相干测风激光雷达系统研制

 

中国科学技术大学窦贤康教授激光雷达团队首次实现3米和0.1秒的全球最高时空分辨率的高速风场观测。相关成果发表于《光学快报》（Optics Letters）。米级分辨率的大气风场探测在航空航天安全、高价值目标保障、数值天气预报等方面具有重大意义。实现“看得远、看得细，测得快、测得准”的风场观测是对测风激光雷达的重要挑战。为此，研究团队提出一种新的反演算法，提高风场反演精度和稳健性，制备出一套全国产化的“产品级”测试样机。雷达工作波长为1550.1纳米，具有人眼安全、设备轻便（整装设备40公斤）、工作稳定、环境适应性强等特点，这是迄今为止首次实现连续观测的高分辨率结果。

 

光电融合控制新方法

 

华中科技大学研究员谭旻等人提出光电融合控制新方法，打破国际微环波长锁定速度记录并大幅减小了电学控制部分面积。相关成果发表于《光学快讯》（Optics Express）。文章提出流水线时分复用技术，在优化单环锁定速度的同时实现单个控制器控制多个微环谐振器。相关技术利用控制电路响应速度（通常为μs量级）和热调响应速度（通常为100μs量级）之间的失配，使控制电路和热调器依次按照流水线的方式循环工作。与已有文献相比，方案仅需一个控制器就能够实现对四个微环的同时锁定，并通过系统和电路的优化设计实现了15nm/s的正弦信号锁定追踪及30nm/s的阶跃信号锁定追踪。

 

“人工智能+同步辐射CT成像技术”助力锂电池材料的应用研究

 

北京同步辐射装置4W1A成像实验站付天宇（中国科学院高能物理所）与美国斯坦福同步辐射光源刘宜晋研究员课题组，以及欧洲同步辐射光源彼得研究员课题组合作，利用深度学习技术和同步辐射纳米分辨CT成像技术对商用18650型电池正极材料的裂纹产生机理进行了研究。相关成果发表于《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）。通过对“海量”电池裂纹数据的量化统计与分析，研究电池能量密度与颗粒碎裂之间的关系，以及锂电池中电极的碎裂程度与颗粒的堆积密度之间的相互关系。研究结果表明，为了减少电池颗粒的裂纹，应考虑不同深度颗粒堆积的自适应策略。

 

飞秒激光抛光反应烧结碳化硅研究

 

中国科学院上海光学精密机械研究所精密光学制造与检测中心实验室魏朝阳等人根据反应烧结碳化硅（RB-SiC）中Si相和SiC相烧蚀阈值的差异，实现飞秒激光选择性去除表面凸起的不规则分布的Si层，有效快速降低表面粗糙度，获得高质量表面。相关成果发表于《光学材料快讯》（Optical Materials Express）。RB-SiC作为一种碳化硅陶瓷，具有优异的性能，已成为轻型大型望远镜光学部件（尤其是大尺寸和复杂形状反射镜）最优秀、最可行的材料之一。但是，RB-SiC不仅具有很高的硬度，而且还有15%～30%的残余硅留在坯体中。针对这类问题，研究人员提出了一种飞秒激光选择性抛光技术，极大提高了抛光效率。

 

光学显微成像新研究

 

南京理工大学电子工程与光电技术学院陈钱、左超教授研究团队提出非干涉合成孔径光强传输衍射层析技术（TIDT-NSA），推导出针对二维定量相位与三维衍射层析成像的普适传递函数理论表达式，并建立统一化定量相位成像理框架。相关成果发表于《光：科学与应用》（Light: Science & Applications）。基于计算光学成像技术的非干涉定量相位及强度衍射层析显微技术则可以较好地解决传统显微成像所面临的频谱缺失、成像质量差，以及成像速度慢等问题。新方法不仅将三维衍射层析的成像分辨率拓展至非相干衍射极限，还保持了对复杂厚样品的高衬度、抗散射、高轴向层析的成像能力。

 

人眼阻止紫外光损伤导致白内障的分子机制

 

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心软物质物理实验室翁羽翔课题组开展了热诱导下α晶状体蛋白发挥分子伴侣功能抑制γD晶状体蛋白在紫外辐照下发生聚集沉淀的分子机制研究。相关成果发表于《生物物理杂志》（Biophysical Journal）。白内障是全球首要的致盲性眼病，其中年龄相关性白内障是最主要的类型。西南部地区由于海拔较高、纬度较低，紫外线辐射相对较高是造成这一结果的主要原因。紫外线辐照通常被认为是自然衰老过程中引起老年性白内障的主要危险因素，流行病学研究表明了这一观点。新研究证实了α晶状体蛋白对紫外辐照（325nm）损伤的γD晶状体蛋白聚集过程具有遏制作用。

 

基于液晶几何相位的轨道角动量光束三维阵列操控

 

南京大学陈鹏副教授、陆延青教授课题组利用集成化几何相位的液晶微纳结构，实现了高效、可调、可定制的轨道角动量（OAM）光束三维阵列操控。相关成果发表于《激光与光子学评论》（Laser & Photonics Reviews）。光子轨道角动量（OAM）是一种新颖的光场调控维度，携带OAM的光束有望为微粒操控、超分辨显微、大容量光通信、高维量子纠缠等领域提供全新的技术手段。液晶兼具液体的流动性与晶体的各向异性，独特的电光响应使其在显示领域占据主导地位。新型液晶平面光子元件实现了偏振可控、模式分布可定制的OAM光束三维阵列，展现出高效率、高灵活性、大容量等特性。

 

主动智能太赫兹电光调制器

 

中国科学院合肥物质科学研究院强磁场中心研究员盛志高团队依托稳态强磁场实验装置研发了一种主动、智能化的太赫兹电光调制器。相关成果发表于《美国化学学会应用材料与界面》（ACS Applied Materials & Interfaces）。太赫兹技术具有优越的波谱特性和广泛的应用前景，围绕智能化场景应用，采用外场对太赫兹波进行主动、智能化的控制是这一领域的重要研究方向。为了实现智能化的太赫兹电控，研究人员设计了一种具有新型“太赫兹-电-太赫兹”的反馈回路的器件。不管起始条件和外界环境如何变化，这一智能器件可以在30秒左右自动达到太赫兹的设定（预期）调制值。

 

陶瓷气凝胶极端隔热多功能材料

 

哈尔滨工业大学土木学院李惠和徐翔教授在陶瓷气凝胶隔热领域取得新成果。相关成果发表于《自然》（Nature）。传统陶瓷气凝胶超隔热材料存在困扰其近百年的“力热互斥”瓶颈难题，例如陶瓷无定形态增韧的同时引发高温析晶粉化、低热膨胀效应受困于结构几何构型和力学特性、力热协同增强的同时牺牲隔热性能、低密度降低声子传热的同时无法有效阻隔高温热辐射等，难以满足极端环境热控制需求。文章提出了一种气凝胶多尺度超结构设计和制备方法，采用半晶质陶瓷材料设计结合宏观结构设计思路，赋予陶瓷气凝胶近零泊松比和近零热膨胀的“双零”反常规物理性质，可获得轻质超柔韧、高热稳定性及高温超隔热等特性。

 

拓扑量子材料的能源应用

 

中国科学院宁波材料技术与工程研究所李国伟研究员与中山大学罗惠霞教授及严凯教授合作，系统综述了拓扑量子材料在能源催化及储能等领域的应用进展，并提出了基于磁性、磁场等手段的效率优化策略。相关成果发表于《自然物理评论》（Nature Reviews Physics）。拓扑材料是过去十多年凝聚态物理领域的明星材料之一，研究者们追求其拓扑非平庸的表面态及无耗散的电子传输，并试图在超导技术、量子计算及低能耗器件上实现应用。然而，由拓扑特性导致的表面化学性质一直缺乏相关研究。目前，拓扑碳材料成为了当前电极材料的热门候选体系，包括锂离子电池、钠离子电池以及超级电容器等。

 

石墨炔的化学键转换产电研究

 

北京理工大学化学与化工学院陈南副教授团队在石墨炔（GDY）材料研究领域取得新进展，提出并验证了GDY化学键转换（烯-炔转换，acetylenic-alkenic conversion）诱导的小分子之间电子转移的生成机制。相关成果发表于《物质》（Matter）。气态H2O分子通过定向扩散穿过GDY框架结构时，与GDY的炔键之间发生电子转移而产生感应电信号。此外，气态H2O分子构成水汽的相对湿度和温度以及气体的类型（NH3、HCl）也会影响感应电信号输出。与从复杂环境（如太阳能、摩擦电和压电）获取能量的方法不同，这种发电技术利用GDY中独特的化学键诱导电子转移并直接获得感应电，可将其周围存储的巨大能量转换为电能。

 

微塑料老化降解研究

 

西北农林科技大学资源环境学院郭学涛教授团队阐明基于环境活性物质介导的微塑料分配机制，明确控制微塑料转化的环境活性物质界面体系，揭示控制微塑料环境地球化学行为的关键因子。相关成果发表于《环境科学技术》（Environmental Science & Technology）。聚苯乙烯微塑料（PSMPs）是环境中最常见，也是最具代表性的微塑料之一。已有研究表明光照条件下微塑料（MPs）的老化受活性氧（ROS）影响。然而，关于黑暗条件下MPs老化过程及溶解性有机质（DOM）的影响机制仍不清楚。新研究不仅揭示了DOM在黑暗和紫外光条件下促进PSMPs的老化机制，而且明确了DOM对PSMPs的老化受DOM类型的影响。

 

高熵热电材料研究

 

南方科技大学物理系讲席教授何佳清团队开发了具有高热电性能和高发电效率的高熵碲化锗基热电材料。相关成果发表于《科学》（Science）。热电材料能够实现热能与电能之间的直接转换，由热电材料做成的器件具有设备构造简单、服役稳定性高、对热源要求低等特点，在低品质环境废热的回收利用领域应用广泛。在由高熵稳定获得的极低晶格热导率基础上，通过调控电子局域化程度，避免了无序引入对电子传输的影响，从而使高熵碲化锗基材料的电性能得到了显著提升。这种电性能和热性能的协同优化,极大地提高了材料的热电优值，同时还实现了极高的器件转换效率，有利于高熵稳定概念在高性能热电材料开发中的应用。

 

发现碳家族单晶新材料

 

中国科学院化学研究所郑健课题组在常压下通过简单的反应条件，创制了一种新型碳同素异形体单晶——单层聚合C60。相关成果发表于《自然》（Nature）。碳是元素周期表中最多样化的元素之一，碳原子具有极轻的原子质量和极强的共价键，以多种杂化方式成键获得结构丰富的碳网络，其独特的π电子共轭体系展现出优异的力、热、光、电等属性。研究人员通过调节碳材料的带隙，可以使其表现出迥异的电学性质，从而在晶体管、能源存储器件、超导等领域具有广泛应用；利用掺杂聚合-剥离两步法，成功制备了单层二维聚合C60单晶，获得了确凿的价键结构；通过调节工艺，进一步得到单层C60聚合物。

 

分子筛孔道内单分子原子级显微成像

 

清华大学魏飞团队实现了在室温下高硅铝比准二维片层ZSM-5（2-3个单胞厚度）分子筛孔道内限域的有机小分子（吡啶、噻吩）的原子级成像，实现了分子筛孔道内单分子原子级显微成像突破。相关成果发表于《自然》（Nature）。有机小分子在以分子筛为代表的多孔材料中的单分子成像与构象研究，是深入理解其相变、吸附、催化和相互作用过程的基础与关键。其中，有机小分子（吡啶、苯、噻吩等）在室温或更高温度下的原子级成像一直难以有效开展。新研究不仅提供了一种有效、通用的相互作用势阱在室温下对单个有机小分子的原子级结构成像策略，同时推动了电子显微学在有机小分子原子级成像上的进一步应用。

 

石墨烯基三维网状超轻复合吸波材料研究

 

安徽理工大学化学工程学院疏瑞文教授团队致力于研发新型轻质高性能吸波材料。相关成果发表于《材料科学技术》（Journal of Materials Science & Technology）。吸波材料是解决电磁干扰和电磁辐射污染问题的关键材料，在军事和武器方面应用广泛。研究发现，复合气凝胶具有独特的三维分级多孔网状结构；钴铁氧体的形貌和添加量对复合气凝胶的电磁参数与吸波性能具有显著的影响。复合气凝胶的电磁衰减机理主要包括空间电荷在异质界面积累产生的界面极化损耗，石墨烯表面的结构缺陷、残留官能团及氮原子掺杂诱导的偶极极化损耗，磁性中空钴铁氧体引起的自然共振损耗，三维网状结构产生的传导损耗和多重反射效应等。

 

提升CAR-T细胞抗异质性肿瘤活性研究

 

中国科学院广州生物医药与健康研究院李鹏研究员和暨南大学李扬秋教授合作，通过在传统CAR分子内引入DAP10分子调动内源NKG2D的广谱抗原识别功能，提升CAR-T细胞对异质性肿瘤的靶向能力。相关成果发表于《分子治疗-溶瘤学》（Molecular Therapy Oncolytics）。CAR-T细胞在治疗血液肿瘤方面取得重大突破，但是对实体肿瘤的疗效却不佳，实体肿瘤的异质性是阻止CAR-T细胞治疗实体瘤的一大障碍，为减少CAR-T疗法中因肿瘤异质性导致的免疫逃逸和肿瘤复发，亟需改进和优化CAR分子对不同抗原的广谱识别功能。新构建的双靶点CAR-T细胞具有提升CAR-T细胞抗异质性肿瘤细胞活性的能力。

 

揭示CaMK4在银屑病中的作用机制

 

安徽医科大学第一附属医院、安徽医科大学皮肤病学教育部重点实验室孙良丹教授团队发现钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶IV通过巨噬细胞和角质形成细胞促进咪喹莫特诱导的小鼠银屑病炎症。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。银屑病是一种由遗传、环境和免疫共同介导的慢性炎症性皮肤病，临床表现为红色丘疹和斑块，反复发作。全球约有1.25亿患者，中国约有650万患者。虽然有多种生物制剂等新疗法出现，但目前银屑病不能根治。CaMK4属于丝氨酸/苏氨酸激酶家族，能调节多种基因的表达，如IL-2和IL-17。研究发现了CaMK4通过维持炎症而参与IMQ诱导的银屑病，并为银屑病治疗提供潜在靶点。

 

脂肪肌肉质量比与老年痴呆发病风险研究

 

北京大学公共卫生学院黄涛研究员团队研究了全身与局部脂肪肌肉质量比（FMR）与全因痴呆、阿尔茨海默症和血管性痴呆的发病风险。相关成果发表于《恶病质、肌肉减少症和肌肉杂志》（Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle）。在60岁及以上的研究对象中，全身和局部FMR与全因痴呆呈“L型”关联，且关联独立于身体质量指数（BMI）。在脂肪和肌肉质量存在复杂相关性的前提下，研究采用FMR这一指标，为确定体成分对痴呆风险的作用方面提供了新的证据及见解。文章同时指出，因为相关研究是一项观察性研究，观察到的关联的因果关系无法得到证实，因此对结果的解读需谨慎。

 

建立高品质檀香挥发油的细胞工厂

 

中国医学科学院药物研究所天然药物活性物质与功能国家重点实验室訾佳辰课题组和中山大学巫瑞波课题组合作，开展了檀香挥发油生物制备方法研究。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。中药药效物质以药效分子群为主要形式。然而，天然产物的合成生物学研究主要针对单体化合物。对于药效分子群来说，其组分比例决定了其药效。因此，建立药效分子群的合成生物学方法，必须既提高产量又调控组分比例。檀香是资源严重稀缺的中药材，其药效物质是挥发油。新研究通过理性设计，得到产物比例最优的突变酶SanSynF441V，然后采用SanSynF441V构建产生檀香烯/檀香醇的细胞工厂。

 

肺纤维化发病机制研究

 

广州医科大学呼吸疾病国家重点实验室卢文菊教授课题组在慢阻肺和肺血管疾病学方面取得进展。相关成果发表于《欧洲呼吸杂志》（European respiratory journal）。肺纤维化是一类进行性、致死性的肺疾病，其中最常见且最严重的一种是特发性肺纤维化（IPF）。骨形成蛋白4（BMP4）是一种多功能生长因子，在肺发育的早期阶段至关重要，但其在肺纤维化发生发展中的作用尚不明确。研究发现，IPF患者和BLM诱导的肺纤维化小鼠肺组织和成纤维细胞中BMP4的表达量显著降低；且BMP4基因缺失加重BLM诱导的肺纤维化，而过表达BMP4能够显著改善BLM诱导的肺纤维化。

 

平行药物递送系统研究

 

南方医科大学附属珠江医院方驰华教授团队研究设计并合成了一种共组装多肽平行药物递送系统，实现了胰腺癌细胞旁分泌介导的胰腺星状细胞激活抑制和直接静默激活态胰腺星状细胞的双通路胰腺星状细胞静息态恢复功能。相关成果发表于《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）。这一药物递送系统在3D细胞球和异种移植模型中表现出高渗透性和强聚集性。在有效静默激活态胰腺星状细胞和重编程促结缔组织增生基质后，序贯联合化疗显著抑制了胰腺癌的生长。此外，这种药物递送系统在检测患者样本中的胰腺癌方面显示出高度的特异性和敏感性，为深入了解胰腺癌的精准治疗提供了新途径。

 

调控尘螨过敏原mRNA（信使核糖核酸）表达研究

 

南京医科大学附属无锡人民医院崔玉宝课题组和武汉大学中南医院高亚东教授团队合作，开展了腐食酪螨3个小RNA对过敏原基因表达的调控作用研究。相关成果发表于《过敏》（Allergy）。尘螨普遍存在于人类居住和工作的环境中，是一种强烈的过敏原，引起过敏性哮喘、特应性皮炎、过敏性鼻炎等过敏性疾病。据估计，我国有2.8亿以上人受尘螨危害。腐食酪螨是一种重要的致敏螨种，新研究证实miRNA PC-5p-5698441_1对Tyr p 3组分、PC-5p-7050653_1对Tyr p 4组分、PC-5p-5534223_1和PC-5p-5698441_1对Tyr p 34组分具有调控作用，从而为开发新型生物制品治疗过敏性疾病奠定物质基础。

 

成体牙上皮干细胞研究

 

四川大学华西口腔医学院叶玲教授团队在成体牙上皮干细胞命运决定的表观调控机制研究中取得进展。相关成果发表于《科学进展》（Science Advances）。新研究系统地揭示了Shh的表观调控是决定成体牙上皮干细胞命运的重要分子机制，阐明了Ezh2介导的H3K27me3信号是细胞命运决定事件的关键表观调节元件，从稳态至损伤过程中动态变化的Ezh2/H3K27me3信号通过对Shh的精准转录抑制，保证了成体牙上皮干细胞命运决定的保真性，最终维持了小鼠切牙的再生。研究揭示了组蛋白H3修饰在成体干细胞命运决定和牙硬组织再生中的重要作用，为基于成体干细胞的硬组织再生研究提供了新的理论基础。

（本栏目责编：黄雪霜）