五月速览！南大科技领域新进展
01
研制出首个高时间精度超导X射线单光子探测器
南京大学电子科学与工程学院吴培亨院士团队张蜡宝教授等，联合钱学森空间技术实验室、中科院物理所和天津大学等单位，研制出具有高时间精度的超导纳米线X射线单光子探测器。高时间精度超导X射线单光子探测器在时域天文、医学诊断和晶体学研究等领域具有重要意义。NSR审稿人认为，这是第一个高时间精度超导X射线单光子探测器，并可能引领美好的未来发展（beautiful future developments）。
图a为研制的X射线 SNSPD器件的扫描电子显微镜(SEM)照片，图b为该器件不同偏置电流下探测X射线光子的时间精度，图c和d为研制的双通道结构器件通过差分测量获得的测量时间分布特性。
02
提供特异性声免疫治疗策略
南京大学化学化工学院甄叙特聘研究员、蒋锡群教授研究团队设计了一种可通过超声激活STING通路的半导体共轭聚合物纳米激动剂(Semiconducting Polymeric Nanoagonists, SPNM)，用于头颈部鳞状细胞癌的特异性声免疫治疗。
SPNM由半导体共轭聚合物声敏剂和STING通路激动剂MSA-2通过单线态氧响应基团偶联而成。静脉注射SPNM后，SPNM通过被动靶向作用富集到肿瘤区域，在超声作用下，SPNM产生单线态氧，破坏SPNM上的单线态氧响应基团，原位释放出STING激动剂MSA-2，释放的MSA-2会特异性结合肿瘤区域的树突状细胞（Dendritic Cells，DCs）内的STING蛋白，通过促进TANK结合激酶1 (TANK binding kinase 1，TBK1) 和干扰素调节因子3 (Interferon regulatory factor 3, IRF3)磷酸化, 刺激干扰素-β (IFN-β)分泌，同时产生的单线态氧可以引起肿瘤细胞的免疫原性死亡，两者协同促进树突状细胞成熟，提高效应T细胞的增殖和浸润，增强抗肿瘤免疫反应，从而实现超声激活肿瘤部位STING通路的特异性免疫治疗策略。
SPNM介导的声驱动STING激活用于头颈部鳞状细胞癌的声免疫治疗示意图
03
揭示大麻二酚抑制结直肠癌进展的分子机制
南京大学生命科学学院孙洋教授课题组利用单细胞多组学技术结合细胞生物学、药理学实验验证，揭示了大麻二酚（CBD）可诱导巨噬细胞代谢重编程恢复巨噬细胞本身的抗肿瘤能力，重塑肿瘤免疫微环境，抑制结直肠癌进展，该研究为CBD在肿瘤治疗中的应用奠定了基础，亦对其他植物活性成分抗肿瘤作用机制的研究具有借鉴意义。
CBD在结直肠癌中的抗肿瘤机制示意图
04
提出具有超高能效比的并行存内无线计算方案
南京大学物理学院梁世军副教授、缪峰教授团队基于忆阻器的存内计算特点，提出并实现了并行存内无线计算原型通信系统。在该工作中，该团队展示了基于忆阻器交叉阵列的发射机和接收机。利用忆阻器交叉阵列的存算一体特性，在信号传输的过程中对其进行了同步处理。相比于传统的数字无线通信技术，不仅在功能上将信号处理过程和信号传输过程合二为一，而且在功耗上有两个数量级的降低。在可拓展性方面，该工作展示了这种基于忆阻器交叉阵列的并行存内无线计算技术在多输入多输出无线电波、声学和光学无线通信中的巨大应用潜力。
基于忆阻器交叉阵列的并行存内无线计算通信系统和传统数字无线通信系统的对比图
05
在滨海湿地生态系统韧性合作研究中取得进展
南京大学生命科学学院徐驰教授课题组与国内外多个研究团队合作，以我国黄河三角洲盐沼生态系统中的盐地碱蓬（Suaeda Salsa）规则多边形斑图为对象开展了多途径系统研究，揭示了裂纹的物理自组织过程在生态系统发育和生态功能塑造中的关键作用。研究者通过无人机影像、原位实验和数学建模发现，自组织裂纹有助于盐沼生态系统承受更强烈的干旱，并能够显著提高生态系统的韧性。这一新发现揭示了物理自组织斑图在塑造生态系统韧性和适应气候变化方面具有关键作用。
自组织裂缝形成对碱蓬空间分布及其生态系恢复力的影响。(A)无人机影像和数学模型展示了沿着土壤含水量的空间梯度的植被空间格局变化，从植被密集分布到多边形分布再到稀疏分布。(B) 在不存在自组织裂缝的情况下，随着环境含水量压力参数的变化，模型生态系统呈现出一个略微滞后狭窄的临界区间。
06
分层电极结构设计实现酸性稳定高效CO2电还原
南京大学现代工程与应用科学学院钟苗特聘研究员课题组通过改进电极结构，在CO2R电催化剂表面涂覆一层不导电的纳米多孔SiC-NafionTM层来调控离子传输，使催化剂/涂层界面局部K+富集，显著抑制析氢反应，提升CO2的反应活性和选择性；同时在反应过程中催化剂表面的pH值接近中性，以保护SiC-NafionTM包覆下的催化剂免受强酸腐蚀，提高了催化剂的稳定性。
（a）有和没有表面SiC-NafionTM涂层的中性、碱性和酸性电解质中CO2R的示意图；（b）SiC-Nafion™/SnBi/PTFE的截面SEM图像；（c）表面pH值与SiC-Nafion™层厚度的关系；（d）COMSOL模拟不同厚度SiC-Nafion涂层从催化剂表面到电解质体相的pH分布。
07
纳米限域界面上构建不对称中间体吸附加速电催化CO2还原到多碳产物
南京大学现代工程与应用科学学院钟苗特聘研究员课题组通过建立活性全局能量优化图以确定C–C偶联最佳反应路径，通过合金化与去合金化相结合的策略创建具有不对称CO吸附的相邻二元活性位点，突破单一金属活性限制。我们以CO*吸附能为描述符，筛选了不同铜基二元活性位点，最终确定CuZn作为最佳组合之一，展现了最优的C–C偶联性能，降低CO2到C2+的转化反应能垒。
a. 二氧化碳电还原全局能量优化图。b. 铜基二元活性位上CO*吸附能的筛选。c. 二氧化碳电还原到多碳产物的反应相图。d.各反应位点的活化能。
08
提出用于量子神经计算的量子神经网络模型
南京大学物理学院、固体微结构物理国家重点实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心陈增兵教授、尹华磊副教授课题组提出了基于一种新的量子神经网络模型的"量子神经计算"，该量子神经网络同时满足神经网络规则和量子规则。该模型通过采用单量子比特操作、经典控制的单量子比特操作和单量子比特测量（均可包含噪声），在保证模型具有量子特性的基础上，成功避免了模型量子态空间大小随神经元数量指数级增长的问题，更显著降低了量子神经网络物理实现的难度。这一创新大大降低了内存需求，并允许使用传统优化算法进行快速优化，有助于为人类智能的理解提供量子视角。
软量子神经网络与软量子神经元示意图
09
在全球离岸伴生天然气燃烧排放遥感监测方面取得重要进展
南京大学地理与海洋科学学院刘永学教授课题组在全球离岸伴生天然气燃烧排放遥感监测方面取得重要进展。
该研究聚焦离岸油气开发中的伴生天然气燃烧，主要技术创新、科学发现与对策建议包括：(1) 创新性地利用伴生天然气燃烧释放的高温信号，提出了基于中分光学影像的伴生天然气燃烧遥感监测框架；设计了基于时序光学影像的归一化燃烧排放指数，结合燃烧排放数据，构建了高精度伴生天然气燃烧排放估算模型，突破了其遥感监测瓶颈。(2) 将构建的离岸伴生天然气燃烧动态监测框架应用于全球853万余景Sentinle-2 MSI影像，生成了全球首套高分辨率离岸伴生天然气燃烧点源排放清单。(3) 研究发现全球离岸伴生天然气燃烧排放呈帕累托分布，即20%离岸伴生天然气燃烧点源贡献了约80%燃烧排放量，并据此给出了全球离岸伴生天然气燃烧点源变现潜力分级。(4) 研究明确了点源尺度、国家尺度、全球尺度2016–2021年离岸伴生天然气燃烧排放动态。
(a) 基于时间序列Sentinel-2 MSI影像的离岸伴生天然气燃烧排放估算模型；(b)已有基于VIIRS Night-Fire (VNF)估算模型。
10
实现铁转序的电控翻转
南京大学物理学院奚啸翔教授课题组与合作者在新型铁性序的探测与调控方面取得新进展。团队发展了基于圆偏振拉曼散射的实验方法，对1T-TaS2中由面内镜像对称性破缺导致的铁转序进行灵敏探测，成功实现了两种取向态之间的可控电学翻转，揭示了铁转序的铁性特征。该工作突破了铁转序取向态难以被外场翻转的认识，为进一步理解其物理机制奠定了实验基础。
（a）CDW晶格畸变形成的两种铁转取向态；（b, c）利用拉曼光谱鉴别CCDW和NCCDW相的两种铁转取向态；（d, e）铁转畴的拉曼成像图。
11
植入式锌氧气电池原位电刺激促进神经再生
近日，南京大学现代工程与应用科学学院张晔副教授课题组开发设计了一种可在体内工作的植入式锌氧气电池，电池表现出优异的电化学性能和生物安全性，可以原位集成在神经导管上，通过电刺激促进施旺细胞的增殖和神经营养因子的释放，促进长节段受损神经的再生。除了用作神经电刺激，锌氧气电池还有望为其他植入式医疗设备提供能源。
植入式锌氧气电池的结构图
12
否定了镥-氢-氮化合物中的室温超导现象
南京大学超导物理与材料研究中心闻海虎教授团队迅速投入工作，基于长期积累的技术手段和经验，创新性地利用高温高压合成手段，成功制备出来结构与罗切斯特大学报道一致的镥-氢-氮材料，并且利用本组具备的高压下电阻和磁化精密测量技术，证明了该材料即便在40万大气压下，温度低至2K也没有观察到超导现象。该重要结果于2023年5月11日在Nature杂志以Regular Article的形式在线发表。
镥-氢-氮材料在压力下的颜色（a）和电阻-温度曲线（b）的演化规律。
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在延缓卵巢衰老研究方面取得新进展
南京大学医学院附属鼓楼医院生殖医学中心孙海翔教授、丁利军研究员团队联合上海交通大学医学院附属第九人民医院（上海精准医学研究院）卞迁研究员团队、南京医科大学生殖医学与子代健康全国重点实验室李朝军教授团队，经过五年的合作研究发现颗粒细胞甲羟戊酸代谢通路是卵母细胞成熟的关键调控因素，伴随年龄增长颗粒细胞甲羟戊酸通路异常降低是衰老卵母细胞减数分裂缺陷和非整倍体增加的重要原因，补充甲羟戊酸代谢中间产物能够减少衰老引起的卵母细胞非整倍体、提高衰老卵巢功能。该研究拓展了对颗粒细胞与卵母细胞代谢偶联的认识，为改善卵巢衰老导致的生育力下降提供了系列新靶点。
衰老小鼠MI期卵母细胞染色质压缩与颗粒细胞甲羟戊酸代谢通路异常
14
实现新型源无关量子随机数发生器
南京大学固体微结构物理国家重点实验室、物理学院祝世宁院士、龚彦晓教授团队在量子随机数方面取得重要进展。该团队提出并实验演示了一种基于色散取消效应的源无关量子随机数发生器，能够使用不可信的源设备产生真正的随机比特，为半设备无关量子随机数发生器的实际应用奠定了坚实基础。
基于色散取消效应的源无关量子随机数发生器的概念图
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在癫痫发病机制研究中取得重大突破
南京大学生命科学学院闫超教授、陈迪俊副教授团队联合医学院附属鼓楼医院神经外科刘翔宇主任，首次报道了癫痫患者的大脑中存在一种新的星形胶质细胞——脂质堆积的反应性星形胶质细胞（lipid-accumulated reactive astrocyte, 简称LARA）；LARA具有独特的分子表型和功能表型，可以通过加剧神经元的兴奋性，促进癫痫的疾病进展。该发现为治疗耐药性癫痫提供了全新的策略和靶点。
LARA的形成及其促进癫痫进展的原理示意图
16
在光催化CO2还原领域取得新进展
南京大学物理学院环境材料与再生能源研究中心邹志刚院士和周勇教授课题组设计合成了单原子Inδ+-N4修饰的氮化碳（C3N4）纳米片，有效调控了C3N4的层间距（d(002)），实现了CO2/CO的高效光转化。
在日益严峻的温室气体环境下，建立和改善“人工碳循环”并实现“碳达峰”“碳中和”的“双碳目标”已成为当务之急。通过半导体催化剂对”CO2/燃料”实现光转换，是一种高效清洁的能源转化技术，为节能环保和实现“双碳目标”提供了一个可行的策略。
(a) ICN-x的XRD图；(b) 25°到30°的XRD图；(c) 引入单分散In原子后C3N4的d(002)示意图。
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在线粒体蛋白稳态控制细胞命运转变方面取得重大进展
此前，南京大学医学院模式所甘振继教授团队系列研究发现了线粒体蛋白稳态控制在调节骨骼肌代谢稳态中起着至关重要的作用，并揭示了肌肉线粒体蛋白稳态应激可长程调控白色脂肪组织产热重塑(Xu et al，Nat Commun. 2022；Guo et al, Sci Adv. 2022)。在此研究基础上，该课题组综合应用遗传学、生物物理和生物化学等方法，进一步探究了线粒体蛋白稳态控制系统对脂肪细胞命运转变的潜在调节功能。
依赖蛋白酶LONP1的线粒体蛋白降解系统控制白色脂肪细胞命运转变。
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在对于治疗性抗体耐药乳腺癌治疗方面取得重要进展
南京大学化学化工学院刘震教授团队发展出了一种叫做"分子印迹纳米转换器（MINT）"的新策略用于耐药性乳腺癌的光动力治疗。MINT不仅仅可以特异性靶向P95HER2，还可以有效地将近红外光转变为可见光用于将基态氧转化为活性氧杀伤癌细胞。该策略为其余因为靶点突变导致的耐药性癌症的治疗提供了思路。
MINT特异性靶向P95HER2+癌细胞并产生ROS杀伤癌细胞原理图
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设计原位重构的铋基电催化剂助力“碳中和”
南京大学化学化工学院金钟教授团队设计并成功合成了由Bi@Bi2O3纳米枝晶（Bi@Bi2O3-NDs）转化而得的Bi纳米花材料（Bi-NFs）（图1），用于高效电催化CO2RR生产甲酸，实现了92.3%的高法拉第效率。此外，该工作探明了Bi基催化剂在电催化中以Bi2O2CO3为中间体的两步原位重构过程。进一步地，通过原位拉曼光谱，证实了催化过程中还原形成的0价Bi活性中心对于*OCHO中间体的选择性稳定吸附，这是实现高选择性的关键因素。
Bi-NFs的制备与形貌表征
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在微塑料生态效应研究方面取得进展
南京大学地理与海洋学院邹欣庆教授团队选择鱼类为目标研究对象，溶解态为污染物存在形式，进行了一项荟萃分析，定量总结全球文献中现有的实验证据，并使用效应大小估计器来确定毒性的变化（方向和大小）以及对生物功能和系统的影响。研究发现在环境MP浓度的背景下，共存污染物溶液中MP的存在显著增加了对鱼类的毒性，具体而言，MPs会增加对免疫系统、代谢和氧化损伤的负面影响，但对生长和发育、行为和感觉及神经肌肉功能、消化和排泄系统、繁殖没有显著影响（图2）。此外，通过亚组/元回归分析探讨可能影响毒性的因素，发现毒性的变化与鱼类的生长阶段和MP大小有关，但与共存污染物类型、MP类型、有机污染物的logKow、暴露时间无关（图3）。最后，从MPs、共存污染物、环境因素和实验对象四个方面讨论了实验室研究与实际水生环境的差异，这些差异可能会影响评估的准确性。本研究为从复合污染的角度进一步了解MPs对水生生物的潜在影响提供了基础。此外，鉴于污染是渔业资源减少的重要因素，本研究可以为水生生态系统的保护和管理提供参考。
微塑料及共存污染物对鱼类影响的示意图
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在全球变化和碳循环领域取得重要进展
南京大学地理与海洋科学学院张永光教授课题组基于上述研究率先利用OCO-3 SIF数据获得了冠层总激发荧光，并结合ECOSTRESS ET研制了表征亚马逊碳水通量的时空连续日变化数据集。结果表明，亚马逊雨林碳水通量在中午达到一天中的最大值，且其日变化模式主要由太阳辐射和温度驱动（图1）。比较亚马逊雨林碳水通量上下午差异发现，相比湿季，干季碳水通量存在明显下午降低现象，为研究陆气交互对未来气候变干变暖的响应机制提供了独特的视角。
亚马逊雨林SIF，ET，和WUESIF的日变化空间格局
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来源：科技处
编辑：步欣洁 李佳轩 刘雨璇
封图：高昱晗
审校：宗 和
责编：李烨婧
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