【科创热榜前沿科技周报】-108期转贴

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前沿科技盘点〔108〕丨助力企业从“采数”到“用数”，IoTDB刷新世界纪录；低压制备富氢化合物超导材料的新线索，找到了

原文链接：https://www.ncsti.gov.cn/kjdt/ztbd/kcrbqykjzb/202409/t20240909_178355.html

8月30日召开的国际事务处理性能委员会TPC技术大会公布了最新的国际权威数据库性能基准榜单，由清华大学软件学院发起研制的国际开源时间序列数据库基础软件Apache IoTDB刷新了工业物联网场景榜单（TPCx-IoT），在性能和成本两大维度排名第一。

近日，中科院物理所/北京凝聚态物理国家研究中心靳常青团队在主族非金属元素氢化物新材料的超高压制备和超导研究方面取得进展。该团队首次实验合成并发现转变温度高达116K的锑基富氢超导体。这是目前实验报导的转变温度次高的主族富氢超导体，其研究为探索低压制备富氢化合物超导材料提供了新的线索。

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108期。

1 助力企业从“采数”到“用数”，IoTDB刷新世界纪录

时间序列数据库基础软件Apache IoTDB的技术体系

8月30日召开的国际事务处理性能委员会TPC技术大会公布了最新的国际权威数据库性能基准榜单，由清华大学软件学院发起研制的国际开源时间序列数据库基础软件Apache IoTDB刷新了工业物联网场景榜单（TPCx-IoT），在性能和成本两大维度排名第一。事务处理性能委员会于1988年成立，是国际上最权威的数据库性能测评基准组织之一。

数据是工业物联网信息世界与物理世界、信息技术与操作技术、回顾历史与预测未来的交汇载体，是工业高端化、智能化与绿色化发展的基础原料。时序数据库是一种负责对海量工业设备传感器上报的物理量数字化记录进行存储、管理、分析的新型工业软件，已经成为推动工业数字化转型的重要基础设施。

从2011年起，清华大学软件学院王建民团队围绕我国工业高端化发展需求，将工业物联网“端、边、云”看成一个整体，研制时序数据库基础软件IoTDB，突破了工业物联网场景下数据高压缩、端边云贯通、时序大模型等核心技术，支撑端上采集、边缘汇聚、云中处理的数据上行链路，以及云中训练、边缘推理、端上执行的模型下行链路，帮助企业实现从“采数”到“用数”的转型升级。目前，IoTDB相关技术与系统已在航空航天、能源电力、工程装备等行业的全球数千家规上工业企业实施应用。

2《National Science Review》丨低压制备富氢化合物超导材料的新线索，找到了

金刚石压砧高压腔体样品和电极分布示意图

20世纪30年代，Wigner等预测氢可压缩成金属氢，具高温超导潜力，但需极端高压。70年代，徐济安等提出富氢化合物降低金属化压力。2004年，Ashcroft进一步阐释此构想。近年来，国际实验证实，富氢化物在高压下展现高温超导。中科院物理所/北京凝聚态物理国家研究中心靳常青团队在主族非金属元素氢化物新材料的超高压制备和超导研究方面取得进展。该团队首次实验合成并发现转变温度高达116K的锑基富氢超导体。这是目前实验报导的转变温度次高的主族富氢超导体。

该团队在184GPa与2000K条件下制备锑基富氢化合物。他们发现，高温超导来源于以Sb～H共价键主导的六方相SbH4，对于较大的H～H距离，氢原子之间可以借助和非金属元素的轨道杂化实现金属化并进一步呈现高于100K的高温超导，这为探索低压制备富氢化合物超导材料提供了新的线索。原文链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwad241

3《Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.》丨迎接DNA硬盘时代，你准备好了吗？

数字经济和人工智能催生了全球数据产出量的爆炸式增长。全球数据量的增加，将远远超出了当前主流存储技术（包括磁性、光学和固态存储）的容量，寻求全新的存储介质与模式成为一个亟待解决的问题。

脱氧核糖核酸（DNA）因其具有更高的存储密度、更长的保存时间和更低的功耗需求，已经逐渐成为一个备受瞩目的备选项，目前DNA信息存储已初步实现信息的写入、存储和解码的完备流程。然而，当前大多数工作依赖于大型DNA商业化的服务或仪器以实现信息写入与读出，这种非连续且非专用的模式使DNA信息存储在更广的实际应用中面临诸多挑战，例如：难以系统性自动化所造成的高读写延时，复杂且昂贵的服务或仪器带来的高准入门槛，以及闭源性分布式处理所导致的高信息安全风险等。

针对当前DNA信息存储领域面临的“写入-存储-读取”一体化难题，厦门大学杨朝勇团队开发出一种基于数字微流控技术（Digital Microfluidics, DMF）的全自动化DNA信息存储解决方案，即DNA-DISK平台。这一创新平台实现了DNA信息存储全流程的集成化、自动化和小型化。DNA-DISK平台首次采用单碱基酶促合成技术进行信息写入，有效降低了信息编译的冗余度，为数据写入提供了一种环保且经济的方法；利用焦磷酸测序技术对DNA进行片上测序，实现了信息的原位解码。此外，通过热响应凝胶封装技术，DNA信息得以在芯片上实现原位封装，不仅提升了芯片的便携性，还可以防止DNA的降解。团队设计了配套的桌面式仪器，使得DNA信息存储操作变得像使用U盘一样便捷，能够在多种通用场景下完成信息的写入、存储和读取全流程操作。为了验证DNA-DISK平台的实用性和有效性，团队利用该平台对厦门大学校训“自强不息，止于至善”以及《茉莉花》乐谱文件（共228比特，读写延时4.4分钟/比特）进行了编码和存储，并成功实现了信息的准确解码。这一成果不仅证明了DNA-DISK平台的可行性，更展示了其在未来发展成为“DNA硬盘”的潜力，为DNA信息存储带来了新思路。

原文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2410164121

4《Nature Communications》丨靠这个“筹码”，就能撬动噬菌体世界的博弈棋局

KKP控制温和噬菌体的溶原裂解转化和抵抗烈性噬菌体入侵的机制

在微生物世界中，噬菌体是一类特殊的病毒，专门感染细菌、真菌、藻类、放线菌或螺旋体等微生物。其中一类丝状噬菌体广泛存在于自然界中，可以侵染细菌和古菌宿主。一直以来，噬菌体与宿主之间的相互作用是生物学研究的热点。

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态重点实验室王晓雪团队联合哈佛医学院Matthew K. Waldor团队，发现了铜绿假单胞菌中的丝状温和噬菌体携带的三组分毒素-抗毒素系统KKP，并解析了这一新系统在温和噬菌体溶原裂解转化和噬菌体防御方面的双重功能。他们还发现，KKP基因簇在超过1000种不同的温和原噬菌体存在。

这一项研究将毒素-抗毒素系统引入了宿主-噬菌体相互作用的模型，作为控制温和噬菌体裂解的开关和烈性噬菌体入侵的盾牌，通过可逆翻译后修饰发挥功能，位于环境信号、噬菌体复制和宿主生理状态的交汇中心。KKP代表了一种基于磷酸化的温和噬体激活和防御噬菌体的机制，揭示了毒素-抗毒素系统是自然界温和噬菌体和烈性噬菌体两大类噬菌体之间博弈的筹码。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-51617-x

5《Science Bulletin》丨“火星电池”问世：以火星大气为燃料，续航超两火星月

“火星电池”的应用和发展潜力

近日，中国科学技术大学热科学和能源工程系谈鹏团队研发出一种“火星电池”。“火星电池”由火星大气成分作为电池反应燃料物质，可实现高能量密度和长循环性能。

锂二氧化碳电池利用金属锂和二氧化碳作为反应物，被认为在火星探测中具有潜在的应用价值。然而，现有研究通常忽略了火星的复杂环境，如多种气体成分及剧烈的温度波动。针对这一问题，该团队开发出以火星大气为直接燃料的“火星电池”，并结合温度波动测试，模拟了火星表面的真实环境，实现了可持续输出电能的“火星电池”系统。在0摄氏度低温下，该电池的能量密度达373.9 Wh/kg，循环寿命达1375小时（约2个火星月）。研究团队通过一体化电极制备和折叠式电池结构设计，将电芯尺寸放大至2×2cm²，提升将软包电池的能量密度提升至765 Wh/kg和630 Wh/L。这项研究为 “火星电池”在实际火星环境中的应用提供了概念验证，并为未来太空探索中的多能互补能源系统的发展奠定了基础。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.06.033

6《Advanced Materials》丨钛氧之间，韧性大不同

低氧钛裂纹尖端大量变形孪晶被激活，裂纹尖端的晶粒尺寸被显著细化，而商业纯钛的裂纹尖端仅有少量的变形孪晶。

钛及钛合金作为一种轻质、高强、耐腐蚀的金属材料，被广泛应用于航空航天、海洋工程和生物医用领域。近年来，随着“损伤容限”设计理念在工业界的不断推进，对钛的断裂韧性的要求也日益提高。

近日，西安交通大学材料学院韩卫忠课题组对纯钛的断裂韧性开展系统研究，发现钛中的氧杂质是造成其断裂韧性不足的主要因素。即使存在微量的氧杂质，也会抑制钛中的变形孪生和位错活性，从而显著降低裂纹尖端的均匀塑性变形能力。

研究团队通过将氧杂质含量从商业纯钛的0.14 wt%降低至低氧钛的0.02 wt%，实现了断裂韧性从117 MPa∙m1/2提高至255MPa∙m1/2。低氧钛的断裂韧性超越了已报道的所有商业纯钛及钛合金的断裂韧性，并且超过了大部分金属材料的断裂韧性。研究首次揭示了钛的超高本征断裂韧性，打破了钛的断裂韧性低于130 MPa∙m1/2的传统认知，使低氧钛成为目前已知最韧的金属材料之一。（专栏作者 李潇潇）

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202408286