2024年9月科技快讯
01
实现温敏型动态泡沫剂糖尿病无创给药
南京大学现代工程与应用科学学院宋玉君教授团队与南京理工大学罗军教授团队进行合作研究，开发了温度响应的双激素直肠用动态泡沫剂（HormFoam），同时设计了配套的药物器械装置，用于胰岛素和普兰林肽的直肠无创给药，并利用微流控芯片实现药物的连续化制备，提高临床转化潜力。这项研究展示了一种双激素无创给药方案，结合微流控技术，其中微流控技术的结合，极大地提高了这项技术的临床转化潜力，对于推进糖尿病患者血糖管理具有重要意义。此外，原位自发泡直肠给药系统促进了蛋白类药物体内无创递送技术的发展，具有广阔的生物医学应用前景。
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HormFoam连续化制备、体内递送及药物作用过程示意图
02
揭示磁场下笼目反铁磁体中手性量子自旋液体的存在
南京大学物理学院李建新教授、于顺利教授课题组利用变分蒙特卡洛方法研究了笼目（kagome）晶格上自旋1/2反铁磁海森堡模型中磁场诱导的量子相变，揭示了最近实验观察到的1/9磁化平台可能是一个具有高阶内禀拓扑序的手性量子自旋液体态。课题组发现随磁场增加，系统从狄拉克量子自旋液体（DSL）转变为Z3量子自旋液体（Z3QSL）再到价键固体（VBS），进一步揭示了奇特的1/9磁化平台相的本质特征，确定了该磁化平台相是一个具有9阶内禀拓扑序的手性Z3量子自旋液体。这是在描写真实材料的微观模型中实现高阶内禀拓扑序的稀有实例，同时，他们还进一步预测了可供实验验证的自旋激发谱的关键特征，为未来的实验研究提供了理论依据。
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（a）和（b）分别为Z3量子自旋液体的演生规范场结构和部分自旋子能带（第3至7条带）色散；（c）、（d）和（e）分别为基态能量、磁化强度和手性序参量随磁场的演化；（f）为拓扑纠缠熵对系统尺寸的标度关系；（g）为Z3量子自旋液体的自旋激发谱。
03
揭示全球城市绿地降温能力的不平等性
南京大学生命科学学院滕潄清助理教授、徐驰教授课题组与国内外多个研究团队合作，通过遥感数据对全球约500个特大城市绿色基础设施的热缓解能力进行量化。研究发现，在高温季节，绿地可平均降低城市地表温度约3℃，这对于缓解极端高温至关重要。降温能力（cooling capacity）在全球南北方城市存在显著差异：平均而言，南方城市的降温能力只有北方城市的约70%；考虑人口密度和空间分布后，南北方城市居民获得的平均降温收益（cooling benefit）也表现出类似差异。这种降温不平等源于全球南北方城市绿地数量和质量的差异，受自然和社会经济因素的共同影响。研究进一步表明，提高城市绿色基础设施的数量和质量，在增加降温能力和减少全球不平等方面潜力巨大。该研究凸显出基于自然的解决方案对缓解全球南方城市热胁迫的重要性。
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全球南北方降温能力格局及对比。（a）全球主要城市降温能力分布；（b）降温能力纬度分布；（c）全球南北方城市降温能力对比
04
揭示三链体DNA互作蛋白及调控机制
南京大学生命科学学院陈加余教授课题组发文首次系统性揭示了内源性三链体DNA互作蛋白及其多样化的调控模式与分子功能。为实现在活细胞中系统捕获内源三链体DNA互作蛋白，研究者开发了特异性识别三链体DNA的光交联化学探针photoBQQ，并通过一系列体外和体内实验证实了photoBQQ探针对三链体DNA的特异性识别能力及其对三链体DNA调控蛋白的临近标记活性。利用该探针，研究者在HeLa和A549细胞系中开展了共结合介导的蛋白质临近标记，特异性捕获并通过定量质谱成功鉴定了78个高置信度的三链体DNA互作蛋白，为理解三链体DNA的动态调控机制奠定了坚实基础。该研究首次系统地揭示了内源性三链体DNA调控蛋白的全景图，不仅为深入理解三链体DNA的动态调控奠定了基础，也为诸多蛋白的分子功能研究提供了全新视角。这一研究还为探索三链体DNA的生物学功能及其在转化医学中的应用提供了宝贵资源。
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三链体DNA调控蛋白的不同结合模式
05
发布高精度消息传递机器学习力场HotPP
南京大学物理学院孙建教授、王慧田教授、邢定钰院士等人发布了他们自主开发的机器学习力场：高阶张量消息传递原子间势函数（HotPP），这是一种E(n)等变的消息传递神经网络，能够将节点嵌入和消息中的笛卡尔张量扩展到任意阶。对多个数据集的测试显示，HotPP力场不仅在预测目标性质如能量和力等方面表现优异，精度比肩世界最高水平，还提供了与ASE和Lammps等常用软件的接口，可以用于计算声子谱、红外谱和拉曼谱等，展示了其在未来科学研究中的巨大潜力。
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HotPP的网络结构示意图
06
在二维拓扑绝缘体研究中取得重大进展
南京大学物理学院李绍春教授课题组在二维拓扑绝缘体研究中取得重大进展。该课题组使用精控分子束外延技术首次生长出大带隙的二维拓扑绝缘体ZrTe5单层，通过扫描隧道显微学测量发现单层ZrTe5具有不同于体结构的两种全新结构相，并存在高达~250 mV的拓扑非平庸带隙和边界金属态，为未来实现室温量子自旋霍尔效应提供了可能的材料平台。该课题组通过发展范德华外延方法，进一步提高了外延过程中的温度和束流精度，首次成功生长出了二维拓扑绝缘体单层ZrTe5。高分辨形貌图显示，单层ZrTe5具有两种不同于体相的新结构相，而这两种结构分别对应于面内ZrTe3三棱柱的不同排列方式。该发现为探索室温量子自旋霍尔效应提供了一个非常理想的材料平台。
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单层ZrTe5的形貌表征。（a）单层ZrTe5在BLG/SiC衬底上的表面形貌图。（b, d）分别为相1和相2的形貌放大图。（c, e） 分别为两种相的剖面轮廓线。（f, g）为单层ZrTe5的XPS测量结果。（h, i）为相1正负偏压下原子分辨。（j, k）为相2正负偏压下原子分辨。
07
揭示子宫内膜无菌性炎症的慢性化机制
南京大学医药生物技术全国重点实验室、生命科学学院孙洋教授/徐强教授团队，联合浙江省同德医院吕雯主任、南京市第一医院杜前明博士开展合作研究，通过干湿结合的研究策略阐明了雌激素诱发子宫内膜无菌性炎症慢性化的新机制，即雌激素可诱导子宫组织内皮细胞上磷酸酶SHP2高表达，后者通过RIPK1Y380-AP1信号轴驱动内皮细胞活化，一方面分泌多种炎症/趋化因子致巨噬细胞跨内皮浸润，形成基于内皮-巨噬细胞互作的、雌激素非依赖性的无菌性炎症正反馈回路；另一方面内皮细胞分泌促生长因子IGF1致子宫内膜上皮细胞异常增殖，两者共同促进了子宫内膜无菌性炎症的慢性化进程。该研究揭示了雌激素诱发的子宫组织内皮细胞SHP2-RIPK1Y380-AP1信号轴介导子宫内膜无菌性炎症慢性化的新机制，并提出一种潜在的非激素替代疗法。
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内皮细胞SHP2-RIPK1Tyr380-AP1 信号轴促进子宫内膜无菌性炎症
08
在约瑟夫森近场微波显微镜研制及其应用研究中取得重要进展
南京大学电子科学与工程学院吴培亨院士领导的超导电子学研究所王华兵教授、王永磊教授研究团队，以检测高频芯片的近场信息为主要目标，在国家重大仪器项目的支持下，自主研发了超导约瑟夫森扫描探针显微技术，并成功应用于微波芯片的测试和表征。该显微系统将约瑟夫森结优异的高频探测性能和扫描探针显微技术的高空间分辨能力有机结合，为微波至毫米波频段集成芯片的近场电磁表征提供了一种超宽带、高灵敏、高分辨的全新手段，为高频、高速集成芯片的发展提供了一种新型的表征手段。
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约瑟夫森探针显微镜应用于集成芯片的近场微波检测
09
揭示了双层镍氧化物La3Ni2O7中的强电子关联和部分能隙
南京大学物理学院闻海虎教授、戴耀民教授、卢毅教授课题组与中山大学王猛教授课题组合作，在镍基超导研究中取得新进展。研究团队利用红外光谱技术测量并结合第一性原理计算，揭示了双层镍氧化物La3Ni2O7中存在强电子关联效应，并观测到密度波类型的部分能隙。研究团队利用红外光谱技术测量了La3Ni2O7的反射率谱并转换成为光电导谱，然后与第一性原理计算的结果进行对比。对比实验和理论计算的Drude谱重可以获得La3Ni2O7的电子动能比Kexp/Kband。他们发现实验光电导谱低频的Drude响应（以零能为中心的峰）明显弱于理论计算的结果，说明该材料中存在强电子关联效应。
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（a）La3Ni2O7的光电导谱(T= 150 K)和Drude-Lorentz拟合结果，插图将低频的结果进行了放大。（b）和（c）计算得到的La3Ni2O7的能带结构和光电导谱。（d）La3Ni2O7和一些其它典型材料的电子动能比Kexp/Kband
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在M2c修复型巨噬细胞功能极化的调控机制方面取得重要进展
南京大学生命科学学院、医药生物技术全国重点实验室沈萍萍教授团队在M2c修复型巨噬细胞功能极化的调控机制方面取得重要研究进展。该项目通过研究M2c巨噬细胞在组织修复中的关键生物学功能，提出了PPARg T166翻译后修饰介导的脂质合成通路在M2c表型极化中的调控新机制，同时获得具有潜在临床转化价值的重要调控因子信息。该研究不仅提出巨噬细胞功能极化的新原理，而且为临床组织修复提供了新思路。
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机制示意图
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在呼肠孤病毒目质型多角体病毒viroplasm相关非结构蛋白研究中取得重要进展
南京大学生命科学学院籍晓云教授研究团队以呼肠孤病毒目质型多角体病毒（CPV）为研究对象，使用生物信息学，生物化学和结构生物学等多种手段，解析了常用的研究模型质型多角体病毒NSP9高分辨率晶体结构，发现了一种全新的蛋白-核酸结合模式，为呼肠孤病毒目病毒复制工厂工作机制的理解提供了全新的线索，也为以病毒复制工厂为靶点的呼肠孤病毒目相关药物研发提供理论基础和独特见解。
论文链接：
网页链接gkae803/7759143
NSP9ΔC晶体结构和同源二聚体相互作用界面
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结集发表重点研发计划项目研究成果
由南京大学地理与海洋科学学院鹿化煜教授负责的国家重点研发计划项目“过去气候变化定量重建方法和我国区域气候重建(2016-2021)”、“末次盛冰期以来中国气候高分辨率代用资料及多尺度变化与机制(2023-2028)”，围绕过去2万年中国区域气候变化的规律和机制，展开研究。最近，他们基于阶段性研究成果，以“亚洲季风和定量古气候: 方法、变率和驱动机制”为主题，联合国内外学者，在国际权威学术刊物《Global and Planetary Change》结集发表了19篇学术论文，体现了这一研究领域的最新进展。上述研究成果深化了对亚洲季风气候和我国区域气候变化的认识，对于揭示气候变化动力机制和预测未来气候变化有积极意义。
当期期刊主题；过去2.1万年气候变化集成序列
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实现了基于幻像声学的超宽带的隐形时空幻像
南京大学物理学院赖耘教授团队和香港大学Nicholas X. Fang教授团队进行合作，提出了一种原创的隐身方法，利用幻像声学概念解决了传统隐形斗篷带宽狭窄的技术瓶颈，在超宽频范围内抑制了物体的散射，并实现了“空间消失”和“时间偏移”的隐形时空幻像。这项研究在理论上具有重大意义，为宽带隐形和声场调控等实际应用开辟了新的设计方向。尤为重要的是，这种方法所带来的声波无损传播和散射消除效应，并不局限于特定的频率范围，而是适用于超宽频带的声波。这一特性使得该技术在声波通信、声学隐身、噪声控制等多个领域都具有广泛的应用前景。
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空间消失和时间偏移的隐形时空幻像
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在盐湖锂资源绿色开发领域取得重要突破
南京大学能源与资源学院朱嘉教授、地球科学与工程学院陈骏院士与合作者在盐湖锂资源绿色开发领域取得重要突破。该工作通过仿生盐土植物的“选择性吸收-储存-释放”机制，成功开发界面光热盐湖提锂技术。该技术利用界面光热蒸腾效应，强化纳米通道传质并驱动高精度离子分离，实现了高选择性、低能耗、低碳排放的太阳能盐湖提锂。这一技术有望推动我国青藏盐湖锂资源的绿色开发，减少对进口锂矿的依赖，保障战略性关键金属锂的安全供给。相关研究成果以“Solar transpiration-powered lithium extraction and storage”为题，于2024年9月27日发表于Science期刊。
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界面光热盐湖提锂的运行机制和器件组成
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预测具有新奇物性的M4XY2家族二维材料
南京大学物理学院孙建教授课题组利用自主开发的机器学习与图论辅助的晶体结构搜索方法MAGUS，在多功能二维材料结构设计领域取得新进展，提出了一类M4XY2家族二维材料——双层过渡金属硫卤化合物。该化合物表现出新奇的物理性质，包括拓扑、超导和磁性等，具有丰富的物理效应和潜在的应用前景。本工作是利用孙建教授课题组自主开发的机器学习与图论辅助的晶体结构搜索软件MAGUS软件在二维材料领域开展的代表性工作之一。
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M4SCl2的晶体结构、声子谱和能带结构；Pd4SCl2的电子密度分布和AIMD模拟结果
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实现琼斯矩阵全参数调制
南京大学现代工程与应用科学学院李涛教授、祝世宁院士团队在超构表面多维光场调控技术方面取得新进展，他们提出了一种基于超胞结构的片上集成超构表面设计方案，用单层超构表面完成八通道导模辐射振幅、相位的独立调控，实现了琼斯矩阵的全参数解耦调制，同时结合多种相位调控机制成功演示了方向复用的导模辐射调控功能。本研究充分利用了导波照明引入的额外自由度，联合多种相位调控机制，为片上超构表面多维调控提供了全新的设计思路。
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片上超构表面琼斯矩阵全参数调制示意图
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实现大容量、高电压钠离子电池层状正极的稳定循环
南京大学现代工程与应用科学学院郭少华教授、周豪慎教授课题组等人提出一种定制化策略，即选用廉价且具有功效性的造岩元素（Mg-Al-Ti）进行多元微量掺杂，实现了高电压P2-Na0.67Ni0.33Mn0.67O2层状正极材料在兼备大容量和高压特性下的稳定循环，并且通过原位XRD、非原位的HRTEM、以及非原位XAFS探究了其充放电过程中电化学反应机理。设计的Na0.67Ni0.28Mg0.04Al0.02Mn0.64Ti0.02O2表现出140.3 mAh g-1的高可逆容量，并在50个循环后容量保持率仍高达89.0%。基于此, 组装的钠离子全电池实现了303.3 Wh kg-1的高能量密度。此外，作者揭示了大体积相变导致的晶内裂纹和进一步副反应导致的层状结构向岩盐结构的转变可能是容量失效的关键原因。
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定制化策略及其改善机制
