物理机制

p 　　太赫兹波通常指频率处于0.1THz到10THz的电磁波。由于波段独特，太赫兹波在多各领域具有应用潜力，但如何产生可调谐的强太赫兹辐射源是一个长期存在的难题。近三十年的研究表明，等离子体可以把强激光转化成强太赫兹辐射源。其中，2000年提出的“双色场方案”，由于转换效率高和技术简单等优点，得到最为广泛的关注。在双色场方案中，一束常规的800nm激光穿过一块倍频晶体产生的400nm激光，后者与剩余的800nm激光混合，在大气中就能产生MV/cm的强太赫兹波。该方案自提出以来，其物理机制一直存在着争议，存在等离子体电流模型和非线性光学的多波混频两种不同的理论模型。同时，在所有的实验中，两束模型的激光波长比始终固定在2:1，是否能够将其推广至其它波长比尚不清晰。 /p p 　　中国科学院物理研究所、北京凝聚态物理国家研究中心光物理重点实验室L05组王伟民、李玉同和上海交通大学盛政明等人针对以上问题进行了理论和实验研究。2013年，他们首次从理论上预测了双色场方案可以推广到4:1、6:1等波长比。2017年，他们后续的理论工作进一步预测双色场方案可以推广到波长比为2n:1、(n+0.5):1系列(n为正整数)。基于上述理论工作，王伟民与首都师范大学张亮亮、张岩实验团队合作，首次在实验上证实了理论预测，演示了双色场方案在波长比为4:1和3:2时，也能够有效地产生太赫兹波。实验上还观察到，太赫兹波的偏振可以通过旋转较长波长激光的偏振进行调节，但是旋转较短波长激光的偏振时，该偏振调节方法失效 取不同的激光波长比时，太赫兹波能量满足相似的定标率。这些现象与多波混频理论模型给出的关于介电张量对称性、不同波长比条件下太赫兹波能量具有不同的定标率等预测相矛盾。相反地，以上两个实验结果与王伟民等人的等离子体电流模型结果一致：太赫兹波椭圆偏振率正比于(λ长/λ短)4 在不同波长比条件下，太赫兹波能量满足相似的定标率，并在激光强度比较低的情况下满足线性定标率。该系列工作进一步证实了其物理机制应主要归结为等离子体电流模型，对基于“双色场方案”的太赫兹辐射产生和调控具有重要指导意义。 /p p 　　相关研究成果发表在Phys. Rev. Lett.和Phys. Rev. A/E上。该研究得到了国家自然科学基金委、国家重点基础研究计划、中科院战略性先导科技专项、教育部激光聚变科学与应用协同创新中心等的资助。 /p p style=" text-align: center " img title=" 001.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/769c27db-eb3a-41e2-974f-bd8aa56c267c.jpg" / /p p 　　图1.左图中第一束激光波长为800nm，第二束激光波长在1200nm到1600nm间变化，发现太赫兹波能量峰值出现在1200nm和1600nm附近(波长比为3:2和2:1) 右图中第一束激光波长为400nm，当第二束激光波长为1600nm时，出现太赫兹波能量峰值，对应的波长比为4:1。在两幅图中“x”点为实验结果，实线为KLAPS粒子模拟(PIC)结果 /p p style=" text-align: center " img title=" 002.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/c63f7f30-2cd0-46f5-8861-7798530d377e.jpg" / /p p 　　图2.双色场方案中采用400nm和1600nm激光组合，两束激光初始偏振均在水平方向上，然后分别旋转1600nm激光的偏振(左图)和400nm激光的偏振(右图)，让其具有竖直方向的分量。在左图中随着1600nm激光的旋转角从0增加到90度，太赫兹波水平分量逐渐减小，竖直分量先增加再较小 在右图中随着400nm激光的旋转角从0增加到90度，太赫兹波竖直分量始终处于很低的水平。此实验结果与根据等离子体电流模型预测的太赫兹波椭圆偏振率正比于(λ长/λ短)4相符。在两幅图中“o”点为实验结果，实线为KLAPS粒子模拟(PIC)结果 /p p style=" text-align: center " img title=" 003.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/cb95bdae-1c43-4290-b1c4-6f88e6171142.jpg" / /p p 　　图3.太赫兹波能量?THz随激光峰值功率的变化，左图中激光波长比为4:1，右图中波长比为3:2。根据多波混频理论的预测，左图中?THz应该正比于(P1600nm)4，右图中?THz应该正比于(P800nm)2，实验结果不符合这些定标率。当激光功率比较低时(曲线的开始阶段)，在不同波长比情形均满足线性定标率，这与根据等离子体电流模型预测一致。在两幅图中“x”点为实验结果，实线为KLAPS粒子模拟(PIC)结果 /p

【科学背景】随着量子技术和纳米技术的迅猛发展，材料科学和凝聚态物理学中的许多新兴现象和应用逐渐引起了人们的关注。斯塔克效应（Stark effect），即外部电场引起的光谱线能量位移或分裂，是现代物理学中一个重要的概念。该效应最早由Johannes Stark在1913年发现，并因其对量子理论的显著贡献于1919年获得诺贝尔物理学奖。在凝聚态物理学中，斯塔克效应已经在各种固态量子系统中的激子（即电子和空穴的束缚对）中得到了广泛研究和应用。这些系统包括量子点、量子阱和范德华异质结构等。然而，尽管在激子斯塔克效应方面取得了显著进展，其他固态集体激发（如声子，即晶格振动的量子化激发）的斯塔克效应仍然未被揭示。声子在材料科学和凝聚态物理中扮演着至关重要的角色。它们不仅是热传导的主要载体，还在超导性、超快载流子动力学、非平衡现象以及磁性的超快控制等方面具有重要作用。尽管已有研究表明可以通过静电掺杂效应调控二维材料（如单层和多层石墨烯、单层过渡金属二硫属化物和黑磷）中的声子能量，但这些调控通常是非线性的且调制范围有限。因此，探索如何通过外部电场来有效调控声子能量，进而实现对材料性能的精确控制，是当前材料科学研究中的一个重要课题。为此，中科院物理所张广宇研究员，杜罗军研究员和Wang Yaxian（共同通讯作者）等一些科学家开始致力于研究声子的斯塔克效应。近年来，作者的研究团队在这方面取得了重要进展。相关研究在“Nature Communications”期刊上发表了题为“Observation of phonon Stark effect”的最新论文，引起了不小的关注！作者在二维量子固体双层2H-MoS2中首次观察到了声子的斯塔克效应。具体而言，当层间激子（IX）能量调节至其发射线附近时，双层2H-MoS2中的纵向声学（LA）声子模式在外部电场作用下发生线性红移，证明了声子的一级（也称为线性）斯塔克效应。显著的是，作者观察到的声子斯塔克效应非常巨大，频率变化可达约1&thinsp THz。这一发现不仅揭示了声子与层间激子之间的强耦合机制，还展示了通过电场调控声子态的有效方法。通过多体第一性原理计算，作者明确了声子斯塔克效应的微观起源，即声子与高度可调节的IX之间的强耦合。此外，作者还发现了由IX介导的电声子调制的发射强度，对于红外活性声子模式A2u，调制幅度高达约1200%。作者的研究不仅揭示了新兴的巨大声子斯塔克效应，还展示了通过IX介导机制实现声子态的有效电控制方法。这些发现为未来在电场可调谐声子激光器、热传输的动态控制和太赫兹声学-电子/光学器件等方面的应用奠定了基础。【科学亮点】1. 实验首次观察声子斯塔克效应：本研究首次在双层2H-MoS2中观察到由高效可调节栅极的层间激子（IXs）介导的线性声子斯塔克效应。具体来说，当IXs被调节至与其发射线共振时，LA(M)声子的能量开始随着施加的电场线性红移，证实了声子的一级斯塔克效应。2. 频率变化显著：实验发现，在实验可达的电场范围内，声子斯塔克效应的频率变化可以达到约1&thinsp THz，这表明了一个极其显著的效应。这种巨大频率变化的观察为进一步研究声子调控提供了新的方向。3. 多体第一性原理计算验证：通过多体第一性原理计算，研究团队揭示了LA(M)声子和IXs之间的强耦合是导致巨大声子斯塔克效应的根本原因。这种理论验证不仅支持了实验结果，还深入解释了声子斯塔克效应的微观机制。4. 发射强度重整化：实验还发现，对于红外活性A2u(Γ)声子模式，通过IXs介导的声子发射强度重整化可达到约1200%。这一结果表明，IXs不仅影响声子的能量，还显著调制了其发射强度，展示了IXs在声子工程中的潜力。5. 广泛应用前景：本研究展示了由IXs介导的新兴声子斯塔克效应和声子工程机制，并提出这种机制可以应用于广泛的固态量子系统，如TMD本征和异质结构。这一发现为未来许多体物理学现象和新颖应用（如声子激光器和太赫兹声学-电子器件）奠定了基础。【科学图文】图1：双层2H-MoS2中IXs的量子限制Stark效应。图2. 声子Stark效应的观察。图3. 声子和IXs之间的强耦合。图 4：声子强度的电调制与Davydov分裂。【研究结论】本研究揭示了声子斯塔克效应的新机制，并展示了由层间激子（IXs）介导的声子斯塔克效应对声子态的有效控制。首先，作者的实验首次在双层2H-MoS2中观察到了声子斯塔克效应，这一发现拓展了作者对固态集体激发的理解。通过实验发现，当IXs与声子的发射线共振时，外部电场导致声子能量的线性红移，从而实现了对声子态的有效调控。其次，作者的多体第一性原理计算进一步揭示了这一现象的微观机制，即LA(M)声子与IXs之间存在强耦合，导致了巨大的声子斯塔克效应。最后，作者还观察到了对红外活性声子模式的强度调制效应，进一步丰富了对声子态的控制手段。这些发现不仅拓展了声子斯塔克效应的研究领域，也为声子调控和声子工程提供了新的思路和方法。基于这一机制，作者可以进一步探索在其他固态量子系统中的应用，如TMD本征和异质结构，从而推动了声子激光器、太赫兹声学-电子器件等新型技术的发展。原文详情：Huang, Z., Bai, Y., Zhao, Y. et al. Observation of phonon Stark effect. Nat Commun 15, 4586 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-48992-w

近日，《美国化学会志》期刊在线发表了中国科学院生物物理研究所王江云课题组与上海科技大学刘志杰和华甜课题组的研究论文。该研究首次通过基因密码子扩展方法，在昆虫细胞表达系统中实现含氟非天然氨基酸（3-三氟甲基-L-苯丙氨酸，mtfF）的插入，并成功用于大麻素受体CB1别构调节机制的研究。　　氟原子由于具有对蛋白质环境变化高度敏感、100%天然丰度及没有背景信号等特点，被广泛用于蛋白质动态构象的研究。目前利用19F-NMR检测蛋白质动态构象主要通过蛋白质的半胱氨酸标记含氟原子的基团，进而实现信号检测。但是这需要在目标蛋白表面感兴趣的标记位点存在可接近的半胱氨酸残基，同时要将其他所有暴露在表面的半胱氨酸残基突变掉，这将会影响蛋白质的结构稳定性。半胱氨酸介导的位点特异性标记对于含有少量半胱氨酸残基的蛋白质来说是方便且通用的。然而，近2/3的人类GPCR含有超过10个半胱氨酸残基，并且所有暴露于表面的半胱氨酸残基的突变可能会对目标蛋白造成显著的结构扰动。此外，隐藏在蛋白质疏水核心内的残基不能通过这种方法进行标记。基于半胱氨酸标记方法局限性，发展简单便捷的真核系统蛋白质氟探针标记方法对研究真核生物蛋白质构象十分重要。　　大麻素受体CB1是人大脑里表达量最高的GPCR之一，调控多种重要的生理活动，是治疗神经和精神类疾病、肥胖等的重要靶点。刘志杰/华甜课题组一直聚焦于大麻素受体结构与功能的系统性研究，在过去几年中成功解析了大麻素受体CB1和CB2在拮抗状态、类激活和激活状态下的三维结构，揭示了正构调节配体对大麻素受体的作用机制。为了进一步探究别构调节剂对CB1的调控机理以及不同配体如何对GPCR的动态构象进行调控等科学问题，王江云课题组与刘志杰/华甜课题组以及iHuman研究所核磁共振实验室副研究员刘东升合作，利用基因密码子扩展方法，首次获得真核细胞内识别含氟非天然氨基酸的mtfF-氨酰-tRNA合成酶，在昆虫细胞中实现CB1构象变化敏感位点的标记。借助上海科技大学iHuman研究所核磁共振平台，探究了不同正构配体以及别构调节剂Org27569对CB1的动态构象变化的调控，首次发现了Org27569和激动剂如何在CB1激活过程中协同稳定以前未被识别的前激活状态。　　通过团队的密切合作和不懈努力，使用19F-NMR破译了受体的动态过程和多态性，同时结合X-射线晶体学方法，揭示了别构调节剂Org27569对CB1的独特调控机理，提出了CB1的激活和别构调节模型，尤其是Org27569和胆固醇分子在CB1激活过程中扮演的角色。基因编码的非天然氨基酸mtfF方法的建立可广泛用于GPCR动态构象变化研究的标记系统，也可以用于其它真核蛋白质动态构象的研究。　　该研究得到国家自然科学基金委和国家高技术研究发展计划资助项目的支持。　　论文链接

近日，中科院大连化学物理研究所分子反应动力学国家重点实验室、大连光源科学研究室(二十五室)袁开军研究员团队与北京航空航天大学郭洪波教授、李介博副教授等合作，发现了MXenes中电子能量弛豫新通道，揭示了MXenes电子—声子相互作用新机制。该成果对设计等离激元新材料，实现材料高效光电、光热转化等提供了新思路。等离激元是金属表面电子的集体振荡，在金属纳米材料中比较常见。研究电子和声子之间相互作用机制对理解等离激元的能量弛豫至关重要。文献报道了两种典型的电子能量弛豫过程。在贵金属纳米材料中，等离激元弛豫产生非热电子，随后非热电子通过电子—电子散射使电子热化，热化电子通过与声子作用将能量传递到声子，该过程发生在几皮秒(10-12s)时间尺度。在石墨烯材料中，等离激元在几十飞秒时间尺度内直接将能量转移给声子。 　　本工作中，合作团队采用飞秒瞬态吸收谱捕获了MXene材料等离激元的能量弛豫过程。本研究通过监测电子和声子的动力学弛豫，发现了不同的能量传输通道，即等离激元弛豫产生非热电子，随后非热电子在百飞秒时间尺度直接将能量传递给声子，而不经过电子—电子散射过程。此外，团队还通过实验观测到MXene两种声子振动模式被有效激发，其布居与激发光波长相关。 　　相关成果以“Simultaneous capturing phonon and electron dynamics in MXenes”为题，于近日发表在《自然—通讯》(Nature Communications)上。该工作的第一作者是大连化学物理研究所博士后张琦。该工作得到国家自然科学基金委、辽宁省兴辽英才计划等项目的资助。

【科学背景】莫尔材料是通过旋转或晶格错位设计的高度可调的强关联二维材料，因其在拓扑和电子关联效应方面的独特特性成为了研究热点。然而，其存在的主要挑战在于理解和控制这些材料中出现的复杂电子相行为。莫尔材料中的平坦能带结构极大地增强了库仑相互作用，导致一系列集体电子相的产生，包括相关绝缘体、非常规超导体和拓扑相。这些相的微观机制复杂多样，且往往对环境参数（如温度、外磁场和电场）非常敏感，使得实验研究和理论建模都面临巨大挑战。有鉴于此，美国普林斯顿大学Kevin P. Nuckolls & Ali Yazdani教授两人在“Nature Reviews Materials”期刊上发表了题为“A microscopic perspective on moiré materials”的研究论文。科学家们提出了多种局部探测技术以深入研究莫尔材料中的电子相行为。例如，局部光谱学、热力学和电磁探测技术被广泛应用于探测这些材料中的电子态和相变。具体而言，扫描隧道显微镜（STM）和扫描透射电镜（STEM）等局部探测工具能够直接观察到莫尔材料中的局部电子态和结构变化。这些技术帮助科学家揭示了莫尔材料中相关绝缘体、广义Wigner晶体、非常规超导体、莫尔铁电体和拓扑轨道铁磁体等多种电子相的形成机制。通过这些研究，科学家们不仅识别了莫尔材料中的基本物理机制，还发现了一些通过传统全局探测手段无法观察到的脆弱量子相。此外，新开发的局部电荷传感和量子干涉探针技术进一步揭示了莫尔材料中的新物理可观测量。【科学亮点】1. 实验首次通过旋转或晶格失配设计出莫尔材料，产生了高度可调的二维材料平台。&bull 莫尔材料通过相同二维原子晶体的旋转错位或不同二维原子晶体的晶格失配设计而成。&bull 这些材料形成了长波长的干涉图案，导致平坦的电子能带，非常有利于相关的集体物质相的形成。2. 实验揭示了莫尔材料中的电子关联效应和拓扑保护特性。&bull 莫尔材料中，电子之间的库仑相互作用主导系统的动力学，使得相关相得以形成。&bull 这些材料的低能带结构由与六方原子晶格相关的狄拉克物理描述，具有内在的自旋-轨道耦合，有利于拓扑特性。3. 实验通过局部光谱学、热力学和电磁探测技术，发现了多种奇异的电子相态。&bull 这些技术揭示了相关绝缘体、广义Wigner晶体、非常规超导体、莫尔铁电体和拓扑轨道铁磁体等奇异相的基本机制。&bull 局部探针技术，如局部电荷传感和量子干涉探针，揭示了新的物理可观测量，发现了脆弱的量子相态。4. 实验展示了旋转错位和晶格失配设计的多样性及其产生的丰富物理现象。&bull 旋转错位设计涵盖了多种莫尔同质双层和多层结构，包括扭曲单层、双层、三层、四层和五层石墨烯，以及扭曲的过渡金属二硫化物（如WSe2、WS2、WTe2和MoTe2）。&bull 晶格失配设计涵盖了对准的异质双层TMDs（如WSe2/WS2和MoTe2/WSe2）和对准的石墨烯/六方氮化硼（hBN）异质结构。【科学图文】图1：莫尔材料的相图。图2. 在双层魔角石墨烯中，电子跃迁的平坦电子带和级联。图3. 在莫尔石墨烯中的相关绝缘体。图 4：在莫尔过渡金属二硫属元素化物中，相关绝缘体的成像。图5：在莫尔石墨烯中，相关驱动拓扑相的局部传感。图6: 成像轨道铁磁性和莫尔铁电性。图7: 在莫尔石墨烯中，非常规超导电性的光谱探针。【科学结论】本文展示了莫尔材料作为一种新兴材料类别在量子材料领域中的引人注目的研究前景。通过对莫尔材料的局部探测和研究，揭示了其复杂的电子相态和奇异性质，为我们理解强关联量子系统提供了独特的视角。特别是，莫尔材料展现了拓扑和关联效应的独特结合，产生了许多未曾在自然界其他材料中观察到的新奇电子相。本文呼吁进一步发展新的局部探针技术，以解决现有技术的局限性，促进对莫尔材料的更深入理解。同时，强调了继续在莫尔材料中寻找和理解未实现的奇异量子相的重要性，特别是对零磁场下稳定的分数Chern绝缘体（FCIs）的研究。这将推动我们对莫尔材料及其潜在应用的全面认识，为未来量子材料研究和技术应用开辟新的可能性。原文详情：Nuckolls, K.P., Yazdani, A. A microscopic perspective on moiré materials. Nat Rev Mater (2024). https://doi.org/10.1038/s41578-024-00682-1

近日，中国科学院精密测量科学与技术创新研究院郑安民研究团队在沸石分子筛限域扩散领域取得新进展。该研究利用分子筛限域环境实现长链烷烃分子自由度的精准调控，通过分子“悬浮”效应实现其超快扩散。相关研究成果发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。　　亚纳米级别的多孔材料是典型的限域反应器，其中，吸附质的物理化学性质与常规体相下有显著差异。前期研究表明，分子筛限域孔道中的扩散系数与常规体相下呈现出跨越数量级的区别。常规情况下限域孔道会抑制分子的扩散，进而影响催化剂的反应和分离效率。如何在这种限域空间中实现快速的扩散是催化和分离工艺中亟待解决的难题, 也是近年来科学家的目标。　　该团队基于多尺度理论模拟发现，在一定孔径范围内，分子筛限域孔道中存在孔径越大长链烷烃扩散越慢的反常扩散现象。受到超级高铁运行原理的启发，科研人员建立了一系列亚纳米直孔道模型，确定了长链烷烃实现快速扩散的条件——客体分子“悬浮”在孔道正中心运行并保持线性构型（图1）。研究人员根据该模型筛选出一系列真实存在的孔径适中的分子筛（TON、MTW、AFI和VFI），验证了这一理论模型的正确性。进一步，研究基于主客体相互作用、弯曲角度、扩散轨迹和扩散自由能分析（图2），揭示了调控长链分子自由度达到分子“悬浮”的条件从而实现超快扩散的微观机理。该团队进一步与中科院大连化学物理研究所叶茂团队合作，基于吸附速率法扩散实验验证了分子筛中长链烷烃的超快扩散行为。在TON、MTW和AFI分子筛中短链（C4）和长链烷烃（C12）的扩散趋势与孔径呈现出完全相反的状态：短链烷烃的扩散系数随着孔径的增大而增加，而长链烷烃的扩散系数随着孔径的增大而减小。该工作利用红外实验验证了不同孔径中长链分子的形变差异（小孔径中分子形变较小，大孔径与之相反），这与分子动力学模拟的结论一致，揭示了线性长链烷烃在限域孔道中的超快扩散机制。　　本工作根据超级高铁的运行原理结合限域分子的扩散“悬浮”效应，设计出长链烷烃的超快扩散模型，将其推广到分子筛筛选体系中，并结合理论和实验证实了该模型的可行性和准确性。这为限域孔道中长链分子的扩散调控提供了新视角，也为分子筛的设计和筛选提供了理论指导。研究工作得到科技部和国家自然科学基金的支持。

近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员江凌团队利用自主研制的纳米气溶胶质谱实验方法，研究了蒎烯在大气环境条件下的气溶胶生长过程，揭示了大气污染物NO2和SO2对β-蒎烯光氧化产生二次有机气溶胶的作用机制，为理解生物源挥发性有机物在城市上空形成气溶胶的成核机理提供了新思路。相关成果发表在《环境科学学报》上。排放到大气环境中的污染分子（VOC，SO2等）可以与大气中的水、氧气等发生化学反应，从而生成各种气溶胶颗粒。在高污染强氧化性背景下，气溶胶颗粒发生爆发式增长，形成雾霾。而雾霾成核的关键步骤是分子形成气溶胶过程，所以精确测量气溶胶新粒子的化学成分和成核机制对理解雾霾的形成和生长机理具有指导意义。生物源排放的β-蒎烯的全球年释放量为18.9Tg，与人为源排放的污染物（NO2、SO2等）光氧化反应会产生大量的二次有机气溶胶（SOA），对太阳辐射、降雨、人类生命健康等有着重要影响。江凌团队近年来自主研发了基于大连极紫外自由电子激光（大连相干光源）的纳米气溶胶质谱实验方法，实现了气溶胶新粒子生成过程中成核前驱体的化学组成及其动态变化的高灵敏探测，为研究污染物分子如何一步步成长为雾霾提供了新的实验方法。本工作中，江凌团队利用上述实验方法，研究了人为源污染物对生物源污染物（β-蒎烯）光氧化产生SOA的影响规律。研究发现，在β-蒎烯低浓度和高浓度情况下，NO2对SOA的质量浓度和数量浓度均有促进作用，这可能是由于随着NO2光解产生的O3浓度增加，有助于产生更多的O3氧化反应产物，从而加快了SOA的成核和生长。而SO2的作用主要是提高了SOA的质量浓度，这可能是由于氧化过程早期形成的粒子对新形成的气溶胶有凝并和清除作用。该项研究揭示了蒎烯的光氧化反应机制，为深入研究各种生物源污染物和人为源污染物的相互作用机制提供了新策略。

脱氧核糖核酸（DNA）是生命体的遗传物质，决定生物的特征和多样性。生命的遗传信息存储在由腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）四种碱基组成的DNA序列中。1977年前苏联科学家在感染蓝细菌的一株噬菌体中发现由2,6-二氨基嘌呤（Z）、G、C、T组成的DNA，该类特殊DNA中的Z完全取代了正常的A，且Z与T配对形成更稳定的三个氢键，极大地改变了DNA的物理化学特征。长期以来，特殊DNA的合成机制及存在的普遍性和生理意义一直是未解之谜。　　国家重点研发计划“合成生物学”重点专项“新天然与人工产物的定向挖掘和高效合成的平台技术”项目在该特殊DNA的合成机制研究上取得重大进展。天津大学研究团队联合上海科技大学、美国伊利诺伊大学等研究团队，解析了该特殊DNA的合成机制，其中包括关键酶参与的2,6-二氨基嘌呤脱氧核糖核苷酸（dZTP）的生成和脱氧腺苷三磷酸（dATP）的消除，并发现这种特殊DNA遍布全球，大量能感染细菌的噬菌体都含有这种DNA。该研究还发现该特殊DNA可以规避识别位点中含有A的限制性内切酶的切割，因此含有该种特殊DNA的噬菌体可以逃避宿主的免疫防御从而具有进化优势。　　该项重大发现对生命起源、物种进化、系统生物学的研究具有重要理论意义，在超级耐药菌感染的治疗、绿色无抗生素畜牧饲料和食品保存技术开发、新型纳米材料制备、DNA信息存贮等领域具有潜在应用价值。该研究成果近期发表在《Science》杂志上。 　　论文链接：https://science.sciencemag.org/content/372/6541/512.full　　注：此研究成果摘自《Science》杂志，文章内容不代表本网站观点和立场，仅供参考。

中科院上海技物所红外科学与技术重点实验室胡伟达、苗金水团队与宾州大学德普贾瑞拉教授合作，通过耦合局域场调控二维原子晶体能带，实现硒族半导体/硅半导体异质结隧穿电子的有效操控，为混合维度异质结构在高性能电子与光电子器件研制方面提供了理论与实验基础。相关成果于2022年10月28日以“Heterojunction tunnel triodes based on two-dimensional metal selenide and three-dimensional silicon”为题发表在国际期刊《自然电子学》（Nature Electronics）杂志。半导体中电子的输运（漂移、扩散、隧穿等）对电子与光电子器件有着重要的影响。近年来，二维原子晶体因其外场可调的物理性质，为突破电子与光电子器件的性能极限提供了机遇。然而，二维/三维异质结器件中电子的产生与复合、隧穿等动力学过程以及外场调控机制尚不清晰，多功能器件的研制有待进一步发展。针对上述问题，上海技物所研究团队利用二维原子晶体无表面悬挂键以及能带结构易受局域场调控的物理特性，研究了二维硒族原子晶体与硅半导体异质结中隧穿电子在栅极电压与漏极电压协同调控下的输运行为。通过电容耦合的局域电场操控半导体异质结的能带结构，实现了电子band-to-band隧穿效率的有效操控，并成功观测到负微分电导与齐纳击穿现象。基于二维/三维异质结构的器件，实现了6.4mV/decade的极低亚阈值摆幅以及高的电流开关比（106）。苗金水研究员为该论文的第一兼通讯作者、德普贾瑞拉为共同通讯作者。

近日，中国科学技术大学董振超研究小组在探究针尖增强单分子拉曼光谱的化学增强与猝灭机制方面取得新进展。相关成果以“Chemical Enhancement and Quenching in Single-Molecule Tip-Enhanced Raman Spectroscopy”为题作为热点文章发表在Angew. Chem. Int. Ed.上。 　　表面增强拉曼光谱(surface-enhanced Ramanspectroscopy, SERS)具有显著的信号增强特性，能够在单分子尺度提供目标材料丰富的化学指纹信息，因此被广泛应用于物理、化学、材料、生物等领域的物种识别与结构研究。SERS增强机制通常分为两种：局域等离激元场激发产生的物理增强以及分子–金属之间电荷转移诱导的化学增强。物理增强在SERS信号增强中起主导作用，对其电磁场物理增强图像的理解已经比较透彻。化学增强不仅能在物理增强的基础上进一步增强分子拉曼信号，而且往往会对谱型产生影响。然而，尽管经过近半个世纪的大量SERS研究，化学效应对拉曼信号的具体影响机制仍然不够清晰。这主要是因为化学机制比较复杂，跟单个分子与金属表面之间的局域相互作用密切相关，而且其贡献相对较小，并常常与物理增强效应共存，难以分割和评估。存在这些困难在一定程度上是因为SERS技术难以对这种局域相互作用进行精准表征和控制。因此，迫切需要开展局域环境清晰明确的单分子拉曼实验，以便精确调控单个分子的局域化学环境，深入研究化学效应对拉曼信号的影响。 　　2013年，董振超研究小组首次在超高真空和液氮温度下展示了亚纳米分辨的单分子拉曼成像技术[Nature 498, 82 (2013)]，通过针尖局域电磁场调控将具有化学识别能力的光学成像空间分辨率提高到了一个纳米以下(~0.5nm)。这一结果在一定程度上颠覆了当时人们对于光学成像分辨率和光场限域性的固有认知，极大推动了针尖增强技术和相关纳米光子学领域的发展。在此基础上，2019年，该研究小组通过发展液氦条件下工作的低温超高真空针尖增强拉曼光谱(tip-enhanced Ramanspectroscopy, TERS)系统，进一步对针尖尖端高度局域的等离激元场进行精细调控，将空间分辨率提高到了1.5 Å的单个化学键识别水平，并基于这项技术提出了一种重构分子化学结构的新方法¾埃级分辨的扫描拉曼显微术[National Science Review 6, 1169−1175 (2019)]。 　　最近，为了深入探究化学效应对拉曼信号的影响机制，该研究小组利用所发展的高分辨TERS技术，通过精心设计和构建四种不同的清晰明确的单分子局域接触环境(图1)，探究了单个ZnPc酞菁分子在不同接触环境下的拉曼响应，并结合理论计算揭示了基态电荷转移引起的TERS增强以及界面动态电荷转移诱导的拉曼猝灭的新机制(图2)。图1.单分子TERS实验示意图和四种不同的分子局域接触环境。图2.基态电荷转移引起的TERS增强与界面动态电荷转移诱导猝灭效应。他们发现，当针尖与氯化钠表面单个平面型ZnPc分子进行“弱”的点接触时，TERS信号会被显著增强，与此同时，针尖增强光致荧光(tip-enhanced photoluminescence, TEPL)信号迅速猝灭。TERS和TEPL信号演化表明针尖与分子之间的接触产生了化学相互作用。他们对此提出一种新的物理化学联合作用机制，即针尖与分子的点接触会产生基态电荷转移过程，在与表面垂直的方向上诱导出可观的拉曼极化率，而且该垂直极化偶极还会进一步与纳腔等离激元的垂直电场耦合产生增强的拉曼信号。这种新的增强机制不仅超越了传统的纯化学效应机制，而且也不同于之前普遍认为的在化学增强过程中占主导地位的共振电荷转移机制。另一方面，当分子与金属衬底进行“强”的面接触后，TERS信号严重猝灭，特别是对于分子的面内振动信号。结合DFT理论计算表明，这是由于分子与金属衬底之间的轨道杂化引起的动态界面电荷转移以及表面电磁场屏蔽效应所导致的拉曼极化率的减弱，并且前者起主导作用。但是，通过进一步与针尖产生“弱”的点接触，猝灭的拉曼信号能够被有效“拯救”，这同样是因为上面所提及的基态电荷转移诱导的物理化学机制的联合作用所致。需要强调的是，如果分子与金属衬底的相互作用很弱(例如物理吸附的情况)，或者分子垂直吸附在金属表面，这时由于动态界面电荷转移诱导的拉曼极化率的减弱效应会变得很小，预计将不会出现拉曼猝灭现象。 　　该研究小组还进一步开展了偏压和波长依赖的TERS光谱演化研究，证明了基于基态电荷转移的物理化学联合作用机制的正确性。值得注意的是，对于非共振情况下的针尖−分子点接触构型，体系的拉曼信号在纳腔等离激元场增强的基础上，还将获得超过300倍的极大电荷转移化学增强。 　　该工作不仅为理解化学效应诱导的TERS/SERS增强与猝灭现象提供了新的视角，澄清和深化了人们对化学增强机制的认识，而且展示了一种通过针尖−分子原子级点接触增强拉曼信号的方法，将对本征拉曼信号微弱的分子(例如生物分子)的化学探测和识别具有重要意义。 　　文章的第一作者是中国科学技术大学博士后杨犇和特任副研究员陈功。该研究工作得到了基金委、科技部、中科院、教育部、安徽省等单位的支持。

近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所纳米材料与器件实验室丁古巧团队在石墨烯量子点制备及荧光机制研究方面取得进展。该工作深化了关于石墨烯量子点发光机理的认知，阐释了多变量体系下机器学习辅助材料制备成果所包含物理内涵。相关研究成果以Precursor Symmetry Triggered Modulation of Fluorescence Quantum Yield in Graphene Quantum Dots为题，发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。近年来，以石墨烯量子点为代表的碳基量子点材料因独特的sp2–sp3杂化碳纳米结构，表现出优异的光学、电学、磁学的性质。在石墨烯量子点“自下而上”法制备中，多变量反应体系使其在合成与机制领域面临挑战。此外，机器学习以高效的分析算法和模型在复杂体系分析、新型材料设计等领域展现出优势。然而，由于缺失具备实际物理内涵的结构特征描述符，机器学习仅能得到难以阐释物理内涵的数学模型。这限制了机器学习在相关研究中的可迁移性和实用性。石墨烯粉体课题组博士研究生陈良锋、副研究员杨思维结合群论在分子结构描述上的优势，通过控制变量实验与结构化学理论的结合，将具有实际物理含义的描述符应用于机器学习，揭示了石墨烯量子点的前驱体结构与荧光量子产率间关联的物理内涵。该研究利用高结构刚性sp3前驱体与柔性sp2结构前驱体之间的“自下而上”反应，实现了石墨烯量子点中sp2-sp3杂化碳纳米结构的调制。研究结合热动力学理论，阐明了sp3刚性结构能够通过抑制非辐射跃迁过程提高石墨烯量子点量子产率。进一步，研究借助群论在描述分子结构方面的优势，结合主成份分析，明确了石墨烯量子点制备过程中影响石墨烯量子点荧光量子产率的三个决定性因素——结构因子、温度因子和浓度因子。与以往基于机器学习的研究工作相比，该团队基于群论的进一步研究，揭示了机器学习结果中分子的简正振动是前驱体对称性作用于石墨烯量子点量子产率增量的核心物理机制。基于上述原理的指导，该研究首次证明了分子振动的正常模式是前驱体的结构特性作用于 GQDs 荧光量子产率的核心机制。这一石墨烯量子点的光致发光性能在荧光信息防伪加密中具有应用前景。研究工作得到中国科学院青年创新促进会、上海市科学技术委员会以及集成电路材料全国重点实验室开放课题等的支持。

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近日，中国科学院合肥物质科学研究院健康与医学技术研究所研究员杨武林课题组在肿瘤发生机制领域取得新进展，发现促进非酒精性脂肪性肝炎发生恶性转变的代谢调控机制。　　脂肪肝是肝细胞内脂肪堆积过多常见肝脏病理改变。脂肪肝病一般分为酒精性脂肪肝和非酒精性脂肪肝两类。由于膳食和生活方式的改变，非酒精性脂肪肝病逐渐成为脂肪性肝病的主要形式。非酒精性脂肪性肝病的进展有多个阶段，其中非酒精性脂肪性肝炎NASH阶段是疾病不良发展的关键阶段，或直接进展为肝癌。　　课题组从模拟人脂肪肝病演化的STAM小鼠模型出发，分析病变各阶段的基因表达模式和基因集变异，发现NASH阶段发生致癌信号的广泛激活，同时伴随有调控脂肪酸代谢的LPL/FABP4/CPT1信号轴的特异上调。二者协同作用将利于肿瘤起始细胞的发生，促进恶性转变。体内实验表明，对LPL/FABP4/CPT1信号轴的抑制可有效延缓STAM小鼠的肝肿瘤生长。细胞试验显示，靶向代谢轴的抑制剂可显著降低肝癌干细胞的自我更新和增殖能力。　　该研究提示脂肪酸代谢信号轴的激活是肝癌起始细胞形成和维持的重要因素，而靶向此信号轴可能为NASH相关肝细胞癌的预防提供一个潜在方向。　　相关研究成果在线发表在International Journal of biological sciences上。研究工作得到国家自然科学基金、安徽省医学物理重点实验室基金等的支持。　　论文链接

流体就像地球内部的“血液”，对于物质和能量的传输发挥重要作用。尤其是在地球深部的高温高压条件下，所形成的超临界地质流体，具有复杂的成分和结构、超常规的物理化学活性，可以促进地球深部物质循环，迁移元素富集成矿。然而超临界流体实验研究难度很高，目前国内外对超临界流体的演化行为仍严重缺乏了解。　　在国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项的支持下，中国科学技术大学倪怀玮教授团队利用水热金刚石压腔原位观测了硅酸盐-水体系超临界流体随温度和压力降低而发生的相分离过程，首次发现超临界流体旋节分解和熔体网络形成机制，旋节分解机制可以极大地提高熔体和流体相分离的效率，熔体网络结构有利于矿物结晶时同时捕获不同比例的硅酸盐熔体和富水流体形成一系列成分有别的流体包裹体，揭示了一种全新的超临界流体演化机制，对岩浆热液矿床的形成具有重要指导意义。

近日，大连化学物理研究所复杂分子体系反应动力学研究组(1101组)杨斌副研究员与山东大学刘锋研究员等合作，开发出了具有高效白光发射的新型双钙钛矿材料，并制备了基于该材料的单组分暖白光发光二极管(LED)。电气照明占全球电力消耗的15%，释放了全球5%的温室气体。采用更加高效、低成本的照明技术可缓解能源、环境危机，助力实现“双碳”目标。目前，绝大多数白光LED技术主要依靠蓝光LED激发多组分荧光叠加的方式产生白光，因此很容易出现显色性差、发光效率低、有害蓝光成分高、白光光谱不连续等问题。开发高效单组分白光材料被认为是解决以上问题的关键。研究人员发现，非铅金属卤化物双钙钛矿材料可在低温溶液法制备，生产成本低。此外，由于自身结构的限域以及强烈的电—声子耦合效应，双钙钛矿材料具有独特的自陷激子特性(STE)，其复合发光表现出较大的斯托克斯位移及宽带光发射，从而表现出白光发射的特点。在本工作中，科研人员通过利用有机分子4, 4-二氟哌啶(DFPD)和碱金属之间的强化学键，制备了具有一维结构的(DFPD)2MIInX6 (MI= K, Rb X= Cl, Br)双钙钛矿化合物。其中，DFPD+不仅作为有效的层间间隔物来平衡电荷，而且可作为构成金属卤化物八面体的关键组分。特别地，(DFPD)2MIInX6中的电子态在空间上被限制在单个八面体中，产生了天然的电子限域效应。为了促进辐射复合，研究人员进一步采用微量Sb3+掺杂策略，将白光量子效率从5%提高到90%以上。由于所制备的低维双钙钛矿材料具有高光电性能和优异的溶液可加工性，可以通过简单的溶液法制备基于该材料的单组分暖白光LED，因此，该工作为下一代照明器件的设计提供新的思路。杨斌等近年来在基于自陷激子的单组分白光材料及其发光动力学领域开展了系统的研究：揭示了激子超快自陷过程(Angew. Chem. Int. Ed.，2019；Acc. Chem. Res.，2019)，以及电—声子耦合对该超快过程的影响机制(Sci. Bull.，2020)；揭示了基于自陷激子热活化延迟荧光的发光机制(Angew. Chem. Int. Ed.，2020)；通过三线态自陷激子与受体离子Mn2+之间的高效能量转移，实现了胶体纳米晶中的高效白光发射(Nano Lett.，2021)；并基于自陷激子独特的性质拓展了其在长余辉发光材料(Angew. Chem. Int. Ed.，2022)、高灵敏紫外光电探测器(Adv. Mater.，2021；Laser Photonics Rev.，2022)、X-射线闪烁体(J. Phys. Chem. Lett.，2022；J. Phys. Chem. Lett.，2022；Laser Photonics Rev.，2022)、超灵敏的光学测温器(J. Phys. Chem. Lett.，2022)等领域的应用。相关研究成果以“Highly Luminescent One-Dimensional Organic–Inorganic Hybrid Double-Perovskite-Inspired Materials for Single-Component Warm White-Light-Emitting Diodes”为题，发表在《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)上。该工作的第一作者是我所1101组联合培养博士研究生柏天新。上述工作得到国家自然科学基金、中科院青促会、我所创新基金等项目的支持。

数十亿年来，月球表面遭受了强烈的太空风化作用，包括微陨石撞击、太阳风及银河宇宙射线的辐射。这些过程极大改造了月球表面物质的微观形貌、晶体结构和化学成分，进而改变了月球的光谱特征，造成地质分析的多解性。因此，深入研究撞击和太阳风辐射与物质的相互作用过程与机理，是认识月球表面物质演化和空间环境变化过程的关键，并为行星的宜居环境及其演化提供了不可替代的作用。然而，由于月壤颗粒的尺寸微小且微观结构复杂，难以区分微陨石撞击和太阳风辐照的特征差异，造成对太空风化作用机制的认识不足。另外，陨石的撞击可能是随机事件，但太阳风的照射与纬度有关。美国阿波罗计划、前苏联月球号采集的样本均处于月球的低纬度范围。嫦娥五号采样点位于中纬度(43.06°N)，为月球不同纬度的空间风化研究提供了独特视角。　　基于该科学问题，中国科学院地质与地球物理研究所电子显微镜实验室高级工程师谷立新、地球与行星物理院重点实验室研究员林杨挺、李金华，联合北京高压科学中心、中科院国家空间科学中心的科研人员，利用电子显微镜实验室开发的单颗粒样品操纵-扫描电镜形貌观察-聚焦离子束精细加工-透射电镜结构解析等系列分析方法，获得了嫦娥五号样品单颗粒表面多相物质（硅酸盐、氧化物、磷酸盐和硫化物）受到相同太空环境下的不同微观结构响应（图1）。　　分析结果表明，暴露在玄武岩碎屑表面的所有矿物相均存在富Si/O元素的再沉积层，往下是太阳风辐照损伤层，但太阳风损伤层的结构和化学成分变化与基体矿物的种类有关（图2）。纳米铁(npFe0)、非晶化和囊泡结构是最常见的太空风化特征。研究发现，辉石受太阳风辐照后损伤层的片层结构与辉石基体的出熔片层结构一致，提供了太阳风还原纳米铁的确凿证据。表面损伤层发生了非晶化，非晶层内的纳米铁颗粒呈球形，但晶粒尺寸（～3-5 nm）与基体片层的铁含量相关。钛铁矿受太阳风辐照保持了晶体结构，但发生了Fe-Ti元素迁移，还原的纳米铁颗粒呈拉长形（～20 nm）。硫化物表面呈锯齿状结构，没有明显的太阳风作用区域，主要是硫化物受太阳风离子剥蚀造成脱硫而形成铁晶须（几十nm～300 nm）。贫铁的白磷钙矿表面没有发现纳米铁颗粒。此外，钛铁矿和白磷钙矿的损伤层均出现了囊泡结构，但其形态不同，可能与各自的晶体结构及受到的表面张力有关。　　结合单颗粒多相物质表面形貌及内部结构的分析可以看出，月壤的太空风化作用主要是受到微陨石撞击、太阳风及宇宙射线的辐照等因素的共同作用，而各自贡献需要借助于精细的形貌和结构表征才能区分（图3）。通过与阿波罗样品的分析结果进行对比，月球样品的表层微观结构特征和形成机制没有表现出较大差异，这为不同维度遥感光谱校正提供了支持。但微观结构的相似性并不意味着月壤表面保存的太阳风注入水没有差异。此外，由于空间风化效应的多样性，将月球的空间风化模型扩展到其他无大气行星时，还需要考虑其组成和空间环境的复杂性。　　相关研究成果近期发表在Geophysical Research Letters。研究工作得到国家自然科学基金项目、中科院重点部署项目、国家航天局民用航天技术预先研究项目和中科院地质与地球物理研究所重点部署项目的共同资助。图1.月壤颗粒表面形貌图2.不同矿物相的微观结构图3.太空风化作用过程及不同矿物相的响应模型

p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 近日，加州圣荷西州立大学物理系教授林磊和清华大学马克思主义学院教授刘立等在《科技中国》上发表《充分利用国内期刊获取“首发权”》一文（以下简称“林文”），讨论了“首发权”这一科学界长期以来关注的话题，引起了科学共同体广泛而热烈的讨论。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 在目前科研竞争十分激烈的环境下，无论是国家间，还是一个国家内不同科研机构之间都存在很多相同的研究领域，很多研究进展也是你追我赶。“正如周光召、丁肇中多次引用的说法‘科学研究只有第一，没有第二’。”刘立认为，这关系到科学家的学术声望，也关系到对科学发现的实际贡献，还关系到一个国家的声誉和软实力。“所以大家往往要挤破脑袋争得首发权”。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 在中国科学院自然科学史研究所助理研究员樊小龙看来，目前无论国内还是国际学术界，都存在着学术成果发表的两种策略。“如果科学家将‘首发权’作为发表科研成果首要考虑的问题的话，科学家首先应当考虑的是无论通过什么样的途径，都要先把文章发出来。而如果要追求文章的影响力的话，首选是将文章发表在国际顶级期刊上。” /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 不过这两种策略在国内某种程度上成为了一种矛盾。“林文”举例说，中科院科学家将关于外尔费米子的研究成果投稿给美国科学促进会主办的《科学》，遭拒，而普林斯顿科学家的论文则在《科学》上发表，因而获得了外尔费米子发现的优先权。“退稿有种种理由，不一定是国别歧视，但是，投稿给自己国家的期刊是有优势的。” /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 既然投稿给自己国家的期刊，可以获得在研究成果发表方面的时间优势，那为什么很多科学家首选的投稿期刊依然以期刊的影响力作为排序呢？刘立和樊小龙都认为，导致这一矛盾的关键就在于科学家不但要考虑首发权，还要考虑国内的科研评价机制问题。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp “长期以来，国内的科学家面临着‘数文章’的评价体系，无论是职称晋升、申请经费还是科研和成果评价，看发表文章的数量和影响因子都是其中重要的标准。”樊小龙认为，正因如此，除了学术声誉的考虑外，国内科学家们不得不面对争取在国际高影响因子期刊上发表文章的局面。 /p p style=" text-align: justify " 如何破解目前我国“首发权”和“数文章”的科研评价方式所展现出的矛盾呢？ /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 刘立提到中国科学院物理所提出了改进科研评价的方案：“职称评审和任期考核不数文章数量、不看影响因子、不看经费数量，破除唯论文数量、只看刊物级别倾向，而是强调成果质量和价值，看是否做到国际前沿、是否解决了重要学术难题、是否具有重大原创性突破、是否符合国家发展战略需求。”“这种评价标准对于我们获得重大科学发现的首发权是有帮助的。”刘立认为。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 在樊小龙看来，大力发展和建设国内科学期刊是非常有必要的，国内期刊水平在公正性和学术性方面还有待提高，此外，“国际顶级期刊有很强大和高级别的审稿团队和专家团队，这些专家来自于各个国家的优秀科学家，我国要想建设好国内科学期刊，这也是一条必由之路。”樊小龙建议道。 /p p br/ /p

近日，大连化物所质谱与快速检测研究中心（102组群）李海洋研究员团队利用自主研发的光电离飞行时间质谱，提出了二氯甲烷真空紫外光电离中的竞争新机制，对研究大气平流层臭氧消耗机制和有害卤代烃的光降解提供了参考。二氯甲烷（CH2Cl2）是一种用途广泛的有机溶剂，也常用作生产过程中的反应介质，但其沸点低、极易挥发，因此带来的环境危害和健康危害等问题也日益突出。在太阳发射光谱中，存在非常强的真空紫外光，可以使二氯甲烷光解产生对臭氧层破坏性非常强的氯原子，因此二氯甲烷的光化学过程对研究平流层臭氧消耗机制具有重要的意义。本工作中，李海洋团队根据不同气压和不同浓度下二氯甲烷光电离产物的差异，提出了二氯甲烷真空紫外光电离的机制：主要的两种光电离产物是CH2Cl+和CHCl2+，CH2Cl+由两个互相竞争的通道——离子对和光解辅助的光电离产生，离子对通道在高数密度下被有效淬灭；CHCl2+由光解和自由基反应产生的CHCl2•自由基通过光电离产生。本工作建立了定量描述二氯甲烷光电离产物的动力学模型，进一步加深了对二氯甲烷在真空紫外波段复杂光化学行为的理解，揭示了光解离在卤代烃真空紫外光电离过程中的重要性。相关研究以“Ionization of Dichloromethane by a Vacuum Ultraviolet Krypton Lamp: Competition Between Photoinduced Ion-Pair and Photodissociation-Assisted Photoionization”为题，于近日发表在《物理化学快报》（The Journal of Physical Chemistry Letters）上。该工作的第一作者是大连化物所博士研究生于艺。该工作得到了国家自然科学基金、中科院科研仪器设备研制项目、大连化物所创新基金等项目的支持。

从中国科学院大连物理研究所官网了解到，近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员王方军团队在蛋白质复合物形成和干预机制分析新方法研究方面取得进展，通过溶液状态蛋白质赖氨酸两步稳定同位素标记和定量蛋白质组学分析，实现对蛋白—蛋白识别关键位点区域的精确探测，并可评估小分子对蛋白质复合物的构象识别干预情况。蛋白质的结构和相互作用决定了其生物学功能，目前对溶液状态蛋白—蛋白识别和结构动态变化研究仍然缺乏高灵敏度的分析方法。此前，研究团队发现蛋白质上赖氨酸的原位标记反应性与其所处微观结构中的氢键、静电相互作用强度密切相关；提出以蛋白质上所有赖氨酸位点为内源性反应探针，通过定量赖氨酸在蛋白—蛋白，蛋白—小分子结合前后的标记反应性变化，精确探测蛋白质识别过程中的关键区域。为进一步提高赖氨酸反应性定量分析的通量和灵敏度，该团队进一步发展了溶液状态蛋白质“活性—变性”赖氨酸两步稳定同位素标记定量策略（TILLRP），系统研究了重组SARS-CoV-2 S1蛋白质和人体ACE2受体之间的相互作用情况；发现S1蛋白质RBD Lys386-Lys462区域的赖氨酸位点在S1-ACE2复合物形成前后标记反应性发生了显著改变；提出可以利用该区域赖氨酸的标记反应性调控水平评估小分子活性物质对S1-ACE2识别的干预情况，可能有助于相关治疗药物分子的研发。该研究结果发表在《化学科学》（Chemical Science）上。上述研究工作得到国家自然科学基金、大连化物所创新基金等项目的资助。王方军简介：中国科学院大连化学物理研究所分析化学博士，师从邹汉法研究员，博士生导师，主要研究方向为复杂生物样品高效分离表征：激光-质谱高灵敏度分析、生物分子高校标记与功能解析、翻译后修饰蛋白组学分析。担任中国蛋白质组学专业委员会理事、中国分析测试协会青年学术委员会委员。

图1：通过定向固定抗冻蛋白，发现抗冻蛋白的冰结合面和非冰结合面对冰核形成的“janus”效应。图2：分子动力学模拟揭示了抗冻蛋白的冰结合面和非冰结合面上界面水性能具有显著差异，从而提供了抗冻蛋白对冰核形成具有的“janus”效应的分子机制。抗冻蛋白是生活在寒冷区域的生物经过长期自然选择进化产生的一类用于防止生物体内结冰而导致生物体死亡的功能性蛋白质。对于抗冻蛋白抗冻机制的研究有助于揭开冰晶成核、生长和冰晶形貌调控的分子层面的机理。因而，自上世纪60年代首次发现抗冻蛋白以来，科研人员对这类蛋白的抗冻机制进行了近半个世纪的研究。但是，科研人员对抗冻蛋白调控冰晶成核的机制一直有争议，即有些科研人员认为抗冻蛋白能促进冰核的形成，而另一些科研人员认为抗冻蛋白可以抑制冰核的生成。在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的大力支持下，中科院化学研究所研究员王健君课题组与中科院上海应用物理研究所副研究员王春雷、研究员方海平和新疆大学教授马纪合作，根据抗冻蛋白的冰结合面 (ice-binding face)和非冰结合面 (non-ice-binding face)具有截然不同官能团的特性，将抗冻蛋白定向固定于固体基底，选择性地研究了抗冻蛋白冰结合面与非冰结合面对冰核形成的影响。研究表明抗冻蛋白的不同面对冰核的形成表现出完全相反的效应：冰结合面促进冰晶成核，而非冰结合面抑制冰晶成核（图1）。他们通过分子动力学模拟进一步研究了抗冻蛋白的冰结合面和非冰结合面界面水的结构，发现了冰结合面上羟基和甲基有序间隔排列使得冰结合面上形成类冰水合层，从而促进冰核生成；而非冰结合面上存在的带电荷侧链及疏水性侧链，使得非冰结合面上的界面水无序，从而抑制冰核形成。揭示了抗冻蛋白对冰成核“janus”效应分子层面的机制。该研究大大加深了人们对抗冻蛋白分子层面防冻机制的理解，同时对仿生合成防覆冰材料和低温器官保存材料有着重要的指导意义。相关结果发表在《美国科学院院刊》（pnas, 2016, doi: 10.1073/pnas.1614379114）上。

理解电化学储能器件的工作原理及失效机制，对指导高性能器件的开发具有重要意义。近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员傅强团队调变铝离子电池器件的工作环境和气氛，利用原位X射线光电子能谱（XPS）和拉曼光谱（Raman）等研究储能器件发现，无水气氛下，铝离子电池电极中的阴阳离子重新分布导致电极发生结构和电子态的弛豫效应，即电池自放电。而在含水气氛下，环境中的水分子会插层到石墨电极层间，并与层间离子发生水解反应，导致石墨电极电子态去耦、插层阶结构退化。相关研究成果发表在《美国化学会志》上。当前，研究界广泛使用X射线衍射、X射线吸收谱、透射电镜和核磁共振等表征技术检测电极和电解质，进而获得相关体相信息。傅强表示，这种方式获得的体相信息多聚焦电极或电解质内部，很难了解表界面的电化学行为，因此急需发展原位/工况电化学表界面表征方法。长期以来，基于XPS、扫描探针显微镜等表面科学研究方法成功用于表面化学和多相催化，而将表面化学方法学用于电池器件等电化学过程的研究面临模型电化学储能器件构建等挑战。为此，团队突破了表面表征所需的超高真空工作环境和规整开放表面的局限，构建出基于两维材料电极的模型电化学储能器件，设计并加工系列可以对模型储能器件施加电场、改变气氛、表面表征的样品台和样品池，利用XPS、原子力显微镜、Raman、光学显微镜等对铝离子电池的工作过程进行工况表征并准确阐述该电池的工作机制，同时还发现了储能器件电极的表面效应。此次，为了探究铝离子电池气氛下的失效机制，团队将含水、氧气、氮气等不同气氛分别引入铝离子电池的工作环境，通过XPS、Raman等表界面研究发现，含水气氛下，电极与水反应发生水解，使组分改变，导致电池失效。而无水气氛下，电极则表现出自发的弛豫、自放电现象。该研究准确阐明电池过程的工作机制，并揭示了不同气氛下储能器件的失效机制。与此同时，团队还将表界面电化学研究方法扩展到锂离子电池等其他储能体系。傅强表示，未来，基于气氛、温度、外场可控的原位电化学表界面表征技术和方法有望广泛应用到二次离子电池、超级电容器、金属—气体电池等体系中的表界面反应研究中，阐明这些储能器件的工作原理和失效机制。相关论文信息：https://doi.org/ 10.1021/jacs.1c09429

随着组织工程领域的发展，生物材料界面与细胞的相互作用及物理机制成为研究热点。生物界面的拓扑形貌可以有效调控细胞行为并影响细胞功能。而体内的一些生理过程如胚胎发育、免疫应答和组织更新与重塑等往往涉及多细胞的集体行为。肿瘤的侵袭和转移也与集体细胞的协调运动有关。细胞球作为一种体外三维细胞培养模型，具有强烈的细胞-细胞相互作用，可在细胞生理学、信号通路、基因和蛋白表达以及气体/营养物质梯度等方面更好地模拟体内环境。因此，明确材料表面拓扑结构与细胞球的相互作用对探究体内生理、病理机制具有重要意义。然而，当前同时具有厘米级尺度和微纳米精度的跨尺度微纳拓扑结构尚难以快速制备。 　　近日，中国科学院理化技术研究所仿生智能界面科学中心有机纳米光子学实验室研究员郑美玲团队在跨尺度微纳拓扑结构制备及细胞球浸润性调控方面取得了新进展。该团队提出采用飞秒激光无掩膜投影光刻技术（MOPL）制备大面积兼具高精度的微盘阵列拓扑结构以研究细胞球的浸润性。该研究发现细胞球在多种不同单元直径的微盘阵列拓扑结构上展示出不同的浸润速度。研究通过分析细胞形态、骨架分布和细胞黏附，解析了细胞球浸润速度的变化机制，并发现了细胞球在大尺寸和小尺寸的微盘结构单元上采取不同的浸润模式。该研究揭示了细胞球对跨尺度微纳拓扑结构的响应机制，为探讨组织浸润行为提供了参考。 　　MOPL是一种高效率且能灵活化地制备微纳拓扑结构的技术。考虑到单个细胞的尺寸以及细胞球浸润过程中与大面积拓扑结构的相互作用，该工作利用MOPL技术制备了高度低于1μm，且拓扑单元直径分别为2、5、20和50 μm的大面积（8 mm × 10 mm）微盘阵列结构（图1）。 　　该研究采用超低吸附法制备了大小均一的人肾透明细胞癌细胞的细胞球。进一步，科研人员利用激光扫描共聚焦荧光显微镜对细胞球在微盘阵列拓扑结构上的动态浸润行为进行观察。细胞球在一系列微盘阵列拓扑结构上发生了完全浸润并展现出不同的浸润面积。结合细胞球铺展理论，通过量化不同时间点的细胞球浸润面积，研究发现细胞球的浸润速度在2、5、50和20 μm直径的微盘结构单元上依次减小，且细胞球在直径为20 μm的微盘结构单元上具有较小的细胞-基底黏附能（图2）。 　　进一步地，研究人员利用免疫荧光染色分析了多种不同微盘结构上的细胞形态、肌动蛋白和黏着斑分布，提出了细胞球在直径2μm和5 μm的小尺寸的微盘结构上采取攀爬模式浸润，以及在直径20μm和50 μm的较大尺寸的微盘结构上采取绕行模式浸润（图3）。细胞球的浸润过程表现为一种多细胞的集体协调运动。 　　该研究揭示了细胞球在各向同性微盘阵列拓扑结构表面的浸润机制，深化了对于细胞球与界面拓扑结构相互作用的认知。本工作是飞秒激光面投影纳米光刻技术及应用的拓展。相关研究成果发表在Small上。研究工作得到国家重点研发计划“纳米科技”重点专项、国家自然科学面上基金项目和中科院国际伙伴计划等的支持。

上期回顾：人民日报谈科学仪器（一）——推动科研仪器进一步开放共享（创新谈）核心阅读　　重大科研基础设施和大型科研仪器是促进科技创新、拓展认知疆域的重要工具，是推进高水平科技自立自强的重要基石和保障。推动其开放共享，有助于释放仪器效能，进一步优化配置创新资源。前不久，《2022年中央级高校和科研院所等单位重大科研基础设施和大型科研仪器开放共享评价考核结果的通知》发布（点击查看），与2021年相比，参评单位对开放共享更加重视，管理和共享应用水平进一步提升。　　重大科研基础设施和大型科研仪器是促进科技创新、拓展认知疆域的重要工具，是推进高水平科技自立自强的重要基石和保障。自2018年起，我国每年对中央级高校院所重大科研基础设施和大型科研仪器（以下简称“科研设施与仪器”）开放共享情况进行评价考核。前不久，《2022年中央级高校和科研院所等单位重大科研基础设施和大型科研仪器开放共享评价考核结果的通知》发布，与2021年相比，参评单位对开放共享更加重视，管理和共享应用水平进一步提升。成效明显开放共享意识增强　　据介绍，2022年共有24个部门的345家单位参与评价考核，涉及同步辐射光源、加速器、风洞等重大科研基础设施86个，以及电子显微镜、高分辨率质谱仪、基因测序仪、太赫兹测试仪等4.7万台（套）原值50万元以上的大型科研仪器，其中，单台（套）原值1000万元以上的500台（套）。　　结果显示，参评大型科研仪器年均有效工作机时为1351小时，较上一年度上升5.7%；年均对外服务机时为231小时，较上一年度上升3.6%，总体利用水平较高，但仍存在开放共享情况参差不齐的现象。其中，中科院生物物理研究所等50个单位考核结果为优秀；东南大学等100个单位考核结果为良好；中科院深圳先进技术研究院等189个单位达到了开放共享的基本要求，考核结果为合格；有6个单位开放共享情况较差。　　科技部基础研究司副司长郑健表示，评价考核工作通过单位自评、专家评审、现场核查“三位一体”的方式组织实施，总体上，各参评单位开放共享意识显著增强，科研设施与仪器利用效率和水平明显提升，对外服务成效明显。发现的主要不足表现在：一些单位开放共享意识不强、相关制度不健全，个别单位尚未建设科研设施与仪器信息化管理系统，未能实现统筹管理，仍存在仪器设备闲置浪费情况等。　　近年来，我国科研水平不断提升，在大型科研仪器领域的投入逐步增加。据不完全统计，当前全国高校和科研院所原值50万元以上的科研仪器大约有13万台。　　2014年，国务院印发《关于国家重大科研基础设施和大型科研仪器向社会开放的意见》，对开放共享工作提出了明确要求和具体任务，科技部会同财政部狠抓落实，建设了跨部门、跨领域、多层次的国家网络管理平台，参评的科研仪器纳入国家网络管理平台统一管理的仪器入网比例为100%。　　“评价考核只是手段，目的是通过强化激励引导，提升开放共享和利用水平，为科技强国建设提供更好支撑。”郑健表示，在评价考核的带动下，近年来高校院所科研仪器开放共享意识增强、积极性提升。高校院所仪器开放率从2014年的不足50%提高到90%以上，年平均机时从500小时提高到1300余小时，对外服务机时从不足50小时提高到200余小时。　　郑健表示，对开放共享评价考核结果较差的单位，将通过查重评议严格限制新购仪器。过去7年来，共减少重复购置4900多台（套），节约经费139亿元，还促进了高频核磁共振波谱仪、超高分辨液质联用系统、极紫外光谱仪等千万元级高端贵重仪器的优化布局。完善机制提高平台服务能力　　根据相关规定，给予考核结果为优秀和良好的单位后补助经费奖励，支持开展仪器利用新方法新技术开发、拓展仪器功能，加强实验技术人才队伍建设等，提升服务质量和水平。对较差的单位进行通报批评，要求限期一年整改，一年后整改不到位的，将核减相应仪器设备购置经费。　　早在2003年，在整合现有设备的基础上，中科院生物物理研究所筹建了蛋白质科学研究平台。经过多年探索，该所在科研仪器开放共享管理方面走在全国前列。谈及原因，蛋白质科学研究平台主任韩玉刚认为，立足真实需求的科学仪器购置统筹规划、建立科研仪器集约化和开放共享机制以及提升平台技术支撑队伍服务能力，三者缺一不可。　　“科研仪器用得好，首先得按照实际需要来买设备，避免追求高指标而盲目购置。”韩玉刚解释，科研仪器的指标参数、应用场景和适用范围差异很大，如果没有按照实际需求而盲目追求高指标，昂贵仪器设备只是用来做简单的实验，也是财政资金的浪费。　　在开放共享机制方面，中科院建立了大型仪器开放共享信息管理系统。通过该系统，科研人员能够清晰查阅仪器使用状态并进行有效预约。根据申请情况，蛋白质科学研究平台管理人员再统一安排使用时间，所内外科研人员一视同仁。　　“有些热门仪器，尽管所里使用比较紧张，平台也会拿出一定的机时专门对外服务。”韩玉刚说。为提高技术支撑人员对外服务的积极性，中科院生物物理所将对外开放共享成绩与人员的年终考核、绩效奖励、职称评审等挂钩，实现了“要我服务”向“我要服务”的转变。　　科研仪器开放共享，并不只是把设备提供给别人用，实际上是高水平专业技术人才的对外技术服务。经过多年发展，蛋白质科学研究平台建立了一支130人的专业技术支撑团队，技术服务和技术创新的积极性较高。其中，冷冻电镜中心技术团队自主开发出应用软件，极大地提高了冷冻电镜的使用效率和成果产出，为我国高校院所冷冻电镜平台建设提供了样板。培养人才提升仪器使用效率　　专业技术支撑人才是高端仪器高效运转的关键，业内专家呼吁，有必要进一步加强仪器设备专业技术人才队伍建设，特别是研发型技术人才。　　“现在我们基本上不缺高端仪器，差的是能用好高端仪器的高水平专业技术工程师。”韩玉刚说，仪器用得好与坏，科研结果可能产生天壤之别。优秀的科学家离开了技术支撑人员，也很难做出一流的工作；再高端的仪器没有一流技术人员进行使用和改进，也只能做二流的工作。　　专家介绍，我国高校院所从事科研仪器操作、管理的实验室技术人员少，一方面是对技术支撑人员作用认识不够，他们普遍被看作是科研辅助人员，多数由普通科研人员甚至研究生兼任；另一方面技术支撑人员缺乏完善的培训、成长、评价体系，使得流动性较大，技术服务能力较弱。　　重视专业技术人才的作用，是科技发达国家创新的重要经验。专家表示，拥有一支稳定的专业技术支撑队伍，不仅能提升科研仪器使用效率、对外共享水平，还有助于提高科研仪器自主创新能力。他们建议，有必要探索适合科研仪器研制和技术支撑人员实际的职称评价体系，激励、稳定技术人才队伍。此外，从长远看，根据科研实际需要，通过合理的学科规划和布局，在大学阶段增加有关科研仪器研制的课程内容，构建专业人才培养体系。　　郑健认为，随着科研向宏观拓展、向微观深入、向综合极端条件交叉融合，科研设施与仪器的重要性愈发凸显。要紧扣加强科技基础能力建设重大部署，将推动评价考核嵌入科研仪器购置、管理、服务创新全过程，优化完善科技资源开放共享体系，进一步提升开放共享水平，提高科研仪器对科技创新的服务和支撑作用。

近日，中科院大连化学物理研究所研究员吴凯丰团队等在胶体量子点超快光物理研究中取得新进展。团队观测到CsPbI3钙钛矿量子点中激子精细结构裂分导致的系综量子拍频，并提出了一种通过温度诱导晶格畸变进而调控裂分能的新机制。相关成果发表于《自然—材料》。在半导体量子点中，形貌或晶格对称破缺导致的电子—空穴各向异性交换作用使激子能级发生精细结构裂分（FSS）。FSS亮激子态可用于量子态相干操控或偏振纠缠光子对发射，观测和调控FSS对这些应用至关重要。由于FSS能量对量子点的尺寸、形貌非常敏感，通常需要在液氦温度下测定单个或少数量子点的发射谱来测定FSS。因此，在系综水平观测FSS极具挑战，尤其是定量调控FSS尚未有报道。本工作中，研究团队利用圆偏振飞秒瞬态吸收光谱（即瞬态圆二色谱），在液氮到室温区间测定了溶液合成、成本低廉的CsPbI3钙钛矿量子点系综的亮激子FSS。研究发现，FSS能量可通过量子点尺寸进行调控，在液氮温度下最高可达1.6meV。更有趣的是，同一样品的FSS能量展现出强烈的温度依赖性，温度越低，裂分越大，这在以往的外延生长或胶体量子点体系都未有观测到。通过变温的晶格结构表征，结合美国能源部能源前沿研究中心Peter Sercel博士的有效质量模型理论计算，研究团队发现这种温度依赖的FSS源于CsPbI3钙钛矿高度动态的晶格结构：降温能加剧Pb-I八面体扭曲，降低晶格对称性，进而增大FSS。此外，这些晶格扭曲的正交相量子点却仍然拥有准立方相晶面，该特性使亮激子之间产生避免交叉的精细结构能量间隙，实验上观测到的系综层面量子拍频正是对应于该能量间隙。该工作精准测定了胶体量子点系综的亮激子精细结构裂分，提出了通过温度诱导CsPbI3量子点晶格畸变进而调控亮激子裂分能的新原理，展示了其在量子信息科学领域的重要应用潜力。文章链接：https://doi.org/10.1038/s41563-022-01349-4

近日，中科院大连化学物理研究所研究员王方军团队与南方科技大学教授田瑞军、副教授李鹏飞等人合作，利用193nm紫外激光解离—质谱装置，实现了免疫共受体CD28磷酸化胞质端与激酶PKCθ的C2结构域识别结合机制解析。相关研究成果发表在Cell Chemical Biology上。与常规毫秒级碰撞诱导质谱解离（CID）相比，5ns单脉冲193nm紫外激光解离（UVPD）可直接激发非变性蛋白质骨架共价键至高能态引发高效解离，激发解离速率提升6个数量级，位点解离效率和碎片离子产率与其局部非共价作用和微观结构密切相关，通过碎片离子和解离产率分析可同时获得蛋白质序列和结构信息。目前，193nm紫外激光解离质谱尚未商品化设备，仅在少数实验室有自主搭建设备。免疫共受体CD28是癌症免疫治疗的重要靶点，其胞质端酪氨酸磷酸化激活引起的下游蛋白识别结合机制尚不清楚。本工作中，研究人员采用光亲和质谱法发现CD28磷酸化胞质端与激酶PKCθ的C2结构域特异性结合；利用193nm紫外激光解离质谱对C2结合前后进行了全序列覆盖位点光解离效率的差异分析，发现了光解离效率显著下降的三个关键结合区域和核心识别位点K49、H63、R68；证明了高能紫外激光解离策略在蛋白质动态识别结构变化分析中的高灵敏度和单位点分辨高精度优势。团队通过交叉学科联合攻关，在大连相干光源搭建了193nm紫外激光解离-高分辨质谱装置，在前期工作中通过高能光子对多肽分子的高效激发解离实现了多磷酸化肽修饰位点精确定位和蛋白质组学规模化序列鉴定。相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.chembiol.2022.01.005

放射状胶质细胞是大脑发育最为关键的一种神经前体细胞，分裂产生大脑皮层几乎所有的神经元和胶质细胞。所有动物细胞都有中心体，通常位于细胞核附近的细胞质中。然而中心体在放射状胶质细胞内的定位十分独特，位于远离细胞核的顶端细胞膜上，即脑室腔的表面上。这种独特的亚细胞特征已被发现数十年，但其成因及功能一直令人困惑。清华大学生命科学学院、IDG-麦戈文脑科学研究院时松海教授和结构生物学高精尖创新中心史航研究员课题组线发表了题为“中心体的锚定调控神经前体细胞特性和大脑皮层的形成”（Centrosome anchoring regulates progenitor properties and cortical formation）的研究论文，首次揭示了中心体调控哺乳动物大脑皮层神经前体细胞机械特性和分裂能力，进而影响大脑皮层的大小和折叠的崭新机制。这一发现公布在Nature杂志上。时松海教授和史航研究员课题组采用基于透射电镜成像的连续超薄切片技术，首次观察到了放射状胶质细胞内的中心体是通过附着在母体中心粒上的远端附属物（distal appendages）锚定在顶端细胞膜上的（图1）。为了探索其分子调控机制和生理功能，研究人员在大脑皮层放射状胶质细胞内特异性地去除了远端附属物的重要构成蛋白CEP83，使得远端附属物无法形成，从而阻止中心体与细胞膜的连接。结果发现，去除CEP83蛋白后，母体中心粒上不再形成远端附属物，中心体和顶端膜发生了微小的错位，不再锚定在顶端膜上。进一步研究表明，中心体这一不足1微米的位移，不是通过影响初级纤毛的形成，而是破坏了顶端膜上特有的环状微管结构，导致顶端膜被拉伸、变硬。这一物理特性的改变引起了放射状胶质细胞内机械敏感信号通路相关的YAP蛋白（Yes-associated protein）的过度激活，从而导致了放射状胶质细胞前期的过度扩增以及之后中间前体细胞的增多，最终使得大脑皮层神经细胞显著增加，体积扩大，并引发异常折叠。该研究解决了长期以来关于放射状胶质细胞内中心体特殊定位原因和作用的谜题，为研究神经前体细胞行为和皮层发育调控提供了全新的角度。另外，中心体相关的许多突变都和小头症（microcephaly）紧密相关，然而该研究首次揭示了中心体蛋白突变导致大头症的机制。更重要的是，人类CEP83双等位基因突变会导致脑室体积增大，智力障碍和小儿肾消耗症，该研究为揭示人皮层形态和智力异常提供了重要线索。

沃的研究所这是一档关注“生命科学行业变化”的专题栏目。我们将从合作伙伴入手，每一期研究和解读一家科研机构或科研课题组、实验室的背后故事、相关方法论、使用的工具等等，帮助科研从业者获得启发和思考。本期【沃的研究所】对话主人公：尚蔚，博士研究生，华东师范大学生命科学学院袁小兵/潘逸萱课题组重要成员，本篇论文第一作者。恐高，其实跟我们每个人都息息相关。恐高反应会发生在每一个人身上，而恐高症患者会表现出对高度的非理性恐惧，即使暴露在很低的高处或者仅联想到高处时都会表现出对高度的非理性恐惧，这可能会对日常工作及生活带来一定的影响。那恐高反应究竟是如何产生的？科学界是如何解释这一现象？又该如何克服呢？2024年5月3日，华东师范大学生命科学学院袁小兵/潘逸萱团队在国际权威学术期刊Nature Communications 发表题为 A non-image-forming visual circuit mediates the innate fear of heights in male mice 的研究论文，他们对先天恐高反应开展研究，意外发现小鼠大脑中的非成像视觉系统诱发了恐高反应。 本期【沃的研究所】，我们将对话文章的第一作者尚蔚博士，一起深入了解小鼠先天恐高反应背后的神经机制。 逐层攻破技术瓶颈为探索恐高神经机理寻找靶点 尚蔚博士所在的课题组选择了广泛存在的生理视觉高度失衡的恐高来开展，他们首先建立行为学范式，细致观察小鼠在高台上的表现。曾有心理物理学家提出过这样一个假说，认为当人在高处时，随着人体与最近的静止物体之间的距离不断地增加，此时视觉提供的平衡信息会与前庭和躯体感觉系统提供的信息发生冲突，个体就容易出现晕眩的感觉，同时此时身体摆动幅度的增大，个体也会更容易感受到坠落，而这种对坠落的害怕会诱发个体的恐高情绪。根据心理物理学家的假说，尚博所在的课题组对视觉前庭和躯体感觉系统的作用进行了探究，发现视觉在恐高反应中发挥了主导作用。小鼠在高台上会出现类似于人类的恐高反应 课题组又参考了与视觉相关的先天恐惧行为学范式，通过视觉刺激（Looming Visual Stimuli ）来寻找可能参与调控恐高的核团。最后通过光纤记录和化学遗传等手段来调控目标核团和神经环路连接，观察小鼠在行为学实验中的表现是否会有所不同，进一步发现小鼠大脑中存在两条神经环路，在调控先天恐高反应中发挥相反的作用。这项研究成果的发表有利于帮助人们理解人类的恐高现象，并为后续恐高反应的神经机制研究提供了思路，也为后续药物开发提供了一些帮助。但由于目前神经科学领域对“恐高”的研究还十分有限，已有的研究主要集中在流行病学调查和影像学方面。尚博介绍道：“刚开始的时候我们完全不知道到底要怎么来研究恐高，以及如何建立一个比较可靠的行为学范式，而且提出评估恐高程度的指标也是经历了不断的修改，基本一切都是未知的；另一方面，我们组确实不是做行为和神经环路机制的，所以对技术和思路也不熟，包括研究过程中有一部分是需要去做前庭系统，我对前庭系统非常陌生。”为了观察小鼠的恐高表现，他们需要多次制作高台，尚博笑着说：“那段时间我们不是在买亚克力，就是在买亚克力的路上，淘宝的订单截图可以拉很长。”为了了解前庭系统，尚博甚至鼓起勇气联系了交大六院耳鼻喉科的师兄，后又经过导师的介绍，到上海交大交流学习了一段时间，才慢慢克服了这些技术难题。“在我看来，合作真的是非常重要，这项研究也是大家共同努力的结果！”尚博说。截至目前，这项研究还在继续。 无心插柳，顺应偶然性机遇蕴含在变化之中 谈及当时是怎么想到要研究这个课题，尚博笑言：“这还真的挺有趣的，确实是无心插柳柳成荫的故事。”说起来，尚博所在的课题组主要的研究方向其实是孤独症谱系障碍以及神经发育。尚博最开始加入团队的时候，主要对孤独症谱系障碍风险基因的神经机制展开研究。可是当时的课题进展并不顺利，实验结果也不稳定。但也正是在这一次次的挫败中，课题组偶然间发现，实验小鼠在旷场实验中的自发运动量和焦虑水平都没什么变化，在高架O迷宫中却表现得特别焦虑，对高度的刺激非常敏感。他们又开始查阅文献、探究基因突变小鼠异常恐高的原因……“确实没想到当初那个课题能发展到现在这样。”尚博说。一次偶然，课题组开始了对恐高症的研究；又一次机缘巧合，课题组开始了与瑞沃德的合作。“其实在第一轮投稿的时候，我们已经通过化学遗传的方法发现了腹侧外侧膝状核（vLGN），特别是其中的抑制性 GABA 能神经元，还有 vLGN 到下游中央导水管周围灰质（Periaqueductal gray, PAG）参与调控恐高。但因为化学遗传没能实时观察到神经元对高度刺激的响应，所以审稿人明确提出希望我们可以补充光纤记录的实验。”说来也巧，刚好在补实验阶段，实验室就有一台瑞沃德的光纤记录系统。尚博所在实验室里的瑞沃德光纤记录系统 “我们用瑞沃德光纤记录系统做了对照实验，发现确实取得了很好的结果。而且我们原来第一轮投出的内容，它使用到的技术其实比较单一，在后面补实验增加了光纤记录这样在神经环路领域比较常用的技术，得到了导师的认可，这也对于我们这一项成果的发表有很大的帮助。”尚博在交谈中也对瑞沃德光纤记录系统表达了认可：“瑞沃德的光纤系统操作简单，使用方法也比较容易学习，分析软件也十分方便，可以快速给出想要的图，同时还可以计算线下面积、叠加不同个体的数据，对我们的实验有很大的帮助。”“在我看来瑞沃德是国内做得很好的品牌了，我也很开心看到国产的仪器近年来做得越来越好了，大家就有更多的选择。”该研究使用光纤记录检测了腹侧外侧膝状核（vLGN）脑区GABA能神经元和外侧/腹外侧导水管周围灰质（l/vlPAG）脑区谷氨酸能神经元的钙信号变化 “其实我们还挺幸运的，文章只返修了一轮。”尚博感慨道。采访过程中，尚博不止一次说起：“我认为自己一直都是一个比较幸运的人。”在尚博的自述中，她说到，高考、考研都比较顺利，父母愿意支持自己的选择，师兄会手把手带着她做实验、交流科研思路，师妹们会鼎力支持课题的进展，导师们也会在大家做实验情绪爆炸的时候给予足够的鼓励……“所以我真的觉得自己是很幸运的人。”尚博课题组合照（从左到右依次为尚蔚、袁小兵教授、谢双翼、潘逸萱副研究员、冯文博） 发现了吗？伟大的成就，其实并没有所谓的可复制的成功脚本，它们往往没有经过周密的计划便诞生。不管是做实验，还是生活，我们不时地顺应偶然性，也不见得是坏事。就像尚博所说的：“意外真的常有发生，一切都在你的计划之内，是非常小概率的事件，所以你要时刻地根据实际情况来灵活调整自己的方案或者计划，多一些Plan B。”不管是“无心插柳”，还是“有心栽树”，幸运会不断出现在你努力的路上！我们也祝福尚蔚博士及团队在自己热爱的领域里勤耕不辍！ 如果您想了解尚蔚博士课题组同款瑞沃德多通道光纤记录系统长按识别下方二维码进行预约我们将会有专业人员与您联系▽

当前，信息技术的高速发展对半导体器件的热管理提出了更高的要求：一方面需要使用更好的散热材料（如石墨烯、金刚石等），另一方面需要降低接触界面热阻。对于小尺寸的高功率器件而言，界面的导热能力实际上已经成为制约器件性能提升的瓶颈，因此，研究其界面导热机制尤其重要。在半导体器件中，界面热导主要是由异质结界面附近的几个原子层产生的界面声子决定的。但目前人们对于界面声子如何影响界面热导知之甚少，主要原因是缺乏有效实验测量界面声子的手段。图 (a) AlN/Si异质结界面处的原子分辨图；(b) AlN/Si异质结界面的EELS谱；(c) AlN/Si和AlN/Al异质结四种不同界面模式的声子态密度分布及对界面热导的贡献近来，北京大学物理学院量子材料科学中心、电子显微镜实验室高鹏教授课题组，发展了兼具空间分辨和动量分辨能力的四维电子能量损失谱技术（Nature Communications 2021, 12, 1179 发明专利：ZL202011448013.7），并展示了可应用于异质结界面声子色散的测量（Nature 2021, 559, 399)。最近，他们和清华大学、南方科技大学等合作，利用该谱学方法测量了第三代半导体氮化铝（AlN）与硅（Si）衬底、金属铝（Al）电极等界面的晶格动力学行为，并探索了不同界面的声子传输行为及其对界面热导的贡献。联合研究团队发现AlN/Si和AlN/Al的界面声子模式迥然不同，从而导致界面热导数倍的差异。通常，界面声子可以分为四类：扩展模式、局域模式、部分扩展模式和孤立模式。其中，扩展模式和局域模式与界面两侧的体态声子都有很强的关联，使得一侧的声子通过弹性/非弹性散射穿过界面到达另一侧，充当连接两侧体态声子的桥梁，从而有助于提升界面热导；而部分扩展模式和孤立模式对界面热导贡献很小。联合研究团队首先在AlN/Si异质结界面上观测到了界面模式具有明显的桥效应：界面存在原子尺度局域的声子模式，与界面两侧AlN和Si的不同能量的体声子都能发生非弹性散射从而交换能量；此外，也观察到了明显的界面扩展模式。这两种模式都能有效促进界面热量的传输。而在AlN/Al界面，并没有观察到明显的由局域模式或扩展模式构成的声子桥，其界面声子模式主要为部分扩展模式，对热量的传输效率较低。这些结果解释了为什么AlN/Al的界面热导要远小于AlN/Si。该工作深化了对界面声子传输和热输运的理解，尤其为基于氮化物的高电子迁移率晶体管和大功率发光二极管等高功率半导体器件的热管理提供了有价值的信息。2022年2月18日，相关成果以“原子尺度探测氮化物半导体异质结界面声子桥”（Atomic-scale probing of heterointerface phonon bridges in nitride semiconductor）为题，在线发表于《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America）。北京大学物理学院量子材料科学中心2017级博士研究生李跃辉为第一作者，高鹏为通讯作者，其他主要合作者包括北京大学物理学院的研究助理亓瑞时、2018级博士研究生时若晨，清华大学胡健楠博士、马旭村教授、罗毅院士，以及清华大学和南方科技大学薛其坤院士等。上述研究工作得到国家自然科学基金，以及量子物质科学协同创新中心、怀柔综合性国家科学中心轻元素量子材料交叉平台、北京大学高性能计算平台等支持。论文原文链接：https://www.pnas.org/content/119/8/e2117027119

p 　　当前，我国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段，正处在转变发展方式的重要时期。在迈向高质量发展进程中，创新是引领发展的第一动力。 /p p 　　尽管我国近年来科研水平与创新能力都取得了长足的发展，但原始创新能力依旧不足也是不争的事实。不论是学界还是产业界，对中国在原始创新上“老是差口气”的症结，其实都如鲠在喉。 /p p 　　那么，问题的症结到底在哪?要实现原始创新，我们该怎么做?在两院院士大会召开之际，我们邀请了多位院士，谈谈他们对这些问题的见解。 /p p 　　 span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 声音 /strong /span /p p span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 　　远离“指挥棒”与外部诱惑 /strong /span /p p 　　是什么原因致使我国的原始性创新总体能力和水平还不够呢?从历史的角度看，这与科技基础、文化传统、工业及经济水平等基本因素密不可分。但是，从现实的角度看，主要还是体制和机制问题。 /p p 　　中国是一个文明古国，其文化思想之博大精深，对人类创新的贡献也举世瞩目。但由于封建社会及外侵战乱等历史原因和创新管理的问题，使我国的创新文化建设落后于发达国家，在创新价值取向、创新物质环境、创新成果产出等方面与发达国家还存在差距。 /p p 　　当前，中国优秀的传统文化为创新文化提供的丰富财富还没有得到有效的利用，创新的制度有待完善，人们创新潜力和个性还有待开发，创新的管理有待强化。因此，我们需要从创新的政策、体制、人文精神、物质环境、服务支持体系等方面培育，使其成为创新精神、创新行为、创新成果茁壮成长的肥沃土壤。 /p p 　　创新，特别是原始性创新，要求作为创新主体的科技工作者，必须要有强烈的创新意识和动力、健全的心理素质作支撑、科学的思维方法作武器、合理的知识结构作储备、良好的外部环境作保障，才有可能在原始性创新中有所作为。 /p p 　　然而，我国在科技创新方面指挥棒和外部诱惑也比较多。一些人发几篇追逐热点的文章，便获得奖励，进而获得比较高的收入，导致一些科技工作者不再愿意做真正意义上的创新性科研工作。回头再看刊发的论文，与真正需要的突破性原始创新及核心技术相距甚远，甚至连作者自己也不再引用其前期研究，转身又追求新的热点去了。 /p p 　　核心技术可以诞生新的需求，发明创造可以改变市场格局，成功的产品可以带来可观的效益，创新管理举措可以提升运营能效。这些都是创新裂变出来的力量，也需要政府的引导和政策的支持。 /p p 　　我国正处在从投资驱动发展转向创新驱动发展的关键时期，政府引导创新的方式也要随之进行改变。过去政府引导创新的方式是自上而下的，不适应市场导向的产业技术发展，而今政府要营造有利于创新的体制机制和政策环境，调动全社会的积极性，实现转变。 /p p 　　科研领域的原始创新除了需要国家政策指导，还需要宽泛的环境和充足的经费。尤其是可以带动整个学科发展的基础研究，需要给一群科学家高度的精神自由，让他们可以全身心投入到人类发展的重大问题上，不急功近利，不赶国外的时髦，开展我国的原始创新。 /p p 　　另外，我们还需要对原始创新成果加大保护力度。我们要做创新型国家，如果创新不被保护，那就没有人创新了。创新技术被侵权，存在举证难、维权成本高等问题，很多时候我们宁愿选择更新技术，也不愿意去维权。 /p p 　　原始创新除了在基础研究取得突破，还要倡导做真正实用的、能直接用到工厂的技术。这需要科研机构与企业合理分工与通力合力，共同发挥各自优势，开发能促进产业进步的技术。这更需要深化体制机制改革，让制度和政策符合科技与产业发展实际，破除体制机制障碍，打通科技链与产业链，实现科技与产业的深度融合发展。对企业是创新主体的含义应有正确的认识，切不可由此衍生出企业对国家科技资源的垄断。 /p p 　　历史发展经验告诉我们，科技革命引发产业革命，产业革命带动经济发展。当前，新一轮科技革命和产业变革正在孕育兴起，我们要抢抓这一历史发展机遇，站在新的历史起点上，以科技创新推动经济发展。 /p p 　　 span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " (作者系中国工程院院士，中国科学院大连化学物理研究所、中国科学院青岛生物能源与过程研究所所长。本报记者沈春蕾、廖洋采访整理) /span /p p 　　 span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 既要看清远处的灯 也要走对脚下的路 /strong /span /p p 　　创新是逼出来的。老一辈科学家开始踏上科研路的时候，没有前人的经验或技术可以借鉴。当年，我们研制“两弹一星”、航天飞船的时候，国外不仅对我们禁运仪器设备，还封锁了所涉及的理论和技术。 /p p 　　科研势在必行，现实逼迫我们想方设法去创新。我们团队最早是做光学仪器的，要自己想办法制造刻编码的设备，再研制检测仪进行检测。由于没有现成的资料可供参考，我们只能靠自己去研究分析，最后把作出的成果和国外比较，发现我们的方案比国外还要好。 /p p 　　我常常告诉学生，课题刚开始的时候查文献是必要的，参考前人经验可以少走弯路，一旦进入中长期研究后，就该有自己的思路，要不断进行新的探索，逼迫出自主创新的决心和意志。 /p p 　　创新要肯吃苦。以做科研为例，有时候需要十年磨一剑，必须把剑磨锋利了，少磨一下都不行，所以要有个好身体，更要有好心态。身体和心态都好，才能在艰苦的科研工作中坚持下来。 /p p 　　在科研这条道路上没有捷径可走，要踏踏实实地练好基本功。只有脚踏实地，一步一步地走，走过了一定的路程，自然就能有所创新。“蓦然回首，那人却在灯火阑珊处。”创新工作也是这样。 /p p 　　1963年参加工作以来，我亲历了中国科技创新从跟跑到并跑，再到部分领域开始领跑的过程。过去作研究，一会儿原材料不行了，一会儿核心元器件出现问题，有了想法也实现不了。现在很多原材料、核心元器件，我们都可以自己生产了，为科学研究提供了很好的基础。 /p p 　　上世纪90年代初，我去日本出差，当地人很自豪地邀我去坐新干线。现在呢，我国的高铁，不仅技术引领全球，还出口很多国家。这表明，我国正在从科技创新大国，迈向世界科技强国。作为科技工作者，我认为只要自己还能干，就会一直把科研工作做下去，为创新性国家建设出自己的一份力。 /p p 　　当前，我国科技创新还要解决原动力不足、创新文化缺位、创新意识淡薄等问题。建议科技工作者具有独立思考的精神，胸怀全局，百折不挠 营造创新文化氛围，积极弘扬敢于冒险、崇尚创新、追求成功、宽容失败的创新文化 大力提倡创新教育 提高全民知识产权意识。做到科技创新与经济建设、改善民生、国防建设紧密结合，与基础研究、人文研究和应用研究紧密结合。 /p p 　　总而言之，创新不是空中楼阁，不是天天想着“我要创新”“我要搞发明”就能作出成果，创新的灵感和理念来源于日常工作中的积累。创新，要安心本职工作，把全身心都投入到研究中去，从道理本身入手，把它根源上的东西挖掘出来，才能有所启发，有所收获。创新不能好高骛远，“看清了远处的灯，走错了脚下的路”是很容易犯的错误。 /p p 　　 span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " (作者系中国科学院院士、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所学术委员会主任。本报记者沈春蕾采访整理) /span /p p 　 strong 　 span style=" color: rgb(255, 0, 0) " 圆桌会议 /span /strong /p p span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 　　我国原始创新成果为何还比较少? /strong /span /p p 　　 span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 特邀嘉宾 /span /p p span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 　　康乐：中国科学院院士、中国科学院动物研究所研究员 /span /p p span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 　　沈树忠：中国科学院院士、中国科学院南京地质古生物研究所研究员 /span /p p span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 　　向涛：中国科学院院士、中国科学院物理研究所研究员 /span /p p span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 　　刘忠范：中国科学院院士、北京大学化学与分子工程学院教授 /span /p p span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 　　俞梦孙：中国工程院院士、北京大学工学院健康系统工程研究所所长 /span /p p 　　 strong 康乐： /strong 原始创新成果少的原因之一是历史短。我国在辛亥革命之后才开始引进现代科学，至今才一百多年。我国真正现代意义的科学研究从20世纪20年代才开始。我国改革开放40年，科研工作才逐步走向正轨。我们真正能够专注地做科研，同时国家投入大量资金进行支持大概在20世纪90年代之后。近30年来我国科学研究得到了飞速发展，进步是巨大的。在这么短的时间内，我国的科学技术在世界总体上处于第二方阵，成绩非常巨大，我们走过了西方国家二百多年走过的道路。 /p p 　　第二，我们的文化习惯讲究中庸，不太鼓励标新立异。许多人更多地希望证明一个大师提出的理论或工作，或者紧跟别人的发现作出类似的发现，或者别人主要的突破都有了，我们在一些重要的细节上作一些补充。原始创新需要我们发现不同的东西，需要一种自信和主动精神，这是我们目前比较欠缺的。在科学上应该鼓励不同的想法，敢于证伪，不盲从权威。 /p p 　　第三，中国的科学研究在许多领域已经达到了相当高的水平，个别领域甚至走到了国际前列。但我们的原始创新为什么还是不多，这与国际学术界的话语权仍在西方科学家手中有关。一个概念性创新、发现往往要克服很大困难才能得到发表。 /p p 　　第四，在技术的创新上，保护和奖励创新还有待加强。对违反知识产权的行为处罚较轻。 /p p 　　最后一点，我国要想提升原创性的科学研究，我们的科学家、管理部门和资助机构应该着眼长远，有很大的耐心去孕育、培养、支持创新思想。一个原始创新要在科学家的头脑中孕育，要在实验中加以证明和完善，还要在其他系统中进一步拓展，所以整个过程是非常长的，需要耐心和定力。不要总是催促出短平快的成果，要出对一个领域有重要影响，或者改变人们原有认识的创新成果。 /p p 　　改革开放40年来，我们积累了重要的人才基础、知识基础和技术基础。我们的研究条件也完全可以媲美世界上最先进的实验室。越是在这样的条件下，越要沉下心来，想一些深远的，与别人不一样的问题。我们整个社会对科学家的工作要有很大的宽容和理解，要有一个长期的支持。科学家自己也要长期坚守重要的科学问题，“咬定青山不放松”。我们培养的科学家要长期坚守一个重大的科学问题，长期不懈坚持下去。 /p p 　　 strong 沈树忠： /strong 核心技术、原始创新是与基础科学研究的扎实程度密切相关的。 /p p 　　加强原始创新，就要加强基础研究。做科研一定要抱以平常心，就好像学功夫一样，基础没打好，就不容易出成果。现在很多评价体系促使年轻人着重追求虚的、浮夸的成果和奖励，而不是真正为了做好基础科学练“内功”。功底没练好，想要做出高水平的东西肯定是不可能的。一定要长期有效地鼓励和激励踏踏实实做科研的人，这是一个长期的过程。 /p p 　　企业的原始创新水平也较低，这不仅仅是企业的问题，实际上也是我国本身科学技术发展水平的问题，这个问题要长年累月地积累才能达到一定高度。而不是靠几项发明、几篇高端文章，或者是一两项高水平技术就能解决的。 /p p 　　国家原始创新的底子厚不厚，还是要看国家的基础科学积累的水平如何。即使我们的技术遇到难题，只要我们的功底足够扎实，很快就会发挥作用。 /p p 　　年轻人目前的原始创新动力不足，与科研评价体制等都是相关的。做好研究要真正从学科发展的角度去考虑。浮躁的学风会影响整个国家的科学发展。 /p p 　　 strong 向涛： /strong 目前来看，我国创新成果比较少，但这不是说我国的科研出现了大的基础性问题，而是因为我国的积累时间比较短。 /p p 　　从发展速度上说，也不能说创新成果少，跟10年前相比，我们的创新成果更多了，也在增长。这是积累的问题。 /p p 　　第二，与教育制度相关。我国的教育同质化程度太高。这种教育方式不利于对学生敢于质疑的科学精神的培养。从大众的角度讲，缺乏一定的教育基础。 /p p 　　第三，与我国目前的评价体系有关。简单说就是“急功近利”的倾向比较严重。 /p p 　　 strong 刘忠范： /strong 相对科学原发国家而言，我们的积累还不够。原始创新来自基础研究，而我们真正特别关注基础研究也就是过去二三十年的事，相对而言时间还比较短。真正的原始创新工作需要长期的积淀。这是我国目前创新成果较少的一个非常重要的原因。 /p p 　　此外，我们在做科研的方式、方法上还是比较急躁的。我们总是在喊口号，“做原始创新和颠覆性创新”“做变革性创新”，但这需要慢功夫，不是喊几句口号就可以实现的，必须踏踏实实，而且还要路子走对，才有可能出现原始创新。 /p p 　　从某种意义上说，目前原始创新少与浮躁的学风也不无关系。我们现在的评价机制导致了大家特别浮躁，而科学研究是有自己的规律的。 /p p 　　 strong 俞梦孙： /strong 原始创新来自于需求，我们如果把需求背后的规律搞清楚了，原始创新成果就会涌现。需求背后的规律是根本，本身就蕴含着重大发现。而我国的很多所谓“创新”工作是追随西方的，没有按照实际需求，导致我们的很多工作是在别人设计好的圈圈里做来做去。 /p p 　　需求指的是当前最需要的东西，代表着当前没有被解决但亟待解决的问题。而对需求的解决不应该只停留在表面，应该探讨需求背后的规律。 /p p 　　企业创新比较容易出现的问题是目光短浅，常常只看到眼前。需求背后的创新常常不是孤立的，可以举一反三。解决这些需求的过程就是原始创新的过程，一定要按照科研规律安排科研工作。 /p p 　　 span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 院士观点 /strong /span /p p 　　●“走别人没有走过的路”，既是世界科技创新的必然过程，也是我国科技强国的必然需求。我国科学家要敢走别人没有走过的路，立足祖国大地、谙熟我国国情、放眼国际前沿、瞄准重大成果，做科技强国的践行者。 /p p 　　 span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " ——姚檀栋(中国科学院院士、中国科学院青藏高原研究所名誉所长) /span /p p 　　●我国的科学技术经过几十年的发展，已进入在一些关键领域可与国际同行一竞高低的阶段。建设世界科技强国，关键在于创新，而科技创新需要一支拥有全球视野、熟稔领域发展、瞄准世界前沿的战略科技力量。这样的科技队伍是具备深厚科学积淀、优秀科研人才和完备的科研基础设施的综合性力量，只有这样的科技队伍才能够在全球科技风云变幻中把握发展趋势、汇聚科研力量、引领科技发展。 /p p 　　 span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " ——祝世宁(中国科学院院士、南京大学物理学院和现代工程与应用科学学院教授) /span /p p 　　●对核心技术不应抱着从国外引进的幻想，而应当从自身发展中寻找根本性的解决办法。“非对称”赶超战略思想的提出，为我们从“跟跑”向“并跑”“领跑”转变，为我国科技实力在激烈的国际竞争中争得一席之地指明了方向和突破口。 /p p 　　 span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " ——丁健(中国工程院院士、中国科学院上海药物研究所学术委员会主任) /span /p p 　　●应当注意的是，对于我国建设科技创新大国应承担的责任与义务，全社会也应当有统一而清晰的认识。全社会应当加强对这一目标的高度认同，进而形成切实有效的鼓励创新、尊重创新的社会氛围。 /p p 　　 span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " ——欧阳自远(中国科学院院士、中国科学院地球化学研究所研究员) /span /p p 　　●作为科技工作者，在国家提倡创新的大背景下，更应该当仁不让地承担起科技创新的责任与使命，以自身的知识为基础，利用科研平台所能提供的支持，作出更多更前沿的成果。同时，科研人员也应当切实响应国家发展对科技创新的需求，以解决行业、领域中的难点问题作为自身科学研究的主攻方向之一。在关注基础科研问题的同时，科研人员也应当关注与自己研究相关的技术难题，以科技手段推动行业进步。在世界科技竞争日趋激烈的今天，广大科技工作者需要以时不我待的紧迫感投入到国家的科技创新事业中。 /p p 　　 span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " ——都有为(中国科学院院士、南京大学物理学院教授) /span /p p 　　●回顾世界各国科学发展历史不难发现，基础科学研究取得的革命性突破，必将引发前沿技术的颠覆性变革。在国际竞争中，谁掌握了先进科学技术并拥有强大的科技创新能力，谁就赢得了发展先机，并掌握发展的主动权。这就要求我们在实施创新驱动发展战略时，首先要看清世界科技发展大势，发展科学技术必须具有全球视野，要把握时代脉搏。 /p p 　　——吴岳良(中国科学院院士、中国科学院大学副校长) /p p 　　寻找科技创新突破口，抢占未来科技发展的先机，也向广大科技工作者发出了强大的号召。拥抱这一科技创新的“春天”，需要科技工作者树立勇攀高峰的信心，不畏惧科学探索的艰难险阻，勇于挑战世界科技前沿，力争在科技竞争的赛场上独领风骚、拔得头筹 需要国家不断深化科技改革，形成契合发展要求的科学管理与运行体制，为科学的蓬勃发展提供良好的“动力系统” 需要全社会形成尊重人才、爱护人才的良好氛围，培育出一支符合科学创新发展要求的高素质科学队伍，真正落实科技创新的要求，从而实现建设世界科技强国的美好愿景。 /p p 　 span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 　——管华诗(中国工程院院士、中国海洋大学教授) /span /p p 　　 span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 政策集锦 /strong /span /p p 　　“创新驱动发展战略大力实施，创新型国家建设成果丰硕，天宫、蛟龙、天眼、悟空、墨子、大飞机等重大科技成果相继问世。”十九大报告中，习近平总书记提到了一系列依靠原始创新“上天入地”的大国重器。 /p p 　　从“科学技术是第一生产力”到“创新是引领发展的第一动力”，十九大报告中10余次提到科技、50余次强调创新。到2035年，我国经济实力、科技实力将大幅跃升，跻身创新型国家前列的目标将激励全社会积极投入到原始创新中。 /p p 　　十九大报告指出，要瞄准世界科技前沿，强化基础研究，实现前瞻性基础研究、引领性原创成果重大突破。加强应用基础研究，拓展实施国家重大科技项目，突出关键共性技术、前沿引领技术、现代工程技术、颠覆性技术创新，为建设科技强国、质量强国、航天强国、网络强国、交通强国、数字中国、智慧社会提供有力支撑。加强国家创新体系建设，强化战略科技力量。深化科技体制改革，建立以企业为主体、市场为导向、产学研深度融合的技术创新体系，加强对中小企业创新的支持，促进科技成果转化。倡导创新文化，强化知识产权创造、保护、运用。培养造就一大批具有国际水平的战略科技人才、科技领军人才、青年科技人才和高水平创新团队。 /p p 　　2018年全国两会期间，习近平总书记也多次强调创新之重要。“发展是第一要务，人才是第一资源，创新是第一动力”“中国人民的创造精神正在前所未有地迸发出来”“只要13亿多中国人民始终发扬这种伟大创造精神，我们就一定能够创造出一个又一个人间奇迹”。 /p p 　　今年两会《政府工作报告》提出，要实施创新驱动发展战略，优化创新生态，形成多主体协同、全方位推进的创新局面。扩大科研机构和高校科研自主权，改进科研项目和经费管理，深化科技成果权益管理改革。支持北京、上海建设科技创新中心，新设14个国家自主创新示范区，带动形成一批区域创新高地。 /p p 　　在国家创新体系建设方面，《政府工作报告》指出要强化基础研究和应用基础研究，启动一批科技创新重大项目，高标准建设国家实验室。鼓励企业牵头实施重大科技项目，支持科研院所、高校与企业融通创新，加快创新成果转化应用。国家科技投入要向民生领域倾斜，加强雾霾治理、癌症等重大疾病防治攻关，使科技更好造福人民。 /p p 　　在创新激励政策方面，《政府工作报告》表示要改革科技管理制度，绩效评价要加快从重过程向重结果转变。赋予创新团队和领军人才更大的人财物支配权和技术路线决策权。对承担重大科技攻关任务的科研人员，采取灵活的薪酬制度和奖励措施。探索赋予科研人员科技成果所有权和长期使用权。有悖于激励创新的陈规旧章，要抓紧修改废止 有碍于释放创新活力的繁文缛节，要下决心砍掉。 /p p 　　今年1月，《国务院关于全面加强基础科学研究的若干意见》出台 3月，国务院印发《积极牵头组织国际大科学计划和大科学工程方案》，明确了我国牵头组织国际大科学计划和大科学工程的“三步走”发展目标。 /p p 　　在科技创新“加速度”的道路上，中国正在奋勇向前，汇聚各方力量，大步迈进世界前列。 /p

无锡中科光电技术有限公司总经理万学平主持人：据了解中科光电拥有国内顶尖的技术专家与科研创新团队，您能谈谈相关情况吗？万学平：关于科技创新，我有几个方面的体会。第一，要“聚焦”。高度聚焦一个行业、一个细分市场上。中科光电的聚焦核心是在大气环境立体监测技术、产品和应用上，坚持以此为创新主干再往外延伸，这条路才能走很远。第二，创新人才要充足。创新理念要靠有创新能力的队伍实现。中科光电在人才队伍上有先天优势，本身是由中科院安光所刘文清院士专家团队发起成立的，除中国工程院院士1名外，有国家千人计划人才2名，863领域专家2人。从事技术研究、产品开发与工程应用的研究员、高级工程师、技术员超过50人，65%以上为硕士、博士学历。在非常多的技术沉淀的基础上，我们特别重视人才的引进和培养，在社会上广泛吸收专业人才。因为近年来环境监测技术应用领域的发展日新月异，应用需要多学科人才的配合，包括大气科学、大气化学、大气物理、大气遥感等，我们把这些人才综合起来，才会做的更有深度。第三，好的运营机制。好的队伍缺乏好的运营机制保障就无法高效率、高质量的产出。作为聚光科技旗下控股的子公司，秉承了聚光的运营体制，这种传承对我们的创新质量起到了很好的保证作用。主持人：关于环保产业人才流动性大，吸引力相对较低等问题，您有哪些体会和变化？万学平：我认为这些现象与整个环保行业所处的发展阶段有一定关系。比如环境监测分析仪器行业里，原来是散点状态，集中度不高，随着集中度越来越高，我相信人才流动会放缓，更好的更稳定的平台对人才更有吸引力，才能给予个人综合性的成长。主持人：这次参加中国国际环保展，中科光电带来什么新产品新技术，有哪些亮点？万学平：中科光电在大气环境遥感监测技术研究、产品开发与集成应用的战略方向上，每年不断分析总结，都会推出新的产品和应用。近年来，大气污染防治形势变化较快，从“大气十条”的制定、实施、完成到大气污染防治攻坚战的提出，特别是要打赢蓝天保卫战，各地、各区域的大气污染防治工作不断升级，这个过程中，作为企业就会感受到需求的微妙变化。最新的体会是，如何把环境监测和环境执法、环境监管打通，让监测成果直接为空气质量达标和大气环境改善提供有效的支撑和服务，这是目前比较活跃的需求。从产品角度来看，过去是监测单一颗粒物的激光雷达，现在发展到可以监测多种污染物指标的激光雷达。原来只有气溶胶技术，慢慢有了大气臭氧探测激光雷达，今年又推出大气颗粒物监测激光雷达（双镜微脉冲雷达）、大气环境遥感监察执法车的技术与服务、风廓线雷达等，可能明年就有激光雷达在监测二氧化硫等污染物上的应用。目前把多指标集成在一台设备上困难比较大，因为关键的光源技术、监测技术还达不到要求，可能是单一指标或者一两个指标的结合。刘院士有一句话，激光雷达未来总的发展方向是能够探测任意路径上的物理、化学参数，从大气污染防治的角度来讲，这项技术还是有比较广的发展空间。第二，中科光电的产品结合不同应用场景和需求，产品类型也在不断丰富。比如气溶胶激光雷达，原来只有一款产品。现在针对国家空气质量监测和评价体系需要，有很多类型的监测站，像超级站、颗粒物组分站、光化学成分站、区域输送传输站等，针对这些不同的监测站，我们在产品配置、产品形式上不断创新。第三，现在的监测仪器有小型化、便携化的趋势。小型化是把激光雷达慢慢的传感器化，这是未来很重要的发展方向。比如我们这次参展的小型激光雷达，除了传统测气溶胶的功能外，还集成了视频技术、无线传输和云计算技术，能与其他监测参数快速融合联用的技术，使之成为智能设备。未来，我们要把光学技术和物联网、云计算等信息技术更好地结合起来，使监测仪器专业化提高同时增强智能化。来源：中国环境报