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          科研進展
          • 深理工(籌)藥學院院長陳有海當選美國醫學與生物工程院Fellow

              日前,美國醫學與生物工程院(The American Institute for Medical and Biological Engineering,簡稱AIMBE)公布了來自全球的153名新當選Fellow名單,以表彰他們在醫學與生物工程上取得的卓越成就,中國科學院深圳理工大學(籌,暫定名,以下簡稱“深理工”)藥學院院長陳有海教授入選。
              陳有海教授主要從事癌癥、炎癥機制與治療研究,在免疫應答的調節、免疫性疾病的發病機制及治療、新免疫檢查點藥物在癌癥治療中的應用等諸多領域取得了顯著成就,在Science、Cell、Nature、Nature Immunology、Nature Cancer等國際權威雜志發表學術論文160余篇(H因子66,i10因子133,文章總引用次數>18000)。
              陳有海教授此次當選美國醫學與生物工程院Fellow,主要是由于他在生物工程化免疫系統和免疫治療相關工程化生物制品創建領域所做出的杰出貢獻。
              AIMBE成立于1991年,是國際醫學與生物工程領域著名的非營利學術組織,旨在為醫學和生物工程領域的發展提供支持和幫助,以推動社會發展。AIMBE由世界醫學與生物工程領域最杰出(Top 2%)的學者組成,現有2000余位Fellow,他們代表了最具創新和特色的醫學與生物工程領域的學者和工程師。AIMBE Fellow每年經過國際同行提名與嚴格評選產生(由現有Fellow提名,經兩輪篩選,最后經全體Fellow投票選舉產生),是美國醫學和生物工程技術領域的最高學術榮譽。其對生物醫學、醫療器械、疾病治療以及相關公共衛生政策的制定產生了重要影響。
              目前,AIMBE Fellow成員中包括3位諾貝爾獎得主、20位美國總統獎得主、193位美國工程院院士、100位美國醫學院院士和43位美國科學院院士。
              2022年AIMBE當選院士全部名單:https://aimbe.org/2022-aimbe-fellows/ 
              陳有海教授簡介: 
              陳有海,免疫學博士,現任深理工講席教授、藥學院院長,中國科學院深圳先進技術研究院醫藥所癌癥免疫研究中心主任;曾任美國賓夕法尼亞大學病理學和實驗醫學系終身教授、賓夕法尼亞大學醫學院教學委員會主席、美國多發神經硬化基金會科學委員會主席等職務;入選全球前1%頂尖科學家終身影響力榜單,是美國醫學與生物工程院院士(Elected Fellow)、美國Kunkel學會會士(Elected Member)、雷頓獎(Colyton Prize)獲獎人。 
              陳有海 
              2022 AIMBE Fellow線上受聘儀式
              
            2022-05-10
          • 海洋羅斯貝波引起的兩種海洋-大氣響應機制與正、負IOD位相的關系獲揭示

              近日,中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環境國家重點實驗室(LTO)杜巖研究員團隊闡明了南印度洋海洋羅斯貝波引起的兩種海洋-大氣響應機制與正、負印度洋偶極子(Indian Ocean Dipole,IOD)的關系,研究成果由張玉紅博士和杜巖研究員發表在國際著名期刊Journal of Climate(《氣候學報》)上。 
              IOD是發生在熱帶印度洋區域的一種海氣耦合現象,它通常自北半球夏季開始發展,到秋季達到鼎盛時期。IOD的發展遵循Bjerknes正反饋機制,涉及到赤道風場異常、溫躍層沿赤道傾斜、東邊界上升流和緯向溫度梯度異常等過程。其中任一過程發生,都會觸發Bjerknes正反饋機制,引起IOD事件發展。IOD發展期間會引起強烈的海洋和大氣環流的調整,可以影響印度洋周邊區域乃至全球范圍的天氣和氣候狀況。 
              該研究指出,南印度洋西傳的下沉海洋羅斯貝波在春季到達塞舌爾溫躍層隆起區后,會引起海表溫度(SST)增暖并激發大氣響應,形成降水沿赤道反對稱分布的氣候模態,稱為春季反對稱模態或者經向模態(太平洋和大西洋)。反對稱模態通常從冬季,當西印度洋赤道兩側盛行東風時,通過WES正反饋機制發展形成,并在春季達到鼎盛時期。在反對稱模態發展過程中,赤道上的緯向海面壓強梯度引起中東部海域的東風異常。與此同時,西南印度洋的海洋羅斯貝波繼續西傳到達西邊界后,部分轉化為岸界開爾文波,北傳到達赤道后,反射成赤道開爾文波。這些開爾文波在赤道上向東傳播,并在春末夏初到達東南印度洋爪洼-蘇門答臘沿岸,加深當地的溫躍層。此時,赤道東風異常和反射開爾文波導致的溫躍層加深幾乎同時發生,兩者引起赤道上相反的熱力反饋。前者會引起爪洼-蘇門答臘沿岸的SST降低,后者則會引起SST增暖。赤道上的這兩種海氣響應大致同時發生,因此,兩者之間的相對強度決定了最終春末夏初爪洼-蘇門答臘沿岸的SST異常,進而影響同年秋季IOD事件的正、負位相。分析發現,在1960年到2019年的60年里,有4次正的IOD事件和3次負的IOD事件與上述兩種海洋-大氣響應有關。通常情況下,當前一年冬季太平洋發生了強的厄爾尼諾-南方濤動(El Ni?o–Southern Oscillation, ENSO)事件,會通過大氣環流異常強迫出南印度洋的海洋下沉羅斯貝波。該波動強度偏強,容易引起當年春季強的反對稱模態和秋季負IOD事件;當前一年冬季太平洋的ENSO事件偏弱或者沒有事件,南印度洋的海洋下沉羅斯貝波偏弱,容易引起當年春季弱的反對稱模態和秋季正IOD事件;研究結果有助于理解IOD發展前期的海洋動力反饋并改善對IOD的預報能力。 
              該研究由國家自然科學基金和中國科學院項目等共同資助。   
              相關論文信息: Zhang,Y.H. and Y.Du*. 2022. Oceanic Rossby waves induced two types of ocean-atmosphere response and opposite Indian Ocean Dipole phases. Journal of Climate, https://doi.org/10.1175/JCLI-D-21-0426.1 
              圖1 海洋羅斯貝波引起的兩種海洋-大氣反饋及正、負IOD事件的示意圖。(a)正IOD事件當年春末夏初,即4-6月(AMJ),(b)秋季,9-11月(SON)正IOD,(c)負IOD事件當年春季,即3-5月(MAM),(d)秋季負IOD。圖中填色表示溫度異常,黑色箭頭表示風場異常。 
            2022-05-10
          • 太平洋經向模態的強度及其對ENSO的影響將在氣候變暖背景下持續增強

              近日,中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環境國家重點實驗室(LTO)在熱帶外機制對ENSO影響在全球變暖下的變化方面取得新的研究進展,相關研究近日發表在一區top雜志Journal of Climate(《氣候雜志》)上。范漢杰博士為第一作者,合作者包括王春在研究員和楊崧教授等。 
              太平洋經向模態(Pacific meridional mode,PMM)是太平洋最為強盛的熱帶外海氣信號之一,其通常發源于加利福尼亞半島沿岸,并在風-蒸發-海溫(Wind-Evaporation-SST,WES)反饋的作用下增強并延伸至赤道中太平洋,對ENSO的發生發展有著重要的調控作用。研究發現,近幾十年來PMM的強度及其對ENSO的影響作用具有增強趨勢(圖1)。然而,觀測中的氣候態變化包含了自然變率的年代際變化和人為強迫造成的長期變化兩部分,并且兩者的相對貢獻難以區分,因此無法斷定PMM的強度及其影響的增強是否由人為氣候變暖引起。 
              針對該問題,研究人員借助第六次國際耦合模式比較計劃(Phase 6 of the Coupled Models Intercomparison Project,CMIP6)多模式模擬結果開展分析,證明了人為引起的氣候變暖背景下PMM強度和影響作用的持續增強趨勢?;谝幌盗袠藴蔬M行模式評估后,研究人員篩選了16個優選模式開展未來預估,結果發現多數模式在SSP585氣候變暖情景中模擬的PMM的強度及其對ENSO的影響都得到了增強,并且該增強趨勢具有統計顯著的模式間一致性(圖2)。 
              進一步診斷發現,氣候變暖背景下副熱帶太平洋的平均潛熱釋放增大,導致單位風速的變化能夠引起更大的潛熱擾動和海溫響應,即WES反饋加強,最終導致PMM的強度及其對ENSO的影響持續加強。 
              相關成果對于研究ENSO機制的復雜性提供了新認識,并且對全球變暖背景下ENSO變異機理也有重要的參考意義。 
              相關論文信息: https://journals.ametsoc.org/view/journals/clim/aop/JCLI-D-21-0683.1/JCLI-D-21-0683.1.xml
              圖1. PMM的(a)空間分布和(b)時間序列。(c)和(d)PMM指數的21年滑動標準差,展示了PMM強度的長期變化。(e)和(f)PMM指數和ENSO指數的21年滑動相關系數,展示了PMM對ENSO影響的長期變化。 
              
            2022-05-10
          • 廣州地化所孔祥蘭等:在藍細菌中發現新型脂肪類生物聚合物
                隨著經濟的快速發展,在世界范圍內均出現化石燃料被大量開采利用,化石能源耗竭的現象,同時大量排放溫室氣體和有害氣體,由此產生一系列相關的能源、生態環境和人類健康問題。全球變化和人類活動也導致水體中藍藻等藻類的爆發引起水華和赤潮現象。因此,尋找出化石燃料的替代資源也變得非常迫切。
               微藻作為地球上最古老的生物之一,可以為甲烷、生物氫、生物柴油等多種不同類型的可再生生物燃料提供原材料。而近幾年,微藻產油方面的研究引起了廣泛的關注。然而,由于微藻含有大量的多糖、蛋白質和脂質,在熱解的過程中極易受熱分解,導致生物柴油中氧、氮含量高,而且酸度指標較高,進而導致生物柴油的品質下降,很難滿足使用要求。事實上,前人已經報道了一種方法可以有效地去除微藻中的多糖,蛋白質和脂質,最終得到一種難降解有機質(藻質素或類藻質素)。藻質素或類藻質素是一種高脂肪族的、不可水解的、不溶性的生物聚合物,主要存在于一些綠藻,鞭毛藻和耳根瘤菌的細胞壁上。藍藻(藍細菌)作為地球上最古老的光合細菌生物引起廣泛的關注。國內外僅有的少數幾項研究表明藍藻中存在藻質素,但關于藍藻中的分離出的藻質素或類藻質素能否產油生烴,仍然缺乏系統的研究。近期中國科學院廣州地球化學研究所有機地球化學國家重點實驗室、深地科學卓越創新中心博士研究生孔祥蘭和冉勇研究員等人,研究了純培養藍細菌中難降解脂肪性生物聚合物的結構、產油和生烴潛力,取得了一些非常有意思的進展。該研究對實驗室培養的兩種藍細菌 (顫藻和畸形眉藻)樣品進行了化學分級,得到去脂類 (LPF)和酸不可水解有機碳(NHOM) 組分,應用元素分析、13C交叉極化/總邊帶抑制 (CP/TOSS NMR)及其對應的偶極去相核磁共振技術和Rock-Eval熱解分析對其進行了表征,并使用封閉式高壓釜-黃金管裂解實驗對顫藻和畸形眉藻中的NHOM組分進行了裂解研究。
               結果表明,從兩種藍細菌中分離出的NHOM組分是一類具有高脂肪性的難降解生物聚合物,由一條飽和、無支鏈、鏈長可達33的碳鏈構成,與藻質素的結構相似(圖1,3)。此外,隨著裂解溫度的升高,兩種藍細菌的類藻質素組分裂解生成的氣態烴的含量逐漸增加(圖2),生成的正構烷烴由長鏈向中鏈以及短鏈過渡(圖 3)。最后,兩種藍細菌的類藻質素組分的氮和氧含量低,其生烴潛力分別達到65%和53%,展現出非常好的產油和產氣前景。以上裂解實驗得到的生烴潛力和核磁共振數據計算的理論生烴潛力相比,表明核磁共振法會略微低估了兩種藍藻生物聚合物的生烴潛力。
              圖1.顫藻和畸形眉藻原始樣品(BL)及其NHOM組分的13C NMR譜圖。 細線:非選擇性CP/TOSS光譜;粗線:對應的偶極去相CP/TOSS光譜。
              圖2. 不同裂解溫度下,OSC_NHOM和CAL_NHOM產生的氣態烴含量變化圖。C4為異丁烷和正丁烷的總含量; C5是異戊烷和正戊烷的總含量。
              圖3. 在不同裂解溫度下,OSC_NHOM和CAL_NHOM樣品產生的正構烷烴(n-C6-33)含量。 
               該研究受到國家自然科學基金委與廣東省重點聯合基金項目、廣東省科技支撐計劃項目和國家重點實驗室專項基金項目的資助,研究成果發表在Organic Geochemistry上。
               論文信息:Kong, Xianglan; Huang, Ning; Hu, Shujie; Zhang, Xiangyun; Ran, Yong. Structural characterization and confined pyrolysis of resistant aliphatic biopolymer derived from cyanobacteria. ORGANIC GEOCHEMISTRY, 2022, 165: 104352. DOI: 10.1016/j.orggeochem.2021.104352
               
            2022-05-09
          • Science Advances |利用細菌生物被膜開發可持續性半人工光合體系

              北京時間5月7日,中國科學院深圳先進技術研究院合成生物學研究所、深圳合成生物學創新研究院鐘超課題組在Science子刊 - Science Advances上發表題為“Photocatalyst-mineralized biofilms as living bio-abiotic interfaces for single enzyme to whole-cell photocatalytic applications”的研究論文。該研究利用工程改造的大腸桿菌生物被膜原位礦化作用,構建了一個全新的生物-半導體兼容界面,并基于此實現了從單酶到全細胞尺度上可循環光催化反應,為可持續半人工光合體系的構建提供了一種新的思路。鐘超課題組副研究員王新宇和上??萍即髮W博士生張繼聰為文章共同第一作者,鐘超研究員為唯一通訊作者。 
              論文上線截圖
              文章鏈接:https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm7665
                
               隨著全球能源和環境問題的不斷加劇,可再生清潔能源的開發,特別是太陽能的轉化利用吸引了全球研究人員的關注。半人工光合作用是近年來誕生的新興研究領域,結合生物體系的高產物選擇性和半導材料的優異吸光性,能夠實現太陽能驅動的燃料分子和化學品生產(例如利用光能驅動二氧化碳固定生成化學分子)。為在微納尺度實現細菌和半導體材料的界面整合,當前通常的方法是將半導體納米材料固定在細菌的外膜表面或通過細菌內吞作用實現半導體材料和胞內酶的接觸。然而由于細胞和半導體材料直接接觸,光照下半導體材料的光生空穴對細胞將造成永久性損害,從而嚴重影響反應體系的穩定性和可循環利用性。因此,如何構建牢固、友好的生物-半導兼容界面一直是該領域的重要挑戰之一。 
              細菌生物被膜在自然界中普遍存在,由細菌及其分泌的胞外基質共同組成。大腸桿菌生物被膜具有自再生、自適應以及環境耐受等優點,其生物被膜的蛋白成分主要由淀粉樣蛋白curli纖維組成,易于基因工程改造?;诩毦锉荒?,課題組前期開發了智能活膠水和光控梯度活體功能材料等多種活材料并實現了包含生物催化和生物修復等領域的應用。 
              基于生物被膜的可工程改造以及環境耐受等特性,課題組在本項目中提出利用大腸桿菌生物被膜構建生物-半導體界面,將半導體納米材料和細菌進行物理分隔,從而避免半導體材料和細胞的直接接觸并降低半導體材料對細胞的損害,最終發展一種具有可持續性特征的半人工光合作用體系。 
               在具體的研究當中,研究人員首先對CsgA進行了合成生物學改造,將礦化短肽A7和CsgA蛋白融合表達并分泌,賦予生物被膜原位礦化的能力。如圖1所示,通過在生物被膜表面原位礦化CdS納米顆粒,獲得了光催化劑礦化的生物被膜。結合純化的異亮氨酸脫氫酶或胞內表達的甲酸脫氫酶,可以實現從單酶到全細胞的光催化反應體系。 
              圖1:光催化劑礦化活體生物被膜構建半人工光合作用體系示意圖
              通過透射電鏡高分辨元素成像,可以看出納米顆粒的元素組成確實包括Cd元素和S元素(圖2)。進一步對該材料的光電性質表征后發現,利用生物被膜礦化的CdS保持著半導特性,并且光生電子可以傳遞到電極或者電子傳遞介質甲基紫精。為了驗證生物被膜對細胞的保護作用,研究人員構建了表面展示礦化肽段的對照菌株。在同樣的條件進行礦化后進行光照,如圖3所示,表面展示礦化的菌株存活率更低,大部分菌株已經發生了破裂;而含有生物被膜的菌株大部分都存活并保持著完整的形貌,研究表明通過生物被膜使半導材料和細胞發生物理隔離,確實可以起到保護細胞的作用。 
              圖2:光催化劑礦化活體生物被膜的高分辨表征
              圖3:生物被膜對細胞的保護作用
              研究人員還發現,在光照條件下,礦化生物被膜可以實現重要輔酶NADH的再生。通過異亮氨酸脫氫酶(LDH)的加入,就可以利用光能將三甲基丙酮酸還原,選擇性的生成L-異亮氨酸。研究人員進一步通過工程改造,實現了大腸桿菌同時表達生物被膜和甲酸脫氫酶,使工程大腸桿菌具備礦化和固定二氧化碳的能力。利用碳酸氫鈉作為二氧化碳的來源,成功實現了光催化還原二氧化碳生成甲酸的概念驗證(圖4)。與化學合成的CdS納米顆粒相比,礦化的CdS表現出了更優異的催化效率??赡艿脑蚴且驗榛瘜W合成的納米顆粒需要配體來穩定,從而阻礙了活性位點的暴露。 
              圖4:光催化還原二氧化碳生成甲酸
              與漂浮的細胞相比,細菌生物被膜擁有更大的表面積、更強的環境耐受性和更方便、靈活的功能修飾,是搭建半人工光合作用體系的優異底盤。本研究展示了無機材料和生物體系的無縫整合,可以保護細胞免受高能半導材料的損害。未來通過進一步改造微生物的代謝通路,可以實現高附加值經濟化學分子的生成。由于微生物體系具備自我再生的能力同時生物被膜體系易于放大生產,因此,該方法為未來實現可持續的規?;獯呋瘧锰峁┝诵碌姆较?。 
              該研究得到國家科技部重點研發計劃、國家杰出青年基金、深圳合成生物學創新研究院等多個項目支持。 
                
              PI與課題組簡介: 
              鐘超,研究員,博導,中國科學院深圳先進院合成生物學研究所所長助理、材料合成生物學研究中心主任。獲得國家杰出青年基金、國家自然科學基金大科學裝置聯合基金等重大科研項目,任國家重點研發計劃合成生物學專項首席科學家,并獲得國家重點人才引進計劃青年專家、科學中國人年度人物(2018)等榮譽。鐘超研究員是材料合成生物學領域的專家,目前已在Nat. Rev. Mater.、Nat. Nanotechnol.、Nat. Chem. Biol.、Sci. Adv.、Adv. Mater.等領域頂尖期刊發表高水平論文60余篇。 
              擬招聘具有機器學習、計算生物學、合成生物學、微生物學、生物能源等方向,對材料合成生物學交叉領域感興趣的博士后1-2名,研究助理1-2名。有意申請者請將個人簡歷以郵件方式發送至chao.zhong@siat.ac.cn。 
              實驗室主頁: 
              http://isynbio.siat.ac.cn/zhonglab/
               
            2022-05-07
          • 廣州地化所徐健等:云南哀牢山地區發現古俯沖沉積物底墊熔融巖石學證據
                沉積物俯沖是地球物質循環的重要方式之一,是地球表層物質進入地球內部的顯著證據,也是導致地幔不均一的重要原因之一。數值模擬結果指示俯沖沉積物由于與上地幔存在較大的密度差(~550 kg/m3),在俯沖過程中往往會與俯沖板片脫離,并以底辟體形式浮力上升穿過地幔最終底墊于上覆板片的地殼之下。地球物理觀測結果也表明在現代太平洋俯沖帶(如智利、哥倫比亞-厄瓜多爾和卡斯卡迪亞等)弧前地殼底部普遍存在俯沖沉積物地墊物質。將今論古,沉積物底墊過程在古俯沖帶是否同樣存在呢? 
               為了探究上述科學問題,中國科學院廣州地球化學研究所同位素地球化學國家重點實驗室、深地科學卓越創新中心徐健博士后在夏小平研究員和王強研究員指導下,與加拿大皇后大學Christopher J. Spencer助理教授以及中山大學尹常青教授合作,在青藏高原東南緣云南哀牢山-紅河構造帶(圖1)發現了古俯沖沉積物底墊熔融的新證據。
              圖1.青藏高原東南緣地質簡圖及采樣位置
               詳細的野外地質考察和室內分析表明云南元江和元陽地區出露了一套新生代花崗巖(~32–27 Ma)形成于華南大陸地殼俯沖到印支板塊之下的構造背景。其原巖組成接近于變質硬砂巖,含有大量華南地殼的沉積物;繼承鋯石的年齡分布為2245-41 Ma,其特征峰值(如235 Ma, 470–570 Ma和960 Ma)與華南二疊紀-三疊紀沉積巖相同(圖2A);與該地區同時代下地殼來源的其他類似的巖石相比具有更高的鋯石δ18O值(可達10.4‰;圖2B)。這套巖石顯示出類似于埃達克質花崗巖的微量元素組成(圖2C-D),具有較高的Sr/Y比值和較低的Y含量(圖3B)。但與典型的埃達克質巖石相比,具有更低的Sr含量(圖3C),指示其源區有斜長石和石榴子石的殘留,形成壓力為1.0–1.5 Gpa,相當于下地殼深度30-45 km。全巖Sr-Nd-Pb和鋯石Hf-O同位素均顯示二元混合趨勢(圖2B和3E-F),表明元江-元陽埃達克質花崗巖形成過程中經歷了熔體與下地殼基性巖石反應。
               綜上,該研究團隊提出俯沖沉積底墊是哀牢山-紅河構造帶中高δ18O埃達克質花崗巖的主要成因機制(圖4):在華南板塊俯沖過程中(path a),俯沖沉積物相對上地幔具有較低的密度,因此不會隨著俯沖板片進入深部地幔,而是通過浮力上升(path b),底墊于上覆板片下地殼中(圖4A);下地殼沉積物熔體抽提的過程中,與基性巖石發生了廣泛的熔體-巖石反應(圖4B)。同時,該研究團隊指出,沉積物相對下地殼基性巖石具有更高的SiO2含量,更高的產熱元素(如,Th、U和K)含量和更低的密度,沉積物底墊至下地殼這一過程將會改變和影響大陸巖石圈的物理和化學性質,從而促進大陸地殼的大規模分異。
              圖2. (A)繼承鋯石概率密度圖;(B)深熔鋯石(~32-27 Ma)Hf-O同位素組成;(C)原始地幔標準化微量元素圖解;(D)球粒隕石標準化稀土元素圖解。
              圖3.元江-元陽漸新世埃達克質花崗巖 (A-D) 主微量元素二元圖解;(E-F) Sr-Nd-Pb同位素組成
              圖4 (A)哀牢山-紅河構造帶漸新世埃達克質花崗巖俯沖沉積物底墊成因模型; (B) 熔體-下地殼基性巖石相互作用;(C)沉積物俯沖-底墊-部分熔融的P-T軌跡。
               本研究成果近期發表在Nature Index期刊Geophysical Research Letters上。本項研究受到二次青藏科考、國家自然科學基金和中國博士后科學基金等項目的聯合資助。
               論文信息:Xu Jian (徐健), Xia, Xiao-Ping* (夏小平), Christopher Spencer., Wang, Qiang (王強), & Yin, Chang-Qin (尹常青) (2022). Identification of high δ18O adakite-like granites in SE Tibet: implication for diapiric relamination of subducted sediments. Geophysical Research Letters.
               論文鏈接
               
            2022-05-07
          • 廣州地化所林莽等:放射性硫同位素示蹤太陽活動
                太陽是太陽系的主要能量來源,控制著地球的氣候和水文系統,從而維持地球表生環境的生命活動和宜居性。重建過去的太陽活動歷史,對評估異常太陽活動的強度和頻率,預測其對宇航員、現代科技通訊和生態系統的影響都有重要意義。高能宇宙射線轟擊地球大氣可以產生放射性同位素(又稱宇生核素,如碳14、鈹10等),這些宇生核素存在于地球系統的多個圈層(如大氣圈、水圈、冰凍圈、生物圈、巖石圈等)。由于太陽活動強度可以調節進入太陽系的銀河系宇宙射線強度,影響宇生核素在地球大氣中的產率(圖1),因此我們可以通過測量宇生核素在冰芯、樹輪、沉積物等載體中的含量重建過去的太陽活動。
               最近,Heaton等(2021)在《Science》上發表綜述文章指出,隨著碳14加速質譜分析技術的高速發展,高分辨率分析可以精準鑒別年際尺度的太陽活動異常(如太陽質子事件),甚至可以重建地球磁場變化、超新星爆發等行星和天文極端事件。雖然該領域未來有望蓬勃發展,但最近研究發現,不同宇生核素、不同載體、不同區域的記錄在同一時期并不一致,造成甚多爭論。產生爭論的原因之一,是宇生核素在大氣中的產生、轉化過程和跨圈層的傳輸、保存過程十分復雜,現今模型難以準確模擬。
               針對該問題,中國科學院廣州地球化學研究所同位素地球化學國家重點實驗室、深地科學卓越創新中心林莽研究員提出,被學界忽略的放射性硫同位素(硫35,半衰期約87天)可能是重要的破解手段之一。林莽研究員整合了第24太陽周期(2008-2019年)的大氣硫酸鹽硫35長期觀測數據(Priyardashi et al., 2012; Lin et al., 2016, 2018),發現硫35的長期變化與太陽活動11年周期吻合,證明了硫35是太陽活動的忠實記錄者??紤]到2015-2016年是近百年最強烈和持久的厄爾尼諾事件,林莽研究員進一步發現,該極端事件引起的區域大氣環流變化可改變近地面的硫35含量,類似的極端氣候影響在解讀其他宇生核素記錄時必須被慎重考慮。
               鑒于大氣含硫物質對酸雨、人體健康、氣候變化的影響,硫在大氣科學的研究遠比鈹等元素豐富和深入,使用大氣化學傳輸模型可對硫35在大氣中的轉化、傳輸和沉降過程進行較為準確的模擬。通過硫35觀測數據的制約,有望進一步改善模型對鈹7、鈹10、碳14等宇生核素的大氣過程模擬。另外,現今宇生核素產率模型并沒有考慮硫35,因此,硫35觀測數據可為驗證這些核化學模型提供新的制約。林莽研究員建議核化學、大氣科學、海洋科學、地球化學等多個領域的科學家聯手,構建統一的多圈層宇生核素化學傳輸模型。該研究對使用宇生核素準確重建過去的天文、地磁和氣候事件,預測未來類似的極端事件發生頻率和強度,以及評估其對生態系統和人類科技的影響均有重要意義。
               研究成果最近以“Cosmogenic radiosulfur tracking of solar activity and the strong and long-lasting El Nino Events”為題,在綜合期刊《Proceedings of the National Academy of Sciences》上在線刊出,林莽研究員是論文的第一作者和唯一通訊作者,加州大學圣地亞哥分校Thiemens教授為第二作者。該研究得到國家自然科學基金創新研究群體項目、中科院基礎前沿科學研究計劃“從0到1”原始創新項目、南方海洋科學與工程廣東省實驗室重大專項團隊項目和珠江人才計劃的支持。
               原文鏈接
              圖1. 太陽活動影響地球大氣放射性硫同位素濃度的示意圖。太陽活動強烈(太陽黑子增多)時,太陽風較強,進入太陽系的銀河系宇宙射線強度變弱,因此宇生核素產率變小。
              
            2022-05-07
          • 深圳先進院與聯影合作報道心肌首過灌注磁共振成像新技術
            與心臟覆蓋范圍有限的傳統單層激發采集的心肌首過灌注成像相比,本文所提出的自校準動態多層同時激發采集技術實現了全心覆蓋,是一項劃時代的心肌缺血診斷技術。該技術具有無輻射、低成本和全自動的特點,未來很可能在臨床心肌血流評估中發揮重要作用。
              近日,中國科學院深圳先進技術研究院與聯影醫療合作,在心肌首過灌注磁共振成像領域取得新進展,研究成果“Myocardial First-Pass Perfusion With Increased Anatomic Coverage at 3 T Using Autocalibrated Multiband Imaging”發表于磁共振領域國際頂級期刊Journal of Magnetic Resonance Imaging,深圳先進院博士研究生鄒莉嫻為論文第一作者,劉新研究員為通訊作者。該研究基于聯影3.0T磁共振,結合自校準動態多層同時激發采集(Temporal Multi Band, tMB)、優化的k-t空間欠采樣和壓縮感知重建,極大提高了心肌首過灌注成像的覆蓋范圍,為實現快速、高分辨率、全心覆蓋的多層短軸位心臟灌注成像提供了可能。文章發表后,同期刊登的editorial評述對本研究工作給與高度評價:“與心臟覆蓋范圍有限的傳統單層激發采集的心肌首過灌注成像相比,本文所提出的自校準動態多層同時激發采集技術實現了全心覆蓋,是一項劃時代的心肌缺血診斷技術。該技術具有無輻射、低成本和全自動的特點,未來很可能在臨床心肌血流評估中發揮重要作用?!?nbsp;
              論文上線截圖
              冠心病是全球第一大健康殺手,具有高致死率、致殘率。心肌缺血診斷的風險分層和決策對改善冠心病患者預后具有重要意義。目前,心肌有多種用于缺血診斷的成像方法。與臨床實踐中廣泛用于缺血診斷的CT灌注成像、核素心肌灌注成像等方法相比,MRI心肌首過灌注成像具有無創、無輻射、高時間和空間分辨率等優點。歐洲心臟病學會推薦無輻射的MRI心肌首過灌注成像為穩定胸痛患者進行無創檢查。 
              目前臨床多采用2D序列進行MRI心肌灌注成像,因空間及時間分辨率限制,一般只能采集3層短軸位圖像,并且存在層間距,容易造成病灶漏檢,影響對心肌缺血的全面準確評估。本研究利用動態自校準多層同時激發tMB采集技術,直接使用待重建數據自身計算單層參考數據,從而無需額外掃描參考數據,不增加屏氣時間,具有與傳統單層激發采集方案相同的掃描時間。另外,針對造影劑流過心臟時信號隨時間變化容易造成偽影的問題,本研究設計了k-t空間欠采樣模板,實現層面內近3倍和層面間2倍加速,并通過壓縮感知重建,得到高質量心肌首過灌注圖像,有助于全面快速評估心肌缺血,極具臨床應用前景。 
               
              典型心肌梗死病例圖像
               本文提出的自校準多層同時采集方法(b)發現了傳統單層采集方法(a)遺漏的灌注缺損(缺血)區域(紅箭),該區域與注射釓增強劑的延遲圖像(c)和T1定量圖(d)上的梗死區域(紅箭)一致。 
              該研究得到國家自然科學基金國家重點項目、國家自然科學基金項目、廣東省磁共振與多模態成像重點實驗室、深圳市科技項目等項目的資助。  
                
              全文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/jmri.28193 
               
              
            2022-05-06
          • 華南植物園揭示氣候變化下葉片性狀及其可塑性的演化模式

               
              植物通過調節其功能性狀來適應環境變化的能力稱為表型可塑性(以下簡稱可塑性),氣候變化背景下,植物性狀可塑性對物種的適應和生存至關重要,但性狀的可塑性是否受到植物演化的制約尚不清楚。植物葉片經濟性狀是衡量植物在不同環境中適應能力的關鍵,因此,探究葉片經濟性狀及其可塑性的演化保守性,有助于深入理解和預測植物對氣候變化的響應和適應。 
              中科院華南植物園生態與環境科學研究中心植物生理生態學研究組(PI:葉清研究員)的劉慧副研究員和合作者,基于多種系統發育模型分析了四種環境處理(升溫、干旱、二氧化碳升高或氮添加)下共210個實驗、434個物種的三個葉片性狀(光合速率、比葉面積和葉片氮含量)及其可塑性的數據,探討了“植物葉片性狀及其可塑性是否具有演化保守性”的科學問題。研究發現:四種環境處理下的三個葉片性狀均具有較強的系統發育信號,而它們的可塑性則不具有系統發育信號(圖1中H2),表明雖然近緣物種表現出相似的葉片性狀,但并不能根據系統發育關系預測物種在環境變化下的性狀可塑性。同時,與傳統線性模型相比,系統發育線性模型得到的性狀相關性強度較弱,但相關性方向不變,從而證明協同演化的葉片性狀對環境條件改變的響應具有一致性。因此,演化分析可以探查性狀保守的類群并預測性狀在氣候變化下的響應關系,但性狀可塑性在不同類群間的變異主要受環境而非演化驅動。 
              相關研究從演化分析的角度拓展了葉片經濟性狀在全球氣候變化下的適應方式和協同關系,揭示了氣候變化下葉片性狀及其可塑性的演化模式。研究結果已在線發表在國際主流期刊New Phytologist (IF2020=10.15)上;該研究得到了國家杰出青年科學基金和國家基金面上項目等資助,論文鏈接:https://doi.org/10.1111/nph.18194
              圖1. 氣候變化下植物性狀及其可塑性演化模式的三個假說概念圖。
              H1,演化驅動性狀差異和性狀可塑性,因此性狀及其可塑性都具有較強的系統發育信號;
              H2,演化驅動性狀差異,環境驅動性狀可塑性,因此性狀具有較強的系統發育信號,而性狀可塑性不具有系統發育信號;
              H3,性狀差異和性狀可塑性均為隨機,因此性狀及其可塑性都不具有系統發育信號。
              白圈為性狀的對照值;紅三角為性狀在氣候變化下的值;虛線為性狀的響應值即表型可塑性;
              每小圖下方為5個概念物種的系統發育關系,其中A和B關系最近,其次為C,再次為D和E。
              
            2022-05-06
          • 深圳先進院在高靈敏度能量分辨型X射線探測器研究上取得進展

              近日,中國科學院深圳先進技術研究院材料所光子信息與能源材料研究中心楊春雷研究員團隊以“A novel energy-resolved radiation detector based on the optimized CIGS photoelectric absorption layer”為題,在Journal of Power Sources(影響因子:9.127)上發表了基于銅銦鎵硒(CIGS)薄膜光電器件與GOS閃爍體相結合的間接型X射線探測器研究進展,該探測器具有高靈敏度和能量分辨能力,該器件中使用的CIGS薄膜光電材料具有低成本、高效率及可大面積制作等優勢。 
              瞄準如何提高輻射探測器的探測率以及如何獲得能量分辨這兩個核心難題,本研究工作從材料和器件結構兩個方面進行了創新設計。 
              降低CIGS光電器件的暗電流從而提高信噪比,是CIGS應用于探測器領域的核心挑戰,本文系統研究了Ga含量對CIGS薄膜探測器的暗電流調控并獲得了最優的組分設計,進一步結合表面態硫化處理和引入超薄Al2O3層作為pn結界面電荷阻擋層,成功將器件的探測率從6×1013 Jones升高至2.3×1014 Jones,這是目前CIGS光電器件的最好水平?;趦灮腃IGS光電功能層與GOS閃爍體層制備的X射線探測器,探測靈敏度達到8 μCGyair-1cm-2,響應時間為0.23-0.28 ms。 
              為了獲得對于X射線的能量分辨能力,本研究中提出了新的3D結構X射線探測器的幾何構型,該新結構一方面可以利用X射線在穿透深度上的空間分辨獲得能量分布信息,另一方面可以使閃爍體的可見光熒光信號傳播方向與X射線傳播方向垂直,成功解決了間接型X射線探測器在高靈敏度和高空間分辨率不可兼得的難題。 
              論文第一作者為博士后寧德博士,研究生胡明珠和馬明副研究員為共同作者,通訊作者為李偉民副研究員、陳明副研究員和楊春雷研究員。該工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、深圳市和廣東省等科技項目資助。  
                
              論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2022.231520 
               
               
              圖1:a)3D結構間接型X射線探測器的示意圖; b) CIGS光電功能層的器件結構;c) 光電器件的照片。
               
              圖2:a) 本研究中使用的CIGS薄膜的Ga/(Ga+In)元素比;b) Ga含量0.33的樣品中各元素的空間分布;c) CIGS吸收層的截面電子顯微鏡照片;d) CIGS的晶體結構示意圖;e) CIGS薄膜的晶體X射線衍射圖譜;f) CIGS薄膜的拉曼光譜;g) CIGS光電器件的暗電流與Ga組分關系;h) 表面鈍化處理后的CIGS器件的電流電壓曲線。
               
              圖3:在不同深度上的X射線探測器像素對X射線能量的敏感度對比測量,像素的標號越大,其深度越深。
              
            2022-05-06
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