科技快讯！看南大人的探索发现
｜七月科技快讯｜
波导阵列中拓扑光子态调控取得进展
南京大学现代工程与应用科学学院李涛教授、祝世宁院士研究组在拓扑光子态调控方面取得系列进展。他们在理论和实验上首次发现了由Floquet人工规范场相变诱导产生的拓扑模式，通过合理的Floquet规范场设计，可以实现非对称的光局域传输功能。另一方面，他们在非厄米的Floquet体系中发现，通过PT对称的增益/损耗调制可以调控体系的拓扑相变，进一步演示了由非厄米效应诱导产生的Floquet拓扑边界模式。
左图：人工规范场相变诱导产生拓扑模式示意图
右图：非厄米调控拓扑模式示意图
铌酸锂光子芯片上实现外尔点的旋转
南京大学物理学院刘辉教授和祝世宁院士课题组与武汉大学物理科学与技术学院肖孟教授合作，在基于铌酸锂光学芯片的拓扑光子学上取得重要进展，首次实现了在合成参数空间里对外尔晶体的任意旋转，并且观测到了在两个相互旋转的外尔晶体之间的拓扑界面态。该研究不仅首次在实验上探索了两个相互旋转外尔晶体界面上的物理，而且为在LNOI芯片上研究拓扑光子学提供了思路，有望在集成非线性和量子光学得到应用。
模拟和实验结果对比
迄今最高并行度的神经形态计算方案
南京大学缪峰教授合作团队利用连续时间的信息加载方式和频分复用技术，首次提出并实验验证迄今最高并行度的神经形态计算方案。作为验证，团队利用两个级联的忆阻器交叉阵列，成功实现了对16张字母图片的并行识别。该工作为回答“计算机处理速度是否有上限”的前沿科学问题提供了新的思路，并为利用大规模并行计算技术在神经形态计算领域实现应用提供了科学基础。
基于忆阻器交叉阵列的频分复用计算
“注射用纳米抗肿瘤药物”获批上市
由国家重点研发计划（纳米科技）项目资助、南京大学研发、并联合浙江海正药业申报的注射用紫杉醇（白蛋白结合型）获得国家药品监督管理局的注册批件（国药准字：H20213539），适用于转移性乳腺癌等多种肿瘤的治疗。 本品采用了全球领先的绿色纳米规模化制备技术，完全国产化并节能环保，整个制备过程不含有毒溶剂，并且终产品无有毒溶剂残留。相关发明专利获中国、美国、日本和欧洲授权。主要发明人为南京大学医学院胡一桥教授、吴锦慧教授、袁阿虎副教授等。该技术先后获得教育部技术发明一等奖（2017年），国家专利优秀奖及江苏省专利金奖。本品的上市表明我国自主纳米药物大规模制备技术达到了国际先进水平。
高海拔宇宙线观测站重大发现
南京大学高能天体物理组深度参与高海拔宇宙线观测站重大发现，测定标准烛光的超高能段亮度、挑战电子加速理论极限。国家重大科技基础设施“高海拔宇宙线观测站（LHAASO）”精确测量了高能天文学标准烛光的亮度，覆盖3.5个量级的能量范围，为超高能伽马光源测定了新标准。这个标准烛光就是由宋朝的司天监发现并记录的“客星”经千年演化而形成的著名天体—蟹状星云。这次观测还记录到能量达1.1拍电子伏（拍=千万亿）的伽马光子，由此确定在大约仅为太阳系1/10大小的（约5000倍日地距离）星云核心区内存在能力超强的电子加速器，加速能量达到了人工加速器产生的电子束的能量（欧洲核子研究中心大型正负电子对撞机LEP）两万倍左右，直逼经典电动力学和理想磁流体力学理论所允许的加速极限。相关结果于美国东部时间7月8日在《科学》（Science）上发表。
证实低光度活动星系核中存在高速外流
南京大学天文与空间科学学院李志远、施方正与中科院上海天文台袁峰课题组紧密合作，通过分析钱德拉X射线卫星对一个名为M81*的典型低光度星系核所拍得的高分辨率X射线光谱，证认出了由温度高达1.3亿度的热等离子体所产生的类氢铁离子的莱曼阿尔法发射线。该发射线呈现出相对于静止系波长红蓝移的准对称双峰结构，对应的视向速度约达百分之一光速，很可能起源于高温高速的双极外流。研究团队进一步利用磁流体数值模拟构建了M81*热吸积流及其驱动的风，并发现模型风的X射线光谱与观测到的铁离子发射线特征高度符合。模型风所携带的动量与机械能足以影响黑洞周围的星际环境，表明热吸积流风确实是超大质量黑洞在低吸积率条件下对宿主星系进行能量反馈的重要载体。
图a为黑洞周围热吸积流产生风（浅蓝色区域）的示意图
图b/c展示了磁流体模拟得到的风的温度与密度分布图
图d表明M81*的X射线光谱与磁流体模拟预言的光谱相吻合
高果糖诱导肾小球足细胞
损伤中线粒体功能障碍的潜在机制
南京大学生科院孔令东教授、医学院方雷副教授合作团队，对高果糖诱导肾小球足细胞损伤过程中线粒体功能障碍的机制进行探索，初步揭示了果糖驱动的线粒体代谢重编程，而酮体生成和脂肪酸降解代谢模式的重塑能通过扰乱线粒体结构和功能加剧足细胞损伤，为阐明高果糖诱导肾小球足细胞损伤的机制提供了新的见解。抑制酮体生成和脂肪酸降解中的关键酶能有效干预高果糖诱导的足细胞线粒体功能障碍，可为防治相关足细胞损伤提供有希望的治疗靶点。
高果糖诱导肾小球足细胞损伤中线粒体功能障碍的模式图
我国生态系统土壤有机碳固定与碳中和新的机制和途经
南京大学生命科学学院李建龙教授团队最近通过多年研发、天地结合分析与大量样地验证，提出了我国生态系统地表氮富集可有效促进植物生态系统土壤有机碳固定与碳中和新的机制和途经。该团队从生态系统土壤团聚体的角度入手，对中国陆地生态系统76个氮添加实验的数据进行了Meta分析与应用推演等，定量评估了氮富集对植物生态系统土壤团聚体及其碳固定与碳中和的影响，提出了大气N沉降增加背景下，我国陆地生态系统土壤有机碳积累与碳中和的新机制和途经。该成果可为未来深入研究大气N沉降对全球陆地生态系统碳循环与碳固定的影响机制及找到增加碳固定与碳中和的新途经，提供了一定的科学参考和应用价值。
南京大学领衔组建智慧水务领域
首个国际标准化平台
由南京大学环境学院院长、南京大学宜兴环保研究院院长任洪强院士团队领衔组建的国际标准化组织智慧水务管理标准化平台正式获批（ISO/TC 224/WG 15），申报的首项智慧水务国际标准提案《Smart water management-part 1: General guidelines and governance》(ISO 24591-1)（智慧水务管理—第1部分 通用指南）同时顺利获批立项并推进至WD阶段，该标准旨在规范智慧水务管理系统架构设计的通用要求和基本准则，指导全球水务行业智慧化发展，使水务运营更高效、管理更科学和服务更优质。ISO/TC 224/WG 15是智慧水务领域唯一的国际标准化平台，平台建设对引领智慧水务国际标准化具有重要意义。
AAV介导CAR分子基因治疗的新概念
嵌合抗原受体修饰的T细胞（CAR-T）免疫疗法在临床B细胞淋巴瘤白血病治疗中已经取得显著疗效。然而，CAR-T细胞疗法必须遵循个体化治疗策略，历经个体细胞体外分离、扩增、CAR-T细胞构建以及回输体内等复杂治疗过程，造成CAR-T治疗周期长（十天以上）、费用昂贵（百万以上）等明显缺点。因此，虽然目前CAR-T已获准上市，但仍然难以实现规模化，不宜于推广应用。而临床急需一种基于CAR分子的更便捷、更高效的免疫疗法。鉴于以上背景，南京大学医学院吴稚伟教授课题组创造性的提出了AAV介导CAR分子基因治疗（AAV-mediated in vivo CAR gene therapy，ACG）的新方法，并完成了概念论证与疗效评估。
AAV介导CAR分子的基因治疗（ACG）示意图
重新认识纳米孔道内
离子流传感信号的来源
南京大学化学化工学院生命分析化学国家重点实验室龙亿涛课题组重新审视并提出了纳米孔道内离子流传感的来源：待测物在孔道内的排阻体积与其和孔道之间的相互作用协同决定了离子流信号的特征。该工作首先从理论角度揭示了纳米孔道与目标分子之间的非共价相互作用，包括静电相互作用、范德华相互作用、氢键等通过影响孔道内的离子迁移率，从而改变孔道内未被目标分子占位部分的溶液电导，以乘积的形式在体积排阻的基础上诱导离子流传感信号的增强。同时，在实验验证方面，基于单个甲基差异的DNA片段在Aerolysin生物纳米孔道中诱导的增强的离子流信号，结合溶液电导理论和纳米孔道实验，证实了甲基化DNA与Aerolysin的相互作用在增强离子流信号中的重要性，并对其在离子流信号增强中的贡献进行了定量化。
分子动力学模拟揭示相互作用差异
发现史上最短的II型伽马射线暴
伽马射线暴（简称伽马暴），是迄今为止观测到的宇宙中最剧烈的天体爆发现象。2020年8月26日发生了一例非常特殊的II型伽马射线暴，编号GRB 200826A，南京大学天文与空间科学学院张彬彬老师研究小组与合作者对其进行了全面的观测和分析，发现该暴的所有物理特征, 包括宿主星系及其恒星形成率、能量统计关系（图1）、超新星关联等，都表明其为非常典型的来自大质量恒星坍缩的II型伽马暴。然而，此暴持续时间仅有0.96秒，其光变曲线（伽马光子计数随时间的变化曲线，图1）呈现了极强信噪比，意味着以往“冰山一角”的解释不再成为可能。因此，GRB 200826A 是一例非常特殊的爆发时间只有1秒的II型暴。这也是人们首次观测到瞬时辐射时标短于两秒但起源于大质量恒星坍缩的伽马暴。
GRB 200826A 的光变曲线及其Amati关系图。
减反功能和波前调控在超表面中融合
实现了“消失”的表面
南京大学物理学院的褚宏晨助理研究员、赖耘教授、彭茹雯教授、王牧教授，以及伦敦大学玛丽女王学院的Yang Hao教授合作，首次将减反功能和波前调控功能在深度亚波长尺度（1/15λ）下融合，提出了一种梯度减反超表面(Nat. Comm. 12, 4523 (2021))。通过在材料表面铺设一层超表面，不仅消除反射，还把透射波弯折回原来的入射传播方向。也就是说，既没有反射，也没有折射，电磁波会径直沿入射方向穿过材料表面，就好像材料表面 “消失”了一样。文章通过数值仿真和微波实验验证了这个现象。
“消失”的表面的原理与梯度减反超表面的设计
解决Riemann流形上闭子集割迹与奇点集局部可缩性问题
Hamilton动力系统是具有物理背景的一类重要动力系统方向的数学领域，其相关的Hamilton-Jacobi方程的弱KAM理论在过去二十年对相关领域的研究具有重要影响和意义。南京大学数学系程伟教授及其合作者在Hamilton-Jacobi方程粘性解的奇点理论领域潜心研究十余年，取得了丰硕成果。团队最新发表的论文研究了一般流形上Hamilton-Jacobi方程粘性解奇性传播，证明了粘性解的割迹与动力学极小不变集Aubry集补集的同伦等价性，以及割迹的局部可缩性。作为应用，解决了完备Riemann流形任意闭子集割迹与奇点集的局部可缩性和局部道路连通性这一长期未决的经典问题。成功地将Hamilton动力系统、偏微分方程和变分法最优控制的思想运用于Riemann几何经典问题的研究。
新型布尼亚病毒非结构蛋白NSs调节固有免疫新机制
引起发热伴血小板减少综合征的新型布尼亚病毒SFTSV属于布尼亚病毒科（Bunyaviridae）白蛉病毒属（Phlebovirus），该病毒目前在我国部分地区和日本韩国等几个东亚国家流行。SFTSV感染的重症化与固有免疫和适应性免疫的缺失具有非常显著的关系。南京大学医学院吴稚伟教授团队最新研究发现，病毒的NSs非结构蛋白在I型干扰素固有免疫调节中起作用。NSs结合干扰素通路起点处重要的RNA感受器分子LSm14a （RAP55），并抑制LSm14a与RIG-I的结合和IFN通路的启动。此项研究证实了LSm14a介导的IFN-β反应对RNA病毒感染的限制作用。更值得重视的是，研究结果发现了新型布尼亚病毒非结构蛋白通过与LSm14a分子直接结合并干扰其与RIG-I的相互作用，从而干扰IRF3磷酸化和下游IFN-β反应。
新型布尼亚病毒的NSs蛋白与LSm14a
结合并阻断干扰素通路的启动
揭示热液中REE迁移与富集新机制
为了查明硫酸盐在稀土成矿过程中扮演的角色，南京大学地球科学与工程学院王小林教授团队联合中科院深海所I-Ming Chou研究员和中科院地质所李晓春研究员开展了系统的在线高温高压实验和流体动力学模拟。研究表明，含稀土硫酸盐热液在高温条件下可分离为不混溶的两种液相，一为高度富集REE和硫酸盐的高密度液相，一为贫REE和硫酸盐的低密度液相。由于不混溶的两个液相具有明显的密度差异且贫REE液相具有较低的粘度，富REE液相将在重力作用下与贫REE液相高效分离，从而实现热液体系中REE的高效富集，为高品位稀土矿床的形成提供物质基础。
含稀土硫酸盐流体中的液-液不混溶现象
首次报道纳米孔多肽测序的技术原型
"纳米孔错位测序技术（Nanopore-Induced Phase-Shift Sequencing, NIPSS）"是近年来由南京大学化学化工学院黄硕课题组原创开发的一种新型测序技术，作为一种通用的测序技术，NIPSS已经成功实现了除DNA外其他生物大分子的测序，如非天然核酸（XNA）和microRNA的直接测序。在此工作中，课题组使用NIPSS技术成功展示了多肽的纳米孔测序技术原型，多肽的NIPSS信号表现出高度的一致性和序列相关性，由单氨基酸替换引起的电流变化也能被清楚地检测到。通过将多肽的N端或C端与DNA驱动链进行偶联，成功实现了对多肽两端氨基酸序列信息的读取。
基于NIPSS的多肽纳米孔测序技术原型展示
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编辑：蒋慧伶 张溪芸 李阳责编：佘静
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