资讯汇总38期：【科技周报】氮掺杂单原子层非晶碳的可控液相合成方法获揭示

资讯汇总 2024.10.1138期 【科技周报】氮掺杂单原子层非晶碳的可控液相合成方法获揭示 摘要: 人类独特生殖机制揭示。复旦大学生物医学研究院王磊、桑庆、武田宇与上海交通大学附属国际和平妇幼保健院李文组成联合团队，揭示了人类独特的生殖机制—人类卵母细胞纺锤体双极化机制，为人类生殖障碍疾病的研究和治疗提供了理论支持。此外，团队发现了3个调控人卵母细胞纺锤体双极化的关键蛋白，并在卵子和胚胎发育异常患者中鉴定到编码这些关键蛋白的基因存在突变，由此揭示了人卵母细胞纺锤体双极化的独特生理病理机制。相关研究成果发表于《Science》期刊。 【上海产经观察】上海发布首批“市区协同”千亿级产业集群 2024.10.06 【双碳周报】国内碳市场周交易总量大幅上涨 2024.10.05 【科技周报】科学家揭示“脑肠轴”调控体重的秘密 2024.09.24 【双碳周报】全国碳市场周交易总量继续下降 2024.09.23 【科技周报】“既强且柔”的奇异金属研制成功 2024.09.21 往期回顾 科学家发表跨物种小脑皮层单细胞空间转录组图谱。中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心联合杭州华大生命科学研究院、上海脑科学与类脑研究中心、中国科学院遗传进化与动物模型重点实验室、临港实验室、华南理工大学等的科研团队合作，借助单细胞空间转录组技术，构建了猕猴、狨猴和小鼠小脑皮层的时空单细胞图谱，发现了灵长类特异性浦肯野神经元亚型、进化保守的神经元空间模式和基因表达的区域偏好，以及小脑皮层内的功能连接梯度，为进一步探究小脑在神经系统中的作用以及相关疾病的机制提供了实验依据、奠定了理论基础。相关研究成果发表于《Science》期刊。 氮掺杂单原子层非晶碳的可控液相合成方法获揭示。中国科学院大学周武、国家纳米科学中心裘晓辉与北京航空航天大学郭林、刘利民和清华大学林等团队，借助利用纳米尺度二维限域模板进行小分子聚合的液相合成策略，成功制备出氮元素掺杂浓度可达9%的单原子层非晶碳材料，并揭示了该材料形成机制是受限空间中的化学反应模式发生了显著变化。该材料具有p型半导体特性，为研究原子掺杂对二维非晶碳材料电子局域化现象的影响提供了独特的实验平台。相关研究成果发表于《Nature》期刊。 宁波材料所在海水电解制氢阳极稳定性研究方面获进展。中国科学院宁波材料技术与工程研究所氢能与储能材料技术实验室陆之毅、陈亮设计了新型化学固定硫酸根的电极，在反应过程中原位构筑硫酸根斥氯层，实现了10000小时稳定碱性海水电解制氢。进一步，该研究对这一电极进行尺寸放大并在千瓦级海水电解制氢测试平台中加以验证。上述研究解决了碱性海水电解制氢技术中阳极寿命受限问题，为该技术的商业化应用提供了可能性。相关研究成果发表于《AdvancedMaterials》期刊。 纤维素基固态电解质研究获进展。中国科学院化学研究所分子纳米结构与纳米技术院重点实验室曹安民课题组，利用纤维素丰富的化学平台进行均相衍生化改性，通过绿色可扩展的工艺，将惰性的纤维素转化为高性能锂离子导体。该研究所得的纤维素基二次电池固态电解质（SSE）的锂离子电导率为1.09×10-3Scm-1、锂离子迁移数为0.81、机械强度达12MPa。这一纤维素基SSE能够与多数商用正极材料兼容，在固态Li/SSE/LiFePO4电池展现出高可逆容量及长循环稳定性。相关研究成果发表于《NatureSustainability》期刊。 风险提示：前沿科技发展进程在规制边界、演进路径、商业落地、外部环境等方面不及预期。 产品研究中心 赵子健(分析师) 021-38032292 zhaozijian@gtjas.com 登记编号S0880520060003 徐淋(分析师) 021-38677826 xulin028941@gtjas.com 登记编号S0880523090005 目录 1.未来信息领域3 2.未来生物领域4 3.新一代制造领域6 4.新能源与环保领域7 导读： 本报告汇编了2024年09月22日到2024年09月28日期间前瞻产业的重要动态，主要涉及未来信息、未来生物、新一代制造、新能源与环保领域中的前沿赛道。 1.未来信息领域 技术资讯 量子实验改写百年化学定律 近日，耶鲁大学罗德里戈·科蒂尼亚斯等研究人员利用一个小型超导电路构建了一个量子比特，实验表明已沿用135年的阿伦尼乌斯公式需进行修改才能应用于量子领域。研究团队利用微波使电路中的电流在两个势能阱内振荡，由于量子隧穿效应，系统内的干扰可能会使量子比特意外地从一个势能阱跃迁到另一个阱。根据阿伦尼乌斯公式，增加两个势能阱之间的能量差，应该会使量子比特在它们之间发生量子隧穿的频率呈指数级下降，从而得到一条平滑的曲线，但实验结果却呈现为一条类似楼梯的锯齿线。研究人员分析发现，造成这一差异的原因在于量子比特的能级约束。在宏观世界中，阿伦尼乌斯公式假设量子比特可以拥有任何能级，但在量子理论中，只允许其拥有一组特殊的离散能级。因此，阿伦尼乌斯公式必须经过修改，才能应用于量子领域。研究人员表示，在易受量子效应影响的系统中使用传统的阿伦尼乌斯公式，可能会导致较大误差。这一意外发现帮助研究人员对量子比特进行了改进，使其在一个势能阱中的停留时间相比以往延长了10倍。这提升了量子比特的可靠性，对于量子计算机的研制至关重要。相关研究成果发表于《PhysicalReviewX》期刊。（科技日报，09/23） 量子物理学赝能隙难题获突破 近日，美国纽约熨斗研究所计算量子物理中心研究人员运用了一种计算技术，在理解“赝能隙”这一长期困扰量子物理且与超导性密切相关的难题上取得了突破。研究人员通过运用“图解蒙特卡罗”算法，利用哈伯德模型计算电子的行为。研究发现，当赝能隙材料接近绝对零度时，电子会形成一种特殊的“条纹”状态。同时，赝能隙材料中的电子排列不再像绝对零度时那样均匀，而是形成一些条纹区域、有两个电子的方块、孔洞或棋盘格图案。研究人员发现，一旦电子排列中出现这些棋盘格图案，材料就会陷入赝能隙态。这些发现或有助于开发实用的室温超导体，以及在无损耗电力传输、更先进的核磁共振技术和超高速悬浮列车等领域的应用，并可理解量子气体模拟—一个结合量子光学和凝聚态物理学的重要领域。相关研究成果发表于 《Science》期刊。（科技日报，09/24） 德拟推出全球首台移动量子计算机 近日，德国网络安全创新署与4家公司签订合同，共同致力于在2027年推出全球首台移动量子计算机。研究人员表示，作为一种便携式技术，拟推出的设备能在经典量子计算机无法“施展拳脚”的环境下，实现强大的计算能力。它不仅能加强国防和网络安全，还将助力科研、供应链管理、金融等领域。德国网络安全创新署为该项目投资3900万美元，4家公司则将为该项目提供多款设备和技术，包括QuantumBrilliance公司生产的小型室温量子芯片、ParityQC公司开发的可扩展量子架构和操作系统、牛津离子公司在研的MinIon便携式量子系统、初创公司NeQxt将其开发的离子捕获技术与模块化、移动可扩展结构整合形成的系统等，这些工具将协同提高量子计算技术的可获得性和安全性。（科技日报，09/24） 纯硅光学性能提升四个数量级 近日，美国加州大学尔湾分校科学家领导的国际科研团队，通过操纵入射光子的动量，使纯硅从间接带隙半导体变为直接带隙半导体，其光学性能提升了4个数量级。研究团队解释称，这一光子现象的奥秘在于海森堡不确定性原理。当光被限制在 几纳米以下的尺度时，动量分布会变宽。其动量会显著增加至自由空间内光子动量的1000倍，与材料内部电子的动量相当。动量增强的光子不仅能改变电子的能量状态，还能同时改变其动量状态，从而解锁新的跃迁路径—对角线跃迁，这显著提升了材料的吸光能力。通过增强光子的动量，团队成功地将纯硅从间接带隙半导体转变为直接带隙半导体，其吸光能力增加了4个数量级。团队指出，能以相同系数减少硅层的厚度，为超薄设备和太阳能电池开辟了新途径。此外，新方法无需对材料进行任何改变，且可与现有制造技术集成，或将彻底改变太阳能电池和光电子设备领域。相关研究成果发表于《ACSNano》期刊。 （科技日报，09/25） 物理学家首次观测到夸克纠缠 近日，瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心（CERN）首次观察到夸克间的量子纠缠，这是一种粒子相互混杂、失去各自特性，从而无法再被单独描述的状态。该成果可能为进一步探索高能粒子中的量子信息打开大门。为了在CERN的大型强子对撞机（LHC）上观察纠缠现象，物理学家通过ATLAS（超环面仪器实验）探测器分析了大约100万对顶夸克和反顶夸克。夸克仅仅在分开的10-24秒后就开始相互混合并形成强子，如质子和中子，但顶夸克衰变得非常快，以至于完全没有时间“强子化”，并通过混合失去其自旋信息，而这些信息都被“转移到其衰变的粒子上”。在对顶夸克自旋进行实验测量后，研究小组将实验结果与理论预测进行了比较，顶夸克产生和衰变的模型与探测器的测量结果不符。为应对不确定性，CMS（紧凑渺子线圈）研究团队以不同方式开展了实验，发现在分析中添加“拓扑子”有助于理论和实验更好地达成一致。最后，这两个实验都很容易地达到了-1/3的纠缠极限—ATLAS测量的D值为-0.537，CMS测量的D值为-0.480。成功观测到顶夸克纠缠可以加深研究人员对顶夸克物理学的理解，并为未来的高能纠缠测试铺平道路。甚至可以用希格斯玻色子等其他粒子进行贝尔测试，这是一种更严格的纠缠探测。相关研究成果发表于《Nature》期刊。（中国科学报，09/26） 技术资讯 2.未来生物领域 上海药物所等揭示胆固醇在外泌体递释RNA药物中的作用 近日，中国科学院上海药物研究所甘勇、俞淼荣联合浙江大学胡国庆，结合理论建模和实验研究揭示了胆固醇在调控外泌体递释RNA药物中的作用与机制，开发了高效的工程化外泌体RNA递释系统，为基因治疗提供了安全高效的创新递释策略。该团队采用外泌体工程化可控修饰策略，定量化调控了不同种类外泌体中胆固醇的含量如牛奶外泌体、生姜外泌体、肿瘤细胞来源的外泌体等，并利用透射电子显微镜等技术对其进行了全面表征。研究表明，外泌体膜中胆固醇含量的增加增强了其与靶细胞膜的相互作用，促使外泌体通过膜融合而非内吞途径进入细胞，降低了溶酶体降解的限制。同时，分子模拟研究显示，富含胆固醇的外泌体具有更强的膜变形能力，能够扩大其与细胞膜的接触面积，从而通过膜融合机制将小干扰RNA（siRNA）直接高效递送至细胞质内。体外实验中，富含30%胆固醇的牛奶外泌体（30%Chol/MEs）递送了PLK1siRNA，下调了PLK1mRNA和蛋白表达水平，诱导了肿瘤细胞凋亡，且其效果优于传统的转染试剂Lipo2000和RNAiMAX。进一步，体内实验证实，30%Chol/MEs/siPLK1通过口服或静脉注射方式，在小鼠结直肠肿瘤模型中均能够有效抑制肿瘤生长，展现了其作为基因治疗载体的潜力。相关研究成果发表于《NatureNanotechnology》期刊。（中国科学院上海药物研究所，09/23） 杜氏肌营养不良症关键机制揭示 近日，昆明理工大学灵长类转化医学研究院与广州实验室、上海交通大学医学院附属新华医院等机构合作，通过构建非人灵长类疾病模型，首次解析杜氏肌营养不良症发病早期骨骼肌病理变化的关键机制。该团队利用与人类高度相似的非人灵长类动物，成功培育了F1代杜氏肌营养不良症猴模型。基于这一新模型，研究团队利用单细胞测序技术，揭示了严重的细胞缺陷是早期肌肉组织病变和再生异常的关键原因，并深入解析了该阶段肌肉组织中单核细胞的变化，尤其是免疫细胞的急剧增加，使肌细胞生存环境恶化，表明抑制炎症反应在治疗中的重要性。同时，该模型也清晰地显示了成纤维及成脂肪祖细胞的纤维化过程，为研发针对杜氏肌营养不良症的新药提供了理论依据。研究团队还揭示了免疫、纤维化以及肌肉干细胞在杜氏肌营养不良症早期的动态变化，尤其是肌肉干细胞功能障碍直接导致肌肉修复障碍。这也提示，杜氏肌营养不良症是