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【转贴】一周前沿科技盘点〔74〕丨越过血脑屏障，子母机器人跨尺度递送药物命中“靶心”；观天“神助攻”东西接力守望苍穹
https://www.ncsti.gov.cn/kjdt/ztbd/kcrbqykjzb/202401/t20240102_146204.html

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近日，中国科学院科研团队与中国医科大学附属盛京医院合作，研制了一款微纳米机器人系统，以“大靶套小靶”的方式更精准地递送药物。天文、航空航天研究看似离我们很远，但大量惠及日常生活的技术、材料，都是天文学、航空航天科研成果拓展应用的结果。随着帕米尔高原“小光电阵系统”投入运行，它将给天文观测带来哪些新发现？

基于国际科技创新中心网络服务平台科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，为大家带来第七十四期。

1 Advanced Materials 丨越过血脑屏障，子母机器人跨尺度递送药物命中“靶心”

子母式微纳米机器人系统工作原理

脑胶质瘤是严重危害人类健康的恶性肿瘤，患者中位生存期不到15个月，目前临床采用的治疗手段包括手术治疗、放化疗和靶向治疗等。其中，靶向治疗面临着血脑屏障的阻隔导致大部分药物分子无法进入脑组织的难题。中国科学院沈阳自动化研究所科研团队与中国医科大学附属盛京医院合作，研制了一套子母式微纳米机器人系统，用“大靶套小靶”的方式，更精准地递送药物。

机器人系统由磁驱动连续体微型机器人、生物相容性微纳机器人及外部驱动、成像设备构成。连续体微型机器人首先经过颅骨微创通道进入颅内，越过血脑屏障抵达胶质瘤部位，实现宏观尺度的一级靶向。随后，微纳米机器人经过连续体机器人内部通道到达胶质瘤病灶，并在外场驱动下向肿瘤内部运动及释放药物，实现微观尺度的二级靶向。

科研团队在体外胶质瘤细胞微环境和离体猪脑组织内分别开展试验并获得初步验证，后续将在活体动物颅内开展微纳米机器人跨尺度递送药物的研究及治疗效果评测，并结合临床工作，进一步提升其性能。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202306876

2 Advanced Functional Materials丨通过编码操控的光子路由，加速拥抱6G时代高速通信

GST双层可编程超表面功能及结构示意图

光子信息技术是利用光信号进行信息处理、存储与传输的新一代信息技术手段，具有高效传输、宽带宽、低串扰等优点。光子路由设备可实现按需波前调制，通过将光信号经由自由空间路径分发至终端，为光子集成电路之间的光学互联提供通讯支持。所以，光子路由设备对于实现光子集成电路的功能整合、协同运算、光学通讯以及计算效率提升至关重要。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微加工实验室与纳米物理与器件实验室展开合作，提出了一种基于硫系相变材料Ge2Sb2Te5（GST）的双层可编程超表面方案。该方案利用GST相变，调控结构单元透射转极化效率，进一步选取特定位置结构单元相变，赋予透射转极化光特定相位分布，实现对透射光的波前调控，进而实现透射式近红外光子路由。科学家利用相变材料超构表面的主动可调控特性，创造性地引入具备四阶可编程性的双层超表面，通过编程操控，在近红外波段实现透射式光子路由功能。编码式的设计拓展了主动调控超表面所允许的传输通道与调制自由度，为实现近红外波段无线光通信提供了解决方案，同时也为未来光子通讯技术的发展提供借鉴。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202310626

3 观天“神助攻”东西接力守望苍穹

山东大学小光电望远镜阵系统夜间照片

近日，在我国最西部海拔4500米的帕米尔高原上，“新疆慕士塔格观测站小光电望远镜阵系统”（简称“小光电阵系统”）通过验收，正式投入日常观测运行。

“小光电阵系统”由山东大学空间科学攀登团队实测天体物理课题组胡绍明教授主持，由山东大学、紫金山天文台、新疆天文台共同研制建设，实现了远程自动化观测及自动图像处理。“小光电阵系统”由4台15厘米口径大视场光学望远镜组成，单台望远镜的视场约为100平方度，配备有多色滤光片。四台望远镜协同工作，能够开展可视天区的快速巡天观测、同一天区的同时性单色和多色观测、空间碎片巡天接力观测等观测任务。

慕士塔格小光电阵野外观测站将与山东大学威海天文台的观测设备形成“高中低轨道全覆盖”“东西接力”“东西同时”的联合观测布局，为空间碎片观测研究及空间天文学科建设注入新的动力。

原文链接：https://www.view.sdu.edu.cn/info/1021/186780.htm

4 Nature Communications丨玻璃“延年益寿”的关键，居然是“记忆力”

更大的预加载应变及温度都会促进应力记忆效应，具有更大记忆效应峰值时间tp和强度Δσ

玻璃属于非平衡态材料，金属玻璃、有机玻璃、硅酸盐玻璃等在各类工程领域中常作为结构材料获得广泛应用。当这些玻璃结构材料在恒定形变条件下服役时，会出现应力松弛现象。该如何延长其使用寿命和提高可靠性呢？近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所科研人员发现，对不同玻璃材料先加载高应变再加载低应变，应力将呈现先升高再降低现象。这种反常的应力递增现象为应力记忆效应。在更大的预加载应变和更高的温度下，玻璃的记忆效应强度Δσ更大，且应力递增的持续时间tp更长。科研人员通过即时动力学分析及可逆弛豫分析发现，记忆效应只有在大激活能的协同运动过程才显著表现。通过原位拉伸高能同步辐射和可逆滞弹性弛豫分析揭示，由小原子主导的可逆β弛豫是应力记忆效应的本质。该成果为探讨玻璃材料抵抗应力松弛能力开辟了新路径。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-44187-x

5 Science China Earth Sciences丨以“三宙六纪”为尺，衡量月球演进的历史

“三宙六纪”月球地质年代表对应的地层层序柱

20世纪90年代以来，月球探测和月球科学高速发展，更先进的样品测试分析技术以及海量高质量探月数据的获取和分析，极大地加深了人们对月球演化的理解。

中国科学院国家空间科学中心太阳活动与空间天气重点实验室刘洋研究员团队的郭弟均博士，联合中国科学院地球化学研究所刘建忠研究员、美国布朗大学James W Head教授以及其它研究所和高校研究人员，基于对月球地质演化事件的系统梳理，对此前的月球地质年代表进行了更新，提出了“三宙六纪”的月球地质年代划分方案。

该研究提出了三阶段月球动力学演化模型，并建立了三个相应的“宙/宇”级别的年代及地层单元：冥月宙，表示内动力地质作用为主的岩浆洋演化时期；古月宙，表示内、外动力地质作用并重的时期，主要地质事件是代表内动力地质作用的火山作用和代表外动力地质作用的大型撞击事件；新月宙，表示外动力地质作用为主的时期，此时岩浆活动减弱，小型撞击事件对月表的改造占主导。

“三宙六纪”月球地质年代划分方案能够更清晰地表达月球内、外动力地质作用的发生、发展和演变过程，为刻画月球的演化历史提供了一个量身定做的“标尺”。该方案已在世界首幅1:250万全月地质图中进行了应用，该方案对其他类地行星的地质演化研究也具有重要的参考意义。（专栏作者 李潇潇）

原文链接：

https://link.springer.com/article/10.1007/s11430-022-1183-4

关于“科创热榜-前沿科技”

国际科技创新中心网络服务平台（www.ncsti.gov.cn），基于中科院、工程院、医科院、农科院、985高校及新型研发机构等近200家科研院所、单位发布的研究成果，多源动态提取并按领域维度、期刊级别、创新载体、学者信息、时间梯度等多维度权重，经人工智能计算分析，形成推荐榜单，每日更新。

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【转帖（间隔补充前期）】一周前沿科技盘点〔72〕丨思路打开，提升八个数量级！神奇的三维石墨烯，应用领域再拓展https://www.ncsti.gov.cn/kjdt/ztbd/kcrbqykjzb/202312/t20231217_144446.html

近日，北京协和医院和辽阳市中心医院三位外科专家相隔700公里，先后远程操纵手术室内的机械臂系统，完成了一例特殊的肾癌根治术，标志着我国腹腔镜机器人技术在手术领域又取得了突破性进展。中国科学院和北京理工大学的科学家首次发现激光驱动的相干声子能有效加速极化子的传输……

基于国际科技创新中心网络服务平台科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，为大家带来第七十二期。

1 《Science Advances》丨思路打开，提升八个数量级！

激光调控极化子传输的示意图和可能的应用途径

    极化子是由虚声子云修饰的电子（或空穴）组成的准粒子，广泛存在于金属氧化物、二维材料等体系中。极化子会以多样化的方式表现出来，并对材料诸如磁性、光催化、铁电、超导等重要性能及功能产生深远影响。但由于载流子的强局域化，极化子往往具有超低的迁移率，损害光电器件的使用性能。

近日，中国科学院物理研究所和北京理工大学的科学家预测了如何以超快光学手段探测和调控量子材料的物性。他们利用自主开发的非绝热含时密度泛函分子动力学方法和软件（TDAP），首次发现激光驱动的相干声子能有效加速极化子的传输。通过调节激光参数，理论预测在过氧化二锂(Li2O2)中，载流子的迁移率可提升八个数量级。这为设计具有高通断比、超快响应速度的新一代光电器件拓宽了思路。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg3833

2 相隔700公里，三位专家“场外指导”腹腔镜机器人手术

近日，北京协和医院和辽阳市中心医院泌尿外科专家纪志刚、徐维锋、丁永学携手完成了一例特殊的肾癌根治术。借助“5G+固网专线”的网络通路，3D立体高清画面在三个控制台同时展开，腹腔镜里的画面纤毫毕现。相距近700公里的三位泌尿外科专家先后远程操纵辽阳手术室内的机械臂系统，在几乎没有延时的情况下，于1小时内顺利完成手术。

两地三个控制台同时参与远程手术，这标志着我国腹腔镜机器人技术在手术领域又取得了突破性进展。

原文链接：https://www.ncsti.gov.cn/kjdt/kcrb/?rid=437936

3 《Energy & Environmental Science》丨持续扫除产业化阻碍，这种液流电池值得期待

锌基液流电池依靠锌酸盐离子和铁离子间的电化学反应来实现电能储存和释放的一项技术，分为碱性、中性、酸性三类，其中碱性锌铁液流电池是目前市场的主要发展方向。

锌基液流电池具有成本低、安全性高等优点，是分布式储能的理想选择。但锌基液流电池充电过程中，离子的随机扩散会导致锌活性物质在电极表面微观的凸起处聚集，形成“尖端堆积”，进而形成一种叫“锌枝晶”的物质。这种枝晶会刺破电池内的隔膜，导致电池“短寿”。科学家希望通过改变电解质溶液的化学性质来 “打破”这一“瓶颈”。

中国科学院大连化学物理研究所一直致力于锌作为负极的相关液流电池技术开发，李先锋和袁治章团队近日就在碱性锌铁液流电池电解液研究方面取得新进展。他们通过在电解液中添加有机配体，实现锌活性物质从溶液到电极界面的快速传质过程。其开发的碱性锌铁液流电堆在40mA/cm2的工作电流密度条件下稳定运行约700小时，库伦效率达98.04%，能量效率达88.53%。该工作为解决锌枝晶问题提供了新思路，并对提高碱性锌铁液流电池运行稳定性、推进其实用化进程具有积极的促进作用。

原文链接：https://doi.org/10.1039/D3EE02693K

4 《Solar RRL》丨神奇的三维石墨烯，应用领域再拓展

(a) 高效太阳光热界面蒸发的多孔石墨烯碳质膜示意图。(b) 光热界面蒸发器件结构及蒸发过程示意图。(c)柔性多孔石墨烯碳质薄膜及飞秒激光加工区域的大面积（100 cm2）实物照片。(d) 飞秒激光加工后，多孔石墨烯碳质薄膜表面形成的典型 “沟壑”特征的石墨烯形貌

石墨烯是二维结构，在微观上存在褶皱，无法达到完全平整，这就导致了力学上的不稳定性，引发静电，影响材料自身性能。科学家努力改进，发明了三维石墨烯。三维石墨烯是由二维石墨烯在宏观尺度上构成的一种新型碳纳米材料，它秉承了石墨烯超大比表面积、超高导电率优异特性，还兼具稳定性与超疏水性等其他材料无法比拟的特殊性能。

中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光元件技术与工程部吴卫平团队采用飞秒激光结合模板法，构筑了内部孔隙精准可控且独立支撑的多孔石墨烯薄膜。他们在自支撑多孔碳薄膜表面构筑三维阵列化石墨烯微结构，实现了光谱理想吸收、光热高效转换和热质输运有效调控等特性。紫外-可见光区域的光吸收达到99%以上，而近红外区域也实现了97%左右的吸收特性，光热蒸发速率进一步提高11%，实现了薄平面结构光热蒸发器件的优异性能。这项研究为低碳能源利用、海水淡化和矿物提炼等提供了太阳能驱动界面蒸发的解决方案，也有望在航空航天领域热管理等方面大显身手。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/solr.202200803

5 《Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.》丨集“载体-药物”于一身，水凝胶凭什么行？

（A）多酚基水凝胶重塑脊髓损伤铁稳态促进运动功能恢复的示意图；水凝胶促进脊髓损伤后运动诱发电位（MEP）与体感诱发电位（SEP）的恢复（B,C）以及成熟神经元在损伤部位的迁移（D）

脊髓损伤常会导致下肢感觉和运动功能的丧失。离子稳态失衡虽然是脊髓损伤微环境中的关键病理特征，但一直以来，它对神经再生的调控作用尚不清楚。

近日，山东大学齐鲁医院神经外科倪石磊课题组首次揭示了铁稳态在神经再生中的作用，创新性提出天然多酚基水凝胶重塑神经铁稳态、诱导神经再生这一治疗新策略。使用集“载体-药物”于一身的水凝胶材料，有效避免传统载体交联剂和化学反应引起的潜在风险，临床转化潜力更好。

利用天然多酚基水凝胶调节铁代谢促进神经发生，为治疗脑创伤、脑出血等其他铁沉积性中枢神经系统疾病提供了新思路。依托该项目，课题组已申请国家发明专利1项，并积极推动临床前大动物的药效学研究和临床转化。

原文链接：

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2220300120

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【转贴】一周前沿科技盘点〔75〕丨无需干细胞负载，软骨缺损就能修复再生；“一朝被蛇咬十年怕井绳”背后，大脑的运作机制是什么？原文链接：https://www.ncsti.gov.cn/kjdt/zt ... 0240109_146680.html

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恐惧是人类最原始的基本情绪之一，对生存繁衍起到至关重要的作用。不同来源的恐惧会引起不同的反应，面对不同的外界信号时，我们的大脑究竟发生了什么变化呢？咖啡气泡在方糖中上升、微流控芯片中的微化工过程、土壤和地下水的修复……这些在自然界和工程应用中常见的现象有一个共同的名字——电渗吸。围绕它，科学家开展了一系列研究。

基于国际科技创新中心网络服务平台科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，为大家带来第七十五期。

1. 《Nature Communications》丨无需干细胞负载，软骨缺损就能修复再生

软骨修复水凝胶作用机制图

软骨修复是骨关节炎治疗领域一项久攻不克的难题。传统天然软骨修复材料需要手术取材，因此存在创伤大、材料来源有限等问题。近日，西安交通大学化学学院成一龙课题组和杨宇轩博士通过聚加成反应构建了一种分别负载生物活性因子单宁酸和软骨分化因子Kartogenin的多重氢键交联水凝胶，作为体内软骨再生的无细胞支架，实现了无需干细胞负载的软骨缺损修复再生。

该研究制备的新型软骨修复水凝胶具有较高的抗疲劳性能和力学强度，可以承受28000次加载-卸载机械循环，并在体温下表现出快速形状记忆性能，具有应用于微创手术的潜力。同时，通过负载理化性质不同的药物分子，可以实现软骨修复过程中骨髓间充质干细胞的定向迁移和分化，从而实现体内全层软骨再生。这项工作可能为解决软骨再生问题提供一个有前景的解决方案。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-43334-8

2. 《Biological Psychiatry》丨“一朝被蛇咬十年怕井绳”背后，大脑的运作机制是什么？

恐惧是人类最原始的基本情绪之一，对生存繁衍起到至关重要的作用。不同来源的恐惧会引起不同的反应，比如“社恐”被迫现场演讲可能会引发回避行为；对蜘蛛、蛇的恐惧则可能引发逃跑。“一朝被蛇咬十年怕井绳”，面对不同的外界信号时，我们的大脑究竟发生了什么变化呢？

浙江大学医学院脑科学与脑医学学院、双脑中心李晓明团队研究发现，不同的恐惧信号会通过不同的神经环路形成特定的恐惧记忆。其中，从中央杏仁核外侧部PKCδ阳性神经元到腹侧终纹床核的GABA能通路介导场景恐惧记忆，而SST阳性神经元对终纹床核的GABA能通路介导线索恐惧记忆。

该研究首次通过解析杏仁核投射的异质性阐明不同恐惧情绪背后的特异神经环路机制，完善恐惧情绪的产生及恐惧记忆形成的神经环路模型，阐明中央杏仁核对于不同外部刺激特异性响应特征的神经环路基础，并进一步揭示了阿片系统在恐惧、焦虑情绪中的韧性调节机制，为恐惧相关精神疾病的治疗提供了新的靶点。

原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37678543/

3. 《Advanced Materials》丨开关、发光、存储 “三合一”的有机发光晶体管问世

集开关、发光和存储功能于一体的有机发光晶体管器件及其存储与发光性能图

当下主动矩阵式有机发光二极管（AMOLED）显示面板正朝着低能耗、大尺寸、超高清等方向发展，对其驱动芯片的像素电路集成度和性能也将提出更高的要求。然而，依靠“微缩”器件尺寸来提升集成度的传统技术已不断逼近并超越光刻等微细加工技术的极限，继续缩小器件尺寸变得日益艰难。如何在有限的芯片面积内进一步提升像素电路的集成度，便成为了行业面临的一个重大挑战。

对此，北京大学深圳研究生院新材料学院孟鸿教授团队开展了开关、发光、存储于一体的有机发光晶体管器件研究。基于存储型有机发光晶体管的显示技术比传统有机发光晶体管有更高集成度、更高像素开口率。该项研究通过探究铁电聚合物的铁电效应，利用其剩余极化特点，实现了有机发光晶体管的非易失性存储行为，并揭示了其存储机制；通过亮度保持特性和重复擦写循环测试的实验结果，证明了其可靠的非易失性存储操作；这种多功能一体化的有机发光晶体管为有机显示像素电路的设计提供了一种新的技术方案。此外，通过优化铁电层和沟道层之间的界面特性，有机发光晶体管器件性能显著提升，场效应迁移率和发光亮度值分别提高20倍和5倍。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202307703

4. 《PNAS》丨微流控领域全新设计理念，基于孔隙尺度事件预测宏观渗吸行为

通过优化的顺序光刻和多次刻蚀技术设计了具有深度变化的微流体芯片。（A）通过优化的顺序光刻和多次蚀刻制造深度可变微流芯片策略的示意图。（B）根据二维孔隙宽度分布将多孔结构分为不同深度区域，以蚀刻1→3个不同的深度。（C）微流芯片的三维孔径分布将受到不同深度约束的压缩，这里红线是无深度约束的二维孔径分布。（D）均匀深度、两深度和三深度的硅基底上局部多孔结构的扫描电子显微照片。（E）显微镜下观察的微流芯片图像和相应的多孔结构

咖啡气泡在方糖中上升、雨水渗透到土壤中、微流控芯片中的微化工过程、土壤和地下水的修复……这些在自然界和工程应用中常见的现象有一个共同的名字——电渗吸。然而，由于多孔结构和流体的复杂性，多孔介质的几何约束对多相流动微观物理及宏观渗吸模式的调控机制并不清楚，就制约了工程应用和相关技术的发展和升级。

近日，清华大学航院工程力学系王沫然课题组采用先进微纳加工技术和微流体芯片可视化实验等方法，观测了多孔三维结构触发流体界面不稳定性的现象。他们通过系统地改变微流体芯片的深度约束，结合多孔介质的高分辨率图像、孔隙尺度数值模拟和实验定量表征结果揭示了三维结构效应控制微观界面不稳定性并调控复杂多孔介质内多相渗吸模式的宏-微观机制。

其研究结果表明，传统微流控芯片设计抑制了一些重要三维结构效应，相关理论分析将深化理解二维微芯片实验和真实三维多孔介质内多相驱替机理，并建立二维与三维流动驱替现象间的联系。另一方面，研究表明，微芯片结构深度方向的设计将带来微流控领域的全新设计理念，基于孔隙尺度事件预测宏观渗吸行为的新策略将在生物医药、微化工、微流控逻辑控制、土壤及地下水的治理修复、油气资源开发等领域发挥重大作用。

原文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2310584120

5. 《Advanced Functional Materials》丨小巧玲珑的它，如何在个性化医疗保健领域大显身手？

微电池的电子照片和微电极的形貌表征

高性能、形状可定制的微电池具有结构灵活性、适应多种形状等特点，因此成为下一代柔性电子产品中备受关注的一个分支，可应用于微型机器人、可穿戴传感器和植入式医疗设备，并放大其优势。

为了满足智能微电子系统在不同场景下的不同需求，开发简单、经济、高分辨率的加工技术制造具有高精度和形状可调控的高性能微电池至关重要。北京理工大学化学与化工学院博士生李向阳和赵扬研究员首次使用全激光加工技术在柔性基底上原位构建了平面准固态Zn//MnO2微电池（MBs）。该加工技术不仅可以无掩膜、高效制造图案，还可以在微电极材料中自发地产生氧空位，进一步增加电极材料的电化学活性位点，提高电池性能。

他们制备的Zn//MnO2微电池具有高面容量、高能量密度，超过大多数水系Zn基微电池和Li/Na基MBs。这些微型电池也很容易集成到片上微电子系统中，作为内置电源与多种传感功能高度兼容，连续监测人体的手腕弯曲、脉搏跳动、温度和湿度信号，以实现个性化医疗保健。

原文链接：https://www.bit.edu.cn/xww/xzw/x ... 2cad2d328ae98a7.htm

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【转帖（间隔补充前期）】

一周前沿科技盘点〔71〕丨这研究，主打一个“反转”；昙花一现转瞬即逝的激子，被他们“抓了个现形

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原文链接 https://www.ncsti.gov.cn/kjdt/zt ... 0231210_143808.html

极性反转在有机合成中有着举足轻重的作用，近日，中国科学院房新强课题组在不使用额外还原剂的情况下，首次实现了廉价金属铜催化的联硼酸酯促进的炔丙基碳酸酯的极性反转。生活、感情、工作、学业等方面的压力困扰，有时让人免不了念叨一句“我emo了”，科学家一项关于“第二大脑”的研究或许能给你一个新的维度去审视和理解这一精神状态。

基于国际科技创新中心网络服务平台科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，为大家带来第七十一期。

1《J. Am. Chem. Soc.》丨这研究，主打一个“反转”

铜催化联硼酸酯诱导的炔丙基碳酸酯的极性反转

极性反转在有机合成中有着举足轻重的作用，它通过多种手段使反应物分子中碳原子的电荷发生翻转，以促进C―C键的形成。目前，实现常用原料的极性反转已经成为合成化学、制药工业和化学生物学中最具有吸引力的研究课题之一。

近日，中国科学院福建物质结构研究所房新强课题组在不使用额外还原剂的情况下，首次实现了廉价金属铜催化的联硼酸酯促进的炔丙基碳酸酯的极性反转。通过配体的变化，实现了四种不同的反应模式，从而在温和的条件下得到了三种高烯丙醇和一种高炔丙醇产物，为此领域长期的难点提供了解决方案，同时也促进了极性反转策略这一研究领域的进一步发展。

2《Advanced Materials》丨昙花一现转瞬即逝的激子，被他们“抓了个现形”

在半导体中，电子受到一定能量的光照后，会变得活泼，离开原来的位置，原来的位置就变成了一个“空位”，这个“空位”称为空穴。而这个“逃窜”出来的电子在新的“落脚点”形成光生电子。空穴带正电，电子带负电，它们受到库仑力的作用而互相吸引，从而使它们在空间上束缚在一起，这样形成的复合体被称为激子，激子寿命很短，最终会消失。

量子点的带边激子精细结构由“电子—空穴”交换作用产生，带边激子可以按照角动量分为明态和暗态。由于存在形貌或晶格的对称性破缺，明态激子可以进一步裂分为线偏振的一系列激子能级。这些丰富的激子精细结构在量子科技领域具有广阔的应用前景，既可以用于单光子发射，也可以实现激子态的相干操控。然而，由于明态激子间的相干寿命较短，观察调控这一退相干过程十分困难。

中国科学院大连化学物理研究所吴凯丰研究员团队在量子点激子相干动力学研究中取得新进展。他们利用磁场调制的量子拍频光谱技术，揭示了通过磁场调控钙钛矿量子点带边激子偏振的原理，实现了近室温下激子相干动力学的定量操控。该成果对于将磁场调制的激子本征态和相干态应用于量子信息处理具有启示意义。

3《Brain Behavior and Immunity》丨又觉得emo了？或许可以关心一下“第二大脑”

肠道菌群通过小胶质细胞影响抑郁症的发生

生活、感情、工作、学业等方面的压力困扰，有时让人免不了念叨一句“我emo了”。科学家一项关于“第二大脑”的研究或许能给你一个新的维度去审视和理解这一精神状态。正常机体内有大量微生物寄居，胃肠生理状况与人的情绪息息相关，因此有“胃肠是人的第二大脑”的说法。临床观察发现了肠道微生物参与抑郁症的病理生理过程。

近期，电子科技大学生命学院游自立实验室与贵州中医药大学张进强合作开展一系列研究，发现遭遇不良刺激的小鼠与正常小鼠比较，其肠道微生物群存在显著差异。将易感个体的肠道微生物移植到正常个体的肠道中，可增强小鼠的炎症反应和抑郁样行为。肠道菌群失调诱导大脑小胶质细胞过度反应并致神经受损，当抑制小胶质细胞的炎症反应后，可修复成年海马神经发生，进而改善小鼠的抑郁样行为。这项研究提供了直接的证据，表明肠道微生物组成是抑郁易感性的生物学特征之一，其机制与小胶质细胞的表型和功能相关，重塑肠道菌群将为降低抑郁易感性提供新的治疗策略。

4《Journal of the American Chemical Society》丨“非实体”的新型催化剂，帮助化学合成更好拥抱“绿色”

水微滴中门舒特金反应。(a) 密度泛函理论计算门舒特金在不同电场强度下的反应能垒。(b) 实验设置。(c) 当鞘气压力为80 psi，反应距离为20 mm时，门舒特金反应产物的典型质谱。

近年来，微液滴化学引发一系列研究热潮。借助微液滴构建高强度电场，将其作为合成化学中的催化剂成为一种绿色、便捷的选择。据近期的实验和理论计算工作证实，水的微液滴气液界面可以产生109V/m或更高的电场。

北京理工大学化学与化工学院谢静团队和南开大学张新星团队合作，通过密度泛函理论，预测了强电场对反应的活化作用，结合门舒特金的反应特征排除了“部分溶剂化”对反应加速的影响，将电场催化的应用拓展到微液滴-水界面的场景中。

研究团队通过“计算预测 + 实验验证 + 模拟阐释”实现了捕捉微液滴界面电场加速重要有机化学反应，并揭示了水的微液滴界面电场加速门舒特金反应的本质是降低静态反应能垒和驱动动态碰撞概率。该工作展现了“微液滴化学”在绿色有机合成方面的应用潜力。

5《IEEE Communication Magazine》丨新型微波链路技术监测降雨，为智慧城市建设叠buff

电极串扰对电池安全和循环寿命的重要影响

无线通信网络技术，尤其是蜂窝网络通信技术应用，已远不止于提供基本的民用通信连接。随着感知通信一体化 （ISAC) 技术的发展，通过共享频谱、信号、硬件等，可实现通信与感知的相辅相成。

中国科学院大气物理研究所与河南科技大学科学家合作，研究了毫米波和视距多输入多输出（LOS-MIMO）商用微波链路新技术在天气感知方面的潜在应用。不断扩展的通信网络可成为高时空分辨率降雨信息的重要数据来源，通过分析商用微波回程链路（CML)和卫星到地面微波链路（SML）的信号衰减来监测、估计降水量。

该研究团队认为该技术的主要优势集中在三点：一是随着智慧城市和5G网络的不断发展，通过大规模密集部署的微波链路，能够实现城市高分辨率的降雨监测；二是CML不仅能独立用于高时空分辨率的降雨测量，还可以与其他气象仪器的测量数据结合使用；三是CML可以用于监测其他气象和环境参数，如水汽、氧气、雾、污染等，以及应用于排水建模和植被特征描述。通过不同频率和极化的多个链路，可以提取雨滴谱分布特征或进行降水类型分类。这些观测也可用于水文模型、洪水预警和数值天气预报模型。（专栏作者 李潇潇）

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【转贴】一周前沿科技盘点〔76〕丨机器人也能望梅止渴？他们首次提出“机器联觉”；让光速减慢1万多倍，这块芯片什么来头？原文链接：https://www.ncsti.gov.cn/kjdt/ztbd/kcrbqykjzb/202401/t20240116_147225.html

生活中，总有一些人可以“听”到色彩，“看”到味道，或“嗅”出形状，这就是联觉。近期，受人类联觉启发，北大电子学院首次系统化地建立并论述了通信和多模态感知智能融合的统一框架——机器联觉。光速是宇宙中最快的速度，为了减慢它，科学家伤透了脑筋。近日，中国科学院课题组找到了一种在光子芯片上减慢光速的新方法。

基于国际科技创新中心网络服务平台科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，为大家带来第七十六期。

1 《IEEE Communications Surveys & Tutorials》丨机器人也能望梅止渴？他们首次提出 “机器联觉” 

针对SoM的三种工作模式开展的最新研究结果及设计思路

望梅止渴、“夏天是定音鼓，秋天是大提琴”……生活中，总有一些人可以“听”到色彩，“看”到味道，或“嗅”出形状，这就是联觉。近期，受人类联觉启发，北京大学电子学院程翔团队首次系统化地建立并论述了通信和多模态感知智能融合的统一框架——机器联觉（SoM）。作为助力实现“万物智联”的核心技术之一，通信与感知融合技术是6G无线通信的一项关键技术。然而，现阶段主流的通信感知融合技术局限于通信与单一射频感知的融合（射频通感一体化），且局限于静态、低速场景，无法支撑6G典型应用场景的需求。为满足通信与感知系统极高的性能要求，需要挖掘通信与多模态感知之间存在的潜在关联，发挥“通”与“感”相互辅助的能力，促进通信与多模态感知的智能融合。研究团队首次对当下通信与多模态智能融合领域的相关研究工作进行了梳理综述，针对三种工作模式开展的最新的研究结果及设计思路，展现了SoM在优化通信和感知性能上的巨大潜力。基于SoM-唤起模式，首次探索了复杂高速移动场景下多模态感知数据与信道全尺度衰落特性的复杂非线性联觉机理；基于SoM-增强模式，提出以模型增强数据驱动的方式从多模态感知信息中挖掘不同隐式射频空间特征，设计了一系列高效通信系统传输方案；基于SoM-合作模式，创新性地开展了基于任务语义的机器联觉协同感知工作，进行通信传输与环境感知网络联合设计，以优化非理想通信下协同感知性能。原文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10330577

2 《Nano Letters》丨让光速减慢1万多倍，这块芯片什么来头？

光速是宇宙中最快的速度，也是所有物质和信息传播的速度上限，真空中的光速约为30万公里/秒。光速不能被超越，但能被减慢。让光速减慢的好处显而易见——更好地操控光子，进而提升对光信息的获取、传输、处理与缓存能力以及光传感、光通信、光路由、光调制和光存储等相关应用和器件的性能。近日，中国科学院深圳先进技术研究院集成所李光元课题组找到了在光子芯片上减慢光速的新方法。他们提出了一种基于晶格共振与晶格共振发生耦合诱导产生的新型类电磁诱导透明（EIT）现象，极大地抑制了其损耗，从而在100纳米高度的硅纳米柱阵列上实现了慢光效应（光速减慢了1万多倍）。同时，团队在实验上测得高达2750的超高品质因子，数倍于现有纪录（483）。他们还进一步发现一种具有连续域束缚态（BIC）特性的集体型类EIT现象，其品质因子和慢光指数在理论上均按照反二次函数发散到无穷大。这项研究有望大幅提高慢光光子芯片器件的性能，并在光传感、光通信、光计算和光缓存等领域获得广泛的应用，也将为慢光技术研究提供新思路。原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.3c04174

3 《Nature Machine Intelligence》丨以通用方法求解随机反应的化学主方程？神经网络做到了

跟踪随机反应网络随时间变化的联合概率分布

随机反应网络是物理学、化学、生物学和生态学中随机过程的标准模型。代表性的例子包括生灭过程、自发不对称合成模型和基因调控网络等。随机反应网络通常通过化学主方程进行建模，它描述了物种分子数的联合概率分布随时间的演化。然而，系统可能状态数随着物种的种类数呈指数增长，因此，获得物种分子数随时间演化的联合概率分布是一个难题。

近日，中国科学院理论物理研究所彭桓武青年访问科学家、北京师范大学复杂系统国际科学中心的汤迎副研究员和学生翁佳钰与中国科学院理论物理研究所的张潘研究员合作，提出使用变分自回归网络来求解化学主方程的机器学习方法，他们使用变分自回归神经网络（VAN）来研究随机反应网络中物种分子数的联合概率分布，刻画联合分布演化并求解化学主方程。

研究团队还把该方法应用于物理学和生物学中的代表性示例，如基因切换开关、细胞内信号级联反应、早期生命自我复制以及具有时变速率的流行病模型等，结果证明该方法是一种基于现代机器学习研究随机反应网络的通用方法。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s42256-023-00632-6

4 十余年磨一剑，全球规模最大乙醇生产装置试生产启动

近日，目前全球规模最大的乙醇生产装置——60万吨/年乙醇生产装置在安徽淮北启动试生产，产出合格无水乙醇。该项目将助力保障粮食安全和能源安全。中国科学院大连化学物理研究所刘中民院士团队联合延长石油集团公司为该项目提供了“以合成气为原料经二甲醚羰基化和乙酸甲酯加氢合成无水乙醇”（工艺名称“DMTE”）关键核心技术支撑。截至目前，DMTE技术已签订13套工业装置（其中出口2套）技术实施许可合同。

乙醇是世界公认的优良汽油添加剂，也是重要的基础化学品，可以部分替代乙烯用作化工原料，也可以便捷地转化为乙烯。我国乙醇市场需求大，2022年中国以陈粮发酵路线生产的燃料乙醇约270万吨，缺口达1000万吨。

刘中民团队在该领域持续攻克难题并进行技术迭代。他们于2010年提出DMTE这一环境友好型技术新路线后，就通过研制非贵金属催化剂开发DMTE工艺技术，实现了煤、天然气或钢厂煤气大规模制取乙醇。2017年，完成了全球首个10万吨/甲醇经二甲醚羰基化制乙醇工业示范项目。此后，该团队升级催化剂并优化反应工艺，进一步提高了技术指标，为大规模工业化奠定了基础。此次项目的启动，验证了DMTE技术的先进性、可靠性，推动了DMTE技术大规模应用，特别是以钢厂煤气为原料生产乙醇，促进了钢铁、能源、环境等行业的低碳化融合发展。

原文链接：

http://www.news.cn/photo/20231228/dd615f07a19643a5af332e2f6ad25b25/c.html

5 《Nature Photonics》丨如何测出1000亿个正常原子中的一个缺陷原子？像定位卫星一样定位量子就行

实验体系示意图

中国科学技术大学中国科学院微观磁共振重点实验室杜江峰、王亚等人在量子精密测量领域取得重要进展，他们提出了一种新的量子传感范式，即利用多个量子传感器之间的信号关联，提升对复杂对象的解析能力和重构精度。研究团队基于自主发展的氮-空位色心制备技术，可控制备出相距约200纳米的三个氮-空位色心作为量子传感系统，通过对随机电场探测展示了这种新的量子传感范式。此外，研究团队使用类似于卫星定位的量子定位技术，成功对微米范围内16个点缺陷进行了定位，定位精度最高达到1.7纳米。基于这种关联分辨和精确定位的能力，研究团队还实现了对每个点缺陷电荷动力学的原位实时探测，为研究体材料内部点缺陷的性质提供了新的方法。

这一成果展示了基于量子技术的超高灵敏度缺陷探测，可对0.01ppb级别的缺陷浓度（一千亿个正常原子中出现一个缺陷）进行探测，比目前最灵敏方法的探测极限提升两个量级以上，有望为当前十纳米以下芯片中的缺陷检测提供一种强有力的技术手段。（专栏作者 李潇潇）

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41566-023-01352-4

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【转帖（间隔补充前期）】

一周前沿科技盘点〔73〕丨从蜘蛛丝汲取灵感制作电极，软到超乎想象；颠覆20多年的研究范式，激光输出效能大幅提升

原文链接：https://www.ncsti.gov.cn/kjdt/zt ... 0231225_145464.html

科研“不走寻常路”的故事常讲常新。近期，中国科学院大连化学物理研究所科学家颠覆了近20多年来量子点薄膜制备思路，对量子点的液体光增益机制予以重新审视，并有了新的收获。

基于国际科技创新中心网络服务平台科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，为大家带来第七十三期。

1 《Nature》丨从蜘蛛丝汲取灵感制作电极，软到超乎想象

用于生物组织接口界面的水响应超收缩聚合物膜

在《拾荒者统治》这部热门科幻剧集中，生命科学术与信息技术完美交融，共同演绎出一个“神奇生物在这里”的神秘瑰丽星球。近期，中国科学院深圳先进技术研究院深圳先进集成技术研究所神经工程中心李光林／刘志远研究团队，联合新加坡南洋理工大学、南京医科大学学者设计出一种薄膜，为微电子生物传感，乃至生物和电子设备之间的无缝集成提供了更多可能性。

硬质电路中，不同电子设备的连接通常是一项简单的任务。这是由于它们拥有成对的标准接口，形状和尺寸匹配。但对生物界面而言，事情就没那么简单了。柔软可拉伸电子器件作为新兴的主要用于生物界面接口的电子设备，其器件间集成方法仍需探索，且器件与生物组织的接口无法标准化。由于生物组织柔软、形状和尺寸多样，当下缺乏能够实现柔软生物组织与复杂电子界面标准化快速集成的手段。 

科研团队从蜘蛛丝中汲取灵感，基于聚环氧乙烷和聚乙二醇－α－环糊精包合物研发出一种水响应性超收缩聚合物薄膜。基于这种薄膜构筑的形状自适应电极阵列简化了植入过程，在润湿后可保形地包裹不同尺寸的神经、肌肉和心脏，并应用于体内神经刺激和电生理信号记录。这种新型水响应材料在塑造下一代生物组织电子界面以及拓宽形状自适应材料的生物医学应用方面具有潜在的重要作用。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06732-y

2 《Advanced Materials》丨颠覆20多年的研究范式，激光输出效能大幅提升

胶体量子点是一种溶液中制备生长的半导体纳米晶体，它具有成本低廉、发光效率高、发光波长连续可调、吸收截面大等特点。因此，胶体量子点有望取代常用的有机染料分子，成为理想的液体激光增益介质。近20多年来，研究人员往往致力于研发量子点薄膜的激光体系，这也逐渐成了主流研究范式。

近期，中国科学院大连化学物理研究所吴凯丰与杜骏团队打破了这种研究范式，对量子点的液体光增益机制予以重新审视，并有了新的收获。研究团队巧妙设计合成了体积紧凑的核壳结构量子点，该类量子点具有组分渐变的合金化结构。该策略将量子点的双激子寿命从常规的皮秒量级延长到了纳秒量级，从而使双激子增益寿命达到近纳秒的量级。在此基础上，基于胶体稳定的量子点溶液即可实现光泵浦的放大自发辐射。

实验表明，该量子点增益体系表现出超强的光稳定性以及可放大合成的特性，且能在7纳秒的固体激光泵浦下实现准连续的放大自发辐射。而放大自发辐射是激光输出的“前驱体”，因此该工作有望为未来在谐振腔内实现基于量子点液体的激光输出奠定基础。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202308979

3 《Advanced Materials》丨这种分区光学生物检测芯片，具备诊断早期癌症潜质

印刷分区光学生物芯片进行多种外泌体的同时可视化检测

外泌体是直径为40nm－160nm的胞外囊泡。携带大量母细胞的生物信息、在细胞间通讯中具有重要作用，外泌体因此被视为下一代的癌症生物标志物。

针对传统检测外泌体方法耗时长、灵敏度低等问题，中国科学院化学研究所绿色印刷院重点实验室宋延林课题组将印刷一维纳米链与表面图案化结合，设计了一种分区的光学生物检测芯片。该研究利用酰胺反应在一维纳米链上孵育特异性抗体，用以捕获目标外泌体颗粒。

该研究通过设计具有亲疏水图案的基底，制备了一系列多通道分区生物检测芯片。基于亲水、疏水差异，单个待测液滴被分割成若干互不干扰的微液滴，实现了快速区分正常人与胶质瘤患者的外泌体样本。这种分区光学生物芯片操作简单、成本低，且在复杂生物液体环境中具有良好的特异性和稳定性，有望成为新型的疾病诊断方式，并促进液体活检、健康监测等多个领域的发展。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202304935

4 《Nature Communications》丨电池“退休”后，怎么让它“发挥余热”？

基于联邦学习的电池回收分类框架

众所周知，电池回收是一门“好生意”，特别是退役电池正极材料，往往具备极高的回收价值。但传统的处理方式（火法、湿法等）通常不对正极材料进行分类，而以混合形式回收，资源利用效率低且利润有限。相较之下，直接回收（修复）方法可以显著提升经济价值，具有工艺流程短、二次能源消耗和污染低、经济效益高的优点，但需要事先获取电池的正极材料信息。这些信息涉及制造商、用户、科研机构等敏感数据，难以获取和集中利用。此外，电池制造标准多样性、历史运行条件差异和多方协作时的数据隐私问题加剧了退役电池分类的难度，制约了回收效率的提升和回收产业的规模化发展。

近日，清华大学深圳国际研究生院张璇、周光敏团队研究人员采用联邦学习框架，无需历史运行数据，仅用少量现场测试信息即可实现退役电池正极材料的精确分类。该框架的建立有效利用了来自多方的本地大规模电池数据，无需在参与方之间共享数据，在实现高精度分类的同时充分保护了多方协作时的数据隐私，实现退役电池的盈利性直接回收。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-43883-y

5 《Circulation》丨预防高血压、糖尿病血管病变，新思路来了

传统Ki67示踪和ProTracer示踪细胞增殖效率对比

内皮细胞是心血管疾病基础研究中最重要的细胞之一，其完整性在心血管系统功能维持中发挥着重要作用。内皮细胞损伤和丢失与多种心血管疾病的发生发展有着密切关系，如高血压和糖尿病及其并发症。

中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）周斌研究组与上海市胸科医院何奔研究组利用双同源重组系统构建一种可以长时程不间断捕捉体内内皮细胞增殖的技术，揭示了在稳态、高血压和糖尿病状态下主动脉内皮细胞的增殖情况。

通过实验，研究团队获得了有趣发现。对照高血压与糖尿病的示踪鼠，其内皮细胞增殖在高血压组增加，而在2型糖尿病组减少。而在2型糖尿病组中，尽管内皮增殖程度是降低的，但是Ly6C+ EC-1细胞的增殖能力仍然高于其他内皮，恢复这群细胞的增殖分化能力的方式即可作为干预2型糖尿病血管损伤靶标。

该研究揭示了稳态和高血压、糖尿病状态下大血管内皮细胞增殖的异质性，寻找到一群具有高增殖潜能的内皮细胞亚群，并探讨了影响其增殖的分子机制，为以后预防高血压、糖尿病的血管病变提供新思路。（专栏作者 李潇潇）

原文链接：

https://www.ahajournals.org/doi/abs/10.1161/CIRCULATIONAHA.123.064301