【科创热榜前沿科技周报】-111期转贴

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前沿科技盘点〔111〕｜神奇的“建筑材料”助力损伤脊髓焕发生机；通信“赫兹”起飞，实现8K无压缩高清直播

   原文链接:https://www.ncsti.gov.cn/kjdt/ztbd/kcrbqykjzb/202409/t20240930_180703.html

脊髓损伤是当今医学界的一大难题，常导致节段性脊髓组织损毁，阻断神经通路，引发严重的运动和感觉障碍，致残率高且治疗困难。随着科技进步，组织工程领域的创新为脊髓修复带来新的曙光。

太赫兹通信具有高带宽、大容量、超短波长、高安全性、低能量辐射等优势。作为未来6G移动通信系统的核心组成部分，太赫兹通信将在推动无线通信技术发展方面发挥重要作用，但目前仍面临技术、材料、器件、传输等方面问题。对此，该领域科学家持续加大研发力度，突破关键技术难题，努力推动太赫兹通信技术的商业化应用和产业化发展。

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111期。

1《Chemical Engineering Journal》丨神奇的“建筑材料”助力损伤脊髓焕发生机

LINGO-1缺失型神经类组织移植在全横断脊髓损伤/移植处重建了中继脑源性神经信息的节段性神经通路。

脊髓损伤是当今医学界的一大难题，常导致节段性脊髓组织损毁，阻断神经通路，引发严重的运动和感觉障碍，致残率高且治疗困难。随着科技进步，组织工程领域的创新为脊髓修复带来新的曙光。基于干细胞诱导生成的神经类组织，因其具备突触传递功能，被视为替换受损脊髓组织、重建神经通路的潜在解决方案。

然而，面对脊髓损伤后恶劣的微环境，如何确保移植的神经类组织能够长期存活并发挥功能，成为了亟待解决的关键问题。中山大学曾园山团队联合广东省人民医院李戈团队深入探索，发现跨膜蛋白LINGO-1可能是引起细胞死亡和抑制突触形成的关键靶点。

研究团队借助CRISPR-Cas9技术培育出一种新型的神经类组织——LINGO-1缺失型神经类组织。这种组织不仅保留了神经组织的多样性和神经元的功能活性，还展现出了强大的抗凋亡能力，为脊髓损伤修复提供了更为可靠的“建筑材料”，他们的这个发现在动物实验中获得验证。

更为重要的是，通过PRV跨多突触逆行神经通路示踪技术，研究团队揭示了这种新颖的神经类组织在脊髓损伤修复中的独特作用——作为神经元中继器，将脑源性信息有效中继至损伤/移植处尾侧端的脊髓固有神经元，为重建完整的神经通路、恢复神经功能提供了有力支持。这一发现不仅深化了我们对脊髓损伤机制的理解，更为脊髓损伤修复的治疗策略开辟了新的方向。

原文链接：https://authors.elsevier.com/a/1jf3P4x7R2kLVN

2《Nature Communications》丨通信“赫兹”起飞，实现8K无压缩高清直播

未来基于太赫兹无线通信系统的体育赛事转播超高清视频传输概念图

太赫兹通信具有高带宽、大容量、超短波长、高安全性、低能量辐射等优势。作为未来6G移动通信系统的核心组成部分，太赫兹通信将在推动无线通信技术发展方面发挥重要作用，但目前仍面临技术、材料、器件、传输等方面问题。对此，该领域科学家持续加大研发力度，突破关键技术难题，努力推动太赫兹通信技术的商业化应用和产业化发展。

电子科技大学太赫兹通信科研团队在关键技术攻关的基础上，研制出自主可控的太赫兹高速实时通信系统，并将其运用于成都第31届世界大学生夏季运动会田径赛场，首次实现体育赛事无压缩8K超高清视频的实时无线传输，跨出太赫兹通信技术从实验室到实际应用场景的重要一步。该系统可实现1.26公里距离84 Gbps传输速率，达到国际前沿水平。

具体看，该系统在三个方面取得了重要进展：高速信号处理方面，他们设计低峰均比的16QAM-OFDM信号格式，提出低开销的同步、编译码和射频非理想性校正方法，研制出低复杂度的高速基带电路；射频器件研制方面，建立了高精度的太赫兹射频电路模型，提升太赫兹倍混频器件的功率容量和噪声性能，研制出高性能的太赫兹射频前端；系统设计开发方面，采用频分复用、IQ采样和并行处理架构，降低对AD/DA和FPGA等器件性能的技术要求，支持超高清视频业务的实时传输。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-52370-x

3《Nature communications》丨向硅藻“取经”创新工艺，多孔陶瓷材料制作过程化繁为简

材料设计原理图

近日，香港科技大学工学院团队研发出一种新型工艺技术，能突破3D打印技术的局限，简化复杂三维多孔陶瓷材料的制造过程。该技术采用“表面张力辅助两步法”（STATS），即通过积层制造技术构建有机骨架，再注入前驱体溶液，实现多孔陶瓷的制造。该方法利用表面张力控制液体几何形状，确保了高精度制造。

研究团队深入探索了骨架几何参数对三维流体界面的影响，成功制备出多种复杂结构的多孔陶瓷。新工艺不仅适用于结构陶瓷如刚玉，还能制造功能陶瓷如二氧化钛等，展示了广泛的应用潜力。为验证其优越性，团队测试了多孔压电陶瓷的压电性能，结果显示新工艺显著减少了陶瓷中的微孔，提高了局部致密性，即使在高孔隙率下仍能保持较高的压电常数。

该研究的灵感源自硅藻。单细胞硅藻拥有独特的硅酸盐外壳，其高度精确的构造在基因编程驱动的生物矿化作用下展现出多样化的形态、结构、几何构造、孔隙分布和组装方式。新工艺克服了传统制造方法的限制，推动了可编程复杂陶瓷的制作，具有广阔应用前景，如过滤器、传感器、机器人、电池电极、杀菌设备等领域。此外，流体界面工程在固体材料加工中的创新应用，也为界面工程与智能制造的结合开辟了新方向，有望促进先进结构设计和智能材料的协同发展。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-49345-3

4 相当于地球磁场80多万倍，我国刷新水冷磁体世界纪录

稳态强磁场42.02万高斯水冷磁体

近日，中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心自主研制的水冷磁体产生了42.02万高斯（即42.02特斯拉）的稳态磁场，打破了2017年由美国国家强磁场实验室水冷磁体产生的41.4万高斯的世界纪录，成为国际强磁场水冷磁体技术发展新的里程碑。这是稳态强磁场实验装置继2022年混合磁体成功创造45.22万高斯的世界稳态磁场纪录之后，取得的又一项重大技术突破。

稳态强磁场磁体分为三种类型，即水冷磁体、超导磁体以及由水冷磁体和超导磁体组合的混合磁体。水冷磁体是科学家们最早使用的磁体类型，拥有磁场调控灵活快捷，能够产生更高磁场强度的优势，为物质科学研究提供了可靠和高效的实验条件。

强磁场科学中心学术主任匡光力研究员将稳态强磁场技术的发展形象地比作乒乓球赛场上的竞技，“水冷磁体、超导磁体都是‘单打高手’，混合磁体是‘混双组合’，2022年我们曾以综合优势问鼎混双冠军，今天我们在这一领域又有了新的突破，拿下了一项‘单打冠军’。”

稳态强磁场是物质科学研究需要的一种极端实验条件，是推动重大科学发现的“利器”。几十年来，全球科学家在稳态强磁场条件下的科学研究取得了许多重大科研成果，先后有十多项科研成果获得诺贝尔奖。因此，强磁场技术的发展成为国际科技竞争的重要领域，目前国际上有五大稳态强磁场实验室，分布于美国、法国、荷兰、日本和中国合肥科学岛。

5《Advanced Functional Materials》丨交错磁体双重“磁性身份”展现新奇物性

交错磁体是一种具有铁磁体和反铁磁体双重性质的共线磁体。其独特之处在于，尽管从自旋磁矩的角度看类似于反铁磁体（净磁化强度为零），但从电子在材料内部运动方式来看，它们更倾向于沿着相同“取向”的原子方向运动，类似于铁磁体。错磁体表现出如反常霍尔效应、反常能斯特效应、磁光效应等新奇物性，这些新奇物性通常在铁磁体和反铁磁体中不会同时出现。

近日，北京理工大学物理学院姚裕贵、冯万祥团队对这一新兴的磁性材料进行了综述，介绍了交错磁体中几种独特的物理现象，包括非相对论自旋劈裂、反常输运、自旋输运、磁光效应和手性磁子。这些新奇的物理性质表明，交错磁体不仅具有重要的基础科学研究价值，还展示出其在自旋电子学器件等技术应用中的潜力。接着，作者详细探讨了几种诱导交错磁性的典型方法，包括利用外加电场诱导交错磁性、设计具有独特层间对称性的Janus交错磁体、通过转角双层范德华材料实现交错磁性，以及通过精细控制磁序的超胞交错磁体。这些诱导交错磁性的方法不仅为传统铁磁和反铁磁材料的应用提供了全新的视角，还显著丰富了交错磁体的候选材料库，拓展了其在不同技术领域中的应用范围。最后，作者对当前理论预测和实验验证的二维、三维交错磁性材料进行了系统总结。这一材料汇总不仅便于查询交错磁材料，还将有助于未来在实验和理论层面的进一步突破。尽管目前对交错磁体的理解仍处于早期阶段，但随着该领域的迅速发展，交错磁体将在自旋电子学器件、量子信息技术以及其他高科技领域中发挥越来越重要的作用，推动相关技术的进步。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202409327

6《Journal of Medicinal Chemistry》丨发现全新PI3Kα抑制剂，开启抗肿瘤药物研发新篇章

磷脂酰肌醇-3-激酶α（PI3Kα）的过度活化是多种实体瘤存活、增殖和生长的关键途径。PI3Kα作为抗肿瘤治疗的重要靶点，其高选择性抑制剂的发现成为抗肿瘤药物研发的热点，也是难点。而当下，Alpelisib是全球首个、唯一上市的PI3Kα选择性抑制剂，而我国尚无上市的自主知识产权的PI3Kα选择性抑制剂。PI3Kα选择性抑制剂的发现极富挑战性，首先I类PI3K四个亚型（PI3Kα、β、δ、γ）的序列同源性和结构保守性高，高度选择性抑制PI3Kα难于实现。其次，PI3Kα作为热门靶点，欧美制药公司已报道多种骨架结构的PI3Kα抑制剂，发现创新骨架并获得知识产权更是困难重重。

近日，西安交通大学药学院李义平教授团队和佛罗里达大学药学院李成龙教授长期开展国际合作，历经十年，在设计合成的600多个6H-苯并[c]苯并吡喃母核化合物中，发现了全新结构、具有完全自主知识产权的PI3Kα选择性抑制剂，编号为XJTU-L453。其实验证实了XJTU-L453是高选择性PI3Kα抑制剂，具有显著的体内外活性和良好的药动学性质。目前，研究团队也已启动了XJTU-L453的临床前研究工作。（专栏作者 李潇潇）

原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.4c00992