中科院科研進展2017

　　Ce基非晶合金的形成機理研究進展

　　非晶形成的機理以及熱力學、動力學和結構對非晶形成能力的影響是材料科學的重要問題之一，目前也是非晶材料和物理領域研究的重點方向之一。物理所汪衛華小組與美國North Carolina大學Wu Yue研究小組合作，采用核磁共振NMR 27Al 方法系統研究了微量元素Co摻雜對Ce基非晶形成能力的影響。研究結果證明鈰基非晶材料是由Al為中心的20面體cluster密堆組成的，這些cluster 的幾何對稱性對非晶形成能力有重要影響。微量元素Co摻雜對Ce基非晶形成能力的影響與Al原子所在位置的對稱性Co摻雜影響顯著改變相關聯，這表現為27Al NMR 測得的四極矩頻率隨著Co摻雜明顯下降。該項結果對于人們從微觀結構的角度認識非晶合金的形成能力，探索新的非晶材料具有重要意義。相關成果發表在 Phys. Rev. Lett.上。

　　單分子自旋態的量子調控進展

　　物理所高鴻鈞研究組與謝心澄研究員及英國合作者利用低溫掃描隧道顯微鏡及掃描隧道譜，在對吸附在金表面的磁性分子酞菁鐵的測量中，發現了Kondo溫度高于室溫的Kondo效應，并發現分子中心鐵原子在金表面的吸附位置對Kondo效應影響很大。他們發現酞菁鐵分子在金表面存在兩種吸附取向，雖然在分子中心測量的掃描隧道譜顯示兩種分子取向都存在Kondo效應，但是彼此卻存在很大差別。這種差別主要表現在：根據Fano理論擬合的Kondo溫度，以及掃描隧道譜在費米面附近的線型。第一性原理計算及實驗測量表明，兩種取向的分子中心鐵原子吸附在金表面的位置不同。他們的理論分析表明，分子中心鐵原子在金表面的吸附位置不僅影響局域自旋與自由電子耦合相互作用的強弱，而且還會影響掃描隧道譜測量中隧穿電子的通道。這是首次報道吸附位置對單分子Kondo效應的調控作用。該結果為單分子自旋態的量子調控提供了新思路。相關成果發表在Phys. Rev. Lett.上。

　　中美科學家揭示了自旋漲落和關聯與高溫超導的密切關系

　　銅氧化合物高溫超導體的機理問題是凝聚態物理中最具挑戰性的問題之一，對它的理解和認識將導致超導理論乃至固體物理的重大突破。物理所聞海虎小組與美國合作者在此方面取得重要進展，揭示了自旋漲落和關聯與高溫超導的密切關系。他們選擇電子型摻雜的高溫超導體PrLaCeCuO，在克服了很多的技術障礙之后，在寬溫區測量到高質量的超導態比熱數據，并準確獲得了凝聚能隨磁場的演化關系。利用中子散射實驗測量了磁激發譜上的共振峰，發現它被磁場壓制的規律與比熱測量到的超導凝聚能隨磁場的變化規律完全一致。磁場高于上臨界磁場以后，超導凝聚能和磁共振峰同時消失，隨之出現的是反鐵磁長程有序。實驗結果說明，高溫超導與磁漲落和磁關聯的密切關系，同時也說明配對是非同尋常的。此外，超導和反鐵磁長程序相互競爭，它們是磁漲落導致的兩種不同基態。這些重要發現將大大促進高溫超導機理的認識和發展。該成果發表在PNAS上。

　　有機半導體材料的設計、合成和場效應晶體管研究取得新進展

　　近年來，TTF衍生物作為有機半導體材料在有機場效應晶體管中的應用引起了人們極大的興趣。為改善場效應晶體管的電性能和器件的加工性能，化學所有機固體院重點實驗室的研究人員首先設計、合成了苯基無取代的線性苯并雙TTF化合物，并用溶液法制備了它們的OFET器件。這是第一次用低聚TTF化合物(雙TTF化合物)為活性層制備OFET器件，也是用溶液法制備TTF衍生物薄膜器件的有益嘗試。 Chem. Comm.將該論文選為“Hot Paper”，并以“有機場效應晶體管的新起點”(New horizons for organic field-effect transistors)為題進行了評論。在此工作的基礎上，研究人員又設計、合成了一類新型的TTF衍生物：二苯并TTF二酰亞胺。該類化合物具有剛性、平面的 p 體系，適中的給電子能力和豐富的衍生物種。場效應器件測試顯示：二苯并TTF二酰亞胺衍生物是一類高性能的空氣穩定的p型半導體材料。該論文在Adv. Mate.上發表后，被自然出版集團的網絡周刊以Research Highlights形式報道。相關研究成果申請了中國發明ZL。

　　蘭州重離子加速器冷卻儲存環取得重大進展

　　近代物理所承建的國家大科學工程——蘭州重離子加速器冷卻儲存環(HIRFL-CSR)工程實驗環調束取得重大進展，儲存束流的強度超過了設計指標，創造了國際回旋加速器+冷卻儲存環組合系統加速離子種類、最高能量和束流強度的新紀錄。路甬祥院長為此發去電賀。HIRFL-CSR工程主要建設內容包括注入線、主環(CSRm)、放射性束分離器、實驗環(CSRm)、實驗探測裝置、蘭州重離子加速器(HIRFL)原有裝置改造和建安工程等。這個大科學工程將為我國核物理、強子物理、原子物理和高能量密度物理的基礎研究和重離子輻照材料、生物(重離子治癌)及空間輻射等應用研究提供先進的實驗條件。它的建成體現了我國綜合科技實力的提高。

　　可控制備多功能化的導電聚苯胺空心微球研究取得新進展

　　化學所有機固體重點實驗室的研究人員在具有自主知識產權的“無模板”法制備微/納米結構導電聚合物的基礎上，在沒有添加任何有機或無機酸摻雜劑的條件下，通過改變氧化劑的氧化還原電位，成功地實現了導電聚苯胺納米纖維尺寸的可控制備，并總結出定性的經驗公式，為導電聚合物納米結構的自組裝和可控的制備開辟了一條簡單、易行的方法。隨后，他們選擇有機氟磺酸為摻雜劑，用無模板法制備了具有仿紅毛丹結構的空心聚苯胺微球，并提出了分別以氟磺酸的球形膠束和苯胺鹽的膠束為模板的協同效應的自組裝機理。該導電聚苯胺空心微球表現出優異的超疏水性能，不僅提高了導電聚苯胺的導電率的穩定性，而且還能保護腔體中的生物材料等不被污染和破壞。在生物、藥物等的無能量損失傳輸、微反應器、可控分離和釋放等領域具有廣泛的應用前景。相關研究結果發表在最新出版的Adv. Mater.上，并被選為封面文章。

　　生物分子馬達的分子組裝取得新進展

　　化學所膠體、界面與化學熱力學院重點實驗室的研究人員與德國馬普學會膠體界面研究所合作，利用分子組裝的方法和分子仿生的概念，在流體表面或生物基質中，進行仿生物膜結構的有序組裝，通過對組裝膜的結構與功能進行調控，使組裝體系在某種程度上具有生物膜的功能。這些組裝的仿生體系在作藥物和基因的輸送與可控釋放方面有潛在的應用前景。在上述工作的基礎上，利用層層組裝技術制備了尺寸和滲透性可控的中空聚電解質微膠囊，利用分子組裝技術將從植物中提取的生物分子馬達(ATP酶)組裝到磷脂修飾的微膠囊上。研究表明組裝后的體系使ATP酶保留其生物活性，通過改變體系的pH值控制跨膜質子流的梯度與強度，進而控制體系中ATP的合成。同時組裝的中孔聚電解質微膠囊可用作合成ATP的生物存儲器。該研究工作所建立的新的活性分子仿生體系，有助于進一步幫助研究ATP酶在生物體系中的功能以及構造新的納米生物器件。研究成果發表在近期出版的Angew. Chem. Int. Ed.上。

　　我國科學家發現SIRT1蛋白可以調控胰島素敏感性

　　緩解胰島素抵抗是目前防治2型糖尿病的主要途徑之一。SIRT1以前有報道在長壽、糖代謝和胰島素的分泌中起重要作用，但SIRT1對于胰島素敏感性的調控還不太清楚。上海生命科學院營養科學所翟琦巍研究組研究發現SIRT1蛋白水平在胰島素抵抗的細胞或組織中被下調，并且下調或抑制SIRT1可以導致胰島素抵抗。而上調SIRT1的蛋白水平，在已經發生胰島素抵抗的情況下，可以改善胰島素的敏感性。相似地，SIRT1的激動劑白藜蘆醇也可以改善胰島素的敏感性。小鼠實驗表明，較低劑量的白藜蘆醇(2.5毫克/公斤體重/天)可以顯著改善長期高脂飲食導致的胰島素抵抗。進一步的深入研究表明SIRT1對于胰島素敏感性的調控是通過在染色質水平下調PTP1B基因的轉錄來實現的。該研究結果為2型糖尿病的防治提供了重要線索。該成果刊登在10月份出版的Cell Metabolism上。

　　用量子點構建生物分子馬達體系檢測病毒取得進展

　　生物物理所樂加昌研究組和理化技術所唐芳瓊研究組在用“生物分子馬達——ATP酶”來制備多種顏色的量子點生物傳感器方面取得重要進展。他們首先將含載色體的細胞標定上綠色或者橙色對pH敏感的量子點，每一種載色體再與連接了不同病毒抗體分子的ATP酶結合；橙色的量子點對應皰疹病毒，綠色的量子點對應H9流感病毒。當一定量的病毒溶液分別加入到綠色和橙色的感應體系中，抗體抗原的作用激活ATP酶，可以將質子從載色體中泵到外面，對pH敏感的量子點的熒光強度就發生變化。尤為重要的是當綠色和橙色的生物傳感器混合在一起的時候，它們可以獨立地檢測自己對應的病毒分子而沒有任何干擾。這一點的重要意義在于，人們可以將這樣的生物傳感應器混合在一起，同時檢測多種不同的病毒。該研究成果發表在J.Phys.Chem.。這一發現加快了對于分子馬達與量子點的雜交體生物傳感器應用步伐，發展光學編碼新技術對生物的對多種生物目標測定的應用具有極高的理論價值。Nature Nanotechnology雜志在線評論：該成果對于復雜體系中多目標的即時監測具有重要價值。

　　我科學家在T細胞抑制天然免疫細胞炎癥反應方面取得突破性進展

　　天然免疫系統是人體抵御病毒入侵的第一道防線，在病毒感染的數小時內，天然免疫系統首先識別病毒并產生抗病毒的干擾素，同時產生炎癥反應。經典的免疫調控理論證明，這種天然免疫反應對于數天后產生的T細胞免疫并清除病毒感染起著至關重要的調控作用。生物物理所唐宏研究組和海外團隊付陽心研究組通過多年的研究, 發現在肝炎病毒感染的極早期(<2天)，未被激活的T細胞對于控制天然免疫細胞產生的炎癥反應期至關重要的抑制作用。病毒感染適應性免疫系統缺陷的裸鼠或剔除T細胞后的小鼠，小鼠因天然免疫系統被激活導致的炎癥因子飆升而死亡；過繼性輸入T細胞或者進一步剔除自然殺傷細胞(NK)后小鼠重新存活，炎癥反應也得到了有效抑制。這一發現加深了人們對于炎癥反應的認識，并提出了T細胞參與天然免疫反應的負性調控的新理論。這一發現同時對于臨床上深入了解病毒性感染的炎癥反應和病毒清除機理，免疫低下病人(新生兒，老年人，器官移植患者或艾滋病人)機會性感染的控制具有極高的理論價值。研究成果在線發表于9月23日的Nature Medicine上。

　　離子通道研究再獲新進展

　　作為現代臨床醫學的主要難題之一，慢性痛誘發和維持的機制至今不清。上海生科院神經所徐天樂研究員領導的課題組，繼2005年在Neuron上發表了ASICs是介導缺血誘導海馬皮層神經細胞損傷的重要分子后，最近段波、伍龍軍等人發現：在一種慢性痛模型(外周炎癥)中，脊髓背角神經元中ASIC1a的蛋白表達量明顯增加。行為學實驗表明，在這種慢性痛模型中，抑制脊髓背角ASIC1a通道或降低其蛋白表達，都產生明顯鎮痛效果；而這一系列處理，卻不影響對照組正常動物的生理性痛反應。通過與第四軍醫大學唐都醫院陳軍教授課題組合作，進一步發現ASIC1a通道之所以參與病理性痛覺傳遞，是因為過高表達的ASIC1a通道增加了整體動物脊髓背角神經元的興奮性和可塑性，最終導致中樞神經系統敏感化和慢性痛。上述研究結果揭示了生物體內痛覺誘發和維持的一種新機制，并且提示脊髓背角的ASIC1a通道可能成為研究鎮痛藥物的新靶點。該研究成果于10月10日在線發表于Journal of Neuroscience上。

　　我科學家提出分子相互作用網絡系統進化形成新模式

　　昆明動物所遺傳資源與進化國家重點實驗室(籌)何靜等，研究了脊椎動物motilin/ghrelin荷爾蒙及其受體基因家族的進化歷史，揭示了ghrelin/GHSR信號通路系統的保守性，以及新的motilin/MLNR信號通路系統的演化形成機制。由此他們提出了分子相互作用網絡系統進化形成的一種模式：新功能關系形成之前，通常存在基因共享，即一種分子參與到多個過程、多種分子間相互作用。基因重復產生了新的組分，其中一個被征募與已經存在的分子形成新的分子間相互作用，從而分化形成新的網絡關系；另一個則維持原有的網絡關系，并產生了功能的專化。這項工作對于理解復雜的分子相互作用網絡系統的形成機制提供了新的線索。該成果于近期發表在Molecular Biology and Evolution網絡上。

　　新型手性膦?螄亞磷酰胺酯配體的合成和應用研究取得新進展

　　?茁?螄芳基和?茁?螄烷氧基取代的?琢?螄烯醇酯膦酸酯的催化不對稱氫化是不對稱催化研究中的熱點，也是挑戰性的課題之一。到目前為止尚未發現催化劑能有效地催化該類底物的氫化。大連化物所鄭卓研究小組在最新的研究中，發展了一個新的基于四氫萘胺骨架的手性膦?螄亞磷酰胺酯配體并應用于?琢?螄烯醇酯膦酸酯的不對稱催化氫化反應中。研究結果表明，新的手性膦?螄亞磷酰胺酯/Rh配合物對各種類型的?琢?螄烯醇酯膦酸酯都顯示出極高的立體選擇性(98.9%—99.9%ee)和催化活性(S/C達到 2000)。這是目前該類底物氫化反應中最高效、適用范圍最廣的催化體系，對手性膦酸酯的合成和工業應用具有重要意義。研究結果發表在近期出版的Angew. Chem Int. Ed.上。

　　人眼安全自拉曼全固態激光器技術取得重大突破

　　由福建物構所林文雄研究員領導的研究小組在國家重大科技計劃項目支持下，經過3年多的技術攻關，近期完成了人眼安全自拉曼全固態激光器的研制。該項目采用了“復合異性腔自拉曼結構”等多項單元ZL技術和系統集成創新技術，獲得了10Hz重頻、2ns窄脈沖、31.8mJ能量的1538nm激光輸出，該研究水平比國際同類研究提高了近一個數量級，使該系統技術進入實用化階段。該研究成果發表在Optics Letters上，隨即引起國際同行的高度關注，被2007年6月出版的美國Photonics Spectra雜志編委作為特邀文章加以報道。

　　量子點單光子發射器件研究獲得重要突破

　　單光子源發射器件是實現量子密碼通信至關重要的核心器件之一。如何得到一種穩定的、高效的、可靠的單光子源已經成為量子通信和量子密碼實用化的一個瓶頸。要解決上述問題，迫切需要研制出高性能的單光子發射器件。半導體所超晶格國家重點實驗室相關研究人員成功實現了量子點的單光子發射：8K溫度下脈沖激光激發InAs單量子點，采用HBT (Hanbury Brown-Twiss) 延時復合計數光譜測試系統觀察到波長932納米的單光子發射，發射速率大于10KHz。這是國內半導體量子點單光子發射器件研究的重要進展。這一突破性進展是制備高性能微腔量子點耦合結構單光子發射器件邁出的關鍵一步。