【科创热榜前沿科技周报】-17期转贴

wangchenglong

前沿科技盘点〔17〕｜朱敏院士团队填补“从鱼到人”演化的关键一步跃升、事半功倍的AI薄层色谱分析有效提高实验室工作效率 原文链接：https://www.ncsti.gov.cn/kjdt/zt ... 0230627_125813.html

汇聚中科院、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，通过多源动态提取信息因子，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，国际科技创新中心网络服务平台开发了“科创热榜”的推荐榜单。

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，为大家带来第十七期。

本周，《自然》杂志同期发表朱敏院士团队的4篇论文，详细论述了有颌类的出现与崛起，从而填补了“从鱼到人”演化历程中长期缺失，而又至为关键的一步跃升；科学实验室里经常会有大量繁重、依赖于简单逻辑判断的物理操作，能否通过AI智能机器人给科研人员减负，让他们解放双手，去关注更有创造力价值的事情？西风带途经的北纬40度地区遍布荒漠戈壁，而位于北纬30度附近的江南则气候湿润，风景独好。然而，最新研究表明，北纬30度才是西风带原本的归宿，是什么力量造成西风带北移？关注本周前沿科技盘点，离世界的真相再近一步。

1.《Nature》｜朱敏院士团队填补“从鱼到人”演化的关键一环

《自然》杂志封面图，从上到下分别为蠕纹沈氏棘鱼、新塑梵净山鱼、双列黔齿鱼、灵动土家鱼和奇迹秀山鱼等5种志留纪古鱼新属种的三维艺术复原图

有颌类的出现与崛起是“从鱼到人” 的脊椎动物演化史上最关键的跃升之一，这一跃升具体在何时、何地、又是如何发生？化石实证的缺失，使得有颌类的早期演化存在一段至少绵延三千万年、横跨整个志留纪的巨大空白。

近十年来，中科院古脊椎所朱敏院士团队踏遍我国志留纪地层可能含鱼的二百多个地点，终于在华南志留纪早期地层中发现“重庆特异埋藏化石库”和“贵州石阡化石库”，发现大量特异埋藏保存的完整志留纪早期鱼类化石，找到了破解有颌类最初崛起与辐射分化之谜的钥匙。

应用高精度CT、性状大数据分析、流体动力学模拟等新技术新方法，团队向世界首次展示出最早有颌类的牙齿、头部、身体以及偶鳍的雏形等过去完全未知的最早有颌类身体结构与解剖学信息，揭示了早期有颌类崛起的过程：最迟到4.4亿年前，有颌类各大类群已经在华南地区欣欣向荣；到志留纪晚期，更多样、更大型的有颌类属种出现并开始扩散到全球，开启了鱼类登陆并最终演化成为人类的进程。

2.《PNAS》｜研究揭示内嵌金属富勒烯形成新机制

(a) VSc2C@Ih-C80和VSc2C2@C80的单晶结构图以及自驱动单原子碳注入机制示意图。(b)单原子碳注入过程效果图，形象地表示了在内嵌金属团簇形成的“黑洞”的吸引下，外部单原子碳（黄色）穿透富勒烯碳笼的过程，最终该单原子碳与碳笼内部的钒（白色）、钪（蓝色）及中心碳原子成键。

迄今为止已经有超过50种金属团簇被报道嵌入到富勒烯碳笼中，然而它们的形成机理却是长期困扰科学家的一个难题。目前已报道的三种内嵌金属富勒烯形成机制都侧重于外部碳笼骨架的转变，对于内嵌金属团簇之间转变机制的报道尚属空缺。

鉴于此，中科大杨上峰教授团队及合作者在前期工作的基础上合成并分离出两种新型的基于过渡金属钒的内嵌金属富勒烯，并利用单晶X射线衍射技术精确表征了它们的分子结构，结合DFT理论计算对其电子结构进行了系统研究，发现这两种内嵌金属富勒烯的分子结构和电子结构存在极大的相似性。

课题组揭示它们之间存在一种全新的内嵌金属富勒烯形成机制——自驱动单原子碳注入机制。该机制可以分为两个过程，包括独碳团簇金属富勒烯对单原子碳的吸附；单原子碳注入到碳笼形成双碳团簇金属富勒烯，所内嵌的过渡金属钒上存在的单电子对于促进单原子碳吸附到碳笼上起着至关重要的作用。该过程相比于以往的合成方法大大降低了反应能耗。

3.《Chem》｜事半功倍的AI薄层色谱分析

自动化与机器学习结合建立TLC预测模型

极性是化合物的一个属性，对于其分离至关重要。薄层色谱（TCL）分析是获得化合物极性最便捷的方法，每天都有大量的TCL数据在全世界的化学合成实验室中产生，然而这些有价值的数据并未被有效的记录和收集。为改变现状，北大材料科学与工程学院莫凡洋课题组设想建立一个化合物的TCL分析数据库，借助AI，关联化合物结构、溶剂极性和RF值，从而作出精准预测。

课题组通过搭建机器人平台，开发了TLC分析的自动化技术，获得了海量标准化的TLC数据，进而应用机器学习对数据进行回归分析，得到一个能够进行精准预测的模型。在实际应用中，模型能够在秒级时间内预测任意流动相体系、任意溶剂比例下的化合物Rf值，并且对于不同的化合物体系，模型可以给出适当的溶剂系统，以促进色谱分离，从而避免大量试错，有效地提高实验室工作效率。

4.《Nature Communications》｜二维材料超快光子学研究新进展

a 缺陷调控后的Bi2O2Se的差分反射率变化趋势；b 不同等离子体辐照时间下Bi2O2Se的非线性吸收变化；c 缺陷调控后Bi2O2Se可饱和吸收体的连续锁模输出的最大平均功率以及阈值泵浦功率趋势；d 1.0 µm 锁模全固态激光器性能对比

锁模激光器的关键光学元件之一为可饱和吸收体。2009年以来，以石墨烯维代表的二维材料因其优异的光电性能，逐渐成为新一代高性能的可饱和吸收体材料和器件研究的热点。

近日，东南大学吕俊鹏、倪振华团队运用缺陷工程提升二维可饱和吸收体器件性能，实现了基于新型二维光电材料Bi2O2Se可饱和吸收体的高性能的锁模脉冲激光输出。

考虑到该材料具有大的非线性吸收系数以及良好的空气稳定性，研究团队通过利用氩等离子体辐照不同时间来精准调控该材料中O空位以及Se空位缺陷态密度，提高材料中光载流子的捕获速率和缺陷辅助的俄歇复合速率，进而实现对其可饱和吸收参量的调控。以该二维材料作为可饱和吸收体应用到全固态锁模激光器中，实现了飞秒锁模激光输出，通过缺陷工程对该二维材料可饱和吸收体进行调控后，实现了功率更高、脉宽更短的超短脉冲激光输出。

5.《Nature Communications》｜中科院微生物所创建仿生海洋电池

海洋微生物生态系统与微型仿生海洋电池的结构对比

受到海洋微生物生态系统是一个天然太阳能生物转化系统的启发，中科院微生物研究所朱华伟研究组打造出一个小型化的仿生海洋电池，为开发高效稳定的生物太阳能电池提供了新路径。

研究人员仿照海洋微生物生态系统的基本特征，设计构建了一个由初级生产者（蓝藻）﹑初级分解者（大肠杆菌）和终端消费者（希瓦氏菌和地杆菌）构成的四菌微生物组，并证明四菌微生物组在系统内阻﹑最大功率密度和稳定性等方面最优，说明保持完整三级生态结构可实现高效生物光电转化。

进一步地针对蓝藻光合放氧与异养微生物厌氧产电之间存在的矛盾，研究人员阻断了大肠杆菌和希瓦氏菌的好氧呼吸途径，并开发出具有隔氧性能的导电水凝胶，将大肠杆菌、希瓦氏菌和地杆菌封装起来，形成能够隔氧且能进行电子传递的人工沉积层。将人工沉积层与含有蓝藻的水柱层组装在一起，最终制造出一体化的生物太阳能电池，可以直接将光能转化为电能，并稳定运行1个月以上。

Michael2023

非常好啊