成果频出！同济再获新发现
TONGJI
近日，同济大学物理、化学、医学、生命科学、材料、环境、建筑等学科科学研究再获重要进展，一批高水平研究成果发表于国际权威学术期刊，部分被遴选为主封面文章，或获特别推荐。
探讨水文风险对城市移民的复杂非线性影响
随着全球气候变化的加剧，极端天气事件的频发和严重程度不断增加，尤其是洪水、暴雨等水文灾害，对人类居住环境和社会经济发展构成了严重威胁。近日，建筑与城市规划学院、上海自主智能无人系统科学中心吴志强院士团队及其合作者的研究成果在《自然·通讯》（Nature Communications）上发表。团队运用多源遥感技术和数据驱动的机器学习模型，深入探讨了水文风险对全球46,776个城市单元移民的复杂非线性影响。
首次开发出锂金属电池电解液添加剂“新家族”
锂金属电池被认为是最具潜力的下一代高比能二次电池，针对其在商业碳酸酯电解液中运行时，面临的枝晶生长和库仑效率低等关键问题，材料科学与工程学院马吉伟团队基于界面调控对其开展了研究，首次开发了能够在商业碳酸酯电解液中应用的P区金属添加剂“新家族”。近日，相关研究成果在《自然·材料》（Nature Materials）上在线发表。
提出制造可延展复合材料新方法
将功能填料集成到液态金属（LM）中可诱导流变改性，使液态金属在微米尺度上自由成形。然而，如何将非化学改性的低维材料与LM结合形成稳定均匀的分散体仍是挑战。材料科学与工程学院陆伟团队及其合作者的研究成果在线发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。该研究提出了一种溶剂辅助分散方法，利用流体和液态金属的变形特性来制造可延展的MXene/LM（MLM）复合材料，材料表现出优异的电磁屏蔽、传感、电热等性能。此外，材料可电子3D打印的特性也显示了其在集成电路领域中的应用潜力。
提出提高Mott-Hubbard体系材料非线性光学吸收性能的新策略
非线性光学吸收材料可用于光学神经网络、上转换激光/荧光、亚带隙近红外光电探测、光限幅和光调制等前沿光电领域。化学科学与工程学院张弛/黄智鹏团队提出引入晶格畸变提高Mott-Hubbard体系材料非线性光学吸收性能的策略，使(MA)2CuX4 (MA = methylammonium, X = Cl, Br）体现出优异的非线性光学吸收系数和大的调制深度。相关研究成果发表于《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition），被学术同行专家评选为Very Important Paper，并被遴选为期刊主封面文章。
构建提高水污染物矿化效率的反应体系
水体中的新污染物（如抗生素、内分泌干扰物等）对人体健康和生态安全存在潜在威胁。为了保障水质安全，利用高级氧化技术（AOPs）产生的活性氧物种（ROS）来矿化污染物是一种理想的解决方案。化学科学与工程学院赵红颖课题组构建了一种基于污染物结构适配的串联反应体系（TRS），实现水污染的快速且深度矿化，相关研究成果发表于《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）。
为同时处理温室气体和含氮污染物提供新思路
二氧化碳和硝基苯作为典型的温室气体和水体污染物，亟待处理。如何实现CO2与硝基苯之间的C-N-C成键成为以废治废、变废为宝的研究难点。化学科学与工程学院赵国华团队通过设计羟基辅助钴单原子首次实现了在水相中电催化二氧化碳和硝基苯氮双耦联碳成键合成N，N二甲基苯胺，并利用DFT计算、原位同步辐射、原位红外光谱和原位在线质谱相互结合详细地探究了C-N-C成键的反应机理。相关成果发表于《先进能源材料》（Advanced Energy Materials）。
设计稳定的仿生锌粉阳极
锌电池凭借高安全性、低成本和环境友好性，在可持续储能领域备受关注。受生物体皮肤和毛细血管结构启发，化学科学与工程学院刘明贤团队开发了一种仿生类皮肤-毛细血管结构的全链离子/电子传导网络的ZnP电极（ZnP-FC），其表面芳纶纳米纤维涂层（皮肤）可有效均一化Zn2+通量，避免H2O-ZnP直接接触，内部芳纶纳米纤维-ZnP交织网络（毛细血管）提升了Zn2+的电镀/剥离效率，增强了电极/电解液界面的稳定性。该研究成果发表于《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）。
仿生设计双模传感器应用于生物胺鉴别与食品新鲜度评估
人脑的神奇之处在于其能够处理和整合多感官信息从而实现高级认知功能。有鉴于此，人工仿生系统可以通过模仿人类的感觉器官来感知和处理各种感官信息，从而实现更高效、准确的识别，并缩小人工智能与自然智能之间的差距。化学科学与工程学院闫冰团队巧妙地将仿生学思想融合于光功能氢键有机框架之中，制备出超灵敏的视觉-嗅觉光响应仿生传感器，并能应用于化学刺激挥发性生物胺的监测和食品新鲜度的评估，相关成果在线发表于《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）。
开发高效光电极材料同步去除复合污染物
水污染问题是目前全球关注的热点。其中，双酚A（BPA）和六价铬（Cr(VI)）所形成的复合污染呈现出更大的稳定性和生物毒性，亟需开发出一种高效绿色可持续的方法来实现废水中BPA与Cr(VI)的同步去除。化学科学与工程学院张亚男团队近期采用界面工程和缺陷工程的双重修饰策略，设计了一种兼具氧空位（Ov）和“双异质结”协同效应的Co3O4-Ov/TiO2光电极材料，并通过光电催化（PEC）耦合过氧单硫酸盐（PMS），构建Co3O4-Ov/TiO2-PEC/PMS协同体系，实现了对BPA和Cr(VI)的高效同步去除，相关研究成果发表于《先进功能材料》（Advanced Functional Materials)。
弥补现有圆二色（CD）谱探测不足
为弥补现有圆二色（CD）谱探测灵敏度低、探测领域受限的不足，物理科学与工程学院王占山/程鑫彬团队和化学科学与工程学院张祎男/柳华杰团队合作，实现了基于DNA折纸-超构表面增强圆二色谱的非手性传感，极大拓展了CD谱的应用范围，也为不同领域人工微结构的功能集成提供了思路，研究成果发表于《纳米快报》（Nano Letters）。
提出受到时间周期性驱动的非平衡输运过程中的热力学几何理论框架
近些年，研究人员试图使用一个通用的热力学几何框架来阐明时间驱动的非平衡输运中有趣的行为。物理科学与工程学院任捷团队在《物理评论快报》（Physical Review Letters）在线发表了研究论文，给出了受到时间周期性驱动的非平衡输运过程中的热力学几何理论框架。该研究工作从几何视角出发，加深了人们对随机经典/量子热力学器件的理解，并给出推断、控制非绝热随机流的一般性思路。
开发高强度耐高温金属氧化物气凝胶
开发在高温环境下能保持结构完整性和优异隔热性能的热绝缘材料，对航天飞行器和动力电池等的隔热保温和热防护具有重要意义。近日，物理科学与工程学院王晓栋和沈军团队联合瑞士联邦材料科学与技术研究所赵善宇在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上发表研究成果。该研究通过聚合物微模板法，调控了金属氧化物气凝胶的纳米基元结构，大大提升了其力学性能和耐高温性能，有望使气凝胶在航天飞行器和动力电池领域的应用再上一个台阶。
取得机器学习分类非厄米物态编织和纽结拓扑方面重要进展
随着人工智能的快速发展，人们迫切需要开发一种高效统一的无需监督的机器学习方案来识别和分类非厄米物理系统物态编织的丰富纽结拓扑相。物理科学与工程学院王策/任捷团队在该方向取得重要进展。在不需要任何先验的数学物理知识的情况下，该团队利用人工智能解决了非厄米物理和拓扑数学交叉领域的一个重要问题，利用n倍扩展倒易空间里基于su(n)李代数表示的无监督流形学习，识别和分类了宇称-时间对称或对称破缺下的非厄米物态编织和纽结拓扑，展示了其在探索非厄密物理、识别纽结编织群方面的巨大潜力。研究成果发表于《通讯·物理》（Communications Physics）。
为水凝胶和气凝胶的3D打印墨水设计提供新思路
锆氧化物由于其高原子序数和较高的表面电位等特点在高能物理和环境保护等领域受到关注，不过，如何在没有其它物质辅助的条件下实现高锆含量纳米多孔水凝胶的3D打印成为一个难题。物理科学与工程学院杜艾/周斌团队联合上海海事大学海洋科学与工程学院范润华在《先进复合物和杂化材料》（Advanced Composites and Hybrid Materials）在线发表了研究论文，该研究提出了一种乙酰丙酮配位结合流变连续调控的溶胶-凝胶策略，为高纯度高原子序数元素氧化物水凝胶和气凝胶的3D打印墨水设计以及新型磷酸盐吸附剂的开发提供了新思路。
发现神经元网络的几何标度律
大脑包含大量神经元及其之间的突触连接，是典型的复杂系统。破译大脑的结构规律及功能关系是一个涉及多学科的前沿科学问题。近日，物理科学与工程学院、上海自主智能无人系统科学中心严钢团队发现了果蝇神经元网络的几何标度律，研究成果发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上，并获得编辑特别推荐。该团队还深入分析了带有几何空间约束的幂律标度对脑功能的影响。研究结果表明，新发现的几何标度律不仅能够最大化神经元之间的信息交互能力，还平衡了不同脑区的功能分离与整合，使大脑工作在具有灵活适应性的临界态。
利用弹性波自旋实现拓扑声子回路的智能调控
让弹性波在拓扑声子回路中智能行进，特别是破解它们内部复杂的自旋相关的“锁定密码”，一直是科学家们追求的目标。航空航天与力学学院赵金峰和物理科学与工程学院任捷的研究团队，利用一种神奇的“旅行地图”——具有p/d对称性反转特性的蜂窝晶格声子晶体板，通过调节自旋弹性波的手性、频率以及位置，可以精准引导弹性波在各种拓扑声子回路中自由穿梭，实现多重触发选择性的波路由精细控制。这一突破性成果近日在《先进科学》（Advanced Science）上发表。
为开发高性能碳电极提供重要的设计策略
碳材料在离子电池、超级电容器、混合电容器、电容去离子等领域受到广泛关注。环境科学与工程学院马杰团队通过先进电化学分析、原位衰减全反射傅里叶红外光谱测试和密度泛函理论计算，揭示了“有序-无序”耦合结构对离子捕获性能提升的内在机制，为开发高性能碳电极用于离子捕获提供了一项重要的设计策略，研究成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。
阐明肿瘤表观遗传调控新模式
肿瘤细胞具有高度异质性，在同一或不同基因座上，常常存在异常长非编码RNA（Long noncoding RNAs, lncRNAs）和异常编码基因协同调控肿瘤发生。探索这些来自同一或不同基因座的lncRNA和编码基因如何协同调控恶性肿瘤发生发展，具有重要科学意义和潜在临床价值。近日，生命科学与技术学院张赫团队在《自然·通讯》（Nature Communications）上发表了最新研究成果，发现Prohibitin 2（PHB2）作为穿梭因子，调控了CANT2 lncRNA和编码基因CCBE1的异常协同转录，加速恶性黑色素瘤的发生发展，阐明了肿瘤表观遗传调控新模式。
开发机器学习方法解析生物大分子凝聚体的全基因组图谱
生物大分子凝聚体在细胞功能中扮演着至关重要的角色，但对于生物大分子凝聚体在全基因组尺度的定位图谱，目前尚缺乏系统性的研究和解析。生命科学与技术学院张勇课题组与临港实验室朱光亚课题组合作在《自然·通讯》（Nature Communications）上发表文章，开发了预测染色质关联生物大分子凝聚体全基因组图谱的机器学习方法CondSigDetector。
揭示哺乳动物生殖颗粒的形成机制
生殖颗粒是特异性存在于动物生殖细胞的细胞质中的无膜细胞器，参与多种RNA相关的代谢过程。生命科学与技术学院/附属妇产科医院丁德强团队在《发育细胞》（Developmental Cell）上在线发表文章。该研究揭示了TDRD1蛋白通过相分离活性驱动IMC组装的分子机制，并证明相分离驱动的IMC组装对于piRNA的生成、转座子沉默以及雄性生殖细胞发育至关重要。
揭示皮肤免疫稳态调控的重要机制
RNA修饰在转录后调控中起着至关重要的作用，其中，m6A修饰是mRNA上最为普遍的修饰形式。m6A修饰在炎症性皮肤病中对角质形成细胞的炎症调节具体机制尚未得到充分探讨。医学院、附属皮肤病医院史玉玲团队与生命科学与技术学院高亚威团队合作，在《科学进展》（Science Advances）上发表研究成果，首次揭示了N6-甲基腺苷（m6A）修饰在皮肤炎症调控中的关键作用，阐明了m6A通过IGF2BP3增强脂肪酸延长酶编码基因ELOVL6的mRNA的稳定性，进而调控脂肪酸代谢的分子机制，为炎症性皮肤病的治疗提供了新的潜在靶点。
来源：建筑与城市规划学院、材料科学与工程学院
化学科学与工程学院、物理科学与工程学院
环境科学与工程学院、生命科学与技术学院
医学院
编辑：樊宗鑫责编：聂阳阳往期回顾
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