科技名刊精選

《自然》

可重構DNA折紙術的折紙機制

全球珊瑚礁的塑料污染情況

《自然》封面：通常，海底的海膽會找一些海草或碎石幫助它們藏身，而封面所示的變異囊海膽卻找來了藍色塑料袋的碎片，并纏繞在珊瑚礁上的廢棄魚線里?！蹲匀弧冯s志第7969期封面文章報道了塑料污染對全球生態系統的嚴峻影響，報道中提到的兩篇論文量化了塑料污染對偏遠水環境的影響程度。一篇文章聚焦珊瑚礁，在分布于太平洋、大西洋和印度洋25個地點的84個珊瑚礁系統中尋找塑料污染物。另一篇文章調查了23個國家的38個湖泊和水庫的微塑料污染。兩篇文章獲得了同樣的結論：塑料污染無處不在，對此的監管應覆蓋地球上所有水體。

人體細胞圖譜

《自然》封面：2018年啟動的人類生物分子圖譜計劃（HuBMAP）旨在繪制人體內各類型細胞的排列圖譜?！蹲匀弧冯s志第7970期封面文章報道了3項HuBMAP的早期研究成果。一是科學家利用新型成像技術和單細胞技術繪制了人體腸道圖譜，二是利用空間轉錄組學構建了人類腎臟圖譜，三是利用成像技術獲得母胎界面圖譜。這3個單細胞分辨率圖譜體現出空間分析在理解人體生物學與疾病中的重要作用。人類生物分子圖譜計劃一直在開發必要技術，并用它們以單細胞分辨率構建器官圖譜。

熱輔助探測與測距研究

《自然》封面：夜視?！蹲匀弧冯s志第7971期封面文章報道了一種人工智能（AI）的輔助方法，極大提高人造機器的夜視能力。從機器人助手到自動駕駛汽車，讓機器參與社會互動的一個必要條件是其感知周圍環境的能力。光照充足的環境問題不大，但黑暗環境目前還有大量困難。研究團隊設計了一個名為HADAR（熱輔助探測與測距）的系統，能夠將熱物理學和紅外成像技術與機器學習技術相結合，在漆黑一片的環境里像在大白天一樣辨別物體。HADAR利用熱輻射定律在黑暗中感知紋理和深度，而且準確度遠高于傳統的熱成像系統。

（本頁期刊封面圖來自《自然》官網）

《科學》

電子的電偶極矩的新上限

《科學》封面：激光探測振蕩電場懸浮真空室中的電子?！犊茖W》雜志第6653期封面文章報道了粒子物理學研究的新成就。研究人員使用限制在分子離子內的電子，經受巨大的分子內電場，并相干演化長達3秒，提出迄今為止最精確的電子的電偶極矩（eEDM）測量。針對電子的電偶極矩de，科學家在90%的置信度水平給出了最新實驗上限?；谶@一結果，并對某些相關參數做了特殊的假設，研究發現可將對電偶極矩作出貢獻的新物理模型的有效能標限制到4×1013eV（即40 TeV）以上，遠高于正在運行的大型強子對撞機的質心能量14TeV。

機器智能世界

《科學》封面：人工智能（AI）在科學和社會上的發展和應用已經取得了巨大的進步?！犊茖W》雜志第6654期特刊文章報道了人類社會持續尋找安全、公平的合作方式，讓人類與人工智能和諧發展。人工智能帶來了極大的利好，特別是當應用程序涉及大量數據和高度可變性時。例如，機器學習被用來促進對動物交流的理解，在藥物開發和化學應用中增加新發現等。在部署生成式人工智能時，則需要一種制衡。人工智能還不能做所有的事情，但它可以幫助我們走得更遠。問題是如何確保人工智能是安全的，從而使其利大于弊。

人類骨骼形態的遺傳結構和進化

《科學》封面：人類行走的骨骼X光片?！犊茖W》雜志第6655期封面文章報道了人類骨骼比例的遺傳基礎。文章利用深度學習技術從3萬人中提取23個骨骼比例，結合遺傳和生物銀行數據，確定了100多個與這些比例相關的遺傳變異，研究成果為人類骨骼形態的進化及其在肌肉骨骼疾病中的作用提供新見解。例如，臀寬與臀高之比較高的人（也就是臀寬、腿短）更容易患骨關節炎和臀部疼痛；大腿骨長度與身高之比較高的人（也就是大腿比例長）更容易患膝蓋關節炎、膝蓋疼痛和其他膝蓋問題；軀干長度與身高之比較高（也就是上半身比例長）的人更容易患背痛。

卡托克廷煉鐵爐埋葬的非裔美國人遺傳血統與特征

《科學》封面：失去了根?！犊茖W》雜志第6657期封面文章報道了美國殖民時期和現代非裔美國人之間的多代聯系。在1774年至1850年期間，被奴役的人在馬里蘭州卡托克廷熔爐工作?？ㄍ锌送⑷蹱t在美國早期歷史上發揮了作用（包括在獨立戰爭期間提供彈藥），但人們對在那里工作的非洲裔美國人或他們的后代知之甚少。研究者對27名被埋葬的非裔美國人的DNA進行了測序，通過基因組數據進行比較，確定了生活在美國各地的41 799個相關近親和遠親?？ㄍ锌送⒔H的最高濃度之一仍然在美國馬里蘭州。

（本頁期刊封面圖來自《科學》官網）

生物醫藥

破譯大麻素受體選擇性信號轉導機制

浙江大學醫學院李曉明教授課題組聯合張巖教授課題組開展科研攻關，從原子分辨率水平解析了大麻素受體和信號轉導復合物的精細三維結構，闡明了大麻素受體C B1產生下游特定信號譜圖的機制，有望在保留大麻治療效果的同時規避其副作用。相關成果發表于《細胞》（Cell）。大麻早在《黃帝內經》中就被記載是擁有治療價值的藥物，其中的活性成分作用于人體內的大麻素受體，可以有效治療抑郁、焦慮、疼痛和癲癇。這項研究對于理解大麻素受體C B1受體配體偏向信號傳遞機制提供了重要依據，為發現新穎的偏向性C B1小分子奠定了堅實的基礎，在以C B1為靶點的藥物開發中具有重要意義。

20世紀90年代，乘著政策的東風，泛海系在地產行業完成了原始資本積累，盧志強開始玩起了金融。這一時期，泛海系不再偏安于半島，而將觸角伸向了北京。

亟待完善的“拼圖”（圖片來源于浙江大學網站）

揭示新冠康復者刺突蛋白特異性共享抗體圖譜

中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院呼吸疾病全國重點實驗室陳凌、熊曉犁等與國內同行合作，開展了深度抗體組庫測序、抗體組學和結構分析。相關成果發表于《新興微生物和感染》（Emerging Microbes &Infections）。靶向新冠病毒（SARS-CoV-2）刺突蛋白的中和抗體是保護性體液免疫的關鍵組成部分，全面剖析SARS-CoV-2感染誘導的中和抗體庫的組成對于疫苗設計和評價具有重要科學意義。研究團隊通過對33名新冠早期感染康復者和24名健康個體的抗體重鏈庫進行深度測序，獲得3.6億條抗體重鏈序列，繪制了迄今為止最為全面的新冠康復者刺突蛋白特異性共享抗體圖譜。

揭示卷曲受體的激活機制及與平面細胞極性調控的相互關系

上?？萍即髮W生命科學與技術學院徐菲課題組聯合復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫院白內障與晶狀體屈光手術學科竺向佳課題組，解析了卷曲受體的激活機制及與平面細胞極性調控的相互關系。相關成果發表于《細胞發現》（Cell Discovery）。卷曲受體是信號傳導的一個細胞表面“接收器”，在調控胚胎發育和腫瘤發生發展中發揮著重要作用。研究人員探究了卷曲受體家族的3個成員：主要參與經典Wnt信號通路的FZD1，以及主要介導非經典PCP信號通路的FZD3和FZD6。他們通過對受體激活態與抑制態兩種功能構象的結構解析，揭示了這3個受體與G蛋白偶聯的機制及各自的激活機制，并提出了蛋白偶聯的通用模型。

貝伐單抗可減緩早期阿爾茨海默病進程

中山大學中山醫學院葉小菁團隊、孫逸仙紀念醫院林偉杰團隊和唐亞梅團隊合作，開發有效方案預防和治療阿爾茨海默?。ˋD）。相關成果發表于《轉化性神經變性》（Translational Neurodegeneration）。阿爾茨海默病是老年癡呆最常見的形式，其特點是認知功能的進行性和不可逆轉性的衰退。據統計，全球平均每3秒就新增1名阿爾茨海默病患者，我國阿爾茨海默病患者數量高達980萬。研究顯示，貝伐單抗可以通過性別差異性調節相關受體的表達水平，上調與腦血管功能相關的基因表達和信號通路，改善血腦屏障，增強腦血管反應性，并減少中性粒細胞在腦毛細血管中的滯留。

化學工程

單結構域二氫葉酸還原酶索烴的設計和生物合成

北京大學化學與分子工程學院方晶、張文彬等人通過對二氫葉酸還原酶（DHFR）的二級結構進行重新接線，利用其天然存在的纏結結構，在不引入外源模板的前提下實現了單結構域二氫葉酸還原酶索烴的胞內直接合成，且無需任何額外的體外反應。相關成果發表于《國家科學評論》（National Science Review）。蛋白質是高分子中獨特而重要的一類，它可以通過基因編碼的手段精確合成，在生命體中發揮豐富的功能。單結構域索烴的設計和合成方法為蛋白質工程提供了全新的策略，并具有更廣闊的設計空間和更好的可進化性，在工業酶工程和生物醫藥等領域具有廣泛的應用前景。

索烴化二氫葉酸還原酶的設計與生物合成（圖片來源于北京大學網站）

單原子催化劑與載體協同機制實現乙烯羧甲酯化

中國科學院大連化學物理研究所催化與新材料研究室張濤院士、王愛琴研究員團隊在單原子催化乙烯羧甲酯化反應研究方面取得新進展。相關成果發表于《美國化學會雜志》（Journal of the American Chemical Society）。乙烯羧甲酯化反應（乙烯、一氧化碳和甲醇反應生成丙酸甲酯）是工業上制備甲基丙烯酸甲酯的重要途徑。與傳統丙酮氰醇法、異丁烯氧化法等相比，這一方法具有原料來源廣、原子經濟性高、選擇性高等優勢。目前，反應仍廣泛使用鈀-膦配合物為催化劑，并以硫酸、甲磺酸等強酸為助劑，存在催化劑分離困難、設備腐蝕等問題。新開發的鉑單原子催化劑可在不添加酸助劑的條件下催化乙烯羧甲酯化反應，催化效果良好。

設計具有高熱穩定性的莫內林變體

天津大學生命科學學院劉斯、葉升團隊通過計算設計成功創造出4種能夠在沸水中仍保持甜度的莫內林（Monellin）突變體，解決了莫內林甜蛋白在開發中的一個重要挑戰。相關成果發表于《食品化學》（Food Chemistry）。莫內林是一種源自非洲植物漿果的小型植物蛋白，具有低熱量、高甜度和豐富營養的特點，是一種具有潛在高附加值的食品甜味劑。研究團隊最終得到4種突變體表現出顯著改善的熱穩定性，即使在沸水中加熱一小時后，這些突變體仍保持溶解。此外，它們在堿性、酸性和中性環境中表現出卓越的穩定性。這些發現強調了這些突變體在食品和飲料行業應用中的潛力。

構建明確配位結構的Co(CN)3

北京化工大學孫曉明、田書博、莊仲濱等人開展了Co(CN)3（三氰化鈷）晶體的精確可控合成研究。相關成果發表于《自然·催化》（Nature Catalysis）。研究團隊制備并精確表征了新型Co(CN)3微晶，并將其用作氧還原反應催化劑。晶體材料相對于非晶態氮摻雜碳材料的主要優勢在于其明確定義的長程有序性。這種特性能夠直接從晶體結構推斷表面配位環境，避免金屬配位數和構型因X射線吸收光譜及其擬合技術所產生的平均化。這項研究不僅展示了Co(CN)3微晶在燃料電池中的潛力，還因其極其精確的表面結構，為實驗上配位數與性能關系提供了參考系，為類似材料的設計、開發及標準化方面提供研究基礎。

物質結構

力學調控拓撲鐵電疇研究

北京理工大學王學云、洪家旺團隊在力學調控拓撲鐵電疇研究中取得新進展，解決了受拓撲保護的鐵電疇難以在室溫局域精準調控的難題。相關成果發表于《科學進展》（Science Advances）。拓撲缺陷作為一種具有拓撲保護的微結構，是研究體系對稱性與序參量演變的重要載體。在鐵電領域，拓撲疇/疇壁結構展現出新奇物理現象，形成了穩定的荷電疇壁，展現出半波整流效應、高頻交流導電特性等潛在應用前景，在多態存儲器和納米電子器件中具有潛在的應用價值。文章通過納米壓痕引入應力與晶格相互作用的馬格努斯力，使鐵電單晶中的渦旋疇呈現六重對稱的分布，進而拓展壓痕至劃痕，為鐵性材料的疇調控應用提供新思路。

納米壓痕調控單晶渦旋疇重新分布（圖片來源于北京理工大學網站）

氧化鉿材料電矩交換作用機制研究

吉林大學物理學院物質模擬方法與軟件教育部重點實驗室馬琰銘院士團隊的趙宏健等人與國際同行合作，在氧化鉿材料電矩間交換作用機制方面取得新進展。相關成果發表于《自然·通訊》（Nature Communications）。研究確認氧化鉿是承載電矩反對稱和對稱各向異性交換作用的候選材料體系。對稱性分析和第一性原理計算表明，氧化鉿呈現出豐富的非共線電矩排布狀態。通過建立三線性耦合模型，研究團隊證實氧化鉿的非共線電矩結構源于氧亞晶格結構畸變，這一畸變衍生出電矩反對稱和對稱各向異性交換作用。在此基礎上，研究團隊揭示了磁矩耦合模型和電矩耦合模型的相似性。

超快激光誘導納米光柵的形成機理

上海大學理學院物理系超快光子學實驗室戴曄團隊與國際同行合作，以“光與物質相互作用”中的“物質”（包括透明電介質、半導體和晶體等）為重點，介紹了近20年來超快激光誘導納米光柵的形成機理。相關成果發表于《材料科學進展》（Progress in Materials Science）。超快激光脈沖在透明材料加工領域內已經成為一種非常優異的加工工具，它可以誘導出具有高自由度和高空間精度的結構改性。文章基于材料化學組分對其周期性、納米孔尺寸、填充因子及相關的“光學性能”（納米光柵形成的起始/破壞的能量窗口、最大延遲量或者雙折射）和“技術性能”（誘導納米光柵的能量消耗、激光掃描速度及熱穩定性）進行分析總結。

發現自旋超固態及其巨大磁卡效應

中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心孫培杰研究組與中國科學院大學蘇剛、中國科學院理論物理研究所李偉、北京航空航天大學金文濤等人合作，通過極低溫下的熱力學測量、中子衍射實驗，結合量子多體理論計算，在鈷基三角晶格材料中發現了一種新型量子物態，即自旋超固態（兼具自旋固態序和自旋超流序）的關鍵實驗證據，并在自旋超固態相內觀測到了這一材料超越傳統順磁鹽的巨大磁卡效應。相關成果發表于《自然》（Nature）。此前，除了基于冷原子氣體的模擬實驗外，人們尚未在固態物質中找到超固態存在的可靠實驗證據。實驗結果顯示，新構建的磁場-溫度相圖和理論計算結果高度一致。

機械工程

蛋白質水下軟體機器人研究

上海交通大學錢志剛、夏小霞等人創制出可編程驅動的蛋白質水下軟體機器人。相關成果發表于《自然·通訊》（Nature Communications）。研究團隊提出可編程黏附及形變的設計原理，以基因工程節肢彈性蛋白為原料，通過分子間共價和動態離子鍵雙交聯、剪切誘導的有序化組裝，讓固有無序的節肢彈性蛋白實現從溶液向多級有序水凝膠的轉變。他們制備的水凝膠材料不僅具有水下黏附、自愈合、高延展、高強度等多重功能，而且擁有可編程的熱、光、磁刺激形變特性。材料實現蛋白質水凝膠兆帕級拉伸模量和十倍可延展性的有機統一，具備按需切換水下黏附和變形能力，從而讓以此為材質的原型機器人執行水下搬運、模型創口修補等復雜任務。

蛋白質水下軟體機器人的應用展示（圖片來源于上海交通大學網站）

驅動凝固液滴自發升高的機理研究

復旦大學航空航天系鄧道盛課題組開展凝固誘導溶質馬蘭戈尼流動驅動二元液滴自發升高研究。相關成果發表于《物理評論快報》（Physical Review Letters）。近年來，多組分液滴的動力學行為成為流體力學研究熱點之一。研究團隊開展了水/乙醇二元液滴壁面結冰實驗，觀察到與純水液滴結冰截然不同的“自發升高”結冰形貌。他們結合實驗中測量的液滴輪廓、溫度場和流場信息，揭示二元液滴結冰過程中，由于冰-水凝固分界線附近乙醇濃度富集，導致表面張力局部降低，進而提出溶質馬蘭戈尼效應驅動液滴自發升高的物理機理。研究結果有助于加深對多組分液滴動力學的物理理解，為多組分流體凝固相關的技術應用提供參考。

增材制造可降解金屬骨植入物

清華大學機械系溫鵬副教授課題組和中國人民解放軍總醫院第四醫學中心口腔科李巖峰教授團隊開展合作，開展用于治療感染性骨缺損的含載藥涂層的生物可降解鋅支架的體內外研究。相關成果發表于《今日材料生物》（Materials Today Bio）。鋅是人體必需的生命元素，世衛組織推薦健康成年人每天須攝取鋅15mg。鋅能夠在人體內安全降解，消除了植入物長期存在的隱患；適量的鋅離子可促進骨再生，同時起到抗菌消炎效果。研究團隊利用增材制造技術制備了可降解鋅合金多孔支架，從合金成分、孔隙設計和表面涂層多個方面調控了其降解行為，揭示了降解機制及其對骨再生的影響，并在動物試驗上實現了良好的促成骨效果。

新型超快激光器研究

中國科學院上海光學精密機械研究所梁曉燕等人在高重頻高功率超快激光器研究方面取得新進展。相關成果發表于《光學快報》（Advanced Materials）。大功率、大能量、窄脈寬的超快激光器對于科研和工業應用具有重要意義。大功率、大能量、窄脈寬的超快激光器對于科研和工業應用具有重要意義。研究團隊采用平凸柱面鏡混合腔結構，實現了自激振蕩抑制，設計并研制了高增益、高功率的板條放大器。實驗對脈沖的演化過程也進行了定性分析，認為來自激光器前端殘余的高階色散、放大器的增益濾波效應、展寬器和壓縮器之間三階色散的輕微失配，以及放大器中累積的非線性相移的綜合效應實現了高脈沖質量的輸出。