纳米科学中心纳米生物效应与安全性院重点实验室王浩研究员课题组与杨洋研究员所在课题组合作，创建了一个新的可在日光下正常进行光动力治疗体系。研究论文发表于Nano Letters。将具有聚集诱导发光性质（AIE）的光敏剂分子，包埋在脂质体双层的疏水腔内，使该分子处于游离的分散状态，由脂质体负载的光敏剂在到达肿瘤部位之前，在日光照射下，不会产生AIE特性和光毒性。一定时间后，负载光敏剂的脂质体在肿瘤部位富集并被生物酶降解，AIE分子被释放出来并在肿瘤部位聚集，此时在特定波长激光照射下，AIE分子重新发光并产生活性氧，引起的细胞毒素杀死肿瘤细胞，实现在可见光条件下进行光动力治疗。
石墨烯超级防腐涂层
中国科学院宁波材料技术与工程研究所先进涂料与粘合剂余海斌团队针对石墨烯/聚合物复合防腐涂层在破损后加速金属基体腐蚀这一隐患，采用氮化硼纳米点（BNNDs）作为商业化石墨烯的分散剂，利用其原子结构和表面化学性能实现其在聚合物中的均匀分散。研究论文发表于ACS燬ustainable燙hemistry?燛ngineering。电化学测试表明，BNNDs改性的石墨烯材料具有优良的防护性能，复合涂层的腐蚀速率相对空白涂层下降了280倍，涂层电阻增加了2个数量级。鉴于BNNDs不会影响石墨烯的本征特性，因此，BNNDs分散石墨烯有望快速推进商业化石墨烯在防腐领域的应用。
促骨再生的自适应、梯度可调柔性无机纳米纤维3D超弹支架
东华大学纺织科技创新中心俞建勇院士及丁彬研究员带领的纳米纤维研究团队在无机纳米纤维弹性组织工程支架研究领域取得重要进展。研究论文发表于Advanced Functional Materials。研究团队设计制备了一种以柔性无机纳米纤维为主体，且在体液中可恢复形状的三维纤维弹性支架。研究团队通过溶胶—凝胶静电纺丝法制备出了像丝绸一样柔韧的SiO2纳米纤维膜，纤维膜可以像折纸一样折叠展开而不破损，纳米纤维可以弯曲180°而不断裂。团队进一步将柔性SiO2纳米纤维复合壳聚糖溶液经过均质分散—冷冻干燥制备出具有超弹性的SiO2纳米纤维—壳聚糖（SiO2 NF-CS）三维支架。
一种超强组织粘附的水凝胶材料用于动脉和心脏破损的止血修复
华东理工大学朱麟勇教授等与浙江大学医学院欧阳宏伟教授课题组合作，研发了一种能够在数秒内完全止住大动脉损伤和心脏穿透伤大出血的仿生水凝胶材料。研究论文发表于Nature Communications。生物材料学界已经形成共识，具有最类似生物软组织的仿生水凝胶材料是软组织修复的利器。基于光偶联反应，原位凝胶技术具有生物安全、简单易用及特有的组织粘附与整合的优势。这种名为“Hydrogel”的水凝胶材料被称为快速止血的“黑科技”。研究团队在完成对储备技术的原料、制备、产品及应用的知识产权全面布局的基础上，与相关医学单位和企业合作，实施基于该原创技术的“医用光敏生物胶”产品的临床转化。
柔性沸石棉纤维材料
浙江大学化学系范杰教授课题组与浙江工业大学化工学院朱艺涵教授等合作，采用原位微载技术将介孔单晶菱沸石结合到棉纤维表面，制备了一种柔性沸石棉纤维复合物，该止血材料具备高效的止血性能和可靠的安全性。研究论文发表于Nature Communications。大量研究和应用表明，在重度出血情况下，沸石类的无机止血材料是最有效的。原位微载技术将介孔菱沸石生长到棉纤维表面，并使得棉纤维与沸石通过化学键紧密结合。该材料保留了沸石的物理化学性质和稳定性，同时通过中断骨架来产生介孔，从而增强物质的吸附，更有利于止血。该止血材料的外观与手感和普通的纤维几乎没有区别，质地柔软，沸石与棉纤维结合非常牢固。
仿生手性水凝胶研究进展
上海交通大学材料科学与工程学院冯传良教授课题组与河南大学科研人员合作，在仿生手性水凝胶领域取得重要进展，研究成果发表于ACS Nano。手性是圆偏振光的基本属性。研究团队基于手性凝胶因子与非手性的荧光香豆素衍生物共组装制备了CPL超分子水凝胶材料，通过非共价键驱动的可控自组装超分子水凝胶实现了对圆偏振发光（CPL）手性的调控。该研究通过简单合理地设计双组分水凝胶体系或是引入外界非手性因素可得到CPL手性可控的功能材料，为超分子凝胶在圆偏振发光领域拓宽了方向，并拓展了其在光电装置以及智能手性光学材料方面的应用。
生态环境
感知磁场的第一个微生物诞生
中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理院重点实验室的林巍研究员、潘永信院士及其合作者发表综述文章，系统总结了以趋磁细菌为代表的感磁微生物研究领域的最新进展。研究成果发表于National Science Review。研究表明趋磁细菌起源于中太古代，可能是地球上最早出现的感磁生物，因此是研究生物感磁起源和演化的重要模式生物类群。文章在综述趋磁细菌多样性、起源演化、磁小体功能及其矿化机理等最新研究进展的基础上，提出了一种生物感磁起源的新认识，即微生物感磁的扩展适应。文章还对该领域未来的研究方向和存在的挑战提出了展望。
冰尘强烈富集大气汞污染物
中国科学院青藏高原研究所/中国科学院青藏高原地球科学卓越中心黄杰副研究员与中国科学院冰冻圈科学国家重点实验室康世昌研究员等合作者在我国西部7条冰川采集冰尘样品，通过分析冰尘中总汞、甲基汞和有机质等多种化学指标，厘清了冰尘汞的时空格局特征及其影响因素，并定量探讨了冰尘汞富集对我国西部冰川汞储量的贡献。研究论文发表于Environmental Science & Technology。研究揭示出我国西部冰川区对大气汞污染物的存储和释放将远超过以往估算的量值。在周边地区人类活动释汞量持续走高和气候变暖加速冰川消融的背景之下，冰尘汞污染物的二次释放对受融水补给下游地区生态环境的潜在影响。
揭示全球不同国家地区大气颗粒物毒性存在显著差异
北京大学环境科学与工程学院要茂盛教授团队与其合作者通过一种创新方法采集了全球13个国家19座不同污染水平的城市大气中足量的大气颗粒物（PM），并通过二硫苏糖醇方法与实时荧光定量核酸扩增等生物化学技术，发现大气PM的氧化潜势（OP）在世界不同城市之间存在高达2倍的显著差异。研究论文发表于美国化学会志Atmospheric Environment。该项研究揭示了不同污染水平与气候条件的国家地区之间PM的生物成分，如内毒素、细菌和基于氧化潜势的毒性存在显著差异，并指出目前基于PM质量浓度的空气质量指导标准不足以准确且全面地描述PM的健康效应。
生物质基土壤重金属污染修复材料研究进展
中国科学院生态环境研究中心刘振刚研究组在生物质基土壤重金属污染修复材料研究方面取得进展。相关研究成果分别发表于Science of the Total Environment和Bioresource Technology。土壤重金属污染是国内外主要关注的问题之一。制备的水热炭材料重金属的钝化机理研究表明：水热炭材料对重金属的固定稳定化主要通过表面含氧官能团配位、表面沉淀及π电子配位作用实现；钝化机理定量分析表明其对重金属钝化贡献占比分别为62.12%，27.14%和10.74%。研究对于生物质基炭材料的定向制备具有重要的理论指导作用；研究制备的水热炭材料在污染土壤修复方面具有重要的工程应用前景。
黄海绿潮与规模变异原因研究
中国科学院烟台海岸带研究所邢前国博士与合作者，针对2007年至今黄海夏季连续13年出现大规模绿潮的成因开展研究，研究论文发表于Remote Sensing of Environment。基于星—机—地的多传感器联合观测，文章展示了2000年以来的紫菜养殖精细化空间发展过程、2007年以来的绿潮规模与分布，以及2013年以来的5月份的筏架回收进程（表征绿藻施放的进程）。结果分析显示，大规模绿潮的形成与整个黄海西部的紫江养殖规模没有必然联系，只是与特定地点、特定养殖模式的紫菜养殖有关；且绿潮的规模变化与筏架回收的进程（即绿藻释放的进程）相关。该发现对海水养殖空间规划、绿潮防控有重要的指导意义。
环境相关浓度的加巴喷丁对水体生物的生态毒理效应
南京工业大学环境科学与工程学院张永军教授团队以斑马鱼胚胎为受试生物，使用转录组学技术从分子层面阐述了加巴喷丁（GPT）的生态毒性及作用机理。相关论文发表于Environmental Pollution。GPT作为一种新型污染物在世界各地水体中被频繁检出。低浓度的GPT会诱导斑马鱼胚胎内大量基因的表达发生下调，并且这些差异表达基因可能会对斑马鱼的抗氧化系统、神经系统以及免疫系统产生不利影响。该研究不仅发现了环境相关浓度GPT对水生生物的毒性，并从基因层面解释了毒性作用机理，可为GPT生态影响评价提供参考，也为制定相关环境标准提供依据。
不同纬度火山爆发对全球季风降水的影响
中国科学院大气物理研究所周天军研究员与合作者，通过对多套长时间尺度的重建资料、高分辨率的观测资料以及过去千年多成员气候模式模拟结果的分析，指出不同纬度火山爆发会对全球季风降水产生不同的影响。研究成果发表于Journal of Climate。北（南）半球火山爆发后北（南）半球季风降水减少，南（北）半球季风降水增加。热带火山爆发后全球季风降水均减少。结果表明，极端降水在空间分布上与平均降水类似，但在季风区响应更敏感。此外，地表径流和净初级生产力的变化在部分子季风区较降水变化更强，这表明除了平均态降水之外，火山爆发也会造成降水结构分布、水资源以及生态系统的显著变化。
质粒介导的抗生素抗性基因的环境扩散研究
中国科学院城市环境研究所朱永官研究团队借助荧光蛋白基因标记追踪了携带抗性基因的广宿主质粒RP4及其宿主细菌Pseudomonas putida KT2442在土壤原位环境中的动态变化，揭示了抗生素抗性基因通过质粒快速且向更广泛的宿主扩散的潜在风险。研究论文发表于Frontiers in microbiology。人类病原菌中抗生素抗性水平的升高给全球人类的健康带来了巨大的威胁。由于可用药物不能有效杀死耐药性致病菌，全球每年约70万人死于耐药菌感染。除了临床环境，土壤中检测到的抗生素抗性基因的多样性和丰度也在不断攀升。抗生素抗性基因这一新型污染物逐渐引起科学家关注。
宇宙天文
西藏ASgamma实验发现迄今最高能量的宇宙伽玛射线
中国科学院高能物理研究所和日本东京大学宇宙线研究所共同主持的西藏羊八井ASgamma实验发现迄今为止最高能量的宇宙伽玛射线。研究成果发表于Physical Review Letters。这些宇宙伽玛射线来自蟹状星云方向，能量高达450TeV（4.5×10^14电子伏特），比此前国际上正式发表的75TeV的最高能量高出5倍以上。这标志着超高能伽玛射线天文观测进入到100TeV以上的观测能段。西藏羊八井ASgamma实验位于海拔4300米的西藏羊八井，1990年一期阵列建成并开始运行，后来多次升级改造，在银河系宇宙线的探测研究方面产生了一系列重大发现。
利用多信使探针约束致密物质状态方程研究进展
上海交通大学物理与天文学院陈列文研究组与合作方结合地面原子核实验数据、重离子碰撞集体流数据、天文上观测到的2倍太阳质量(M⊙)中子星以及最近双中子星并合引力波信号GW170817等多信使探针，对致密核物质的状态方程进行了约束，同时给出了1.4M⊙中子星的潮汐极化率下限及半径的限制。研究成果发表于Physical Review D。文章发现2M⊙中子星的存在有效地排除了较软的高密对称能，而来自引力波信号GW170817的潮汐极化率限制则要求高密对称能不能太硬，从而将对称能约束在一个较小的范围内。随着引力波探测装置的不断升级，人们期待更多中子星相关的引力波信号将被探测到。
利用LAMOST数据构建国际上最大高分辨率富锂巨星样本
中国科学院国家天文台施建荣研究员、赵刚研究员等与美国新墨西哥州立大学潘开科教授、哈佛大学S. Blanco-Cuaresma博士后等人合作，基于LAMOST DR4光谱数据对富锂巨星进行候选体搜寻，结合国内外5个高分辨率望远镜构建了目前国际上一致性最好、数据量最大的高分辨率富锂巨星样本。研究成果发表于The Astrophysical Journal。富锂巨星的性质更倾向于在恒星自身内部通过核合成形成富锂，而且它们在赫罗图上主要聚集在渐近巨星分支（AGB）、红团簇（Red Clump）、红巨星分支驼峰（RGB Bump）这3个演化阶段。这些发现为巨星的富锂形成机制提供了观测证据，为研究富锂的形成理论给出了限制。
发现小尺度磁活动加热日冕的证据
中国科学院云南天文台抚仙湖太阳观测基地的研究成果发现小尺度磁活动加热日冕的证据：太阳大气的高层日冕反而要比低层的光球转得快。相关论文发表于The Astrophysical Journal。蕴含在太阳光里的太阳能来源于太阳内部的核反应，按热力学第二定律，太阳大气的温度是由内到外逐渐降低。然而，太阳高层大气的日冕层温度却成百上千倍地比低层的光球层高。这就是日冕反常加热之谜。文章解释道：太阳高层大气受小尺度磁活动影响，温度反常地比低层高，也反常地比低层转得快，这样一种自转特征正好反映了日冕被小尺度磁活动加热。同时研究也说明，引起太阳辐照度（太阳常数）变化的原因是小尺度磁活动。
获得远日心距活跃彗星K2的基本特征
中国科学院云南天文台张西亮副研究员与合作者获得对远日心距活跃彗星C/2017 K2 (PANSTARRS)（以下简称K2）的观测研究成果，该成果基于丽江2.4米望远镜完成。相关论文发表于Monthly Notices of the Royal Astronomical Society。彗星K2是一颗来自奥尔特云的太阳系小天体，由美国PANSTARRS项目于2017年5月21日在其距离太阳16AU时发现并证实其处于活动状态。张西亮与合作者研究证实在2017年9月至2018年6月期间彗星K2的活动主要由大尺寸CO和CO2粒子维持，并发现在此期间彗星K2活动状态整体稳定但存在短期的波动，研究对彗星K2的彗核尺寸进行了限定。
郭守敬望远镜巡天数据助力星系对研究
中国科学院上海天文台和国家天文台共同合作的科研团队在沈世银研究员领导下，首次精确地测量了一批近距离星系对的二元光度函数，一定程度上揭示了本地宇宙中星系是如何成双成对的。研究成果发表于《天体物理杂志》（Astrophysics Journal）。星系是宇宙中的基本结构单元。在由基本宇宙学参数决定的宇宙整体演化基础上，星系自身也经历着复杂的形成和演化过程。其中，星系和星系之间的并合是星系演化过程中所经历的复杂途径之一。科学家综合使用国际合作的斯隆数字巡天和我国郭守敬望远镜的光谱巡天的观测数据，精确地测量了一批近距离星系对的二元光度函数，一定程度上揭示了本地宇宙中星系是如何成双成对的。
利用拓扑缺陷调控经典长程相互作用系统的集体动力学研究进展
上海交通大学物理与天文学院、自然科学研究院姚振威教授课题组开展了利用晶体中的拓扑缺陷调控系统集体动力学行为。研究论文发表于Physical Review Letters。研究发现，初始随机、无关联的个体粒子运动会迅速转变成高度有序的集体运动。粒子排布的晶体序诱发了高度对称的速度矢量场。系统的整体振荡模式，振荡轴正好落在正二十面体的二重对称轴上。这种集体振荡模式不依赖于离散晶体结构，并且可以驱动增殖缺陷的迁移，从而与晶体熔融的动力学过程息息相关。研究揭示了拓扑缺陷在调控动力学方面的关键角色，提出了基于拓扑缺陷的集体动力学调控原理，展示了这一原理在非平衡态粒子系统动力学调控方面的潜力。
大尺度尘泡N24周围的分子云环境与恒星形成
中国科学院新疆天文台恒星形成与演化团组加尔肯·叶生别克研究员等，利用南山26米射电望远镜对大尺度尘泡N24进行了氨分子的成图观测，并结合红外及GRS13CO(1-0)数据，对该区域的尘埃特性、气体特性及其周围年轻星展开了多方面研究。研究成果发表于《英国皇家天文学月报》（MNRAS）。研究发现N24的壳层存在23个致密团块，这些团块都满足形成大质量恒星的条件，其中9个可能包含了质量大于8M⊙的年轻星。分析显示“扫集—坍缩”模型是该尘泡膨胀触发恒星形成的主要机制，同时“辐射内爆”模型在N24壳层上也扮演了极为重要的角色。科
仿北极熊毛发的隔热气凝胶
中国科学技术大学俞书宏教授领导的研究团队受北极熊毛发中空结构的启发，发展了一种人工合成类北极熊毛的中空碳管气凝胶(CTA)的方法，该碳管气凝胶表现出超弹性和低的热导率。研究成果发表于Chem。与人类或其他哺乳动物的毛发不同，北极熊的毛发是中空的。在显微镜下放大后，每一根毛发都存在空腔结构，这种中空的管状结构不仅降低了北极熊毛的密度，而且有利于减小热导率，阻隔热量从北极熊的皮肤表面扩散到周围的低温环境中。这种受北极熊毛发中空结构启发设计合成的新型碳管气凝胶有望满足极端条件下对高性能材料的需求，如航天航空领域中应用的轻质隔热保温材料、弹性体材料等。
一款液晶与高分子复合材料
北京大学工学院于海峰课题组报道了一种新颖的制备多响应性超分子有机凝胶的方法。研究论文发表于Chemistry of Materials。油酸是一种广泛存在于动植物体内的脂肪酸，安全无毒，且具有良好的生物相容性。通过偶氮吡啶侧链聚合物油酸自组装成功得到了液晶凝胶因子。其中偶氮吡啶衍生物具有良好的自组装性能和光响应性。油酸起到了双重作用，不仅仅是构成凝胶因子的重要组成部分，也是填充在三维网络中的溶剂。制备得到的该种凝胶，能够在光、热以及有机银离子的刺激下发生明显的相态转变。全息光栅成功地刻录在该种超分子凝胶中，该光栅同样可以对3种刺激发生响应。
脂质体包埋的AIE光敏剂可用于日光下的光动力治疗
中国科学院国家纳米科学中心纳米生物效应与安全性院重点实验室王浩研究员课题组与杨洋研究员所在课题组合作，创建了一个新的可在日光下正常进行光动力治疗体系。研究论文发表于Nano Letters。将具有聚集诱导发光性质（AIE）的光敏剂分子，包埋在脂质体双层的疏水腔内，使该分子处于游离的分散状态，由脂质体负载的光敏剂在到达肿瘤部位之前，在日光照射下，不会产生AIE特性和光毒性。一定时间后，负载光敏剂的脂质体在肿瘤部位富集并被生物酶降解，AIE分子被释放出来并在肿瘤部位聚集，此时在特定波长激光照射下，AIE分子重新发光并产生活性氧，引起的细胞毒素杀死肿瘤细胞，实现在可见光条件下进行光动力治疗。
石墨烯超级防腐涂层
中国科学院宁波材料技术与工程研究所先进涂料与粘合剂余海斌团队针对石墨烯/聚合物复合防腐涂层在破损后加速金属基体腐蚀这一隐患，采用氮化硼纳米点（BNNDs）作为商业化石墨烯的分散剂，利用其原子结构和表面化学性能实现其在聚合物中的均匀分散。研究论文发表于ACS燬ustainable燙hemistry?燛ngineering。电化学测试表明，BNNDs改性的石墨烯材料具有优良的防护性能，复合涂层的腐蚀速率相对空白涂层下降了280倍，涂层电阻增加了2个数量级。鉴于BNNDs不会影响石墨烯的本征特性，因此，BNNDs分散石墨烯有望快速推进商业化石墨烯在防腐领域的应用。
促骨再生的自适应、梯度可调柔性无机纳米纤维3D超弹支架
东华大学纺织科技创新中心俞建勇院士及丁彬研究员带领的纳米纤维研究团队在无机纳米纤维弹性组织工程支架研究领域取得重要进展。研究论文发表于Advanced Functional Materials。研究团队设计制备了一种以柔性无机纳米纤维为主体，且在体液中可恢复形状的三维纤维弹性支架。研究团队通过溶胶—凝胶静电纺丝法制备出了像丝绸一样柔韧的SiO2纳米纤维膜，纤维膜可以像折纸一样折叠展开而不破损，纳米纤维可以弯曲180°而不断裂。团队进一步将柔性SiO2纳米纤维复合壳聚糖溶液经过均质分散—冷冻干燥制备出具有超弹性的SiO2纳米纤维—壳聚糖（SiO2 NF-CS）三维支架。
一种超强组织粘附的水凝胶材料用于动脉和心脏破损的止血修复
华东理工大学朱麟勇教授等与浙江大学医学院欧阳宏伟教授课题组合作，研发了一种能够在数秒内完全止住大动脉损伤和心脏穿透伤大出血的仿生水凝胶材料。研究论文发表于Nature Communications。生物材料学界已经形成共识，具有最类似生物软组织的仿生水凝胶材料是软组织修复的利器。基于光偶联反应，原位凝胶技术具有生物安全、简单易用及特有的组织粘附与整合的优势。这种名为“Hydrogel”的水凝胶材料被称为快速止血的“黑科技”。研究团队在完成对储备技术的原料、制备、产品及应用的知识产权全面布局的基础上，与相关医学单位和企业合作，实施基于该原创技术的“医用光敏生物胶”产品的临床转化。
柔性沸石棉纤维材料
浙江大学化学系范杰教授课题组与浙江工业大学化工学院朱艺涵教授等合作，采用原位微载技术将介孔单晶菱沸石结合到棉纤维表面，制备了一种柔性沸石棉纤维复合物，该止血材料具备高效的止血性能和可靠的安全性。研究论文发表于Nature Communications。大量研究和应用表明，在重度出血情况下，沸石类的无机止血材料是最有效的。原位微载技术将介孔菱沸石生长到棉纤维表面，并使得棉纤维与沸石通过化学键紧密结合。该材料保留了沸石的物理化学性质和稳定性，同时通过中断骨架来产生介孔，从而增强物质的吸附，更有利于止血。该止血材料的外观与手感和普通的纤维几乎没有区别，质地柔软，沸石与棉纤维结合非常牢固。
仿生手性水凝胶研究进展
上海交通大学材料科学与工程学院冯传良教授课题组与河南大学科研人员合作，在仿生手性水凝胶领域取得重要进展，研究成果发表于ACS Nano。手性是圆偏振光的基本属性。研究团队基于手性凝胶因子与非手性的荧光香豆素衍生物共组装制备了CPL超分子水凝胶材料，通过非共价键驱动的可控自组装超分子水凝胶实现了对圆偏振发光（CPL）手性的调控。该研究通过简单合理地设计双组分水凝胶体系或是引入外界非手性因素可得到CPL手性可控的功能材料，为超分子凝胶在圆偏振发光领域拓宽了方向，并拓展了其在光电装置以及智能手性光学材料方面的应用。
生态环境
感知磁场的第一个微生物诞生
中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理院重点实验室的林巍研究员、潘永信院士及其合作者发表综述文章，系统总结了以趋磁细菌为代表的感磁微生物研究领域的最新进展。研究成果发表于National Science Review。研究表明趋磁细菌起源于中太古代，可能是地球上最早出现的感磁生物，因此是研究生物感磁起源和演化的重要模式生物类群。文章在综述趋磁细菌多样性、起源演化、磁小体功能及其矿化机理等最新研究进展的基础上，提出了一种生物感磁起源的新认识，即微生物感磁的扩展适应。文章还对该领域未来的研究方向和存在的挑战提出了展望。
冰尘强烈富集大气汞污染物
中国科学院青藏高原研究所/中国科学院青藏高原地球科学卓越中心黄杰副研究员与中国科学院冰冻圈科学国家重点实验室康世昌研究员等合作者在我国西部7条冰川采集冰尘样品，通过分析冰尘中总汞、甲基汞和有机质等多种化学指标，厘清了冰尘汞的时空格局特征及其影响因素，并定量探讨了冰尘汞富集对我国西部冰川汞储量的贡献。研究论文发表于Environmental Science & Technology。研究揭示出我国西部冰川区对大气汞污染物的存储和释放将远超过以往估算的量值。在周边地区人类活动释汞量持续走高和气候变暖加速冰川消融的背景之下，冰尘汞污染物的二次释放对受融水补给下游地区生态环境的潜在影响。
揭示全球不同国家地区大气颗粒物毒性存在显著差异
北京大学环境科学与工程学院要茂盛教授团队与其合作者通过一种创新方法采集了全球13个国家19座不同污染水平的城市大气中足量的大气颗粒物（PM），并通过二硫苏糖醇方法与实时荧光定量核酸扩增等生物化学技术，发现大气PM的氧化潜势（OP）在世界不同城市之间存在高达2倍的显著差异。研究论文发表于美国化学会志Atmospheric Environment。该项研究揭示了不同污染水平与气候条件的国家地区之间PM的生物成分，如内毒素、细菌和基于氧化潜势的毒性存在显著差异，并指出目前基于PM质量浓度的空气质量指导标准不足以准确且全面地描述PM的健康效应。
生物质基土壤重金属污染修复材料研究进展
中国科学院生态环境研究中心刘振刚研究组在生物质基土壤重金属污染修复材料研究方面取得进展。相关研究成果分别发表于Science of the Total Environment和Bioresource Technology。土壤重金属污染是国内外主要关注的问题之一。制备的水热炭材料重金属的钝化机理研究表明：水热炭材料对重金属的固定稳定化主要通过表面含氧官能团配位、表面沉淀及π电子配位作用实现；钝化机理定量分析表明其对重金属钝化贡献占比分别为62.12%，27.14%和10.74%。研究对于生物质基炭材料的定向制备具有重要的理论指导作用；研究制备的水热炭材料在污染土壤修复方面具有重要的工程应用前景。
黄海绿潮与规模变异原因研究
中国科学院烟台海岸带研究所邢前国博士与合作者，针对2007年至今黄海夏季连续13年出现大规模绿潮的成因开展研究，研究论文发表于Remote Sensing of Environment。基于星—机—地的多传感器联合观测，文章展示了2000年以来的紫菜养殖精细化空间发展过程、2007年以来的绿潮规模与分布，以及2013年以来的5月份的筏架回收进程（表征绿藻施放的进程）。结果分析显示，大规模绿潮的形成与整个黄海西部的紫江养殖规模没有必然联系，只是与特定地点、特定养殖模式的紫菜养殖有关；且绿潮的规模变化与筏架回收的进程（即绿藻释放的进程）相关。该发现对海水养殖空间规划、绿潮防控有重要的指导意义。
环境相关浓度的加巴喷丁对水体生物的生态毒理效应
南京工业大学环境科学与工程学院张永军教授团队以斑马鱼胚胎为受试生物，使用转录组学技术从分子层面阐述了加巴喷丁（GPT）的生态毒性及作用机理。相关论文发表于Environmental Pollution。GPT作为一种新型污染物在世界各地水体中被频繁检出。低浓度的GPT会诱导斑马鱼胚胎内大量基因的表达发生下调，并且这些差异表达基因可能会对斑马鱼的抗氧化系统、神经系统以及免疫系统产生不利影响。该研究不仅发现了环境相关浓度GPT对水生生物的毒性，并从基因层面解释了毒性作用机理，可为GPT生态影响评价提供参考，也为制定相关环境标准提供依据。
不同纬度火山爆发对全球季风降水的影响
中国科学院大气物理研究所周天军研究员与合作者，通过对多套长时间尺度的重建资料、高分辨率的观测资料以及过去千年多成员气候模式模拟结果的分析，指出不同纬度火山爆发会对全球季风降水产生不同的影响。研究成果发表于Journal of Climate。北（南）半球火山爆发后北（南）半球季风降水减少，南（北）半球季风降水增加。热带火山爆发后全球季风降水均减少。结果表明，极端降水在空间分布上与平均降水类似，但在季风区响应更敏感。此外，地表径流和净初级生产力的变化在部分子季风区较降水变化更强，这表明除了平均态降水之外，火山爆发也会造成降水结构分布、水资源以及生态系统的显著变化。
质粒介导的抗生素抗性基因的环境扩散研究
中国科学院城市环境研究所朱永官研究团队借助荧光蛋白基因标记追踪了携带抗性基因的广宿主质粒RP4及其宿主细菌Pseudomonas putida KT2442在土壤原位环境中的动态变化，揭示了抗生素抗性基因通过质粒快速且向更广泛的宿主扩散的潜在风险。研究论文发表于Frontiers in microbiology。人类病原菌中抗生素抗性水平的升高给全球人类的健康带来了巨大的威胁。由于可用药物不能有效杀死耐药性致病菌，全球每年约70万人死于耐药菌感染。除了临床环境，土壤中检测到的抗生素抗性基因的多样性和丰度也在不断攀升。抗生素抗性基因这一新型污染物逐渐引起科学家关注。
宇宙天文
西藏ASgamma实验发现迄今最高能量的宇宙伽玛射线
中国科学院高能物理研究所和日本东京大学宇宙线研究所共同主持的西藏羊八井ASgamma实验发现迄今为止最高能量的宇宙伽玛射线。研究成果发表于Physical Review Letters。这些宇宙伽玛射线来自蟹状星云方向，能量高达450TeV（4.5×10^14电子伏特），比此前国际上正式发表的75TeV的最高能量高出5倍以上。这标志着超高能伽玛射线天文观测进入到100TeV以上的观测能段。西藏羊八井ASgamma实验位于海拔4300米的西藏羊八井，1990年一期阵列建成并开始运行，后来多次升级改造，在银河系宇宙线的探测研究方面产生了一系列重大发现。
利用多信使探针约束致密物质状态方程研究进展
上海交通大学物理与天文学院陈列文研究组与合作方结合地面原子核实验数据、重离子碰撞集体流数据、天文上观测到的2倍太阳质量(M⊙)中子星以及最近双中子星并合引力波信号GW170817等多信使探针，对致密核物质的状态方程进行了约束，同时给出了1.4M⊙中子星的潮汐极化率下限及半径的限制。研究成果发表于Physical Review D。文章发现2M⊙中子星的存在有效地排除了较软的高密对称能，而来自引力波信号GW170817的潮汐极化率限制则要求高密对称能不能太硬，从而将对称能约束在一个较小的范围内。随着引力波探测装置的不断升级，人们期待更多中子星相关的引力波信号将被探测到。
利用LAMOST数据构建国际上最大高分辨率富锂巨星样本
中国科学院国家天文台施建荣研究员、赵刚研究员等与美国新墨西哥州立大学潘开科教授、哈佛大学S. Blanco-Cuaresma博士后等人合作，基于LAMOST DR4光谱数据对富锂巨星进行候选体搜寻，结合国内外5个高分辨率望远镜构建了目前国际上一致性最好、数据量最大的高分辨率富锂巨星样本。研究成果发表于The Astrophysical Journal。富锂巨星的性质更倾向于在恒星自身内部通过核合成形成富锂，而且它们在赫罗图上主要聚集在渐近巨星分支（AGB）、红团簇（Red Clump）、红巨星分支驼峰（RGB Bump）这3个演化阶段。这些发现为巨星的富锂形成机制提供了观测证据，为研究富锂的形成理论给出了限制。
发现小尺度磁活动加热日冕的证据
中国科学院云南天文台抚仙湖太阳观测基地的研究成果发现小尺度磁活动加热日冕的证据：太阳大气的高层日冕反而要比低层的光球转得快。相关论文发表于The Astrophysical Journal。蕴含在太阳光里的太阳能来源于太阳内部的核反应，按热力学第二定律，太阳大气的温度是由内到外逐渐降低。然而，太阳高层大气的日冕层温度却成百上千倍地比低层的光球层高。这就是日冕反常加热之谜。文章解释道：太阳高层大气受小尺度磁活动影响，温度反常地比低层高，也反常地比低层转得快，这样一种自转特征正好反映了日冕被小尺度磁活动加热。同时研究也说明，引起太阳辐照度（太阳常数）变化的原因是小尺度磁活动。
获得远日心距活跃彗星K2的基本特征
中国科学院云南天文台张西亮副研究员与合作者获得对远日心距活跃彗星C/2017 K2 (PANSTARRS)（以下简称K2）的观测研究成果，该成果基于丽江2.4米望远镜完成。相关论文发表于Monthly Notices of the Royal Astronomical Society。彗星K2是一颗来自奥尔特云的太阳系小天体，由美国PANSTARRS项目于2017年5月21日在其距离太阳16AU时发现并证实其处于活动状态。张西亮与合作者研究证实在2017年9月至2018年6月期间彗星K2的活动主要由大尺寸CO和CO2粒子维持，并发现在此期间彗星K2活动状态整体稳定但存在短期的波动，研究对彗星K2的彗核尺寸进行了限定。
郭守敬望远镜巡天数据助力星系对研究
中国科学院上海天文台和国家天文台共同合作的科研团队在沈世银研究员领导下，首次精确地测量了一批近距离星系对的二元光度函数，一定程度上揭示了本地宇宙中星系是如何成双成对的。研究成果发表于《天体物理杂志》（Astrophysics Journal）。星系是宇宙中的基本结构单元。在由基本宇宙学参数决定的宇宙整体演化基础上，星系自身也经历着复杂的形成和演化过程。其中，星系和星系之间的并合是星系演化过程中所经历的复杂途径之一。科学家综合使用国际合作的斯隆数字巡天和我国郭守敬望远镜的光谱巡天的观测数据，精确地测量了一批近距离星系对的二元光度函数，一定程度上揭示了本地宇宙中星系是如何成双成对的。
利用拓扑缺陷调控经典长程相互作用系统的集体动力学研究进展
上海交通大学物理与天文学院、自然科学研究院姚振威教授课题组开展了利用晶体中的拓扑缺陷调控系统集体动力学行为。研究论文发表于Physical Review Letters。研究发现，初始随机、无关联的个体粒子运动会迅速转变成高度有序的集体运动。粒子排布的晶体序诱发了高度对称的速度矢量场。系统的整体振荡模式，振荡轴正好落在正二十面体的二重对称轴上。这种集体振荡模式不依赖于离散晶体结构，并且可以驱动增殖缺陷的迁移，从而与晶体熔融的动力学过程息息相关。研究揭示了拓扑缺陷在调控动力学方面的关键角色，提出了基于拓扑缺陷的集体动力学调控原理，展示了这一原理在非平衡态粒子系统动力学调控方面的潜力。
大尺度尘泡N24周围的分子云环境与恒星形成
中国科学院新疆天文台恒星形成与演化团组加尔肯·叶生别克研究员等，利用南山26米射电望远镜对大尺度尘泡N24进行了氨分子的成图观测，并结合红外及GRS13CO(1-0)数据，对该区域的尘埃特性、气体特性及其周围年轻星展开了多方面研究。研究成果发表于《英国皇家天文学月报》（MNRAS）。研究发现N24的壳层存在23个致密团块，这些团块都满足形成大质量恒星的条件，其中9个可能包含了质量大于8M⊙的年轻星。分析显示“扫集—坍缩”模型是该尘泡膨胀触发恒星形成的主要机制，同时“辐射内爆”模型在N24壳层上也扮演了极为重要的角色。科
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