中國社會(huì)科學(xué)院創(chuàng)新工程2021年度重大科研成果展示 本報(bào)記者 朱高磊/攝

　　中國社會(huì)科學(xué)報(bào)訊（記者高瑩）12月28日，中國社會(huì)科學(xué)院在京召開創(chuàng)新工程2021年度重大科研成果發(fā)布會(huì)，發(fā)布23項(xiàng)重大科研成果。中國社會(huì)科學(xué)院副院長、黨組成員高培勇出席會(huì)議并致辭。中國社會(huì)科學(xué)院科研局局長崔建民主持會(huì)議。

　　高培勇指出，一年來，中國社會(huì)科學(xué)院牢固樹立為人民做學(xué)問的理念，堅(jiān)持以人民為中心的研究導(dǎo)向，聚焦新時(shí)代新階段重大理論和現(xiàn)實(shí)問題，充分發(fā)揮為黨和國家決策服務(wù)的思想庫作用。圍繞習(xí)近平新時(shí)代中國特色社會(huì)主義思想以及黨的百年奮斗重大成就和歷史經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行研究、闡釋、宣傳，推動(dòng)“習(xí)近平新時(shí)代中國特色社會(huì)主義思想研究”等重大科研項(xiàng)目，完成系列中央交辦任務(wù)；加快推進(jìn)中國特色哲學(xué)社會(huì)科學(xué)學(xué)科體系、學(xué)術(shù)體系、話語體系建設(shè)，“三大體系”建設(shè)取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展；著力推進(jìn)中國社會(huì)科學(xué)院國家高端智庫建設(shè)，組建“全面依法治國智庫”“宗教研究智庫”，成立“中國社會(huì)科學(xué)院社會(huì)主義民主研究中心”。在新的一年，中國社會(huì)科學(xué)院將繼續(xù)統(tǒng)一思想、凝聚力量，堅(jiān)定信心、砥礪奮進(jìn)，以優(yōu)異成績迎接黨的二十大勝利召開。

　　據(jù)介紹，2021年，中國社會(huì)科學(xué)院學(xué)者共完成專著近400部，學(xué)術(shù)論文5000多篇，研究報(bào)告近2000份，學(xué)術(shù)資料、古籍整理、譯著、普及讀物、教材等百余種，對(duì)深化中國特色社會(huì)主義理論建設(shè)、推進(jìn)國家經(jīng)濟(jì)文化發(fā)展起到了重要作用。此次發(fā)布的23項(xiàng)重大科研成果為其中的代表性作品，充分體現(xiàn)了中國社會(huì)科學(xué)院的學(xué)術(shù)水平和研究實(shí)力。

　　圍繞習(xí)近平新時(shí)代中國特色社會(huì)主義思想以及黨的百年奮斗重大成就和歷史經(jīng)驗(yàn)，中國社會(huì)科學(xué)院學(xué)者堅(jiān)持把馬克思主義基本原理同中國具體實(shí)際相結(jié)合、同中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化相結(jié)合，深入研究闡釋習(xí)近平新時(shí)代中國特色社會(huì)主義思想，總結(jié)黨的百年奮斗重大成就和歷史經(jīng)驗(yàn)，推出了《中華人民共和國簡史》《改革開放簡史》《中國改革開放：實(shí)踐歷程與理論探索》《馬克思主義發(fā)展史》（第一至第三卷）和《馬克思思想年編》等成果，進(jìn)一步發(fā)揮了中國社會(huì)科學(xué)院作為馬克思主義堅(jiān)強(qiáng)陣地和黨的意識(shí)形態(tài)重鎮(zhèn)作用，以堅(jiān)定之決心與不變之初心，致敬黨的百年華誕。

　　圍繞傳統(tǒng)文化與人文基礎(chǔ)學(xué)科研究，中國社會(huì)科學(xué)院學(xué)者堅(jiān)持立足中國、放眼世界，積極同國外學(xué)術(shù)界開展交流合作，與丹麥哥本哈根大學(xué)“克爾凱郭爾研究中心”合作推出《克爾凱郭爾文集》（十卷本）；努力建設(shè)具有中國特色、中國風(fēng)格、中國氣派的考古學(xué)，推出《中國考古學(xué)百年史（1921—2021）》《青藏高原絲綢之路的考古學(xué)研究》（上、下編）和《澳門圣保祿學(xué)院遺址發(fā)掘報(bào)告（2010—2012）》等成果，為弘揚(yáng)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化、增強(qiáng)文化自信提供堅(jiān)強(qiáng)支撐；不懼艱難、不計(jì)得失，“一劍甘作十年磨”，推出《古本戲曲叢刊十集》《白居易資料新編》和《今注本二十四史》（第二批《史記》等六種）等具有重要學(xué)術(shù)價(jià)值和歷史傳承意義的學(xué)術(shù)經(jīng)典。

　　圍繞經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中的重大理論與實(shí)踐問題，中國社會(huì)科學(xué)院始終以服務(wù)黨和國家發(fā)展大局為己任，踐行國家高端智庫的使命擔(dān)當(dāng)，注重基礎(chǔ)理論研究與應(yīng)用對(duì)策研究融合發(fā)展，堅(jiān)持問題導(dǎo)向，推出了《經(jīng)濟(jì)藍(lán)皮書：2022年中國經(jīng)濟(jì)形勢分析與預(yù)測》《成長的煩惱：中國邁向現(xiàn)代化進(jìn)程中的挑戰(zhàn)及應(yīng)對(duì)》《面向制造強(qiáng)國的中國產(chǎn)業(yè)政策》《債法總則：歷史、體系與功能》等成果，為新階段我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)智慧；積極回應(yīng)當(dāng)代國際關(guān)系變動(dòng)中的重大問題，推出China’s Major Country Diplomacy — Chinese Characteristics,Connotations, and Paths（《中國特色大國外交：內(nèi)涵與路徑》英文版）、《國際形勢黃皮書：全球政治與安全報(bào)告（2022）》和《拉美21世紀(jì)社會(huì)主義研究》等成果，為推動(dòng)建設(shè)新型國際關(guān)系奠定理論基礎(chǔ)；深入總結(jié)國家治理經(jīng)驗(yàn)，提煉我國改革開放、全面建成小康社會(huì)等一系列在人類社會(huì)發(fā)展歷史上具有重要里程碑意義的偉大實(shí)踐，產(chǎn)出了《推進(jìn)國家治理現(xiàn)代化研究》《中國減貧成就、經(jīng)驗(yàn)和國際合作》等成果，為世界其他國家可持續(xù)發(fā)展提供啟迪和借鑒，為構(gòu)建人類命運(yùn)共同體貢獻(xiàn)中國方案。

　　在學(xué)術(shù)評(píng)價(jià)方面，中國社會(huì)科學(xué)院研究制定了《人文社會(huì)科學(xué)期刊評(píng)價(jià)（GB/T 40108-2021）》《人文社會(huì)科學(xué)智庫評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（GB/T 40106-2021）》，為中國特色哲學(xué)社會(huì)科學(xué)發(fā)展及智庫建設(shè)提供了重要制度保障；在科研服務(wù)方面，建設(shè)國家哲學(xué)社會(huì)科學(xué)文獻(xiàn)中心數(shù)據(jù)庫，面向社會(huì)提供方便快捷、資源共享的公益性學(xué)術(shù)信息服務(wù)。

　　此次會(huì)議由中國社會(huì)科學(xué)院主辦，中國社會(huì)科學(xué)院科研局承辦。

來源：中國社會(huì)科學(xué)網(wǎng)-中國社會(huì)科學(xué)報(bào)　作者：高瑩

材料學(xué)院林元華團(tuán)隊(duì)合作發(fā)文闡釋鐵酸鉍材料疇工程的研究進(jìn)展

生命學(xué)院隋森芳課題組揭示酵母核孔復(fù)合物內(nèi)環(huán)的近原子分辨率結(jié)構(gòu)

精儀系團(tuán)隊(duì)提出基于多模光纖模式色散和深度學(xué)習(xí)的高速全光纖化成像技術(shù)

化工系張強(qiáng)團(tuán)隊(duì)在單原子能源電催化領(lǐng)域取得系列突破

航院張一慧課題組提出一種高集成度柔性電子器件的層疊網(wǎng)格封裝技術(shù)

機(jī)械系熊卓、張婷團(tuán)隊(duì)研發(fā)用于腫瘤藥物篩選的

結(jié)直腸癌干細(xì)胞高效誘導(dǎo)新模型

腫瘤干細(xì)胞（CSCs）是腫瘤的“種子”細(xì)胞，具有自我更新和多向分化的潛能，在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和耐藥中發(fā)揮重要的作用，靶向CSCs對(duì)于治療腫瘤具有重要的意義。但CSCs在腫瘤組織中的占比非常小，且缺乏有效標(biāo)志物，導(dǎo)致難以有效分離和富集CSCs，進(jìn)而限制了靶向CSCs的研究與藥物開發(fā)。近年來，為實(shí)現(xiàn)CSCs的分離與富集，國內(nèi)外的研究者提出了諸多方法，如懸滴法、克隆形成法、水凝膠微囊法和基于超低吸附培養(yǎng)的成球?qū)嶒?yàn)等，但依舊面臨著耗時(shí)耗力、成本高、干細(xì)胞富集球體不均勻和難以高通量等問題。

近日，清華大學(xué)機(jī)械系熊卓和張婷課題組在學(xué)術(shù)期刊《Small》發(fā)表題為”3D打印的甲基丙烯酸酐化明膠-納米黏土水凝膠通過激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路誘導(dǎo)結(jié)直腸癌腫瘤干細(xì)胞”（3D Bioprinted GelMA-Nanoclay Hydrogels induce Colorectal Cancer Stem Cells through Activating Wnt/β-catenin Signaling）的研究論文。該研究基于生物3D打印研發(fā)了一種結(jié)直腸癌CSCs高效誘導(dǎo)與富集的新方法，探究了生物材料誘導(dǎo)CSCs的新機(jī)制，為CSCs研究和靶向CSCs的高通量藥物篩選提供了一種高效模型。

3D打印GelMA-nanoclay水凝膠誘導(dǎo)富集腫瘤干細(xì)胞示意圖

作者研究發(fā)現(xiàn)甲基丙烯酸酐化明膠（GelMA）和納米粘土（nanoclay）制備成的雜化水凝膠具有良好的打印性能、孔隙率和接近體內(nèi)腫瘤的力學(xué)性能。結(jié)合生物3D打印，該雜化水凝膠能高效促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞的成球能力和細(xì)胞干性。機(jī)制研究表明，該雜化水凝膠主要通過重塑細(xì)胞外基質(zhì)并激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路從而誘導(dǎo)和富集CSCs，可以作為CSCs誘導(dǎo)和富集的體外模型。與傳統(tǒng)的CSCs富集模型相比，通過GelMA-nanoclay水凝膠富集的CSCs微球形態(tài)均一，數(shù)量更多，具有更強(qiáng)的干性且對(duì)靶向CSCs藥物更加敏感，因此是腫瘤干細(xì)胞分離富集的更優(yōu)方法。

三維打印的雜化水凝膠具有誘導(dǎo)富集CSCs的特性，其誘導(dǎo)的CSCs球可作為靶向CSCs藥物篩選模型。（a-c）雜化水凝膠具有良好的孔隙率和生物相容性；（d-e）雜化水凝膠來源細(xì)胞微球的干性增強(qiáng)；（f-i）雜化水凝膠誘導(dǎo)富集的干細(xì)胞球更多、更均一且對(duì)靶向CSCs藥物更加敏感

清華大學(xué)機(jī)械系生物制造中心博士后張艷梅為論文第一作者，清華大學(xué)機(jī)械系熊卓副教授為論文通訊作者。清華大學(xué)機(jī)械系生物制造中心張婷副研究員、清華大學(xué)自動(dòng)化系古槿副教授和解放軍總醫(yī)院喬治副教授團(tuán)隊(duì)共同參與了本研究工作。論文作者還有機(jī)械系科研助理王子萱，自動(dòng)化系2020級(jí)博士生胡啟帆，機(jī)械系2021級(jí)博士生駱浩、2018級(jí)博士生魯冰川，解放軍總醫(yī)院主治醫(yī)師高云鶴，以及機(jī)械系博士后周雍森、方永聰。該研究獲得清華大學(xué)人才引進(jìn)啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)基金項(xiàng)目的支持。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1002/smll.202200364

材料學(xué)院林元華團(tuán)隊(duì)合作發(fā)文闡釋

鐵酸鉍材料疇工程的研究進(jìn)展

鐵酸鉍（BiFeO3）同時(shí)具有鐵電性和反鐵磁性，是非常罕見的室溫多鐵性材料。自2003年這一特性被證實(shí)后，鐵酸鉍材料引起了學(xué)界的廣泛關(guān)注和深入研究，它的結(jié)構(gòu)—性能關(guān)聯(lián)和調(diào)控一直是鐵電和多鐵領(lǐng)域的焦點(diǎn)。近期，結(jié)合團(tuán)隊(duì)在該領(lǐng)域的研究成果，材料學(xué)院教授林元華等人系統(tǒng)總結(jié)了多鐵材料鐵酸鉍中基于疇工程的調(diào)控手段，綜述了疇工程在調(diào)控電學(xué)性能、磁電耦合和光學(xué)特性方面的重要作用。

鐵酸鉍材料具有很多優(yōu)異的性能。它的鐵電性非常強(qiáng)，大的自發(fā)極化和高的居里溫度使得其在鐵電存儲(chǔ)、壓電換能、介電儲(chǔ)能等領(lǐng)域有廣闊應(yīng)用前景；它在單相中擁有鐵電、鐵磁兩種序參量，在磁電耦合和低能耗的電控磁方面很有潛力；它的能帶較傳統(tǒng)鐵電體小，與可見光波段適配較好，因此其在鐵電光伏、光致伸縮等方面也頗具研究價(jià)值。

鐵酸鉍中基于疇工程的主要調(diào)控手段

在鐵性材料中，一個(gè)區(qū)域內(nèi)序參量（如鐵電材料的自發(fā)極化、鐵磁材料的自發(fā)磁化）大小、方向一致，稱為疇。鐵酸鉍的眾多優(yōu)異性能都直接或間接地與其疇結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此疇工程在鐵酸鉍材料的性能調(diào)控和優(yōu)化中具有極為重要的地位。同時(shí)，疇壁（相鄰疇之間的界面）處由于序參量處在非平衡位置，存在不同尋常的新奇物理現(xiàn)象，諸如異常高的電導(dǎo)、反常光伏效應(yīng)等，這方面的研究與疇結(jié)構(gòu)也緊密相關(guān)，近年來迎來了快速的發(fā)展。

鑒于疇結(jié)構(gòu)在鐵酸鉍材料物性調(diào)控的中樞地位，本工作在疇—性能關(guān)聯(lián)的框架下系統(tǒng)總結(jié)了鐵酸鉍各類性質(zhì)的提升策略，并對(duì)進(jìn)一步的研究做了展望，研究成果以“鐵酸鉍中基于疇工程的可控電學(xué)、磁電和光學(xué)性能”（Controllable electrical, magnetoelectric and optical properties of BiFeO3 via domainengineering）為題3月18日在線發(fā)表在材料領(lǐng)域著名學(xué)術(shù)期刊《材料科學(xué)進(jìn)展》（Progress in Materials Science）。

材料學(xué)院林元華教授、南策文院士團(tuán)隊(duì)在包含鐵酸鉍在內(nèi)的多鐵和鐵電功能材料領(lǐng)域深耕20余年，在介電、磁電、光電和功能性疇壁等方面進(jìn)行了一系列基礎(chǔ)研究和應(yīng)用探索，相關(guān)論文發(fā)表在《科學(xué)》（Science）、《自然·納米技術(shù)》（Nature Nanotechnology）、《自然·通訊》（Nature Communications）、《先進(jìn)·材料》（Advanced Materials）等期刊上，引起學(xué)界的廣泛關(guān)注。

材料學(xué)院2020級(jí)博士生劉亦謙為論文第一作者，其他重要貢獻(xiàn)者包括材料學(xué)院2020屆博士畢業(yè)生潘豪（現(xiàn)為加州大學(xué)伯克利分校博士后）、北京航空航天大學(xué)王瑤副教授、昆明理工大學(xué)馬吉副教授、江蘇大學(xué)李順教授。相關(guān)研究工作受國家自然科學(xué)基金委和科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃支持。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2022.100943

生命學(xué)院隋森芳課題組揭示

酵母核孔復(fù)合物內(nèi)環(huán)的近原子分辨率結(jié)構(gòu)

真核生物和原核生物最主要的區(qū)別在于真核生物進(jìn)化出了獨(dú)立的細(xì)胞核。細(xì)胞核由雙層膜（核膜）包裹，膜的存在使得細(xì)胞的核質(zhì)交流受到阻礙。核孔復(fù)合物（nuclear pore complex，NPC）是鑲嵌在雙層核膜上，控制核質(zhì)與胞質(zhì)間物質(zhì)運(yùn)輸?shù)奈ㄒ煌ǖ溃涔δ艿奈蓙y引起多種嚴(yán)重的疾病，包括癌癥。

70余年來，科學(xué)家們一直致力于解析NPC的高分辨率結(jié)構(gòu)，然而由于其結(jié)構(gòu)內(nèi)在的柔性，組成的復(fù)雜以及體積的龐大，至今仍無法全面地闡釋其精確的構(gòu)成。3月18日，生命學(xué)院隋森芳教授團(tuán)隊(duì)在《細(xì)胞研究》（Cell Research）發(fā)表了題為“近原子分辨率的酵母核孔復(fù)合物內(nèi)環(huán)的結(jié)構(gòu)”(Near atomic structure of the inner ring of the Saccharomyces cerevisiae nuclear pore complex)的最新研究成果。該成果報(bào)道了近原子分辨率的酵母核孔復(fù)合物內(nèi)環(huán)（Innerring，IR）的結(jié)構(gòu)，并闡述了NPC“伸展”和“收縮”的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，為進(jìn)一步理解NPC適應(yīng)不同生理環(huán)境的機(jī)制提供了理論依據(jù)。

酵母NPC中IR的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。完整IR的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)（a）及其原子模型（b）；c：IR dimer、IR monomer和IR protomer的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)

NPC是細(xì)胞內(nèi)體積最大，結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的蛋白質(zhì)機(jī)器，從酵母到人源細(xì)胞，NPC由來自30多種不同核孔蛋白的約550到1000個(gè)蛋白分子組成，相對(duì)分子質(zhì)量在60至120MDa左右。NPC具有三明治的結(jié)構(gòu)特征，包括四個(gè)同軸的環(huán)狀結(jié)構(gòu)：位于胞質(zhì)側(cè)的外環(huán)（Cytoplasmic ring，CR）和核質(zhì)側(cè)的外環(huán)（Nuclear ring，NR），位于兩層外環(huán)之間的內(nèi)環(huán)IR，和穿插于雙層核膜內(nèi)部的腔環(huán)（Lumen ring，LR）。IR同時(shí)與其他三個(gè)環(huán)相連，是NPC中最核心的結(jié)構(gòu)。IR具有C8的對(duì)稱性，每一個(gè)單元稱為內(nèi)環(huán)單體（IR monomer），且每個(gè)IR monomer又具有近似C2的對(duì)稱性，每個(gè)部分稱為內(nèi)環(huán)原體（IR protomer）。該研究以釀酒酵母為研究對(duì)象，綜合運(yùn)用生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和冷凍電子顯微學(xué)的手段成功獲得了IR monomer和IR protomer的高分辨率結(jié)構(gòu)，分辨率分別為3.73 ?和3.71 ?，同時(shí)還獲得幾個(gè)重要的IR亞基的結(jié)構(gòu)，最終成功搭建了完整IR的原子模型，這是目前為止酵母NPC的IR最詳盡、最精確的結(jié)構(gòu)模型。

IR的“收縮”和“伸展”機(jī)制。“收縮”狀態(tài)（a）和“伸展”狀態(tài)（b）下鄰近內(nèi)環(huán)單體間相互作用的變化

該模型中成功搭建了192個(gè)蛋白分子，分子量約為16MDa，約占酵母核孔復(fù)合體質(zhì)量的三分之一。每個(gè)IR monomer由三層結(jié)構(gòu)組成：外層、中間層和內(nèi)層。其中外層中的Nup157和Nup170的N端靠近核膜，介導(dǎo)了IR與LR之間的相互作用；中間層“Z”字形的Nup188和Nup192形成了一個(gè)近70°的弧形凹槽用于容納內(nèi)層菱形的CNT四聚體（CNT tetramer）。每個(gè)CNT tetramer內(nèi)部包含八個(gè)鉸鏈結(jié)構(gòu)，八個(gè)CNT tetramer形成了NPC最內(nèi)層感知物質(zhì)運(yùn)輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)，這種特殊的結(jié)構(gòu)特征可能為適應(yīng)不同體積的物質(zhì)的運(yùn)輸提供了結(jié)構(gòu)上的可變性。結(jié)構(gòu)分析顯示在IR monomer內(nèi)部存在大量的柔性的相互作用，相比之下，IR monomer之間的相互作用則較弱。通過與先前發(fā)表的原位的結(jié)構(gòu)比較發(fā)現(xiàn)該研究獲得的NPC處于“收縮狀態(tài)”，相鄰的IR monomer間依靠上述幾對(duì)較弱的相互作用維持；而原位的結(jié)構(gòu)則處于“伸展”狀態(tài)，相鄰的IR monomer被“拉開”，產(chǎn)生了一個(gè)近七納米的“溝”，IR monomer內(nèi)部由于大量相互作用的存在而整體保持相對(duì)不變。

這些結(jié)果為深入理解NPC的組裝、構(gòu)象變化及其強(qiáng)大的生理功能提供了堅(jiān)實(shí)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，對(duì)理解相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)制以及研發(fā)相應(yīng)的治療方案和特異性藥物也具有重要意義。

清華大學(xué)生命學(xué)院教授隋森芳為本文的通訊作者，清華大學(xué)生命學(xué)院2017級(jí)博士生、南方科技大學(xué)訪問學(xué)生李宗強(qiáng)，2018級(jí)博士生陳帥嘉彬，2017級(jí)博士生黃國強(qiáng)，以及清華大學(xué)生命學(xué)院博士后、南方科技大學(xué)訪問學(xué)者趙亮為本文的共同第一作者。清華大學(xué)生命學(xué)院副研究員孫珊、南方科技大學(xué)冷凍電鏡中心教授王培毅也參與了該研究。膜生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、北京市結(jié)構(gòu)生物學(xué)高精尖創(chuàng)新中心及北京市生物結(jié)構(gòu)前沿研究中心、科技部、國家自然科學(xué)基金委等為本研究提供了經(jīng)費(fèi)支持。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41422-022-00632-y

精儀系團(tuán)隊(duì)提出基于多模光纖模式色散

和深度學(xué)習(xí)的高速全光纖化成像技術(shù)

多模光纖成像技術(shù)因其超細(xì)微型探頭和柔性結(jié)構(gòu)帶來的靈活性優(yōu)勢，在生物體內(nèi)成像、工業(yè)檢測等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，獲得了業(yè)界廣泛的關(guān)注。目前，多模光纖成像技術(shù)主要分為兩類，一類通過在光纖遠(yuǎn)端產(chǎn)生聚焦點(diǎn)進(jìn)行掃描成像，另一類通過探測光纖近端的散斑場來恢復(fù)光纖遠(yuǎn)端被探測的全場圖像。這兩種技術(shù)途徑已有較完善的理論支撐，能得到較清晰的探測圖像，但同時(shí)也具有一些難以彌補(bǔ)的劣勢。例如，受限于空間光調(diào)制器、電荷耦合器件（CCD）、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）器件的刷新速度，成像幀率較低，難以對(duì)高速的事件進(jìn)行成像。主要原因是空間光調(diào)制器結(jié)構(gòu)中包含自由空間光學(xué)元件，因此需要精密的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)，無法與傳像主體集成實(shí)現(xiàn)全光纖化，限制了其應(yīng)用范圍；成像波長受限于CCD或CMOS器件的感光光譜范圍，限制了其在紅外波段的成像能力。

高速多模光纖成像系統(tǒng)示意圖。a：實(shí)驗(yàn)原理圖；b：以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行圖像恢復(fù)的流程圖；c：光纖探頭示意圖；d：照明光（黃色箭頭）側(cè)面注入探測光纖的示意圖，信號(hào)光（紅色箭頭）在纖芯中傳播；e：探測光纖遠(yuǎn)端照片，端面通過燒球來更好地聚焦照明光，比例尺500微米

為此，清華大學(xué)精儀系先進(jìn)激光技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)基于十多年來在光纖激光器、光纖器件和光纖傳感的技術(shù)積累，提出了基于多模光纖模式色散和深度學(xué)習(xí)的高速全光纖化成像技術(shù)。該技術(shù)采用皮秒脈沖光纖激光照明被測物，利用多模光纖的模間色散特性將被探測圖像的空間信息在時(shí)域上展開，時(shí)域信息通過單像素探測器進(jìn)行探測，并借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的方法，由一維時(shí)域信息恢復(fù)出二維圖像信息，整體結(jié)構(gòu)和原理如圖1所示。

被探測圖像與其對(duì)應(yīng)的波形和恢復(fù)結(jié)果

該技術(shù)通過一個(gè)光纖側(cè)面耦合器將皮秒脈沖光纖激光耦合到探測光纖中，然后從光纖的遠(yuǎn)端出射照到物體上，反射光進(jìn)入探測光纖后緊接著進(jìn)入與之連接的一公里長的50/125微米直徑多模階躍光纖中傳播。由于模間色散的存在，進(jìn)入多模光纖的脈沖光會(huì)產(chǎn)生分裂形成脈沖串。如圖2所示，不同的光纖橫模具有不同的群速度，因此在時(shí)域上會(huì)彼此分離，而這些橫模包含了被探測圖像的空間信息，通過模式色散便可將被探測物體的空域信息在時(shí)域上展開。

不同類型圖案的成像效果

通過超快光電探測器可以獲得脈沖串波形，經(jīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練后，可以直接從不同的脈沖波形中恢復(fù)出被探測圖像。圖3展示了來自不同數(shù)據(jù)庫中圖案的成像效果。

該系統(tǒng)的成像幀率主要取決于脈沖光的重頻，目前實(shí)驗(yàn)中已實(shí)現(xiàn)高達(dá)15.4Mfps幀率的成像，并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了達(dá)到53.5Mfps幀率的可行性。系統(tǒng)在高幀率成像的同時(shí)具備連續(xù)采集一萬幀圖像（大幀深）的能力。如果采用重復(fù)頻率更高的激光照明源，并搭配更快的光電探測器和時(shí)域波形采集設(shè)備，其幀率可以持續(xù)提升。

團(tuán)隊(duì)所提出的新技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)是：幀率主要由脈沖光源的重頻決定，成像幀率高；全光纖化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，細(xì)如發(fā)絲的探頭大大增加了靈活性；單像素成像，探測波段不再受限于可見光，可擴(kuò)展到近紅外、甚至中波紅外等其他波段；采集時(shí)域信號(hào)而非空間分布，抗干擾能力強(qiáng)。該系統(tǒng)在某些高速成像場景中比如體內(nèi)高速細(xì)胞成像，或工業(yè)場景下對(duì)難以開放系統(tǒng)的內(nèi)部高速成像檢測等領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用潛力。

該研究成果近日以“深度學(xué)習(xí)賦能全光纖高速圖像探測”（All-fiber high-speed image detection enabled by deep learning）為題，發(fā)表在《自然·通訊》（Nature Communications）上。該論文通訊作者為清華大學(xué)精密儀器系副教授肖起榕，第一作者為精密儀器系2018級(jí)博士生劉洲天。該研究得到了國家自然科學(xué)基金資助。

清華大學(xué)精儀系先進(jìn)激光技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)學(xué)術(shù)帶頭人為系主任、教授柳強(qiáng)，團(tuán)隊(duì)以現(xiàn)代化強(qiáng)國建設(shè)與國家重大需求為導(dǎo)向，著眼于光電子技術(shù)領(lǐng)域的科學(xué)與技術(shù)發(fā)展前沿，圍繞固體激光、光纖光學(xué)、自適應(yīng)光學(xué)、激光探測等方向，開展基礎(chǔ)科學(xué)探索、應(yīng)用基礎(chǔ)研究和系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)，全面覆蓋高功率激光光源、光束控制、光電探測等技術(shù)領(lǐng)域。團(tuán)隊(duì)承擔(dān)國家科技重大專項(xiàng)、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、“973”計(jì)劃、“863”計(jì)劃、重點(diǎn)驗(yàn)證、專項(xiàng)配套型號(hào)研究等一系列重大項(xiàng)目，形成了從高功率激光光源到微弱光電信號(hào)測控的整套技術(shù)鏈條，具備完整的激光光電和測控技術(shù)能力，在相應(yīng)研究方面取得了重要進(jìn)展。2018年獲批建設(shè)光子測控技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，2019年入選重點(diǎn)領(lǐng)域科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-29178-8

化工系張強(qiáng)團(tuán)隊(duì)

在單原子能源電催化領(lǐng)域取得系列突破

近日，清華大學(xué)化工系張強(qiáng)教授研究團(tuán)隊(duì)在單原子能源電催化領(lǐng)域取得突破性成果。研究團(tuán)隊(duì)提出了“點(diǎn)擊限域”策略，建立了原子尺度分散活性位點(diǎn)的全新合成方法學(xué)，為先進(jìn)功能材料的設(shè)計(jì)與開發(fā)提供了新的思路。

高效的催化過程是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的基石，對(duì)于高活性催化劑的追求永無止境。以單原子催化劑為代表的系列異相催化劑，具有原子尺度分散的活性位點(diǎn)，保證了最大的原子利用效率，從而獲得了廣泛關(guān)注。然而，在高溫?zé)峤庵苽渖鲜龃呋瘎┑倪^程中，前驅(qū)體中的金屬原子（即活性位點(diǎn)）存在強(qiáng)烈的團(tuán)聚趨勢，使得催化劑活性位點(diǎn)在原子尺度上的分散十分困難。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于金屬原子的限域可克服金屬原子之間強(qiáng)烈的團(tuán)聚趨勢。因此，有效的限域策略是保證在原子尺度分散活性位點(diǎn)的關(guān)鍵。目前，研究者已開發(fā)出“腔室限域”策略與“筑網(wǎng)限域”策略，但高效的限域策略依舊不足，限制了高性能電催化劑的設(shè)計(jì)與開發(fā)。針對(duì)這一問題，張強(qiáng)研究團(tuán)隊(duì)基于“點(diǎn)擊化學(xué)（Click Chemistry）”開發(fā)了一種新型限域策略，即“點(diǎn)擊限域”策略。

點(diǎn)擊化學(xué)是有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域一個(gè)新興、重要的合成理念。其主旨是通過點(diǎn)擊反應(yīng)，形成以碳-雜原子鍵為代表的化學(xué)鍵，實(shí)現(xiàn)小單元的拼接，從而高效、可靠、模塊化地完成復(fù)雜分子的化學(xué)合成。在點(diǎn)擊化學(xué)的指導(dǎo)下，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了“點(diǎn)擊限域”策略，作為一種全新的限域策略。具體地，研究者將含金屬的小分子（鈷卟啉）通過共價(jià)鍵錨定在基底材料上。共價(jià)鍵的方向性與飽和性確保了對(duì)其中金屬原子的有效限域，避免了前驅(qū)體合成與后續(xù)熱解過程中金屬原子之間的團(tuán)聚，從而保障了活性位點(diǎn)的分散。由此合成的異相催化劑具有高度分散的鈷原子活性位點(diǎn)，并呈現(xiàn)出優(yōu)異的氧還原/氧析出雙功能電催化活性。

已報(bào)道的（A）“腔室限域”和（B）“筑網(wǎng)限域”策略；本工作提出的（C）“點(diǎn)擊限域”策略

“點(diǎn)擊限域”策略是一種在原子尺度分散活性位點(diǎn)的全新合成方法學(xué)。相比于“腔室限域”策略與“筑網(wǎng)限域”策略，“點(diǎn)擊限域”策略呈現(xiàn)出一系列本征優(yōu)勢?！包c(diǎn)擊限域”策略打破了“腔室限域”策略與“筑網(wǎng)限域”策略分別對(duì)含金屬小分子的分子尺寸與分子對(duì)稱性的嚴(yán)格要求，極大拓展了催化劑的合成途徑；“點(diǎn)擊限域”策略僅僅涉及分子尺度的對(duì)基底材料的表面改性與表面錨定，可最大程度維持基底材料既有形貌，有助于對(duì)催化劑形貌的理性設(shè)計(jì)與構(gòu)筑；“點(diǎn)擊限域”過程涉及的點(diǎn)擊反應(yīng)具有高度特異性，使得對(duì)催化劑活性位點(diǎn)微觀結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)構(gòu)筑提供了可能。該工作促進(jìn)了單原子催化劑更高效的合成與更廣泛的應(yīng)用，展示了點(diǎn)擊化學(xué)等有機(jī)合成策略在新材料精準(zhǔn)合成領(lǐng)域的巨大潛力。

相關(guān)工作近期以“點(diǎn)擊限域策略構(gòu)筑過渡金屬單原子位點(diǎn)用于雙功能氧電催化”（A clicking confinement strategy to fabricate transition metal single-atom sites for bifunctional oxygen electrocatalysis）為題發(fā)表于《科學(xué)·進(jìn)展》（Science Advances）上。

以單原子催化劑為代表的活性位點(diǎn)原子尺度分散的異相催化劑是現(xiàn)代能源電催化過程的關(guān)鍵能源材料。近期，張強(qiáng)團(tuán)隊(duì)面向能源催化關(guān)鍵問題開展技術(shù)攻關(guān)，針對(duì)上述催化劑的合成難題進(jìn)行深入研究探索，產(chǎn)生系列原創(chuàng)性成果。該研究團(tuán)隊(duì)以葫蘆脲超分子籠為腔室限域金屬原子，拓展了“腔室限域”策略的應(yīng)用圖景。超分子熱解過程中的自模板效應(yīng)保障了制備的催化劑中活性位點(diǎn)原子級(jí)分散與介孔結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑。該材料有效加速了多硫化物的轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)，并由此構(gòu)筑了高性能鋰硫電池。此外，該研究團(tuán)隊(duì)完善了“筑網(wǎng)限域”策略的方法學(xué)。具體地，該團(tuán)隊(duì)制備了鈷配位卟啉有機(jī)骨架材料與石墨烯的雜合物作為前驅(qū)體，實(shí)現(xiàn)了鈷原子活性位點(diǎn)在原子尺度的有效限域，并通過進(jìn)一步模型實(shí)驗(yàn)指認(rèn)了配位鍵鎖定、共價(jià)鍵筑網(wǎng)、分子間作用調(diào)控形貌三者協(xié)同的重要意義，為基于“筑網(wǎng)限域”策略以在原子尺度分散活性位點(diǎn)提供了完善的理論指導(dǎo)。

“筑網(wǎng)限域”：以鈷配位卟啉有機(jī)骨架材料與石墨烯的雜合物為前驅(qū)體制備單原子催化劑

基于該團(tuán)隊(duì)在單原子能源催化劑結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)設(shè)計(jì)的進(jìn)展，該團(tuán)隊(duì)近期受邀撰寫綜述，系統(tǒng)總結(jié)了單原子能源催化劑的設(shè)計(jì)與合成原則，揭示了單原子位點(diǎn)的局域結(jié)構(gòu)-電催化性能的構(gòu)效關(guān)系，展望了單原子催化劑面向能源電催化與實(shí)際能源器件的廣闊空間。

相關(guān)成果近期以“M–N–C單原子催化劑面向氧還原反應(yīng)的本征催化活性調(diào)控”（Intrinsic Electrocatalytic Activity Regulation of M–N–CSingle-Atom Catalysts for the Oxygen ReductionReaction）為題發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）上。

《德國應(yīng)用化學(xué)》首頁關(guān)于單原子催化劑結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)設(shè)計(jì)綜述的介紹，寓意活性位點(diǎn)結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)構(gòu)筑，以面向多樣的能源電催化需求

上述研究論文的通訊作者為清華大學(xué)化工系長聘教授張強(qiáng)，第一作者為化工系2019級(jí)博士生趙長欣。

以上研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金杰出青年基金、北京市科委重大項(xiàng)目、清華大學(xué)國強(qiáng)研究院、清華大學(xué)自主科研項(xiàng)目的支持。

論文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn5091

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202003917

清華航院張一慧課題組提出一種

高集成度柔性電子器件的層疊網(wǎng)格封裝技術(shù)

隨著5G、大數(shù)據(jù)及萬物互聯(lián)技術(shù)的普及，柔性電子技術(shù)被賦予了更加廣闊的應(yīng)用空間。該領(lǐng)域一直以來的一個(gè)研究焦點(diǎn)是如何解決器件延展率和功能密度相互制約的難題。尤其是當(dāng)柔性電子器件經(jīng)過封裝后，如何使其保持較高的延展率，是一個(gè)亟需克服的挑戰(zhàn)。

為提升無機(jī)柔性電子器件的延展率，前人提出了“島-橋”導(dǎo)線、蛇形導(dǎo)線、分型導(dǎo)線及三維螺旋導(dǎo)線等設(shè)計(jì)策略，但是這些策略在增加器件延展性的同時(shí)，是以降低器件的功能密度為代價(jià)（覆蓋率一般<80%）。前人也提出了將單層電路進(jìn)行折疊和層疊，提高柔性電子器件功能密度。但是，在經(jīng)過封裝后，由于封裝材料對(duì)導(dǎo)線變形的約束作用，為保持一定的延展率，其系統(tǒng)覆蓋率在此前研究中最高達(dá)到~76%，很難進(jìn)一步提高。

清華大學(xué)張一慧課題組提出了一種小型化、高集成度柔性電子器件的層疊網(wǎng)格封裝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了兼具高延展率、高覆蓋率和類皮膚力學(xué)性能的無機(jī)柔性電子器件，解決了經(jīng)封裝的柔性電子器件的高延展率與高覆蓋率之間的矛盾。該課題組將前期研制的仿生網(wǎng)狀軟材料作為封裝材料，在降低對(duì)導(dǎo)線約束的同時(shí)，利用網(wǎng)格的孔隙容納蛇形導(dǎo)線受拉伸之后的面外變形，以此提高延展性；同時(shí)，將多個(gè)網(wǎng)格基底層疊，在不影響延展性的同時(shí)又提高了柔性電子器件的功能密度，實(shí)現(xiàn)了柔性電子器件的小型化集成與封裝。

網(wǎng)格封裝策略及其與傳統(tǒng)固體封裝在延展率方面的對(duì)比

A.雙層網(wǎng)格封裝蛇形導(dǎo)線；B，C：網(wǎng)格封裝與固體封裝后最大彈性延展率對(duì)比及循環(huán)拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果；D，E：一個(gè)基于疊層網(wǎng)格集成策略的五層柔性電子器件示例

基于理論研究與實(shí)驗(yàn)測量，該課題組分析了蛇形導(dǎo)線-網(wǎng)格封裝體系中關(guān)鍵幾何參數(shù)對(duì)延展率的影響規(guī)律。揭示了網(wǎng)格封裝下蛇形導(dǎo)線的變形模式，提出了“約束因子”概念以定量刻畫器件的封裝材料與蛇形導(dǎo)線的相互競爭關(guān)系對(duì)其延展率的影響。在此理論指導(dǎo)下，研制了在一個(gè)指甲大?。?1×10mm2）面積上，集成包括微控制器等在內(nèi)的42個(gè)電子元件、80多條的蛇形導(dǎo)線的小型化多功能無線柔性電子器件，覆蓋率達(dá)到110%，且具有20%的雙向延展率。在此基礎(chǔ)上，展示了該器件作為無線鼠標(biāo)等在人機(jī)交互方面的應(yīng)用前景。

基于網(wǎng)格封裝的柔性電子器件參數(shù)分析及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

A，B：網(wǎng)格封裝蛇形導(dǎo)線參數(shù)分析及變形機(jī)理；C：實(shí)現(xiàn)的小型化多功能無線柔性電子器件實(shí)物圖；D：本研究與之前報(bào)道工作覆蓋率和延展率對(duì)比；E：無線鼠標(biāo)推箱子應(yīng)用演示

文章于3月16日在《科學(xué)·進(jìn)展》（Science Advances）期刊以“基于層疊網(wǎng)格的高集成度小型化可拉伸電子器件”（Highly-integrated, miniaturized, stretchable electronic systems based on stacked multilayer network materials）為題發(fā)表，并被選為當(dāng)期封面。

該研究被選為《科學(xué)進(jìn)展》當(dāng)期封面及實(shí)現(xiàn)的高集成度小型化柔性電子器件三維圖

清華大學(xué)張一慧教授是該文章的通訊作者。清華大學(xué)航院博士后宋洪烈、訪問博士生羅國全（來自哈工大2017級(jí)）為文章的共同第一作者。清華大學(xué)航院2019級(jí)博士生籍梓垚、2016級(jí)博士生白柯、2016級(jí)博士生劉建星、2017級(jí)博士生程旭、2017級(jí)博士生龐文博、2019級(jí)博士生沈張明，以及航院博士后柏韌恒、薛兆國等參與了此項(xiàng)研究。該研究成果得到了國家自然科學(xué)基金委原創(chuàng)探索計(jì)劃、基金委創(chuàng)新研究群體和青年科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm3785

本期目錄

2.中國科大在一/二價(jià)離子選擇性分離膜精密構(gòu)筑方面取得新進(jìn)展

3.中國科大光壽紅課題組揭示核仁RNA干擾通路調(diào)控核糖體RNA水平的分子機(jī)制

4.中國科大完成基于顏色擦除強(qiáng)度干涉的高空間分辨成像

5.中國科大解析了分枝桿菌的管狀運(yùn)輸通道蛋白

6.中國科大在機(jī)器學(xué)習(xí)提高超導(dǎo)量子比特讀取效率上取得重要進(jìn)展

01

NEWS

中國科大在高噪聲環(huán)境下

實(shí)現(xiàn)高效的高維量子通信

近日，中國科大郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在高維量子通信研究中取得重要進(jìn)展，該團(tuán)隊(duì)李傳鋒、柳必恒研究組與奧地利Marcus Huber教授等人合作，在高噪聲環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了高效的高維量子通信。該成果9月10日發(fā)表在國際知名期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上。

近年來，李傳鋒、柳必恒研究組致力于高維量子通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)研究，在高維糾纏的制備與傳輸?shù)确矫嫒〉靡幌盗羞M(jìn)展，包括制備出了世界上保真度最高的32維量子糾纏態(tài)，實(shí)現(xiàn)了高維糾纏態(tài)在11公里光纖中的有效傳輸?shù)取?/p>

實(shí)驗(yàn)裝置圖

在本實(shí)驗(yàn)中，研究結(jié)果表明：在噪聲較小時(shí)，高維全空間編碼能取得最佳的編碼效率。具體而言，利用4維糾纏態(tài)和8維糾纏態(tài)，經(jīng)過糾錯(cuò)和保密放大等后處理后，每對(duì)糾纏光子依然可以得到大于1比特的密鑰，超越了兩維比特系統(tǒng)所能達(dá)到的極限。而隨著噪聲增大，采用高維部分子空間編碼的方式則更能對(duì)抗噪聲的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯著優(yōu)于兩維比特系統(tǒng)，從而保證在高噪聲環(huán)境中依然能實(shí)現(xiàn)高效的高維量子通信。

該成果實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了高維量子通信的優(yōu)勢，并為不同大小噪聲環(huán)境下實(shí)現(xiàn)高效的高維量子通信過程提供了可行的途徑。

論文鏈接：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.110505

詳細(xì)閱讀：

http://news.ustc.edu.cn/info/1048/76687.htm

02

NEWS

中國科大在一/二價(jià)離子選擇性

分離膜精密構(gòu)筑方面取得新進(jìn)展

近日，中國科大徐銅文教授團(tuán)隊(duì)在一/二價(jià)離子選擇性分離膜精密構(gòu)筑方面取得突破進(jìn)展，報(bào)道了一種亞2-nm共價(jià)有機(jī)框架（COFs）膜，并表現(xiàn)出較高的一價(jià)陽離子滲透速率和極低的二價(jià)陽離子透過率，實(shí)現(xiàn)了高效的離子傳輸與分離。該研究成果發(fā)表在國際著名期刊Advanced Materials雜志上。

徐銅文教授團(tuán)隊(duì)提出了利用分子自組裝特性，通過調(diào)控側(cè)鏈次級(jí)相互作用，構(gòu)筑和調(diào)控離子選擇性傳輸通道的新策略。利用表面原位聚合反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)超薄分離層中納米錐形孔的構(gòu)筑，縮短了離子傳質(zhì)路徑，強(qiáng)化離子在膜內(nèi)的傳質(zhì)行為。為了深入研究離子在限域孔道內(nèi)的傳質(zhì)行為及分離機(jī)理，團(tuán)隊(duì)提出以具有規(guī)則孔道結(jié)構(gòu)、骨架結(jié)構(gòu)參數(shù)明確的多孔框架材料為模型，在埃米精度下實(shí)現(xiàn)離子傳輸通道的精確定制和孔道性質(zhì)精密調(diào)控，達(dá)到了離子高效、精準(zhǔn)分離的效果，定量化通道關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)，初步揭示了離子限域傳質(zhì)機(jī)制。

亞2-nm COFs膜利用氫鍵作用實(shí)現(xiàn)高效離子篩分

研究表明，構(gòu)建具有豐富氫鍵位點(diǎn)的COFs多孔膜，在保持離子滲透速率的同時(shí)，能顯著提高離子選擇性。本工作不但為離子在亞2-nm受限空間中的傳輸機(jī)制提供了理論基礎(chǔ)，同時(shí)也為聚合物基離子選擇性分離膜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與調(diào)控提供了理論指導(dǎo)。

詳細(xì)閱讀：

http://news.ustc.edu.cn/info/1048/76608.htm

論文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202104404

03

NEWS

中國科大光壽紅課題組

揭示核仁RNA干擾通路

調(diào)控核糖體RNA水平的分子機(jī)制

近日，中國科大生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部和第一附屬醫(yī)院馮雪竹研究員和光壽紅教授課題組以模式生物秀麗隱桿線蟲為模型，發(fā)現(xiàn)了核仁RNA干擾現(xiàn)象：即反義核糖體小干擾RNA(risiRNA)可以誘導(dǎo)NRDE復(fù)合物進(jìn)入細(xì)胞核仁中，并結(jié)合核糖體RNA前體；通過抑制RNA聚合酶I的轉(zhuǎn)錄活性，進(jìn)而調(diào)控核糖體RNA的合成水平，抑制錯(cuò)誤核糖體RNA代謝的積累。研究成果發(fā)表在Nucleic Acids Research上。

siRNA是一類長度約為22個(gè)核苷酸長的非編碼小RNA，廣泛存在動(dòng)植物中，在機(jī)體的生長發(fā)育、生殖遺傳和免疫防御等方面行使重要功能，也是優(yōu)秀的藥物分子。光壽紅課題組多年來以秀麗隱桿線蟲為研究對(duì)象，通過正向和反向遺傳學(xué)篩選，鑒定了一系列抑制內(nèi)源siRNA產(chǎn)生的SUSI因子，該類因子廣泛參與了細(xì)胞中核糖體RNA加工和降解的過程。當(dāng)SUSI因子功能缺陷時(shí)，細(xì)胞內(nèi)會(huì)積累錯(cuò)誤加工的核糖體RNA片段，這些片段與RNA依賴的RNA聚合酶相互作用后，會(huì)進(jìn)一步誘導(dǎo)risiRNA的生成。risiRNAs與核糖體RNA序列互補(bǔ)配對(duì)，通過激活細(xì)胞核RNA干擾通路，進(jìn)而調(diào)控核糖體RNA水平。

在本研究中，課題組確認(rèn)了RNA外切酶體任何亞基的功能缺陷都能引起risiRNA的積累。risiRNA誘導(dǎo)細(xì)胞核RNA干擾關(guān)鍵因子NRDE-2和NRDE-3進(jìn)入核仁中，結(jié)合核糖體RNA前體，進(jìn)而抑制RNA聚合酶I的轉(zhuǎn)錄活性。研究中還發(fā)現(xiàn)RNA外切酶體通過亞細(xì)胞定位的變化可以響應(yīng)細(xì)胞核內(nèi)核糖體RNA的穩(wěn)態(tài)。RNA外切酶體在多種RNA的加工代謝過程中行使重要功能，主要定位于細(xì)胞核仁中。細(xì)胞內(nèi)核糖體RNA穩(wěn)態(tài)失衡會(huì)導(dǎo)致RNA外切酶體從核仁中移位于核質(zhì)中。RNA外切酶體的正確亞細(xì)胞定位對(duì)于抑制risiRNA產(chǎn)生具有重要作用。

詳細(xì)閱讀：

http://news.ustc.edu.cn/info/1048/76572.htm

論文鏈接：

https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkab662/6345473

04

NEWS

中國科大完成基于顏色擦除

強(qiáng)度干涉的高空間分辨成像

近日，中國科大潘建偉、張強(qiáng)等與合作者利用濟(jì)南量子技術(shù)研究院研制的周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)，搭建顏色擦除強(qiáng)度干涉儀，成功分辨出1.43km距離外相距4.2mm的兩個(gè)不同波長（1063.6nm和1064.4 nm）光源，以超過單望遠(yuǎn)鏡衍射極限40倍的結(jié)果驗(yàn)證了顏色擦除強(qiáng)度干涉技術(shù)具備高空間分辨成像能力，拓展了強(qiáng)度干涉技術(shù)的應(yīng)用范圍，有望被應(yīng)用于天文觀測、空間遙感和空間碎片探測等領(lǐng)域，相關(guān)成果發(fā)表在國際知名學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上。

干涉儀被廣泛用于各種高空間分辨成像技術(shù)中，以突破單鏡片有限孔徑下的分辨率極限（衍射極限）。2016年，美國物理學(xué)家，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Frank Wilczek和其同事在理論上提出，將基于頻率轉(zhuǎn)換原理的顏色擦除探測器引入強(qiáng)度干涉儀，可以使得進(jìn)入探測器的不同波長光子也發(fā)生干涉并提取出相位信息。他們將這種新技術(shù)命名為顏色擦除強(qiáng)度干涉技術(shù)。隨后，潘建偉小組利用濟(jì)南量子院自主研制的周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)首次搭建了顏色擦除單光子探測，并基于此在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)原理演示了強(qiáng)度干涉技術(shù)。

為了驗(yàn)證該技術(shù)具備高空間分辨成像能力，該小組在上海開展了外場實(shí)驗(yàn)。如圖所示，他們利用兩種不同波長的泵浦光分別泵浦并聯(lián)的兩個(gè)PPLN波導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了無法分辨1063.6nm和1064.4 nm光子差異的顏色擦除探測器，并用兩個(gè)這樣的探測器搭建了80cm基線長度的強(qiáng)度干涉儀對(duì)1.43km外的相距4.2mm的兩個(gè)不同波長光源目標(biāo)進(jìn)行測量。獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，他們?cè)诶碚撋咸岢隽艘环N相位擬合的算法得到了兩個(gè)光源的角距離，結(jié)果超過了實(shí)驗(yàn)所使用的單臺(tái)10.9mm望遠(yuǎn)鏡衍射極限的40倍，成功驗(yàn)證了該系統(tǒng)的高空間分辨成像能力?！段锢碓u(píng)論快報(bào)》雜志審稿人評(píng)價(jià)“這項(xiàng)工作為超越由孔徑大小決定的傳統(tǒng)衍射極限提供了一種新的有趣成像方法。

詳細(xì)閱讀：

http://news.ustc.edu.cn/info/1048/76551.htm

論文鏈接：

https://doi.org/10.1111/poms.13366https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.127.103601

05

NEWS

中國科大解析了分枝桿菌的

管狀運(yùn)輸通道蛋白

分枝桿菌具有非常復(fù)雜的包膜結(jié)構(gòu)，是分枝桿菌抵御外界壓力的天然屏障。由于這種特有的復(fù)雜包膜結(jié)構(gòu)，分枝桿菌與外界環(huán)境或宿主之間的物質(zhì)運(yùn)輸具有獨(dú)特的性質(zhì)。并且分枝桿菌包膜上的通道可以分泌毒力因子和促進(jìn)抗生素外排，從而幫助分枝桿菌致病，因此是很好的治療靶標(biāo)。但分枝桿菌細(xì)胞壁和莢膜上的物質(zhì)運(yùn)輸通路目前還知之甚少。

近日，以我校微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心龔為民教授和加州大學(xué)洛杉磯分校的周正洪教授為主的課題組合作，分別通過X射線晶體學(xué)和冷凍電鏡方法測定了結(jié)核分枝桿菌中的未知功能蛋白R(shí)v3705c及其在恥垢分枝桿菌中的同源蛋白MSMEG_6251的三維結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)蛋白均能在體外自組裝為管狀結(jié)構(gòu)。通過一系列分子生物學(xué)和生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)顯示該蛋白在分枝桿菌外膜上發(fā)揮通道作用。因此將該蛋白命名為TiME。該成果在線發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊Science Advances上。

該研究首次在分枝桿菌莢膜中發(fā)現(xiàn)物質(zhì)運(yùn)輸通道，為研究致病性分枝桿菌的物質(zhì)運(yùn)輸機(jī)制和開發(fā)新的藥物靶點(diǎn)提供了新的線索和思路。

詳細(xì)閱讀：

http://news.ustc.edu.cn/info/1048/76552.htm

論文鏈接：

https://advances.sciencemag.org/content/7/34/eabg5656

06

NEWS

中國科大在機(jī)器學(xué)習(xí)提高超導(dǎo)

量子比特讀取效率上取得重要進(jìn)展

近期，中國科大郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在機(jī)器學(xué)習(xí)提高超導(dǎo)量子比特讀取效率上取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)郭國平教授研究組與本源量子計(jì)算公司合作，在本源“夸父”6比特超導(dǎo)量子芯片上研究了串?dāng)_對(duì)量子比特狀態(tài)讀取的影響，并創(chuàng)新性地提出使用淺層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來識(shí)別和讀取量子比特的狀態(tài)信息，從而大幅度抑制了串?dāng)_的影響，進(jìn)一步提高了多比特讀取保真度。該成果以研究長文的形式發(fā)表在國際應(yīng)用物理知名期刊《Physical Review Applied》上。

對(duì)量子比特狀態(tài)的高保真度測量是量子計(jì)算中的關(guān)鍵一環(huán)。由于各種形式的雜散耦合的存在，鄰近比特的狀態(tài)可能會(huì)對(duì)目標(biāo)比特的測量結(jié)果產(chǎn)生影響，從而降低測量保真度，進(jìn)而降低量子算法的成功率。隨著量子芯片的進(jìn)一步擴(kuò)展，為了進(jìn)一步提高讀取保真度，如何解決上述串?dāng)_問題將成為研究者們面臨的主要挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)量子比特讀取方案以及串?dāng)_的影響

郭國平教授研究組通過對(duì)量子比特信息提取過程的抽象和模擬，提出一種新的量子比特讀取方案：通過訓(xùn)練基于數(shù)字信號(hào)處理流程構(gòu)建的淺層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)量子比特狀態(tài)的精確識(shí)別與分類。研究人員將這一方案應(yīng)用到本源“夸父”6比特超導(dǎo)量子芯片上，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，新的讀取方案不僅有效提升了6比特的讀取保真度，而且大幅度抑制了讀取串?dāng)_效應(yīng)。同時(shí)，由于新方案中的數(shù)據(jù)處理可以進(jìn)一步簡化為單步矩陣運(yùn)算，未來可以直接轉(zhuǎn)移到FPGA上，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)量子比特狀態(tài)的0延時(shí)判斷以及對(duì)量子比特的實(shí)時(shí)反饋控制。該方案不僅適用于超導(dǎo)量子計(jì)算，也同時(shí)適用于其他量子計(jì)算物理實(shí)現(xiàn)方案。

詳細(xì)閱讀：

http://news.ustc.edu.cn/info/1048/76553.htm

論文鏈接：

https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.16.024063

來源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)