原标题：科大资讯 | 近期科研成果速览
来源：中国科学技术大学目
录
1.中国科大几何与物理中心团队在里奇流研究中取得重大突破
2.中国科大/中科院深圳先进院毕国强团队破解抑制性神经突触中受体蛋白的组织规则
3.中国科大发现地球磁尾磁场重联由电子动力学触发的证据
4.中国科大实现Nano-CT直接观察细胞内纳米粒子的形成
5.中国科大在生物膜形成机制解析方面取得进展
6.中国科大研制多元硫化物单晶纳米带光催化剂
7.中国科大在基于单光子源的量子精密测量方面取得重要进展
8.中国科大研制一种可替代塑料的仿生可持续结构材料
中国科大几何与物理中心团队在里奇流研究中取得重大突破
近日，中国科大几何与物理研究中心创始主任陈秀雄教授与王兵教授关于高维凯勒里奇流收敛性的论文“Space of Ricci flows (II)—Part B: Weak compactness of the flows”于国际知名数学期刊《微分几何学杂志》发表。该期刊是几何学领域的顶尖刊物。
陈秀雄与王兵的论文率先解决了哈密尔顿-田猜想和偏零阶估计猜想。这些均为几何分析领域二十余年悬而未决的核心猜想。该论文篇幅超过120页，从投稿到正式发表耗时六年。论文的审稿人评论“该文是几何分析领域内的重大进展，毫无疑问将激发诸多相关工作”。
这篇文章引进了众多新的思想和方法，对几何分析，尤其是里奇流的研究已经产生了深远的影响。这篇文章的概念和方法也被运用到了王兵及其合作者近两年的其它一系列重要工作中。
详细阅读：
http://news.ustc.edu.cn/info/1055/73188.htm
论文链接：
https://projecteuclid.org/euclid.jdg/1599271253
中国科大/中科院深圳先进院毕国强团队破解抑制性神经突触中受体蛋白的组织规则
近日，中国科学技术大学毕国强和刘北明团队，与美国加州大学洛杉矶分校周正洪教授合作，通过发展前沿冷冻电镜断层三维成像技术，在神经突触的分子组织架构与功能研究方面取得突破。相关研究成果近日发表在Nature Neuroscience.
毕国强教授多年来着重于发展用于突触、神经网络及全脑尺度解析的前沿显微成像技术，自从2007年回国后，核心工作之一即是与周正洪教授和匹兹堡大学章佩君教授合作，发展CryoET原位三维成像技术，重点应用于突触结构与功能研究，并在合肥微尺度国家研究中心建设了发展和应用光学与电子显微技术的集成影像中心，与张小康、陶长路、刘云涛等学生一起，经过长达十年的艰苦攻关，研发了新型冷冻光电关联显微成像技术。
在此基础上，研究团队发展了一种基于过采样与自动分类的冷冻电镜断层三维成像亚区域图像处理方法，实现了对细胞断层三维重构图像中无标记和无模板依赖的蛋白质自动识别和三维重构分析。
抑制性突触中受体分子与支架蛋白的这种介态状自组织形式，使得突触同时具备了稳定性和可变性，这一特性从分子组织结构层面很好地解释了学习与记忆的突触机理。本研究中，对GABAA受体原位三维结构的首次解析，为受体分子等蛋白质的原位高分辨解析以及相应药物作用机理和治疗药物开发研究奠定了基础。对抑制性突触分子组织架构的解析表明利用冷冻电镜技术对突触超微结构与功能这一“黑匣子”的解密迈出了关键的一步，审稿人则评论道：“据我所知，这是首次利用冷冻电镜断层成像技术对受体蛋白进行定位研究分析，这一工作将成为领域内的一个里程碑。”
图1.冷冻电镜断层原位成像技术解析神经突触受体蛋白原位结构与组织分布
图2.抑制性突触中受体等蛋白分子与细胞器组织分布的三维可视化
(图片版权：陶长路、刘云涛、毕国强；图片制作：王国燕、马燕兵)
详细阅读：
http://news.ustc.edu.cn/info/1055/73180.htm
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41593-020-00729-w
中国科大发现地球磁尾磁场重联由电子动力学触发的证据
中国科学技术大学中科院近地空间环境重点实验室陆全明、王荣生研究团队，联合美国加州大学洛杉矶分校卢三博士和其他多家欧美科研机构，在地球磁尾磁场重联触发机制方面取得重要进展。他们结合MMS卫星高分辨率观测资料和数值模拟，发现了地球磁尾磁场重联由电子动力学触发的证据。相关结果近日发表在《Nature Communications》上。
依据理论和数值模拟的研究，地球磁尾的磁场重联触发有两种可能的机制。关于两种机制的争论持续了长达半个世纪。研究团队结合高时间分辨率卫星数据和数值模拟，发现地球磁尾位型下的磁场重联触发过程起始于小尺度的电子尺度区域的证据，由该区域内电子动力学行为主导，并导致了进一步的爆发式能量释放过程。这为长达半个世纪的地球磁尾磁场重联触发问题的解决提供了新思路。
详细阅读：
http://news.ustc.edu.cn/info/1048/73201.htm
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-020-18787-w
中国科大实现Nano-CT直接观察细胞内纳米粒子的形成
2020年10月23日，国际著名学术期刊《Science Advances》在线发表了中国科学技术大学化学与材料科学学院梁高林教授课题组的研究成果。该文章报道了一种含碘小分子在细胞内自组装成富碘纳米粒子的“智能”策略，并用纳米计算机断层扫描（Nano-CT）直接观察到细胞内纳米粒子的形成。
小分子在细胞内形成纳米结构的“智能”策略，恰好利用了小分子和纳米结构互补的优势。但由于细胞内存在大量的天然纳米结构，迄今为止，如何把人工形成的纳米结构从细胞内的天然纳米结构中区分出来仍然是一个挑战。
梁高林教授基于本课题组特色的CBT-Cys点击缩合反应，合理设计并合成了一种含碘小分子。Nano-CT是一种在完整细胞内观察三维纳米结构的理想技术。其水窗技术可以使未染色的、约10微米厚的冷冻细胞以独特的高对比度和分辨率在其接近原生状态时进行三维成像。因此，细胞内形成的富碘纳米粒子Iod-CBT-NPs可以通过高对比度的Nano-CT直接成像（见下图）。梁高林教授发展出来的这种策略有望帮助人们进一步区分细胞内形成的其他人工纳米结构，从而深入了解细胞内纳米结构的形成机制。
详细阅读：
http://news.ustc.edu.cn/info/1048/73202.htm
论文链接：
https://advances.sciencemag.org/content/6/43/eaba3190
中国科大在生物膜形成机制解析方面取得进展
中国科学技术大学刘贤伟课题组，近期在微生物的生物膜形成机制解析方面取得进展，实现了单个微生物细胞界面粘附强度的成像分析。相关成果于2020年10月15日在线发表于美国科学院院刊杂志。
微生物生物膜是微生物聚集生长的一种重要形式，在水污染控制、污染物迁移与转化、膜污染和疾病传播中扮演着重要的角色。微生物在界面的初始粘附是形成生物膜最关键的步骤。虽然已有技术可测定粘附强度，但往往通量较低、操作难度大，限制了这些技术的应用范围。
针对以上问题，刘贤伟课题组发展了基于表面等离子共振的单细胞粘附强度测定的方法，实现了粘附强度的快速测定。该技术不仅可用于解析生物膜的形成过程，也可以快速筛选生物填料和抗生物污染膜材料，对于研发新型水污染控制技术以及生物污染防治技术具有重要的意义。
图1 单细菌粘附强度的表面等离子体成像分析方法
详细阅读：
http://news.ustc.edu.cn/info/1048/73152.htm
论文链接：
https://www.pnas.org/content/early/2020/10/14/2010136117
中国科大研制多元硫化物单晶纳米带光催化剂
设计新型半导体纳米材料以捕获太阳能并实现高效光化学转化是解决当前全球能源与环境危机的一种理想途径之一。铜基多元硫化物具有良好的可见光吸收性能，因而被作为一种重要的光催化剂材料。然而目前，如何制备高效的铜基四元硫化物光催化剂仍然面临挑战。
近日，中国科学技术大学俞书宏院士团队发展了一种胶体化学合成法，成功制备了四元硫化物单晶纳米带光催化剂，这种单晶纳米带表现出优异的光催化产氢性能。相关成果于10月15日发表在《Nature Communications》上。
研究人员设计了一种简单的胶体化学合成法，成功制备了只暴露（0001）晶面的单晶CZIS纳米带（图1）。同时，该方法也适用于CZGS纳米带的合成。所制备的纳米带光催化剂表现出优异的组成依赖性光催化性能（图2）。进一步研究表明，这种纳米带催化剂具有高的稳定性。
这项研究提出了一种多元硫化物纳米光催化剂设计的新策略，为今后设计开发新型高效光催化剂提供了新途径。此外，该合成策略还有望在光电探测和光电催化等方面展现出独特的应用价值。
图1. DFT计算和CZIS纳米带的结构和形貌表征。（a）晶体结构示意图。（b）（0001）、（1010）和（1011）晶面的光催化析氢反应吉布斯自由能。（c）XRD图。（d-e）TEM图。（f-g）AFM图和相应的高度统计图。
图2. CZIS和CZGS纳米带的光学和光催化性能。（a-b）近紫外-可见光吸收光谱图。（c）不同Zn含量的CZIS纳米带的光催化产氢性能。（d）CZIS纳米带、纳米颗粒和纳米棒的光催化产氢性能。（e）不同Zn含量的CZGS纳米带的光催化产氢性能。（f）CZIS和CZGS纳米晶的循环稳定性。（g）CZIS纳米带光催化产氢示意图。
详细阅读：
http://news.ustc.edu.cn/info/1048/73151.htm
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-020-18679-z
中国科大在基于单光子源的量子精密测量方面取得重要进展
中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等与美国普林斯顿大学Marlan Scully、德国维尔兹堡大学Sven Hofling等合作，在同时具备高纯度、高不可分辨、高效率的单光子源器件上观察到强度压缩，为基于单光子源的量子精密测量奠定了基础。论文以“编辑推荐”形式近日发表于《物理评论快报》。美国物理学会Physics网站以“面向完美的单光子源”为题专门对该工作做了高亮报道。
2004年，潘建伟和同事在国际上首次实现多光子纠缠NOON态，演示了比单粒子高4倍灵敏度的非局域的德布罗意波长。此后，基于纠缠的量子精密测量快速发展，其中，中科大研究组先后演示了6、8、10、12、18倍灵敏度的德布罗意波长，并扩展到冷原子领域。
中科大研究组长期致力于发展高品质的单光子源，首创了脉冲共振荧光方法，利用微腔耦合提高单光子提取效率。2019年，研究组成功解决单光子由于极化损耗而至少损失50%的科学难题。在此基础上，研究小组发展了高品质单光子源，通过对共振荧光的直接测量，证明了0.59 dB的强度压缩，在第一物镜处的压缩量达到3.29 dB。这是自从2000年实现量子点单光子源后，科学家通过20年的努力首次在该体系直接观测到强度压缩，为基于单光子源的无条件超越经典极限的精密测量奠定了科学基础，也为在极低光功率下定义发光强度坎德拉这一基本国际单位提供了一条新的途径。
详细阅读：
http://news.ustc.edu.cn/info/1048/73114.htm
论文链接：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.153601
美国物理学会报道：
https://link.aps.org/doi/10.1103/Physics.13.s127
欧盟计量研究项目“量子坎德拉”：
http://www.quantumcandela.org/project.html
中国科大研制一种可替代塑料的仿生可持续结构材料
塑料制品给现代生活带来极大便利的同时，也正造成严重的环境问题。研发一系列可持续的高性能结构材料，以部分替代石油基塑料，是该问题最有希望的解决方案之一。引入先进的仿生结构设计来制造新型的可持续高性能结构材料将可以极大地提高这类材料的性能，拓宽其应用范围，加速可持续材料替代不可降解塑料的进程。
近日，中国科学技术大学俞书宏院士团队将仿生结构设计理念运用于高性能生物基结构材料的研制实现了具有仿生结构的高性能可持续材料的规模化制备（图一）。所获得的结构材料有望成为石油基塑料的替代品。相关研究成果于11月3日发表在Nature Communications上。
该材料具有仿珍珠母的结构设计，这种仿生设计有效地改善了材料的力学性能此外，结构材料的热性能，尤其是在使用条件下的高温或多变温度下的应用至关重要。在室温下，该材料热膨胀系数（CTE）约为7×10-6K-1，仅为大多数塑料的十分之一（图二）。
此外，它的热扩散系数也高于大多数工程塑料，因此有利于散热，从而进一步确保了实际应用的可靠性。作为一种新兴的结构材料，这种全天然仿生结构材料比塑料更安全、更可靠，从而使其在高温或可变温度下能够替代塑料而成为一种可持续、轻便、高性能的塑料替代品。
图1.仿生可持续结构材料的制备与表征。a，定向变形组装法制备仿生可持续结构材料的示意图。b，天然贝壳。c，天然贝壳珍珠母层的砖泥结构。d，仿生可持续结构材料。e，仿生可持续结构材料内部的人造砖泥结构。
图2.仿生可持续结构材料与聚合物材料的力学与热学性能比较。a，仿生可持续结构材料与传统聚合物的强度模量比较图。b，仿生可持续结构材料与传统聚合物的热膨胀系数和热导率比较图。c，大尺寸仿生可持续结构材料（310 × 300 × 18 mm3）。d，具有不同颜色的的仿生可持续结构材料，比例尺：2 cm。e，基于仿生可持续结构材料制造的智能手机背板。
