科“济”周报 | 2022年诺贝尔化学奖揭晓！
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2022年9月30日-10月12日刊
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国际科技前沿
2022年诺贝化学奖揭晓
北京时间2022年10月5日下午5点45分许，瑞典皇家科学院宣布，将2022年诺贝尔化学奖授予美国化学家卡罗琳·贝尔托西(Carolyn R. Bertozzi)、丹麦化学家摩顿·梅尔达尔(Morten Meldal)和美国化学家卡尔·巴里·夏普莱斯(K. Barry Sharpless)，以表彰他们在发展点击化学和生物正交化学方面的贡献。其中，再次摘得诺贝尔化学奖桂冠的夏普莱斯教授为同济大学名誉教授。
Barry Sharpless和Morten Meldal为一种分子功能化——点击化学——奠定了基础。“点击”就是指两个东西像积木扣在一起一样，咔嚓（click）一声，分子构建单元快速而有效地结合在一起。Carolyn Bertozzi将点击化学带到了一个新的维度——在生物体中使用它。
长期以来，化学家们一直渴望构建越来越复杂的分子。药物研究中，通常需要人工制造具有药用特性的天然分子，科学家发现了许多有意义的分子结构，但成本高昂并且非常耗时。诺贝尔化学委员会主席Johan Åqvist表示：“今年的化学奖获奖工作不是一类复杂的方法，而是把问题变得简单和便捷。功能分子甚至可以通过一条直接的路线来构建。”
大约在2000年，Barry Sharpless创造了“点击化学”的概念，这是一种简单而可靠的化学形式，在这种化学中，反应快速发生，避免了不必要的副产品。不久之后，Morten Meldal和Barry Sharpless各自独立提出了现代点击化学王冠上的明珠：铜催化叠氮-炔环加成。这是一种优雅而高效的化学反应，现在在药物开发、DNA定位和创造新材料等方面被广泛使用。
为了绘制细胞表面重要但难以捉摸的生物分子——聚糖，Carolyn Bertozzi开发了在生物体内起作用的点击反应。其生物正交反应不会破坏细胞的正常化学反应，正在被用于探索细胞和追踪生物过程。利用生物正交反应，研究人员改进了癌症药物的靶向性，许多临床试验正在进行中。点击化学和生物正交反应将化学带入了功能主义时代，为人类带来了伟大的效益。
图 | 2022年诺贝尔化学奖获得者：Carolyn R. Bertozzi、Morten Meldal和K. Barry Sharpless
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国内领航科技
1.中国科大潘建伟院士团队又一篇Nature！
近日，中国科学技术大学潘建伟及其同事张强、姜海峰、彭承志等与上海技物所、新疆天文台、中科院国家授时中心、济南量子技术研究院和宁波大学等单位合作，通过发展大功率低噪声光梳、高灵敏度高精度线性采样、高稳定高效率光传输等技术，首次在国际上实现百公里级的自由空间高精度时间频率传递实验，时间传递稳定度达到飞秒量级，频率传递万秒稳定度优于4E-19。实验结果有效验证了星地链路高精度光频标比对的可行性，向建立广域光频标网络迈出重要一步。该成果于2022年10月5日在线发表于国际著名学术期刊《自然》杂志。
在本工作中，研究团队发展了全保偏光纤飞秒激光技术，实现了瓦级功率输出的高稳定光频梳；基于低噪声平衡探测和集成干涉光纤光路模块，结合高精度相位提取后处理算法，实现了纳瓦量级的高灵敏度线性光学采样探测，单次时间测量精度优于100飞秒；进一步提升了光传输望远镜的稳定性和接收效率。在上述技术突破的基础上，研究团队在新疆乌鲁木齐成功实现了113公里自由空间时频传递，时间传递万秒稳定度达到飞秒量级，频率传递万秒稳定度优于4E-19，系统相对偏差为6.3E-20±3.4E-19，系统可容忍最大链路损耗高达89dB，远高于中高轨星地链路损耗的典型预期值（约78dB），充分验证了星地链路高精度光频标比对的可行性。
图｜百公里高精度时频传递实验示意图
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国内领航科技
1.我校牵头的“人车路协同无人驾驶可信性评价关键技术与标准研究”获批国家重点研发计划立项
近日，由同济大学作为项目负责单位、交通运输工程学院暨育雄教授牵头组织申报的国家重点专项“人车路协同无人驾驶可信性评价关键技术与标准研究”获得批复立项。
该项目是国家质量基础设施（NQI）领域获批立项的国家级重大研究项目，联合了深圳市城市交通规划设计研究中心股份有限公司、西安工业大学、上海淞泓智能汽车科技有限公司和招商局检测车辆技术研究院有限公司等10家国内自动驾驶测评领域顶尖研发机构。项目聚焦全球普遍关注的无人驾驶可信性评价问题，面向无人驾驶规模化商用需求，以构建水平可提升、能力可认证、信度可计算、交互可理解、平台可推广的人车路协同无人驾驶可信性测评体系为目标，首次提出高安全、高可用、可理解、可预测、可追溯的无人驾驶可信性内涵，研发“集群在环-全链测试-闭环测评”的可信性测评方法体系。项目预期将为无人驾驶从示范到商用的标准认证环节提供可靠基础，助推数千亿规模的人车路协同无人驾驶产业发展，助力我国交通强国建设。
2.物理科学与工程学院高国华/吴广明以物理驱动实现VOx@C卵黄壳纳米球的仿生合成，成功抑制锂硫电池的穿梭效应，成果发表于《先进功能材料》
物理科学与工程学院高国华/吴广明以物理驱动实现VOx@C卵黄壳纳米球的仿生合成，成功抑制锂硫电池的穿梭效应，9月30日，这一研究工作以“Biomimetic Synthesis of VOx@C Yolk-Shell Nanospheres and Their Application in Li-S Batteries”为题发表于国际材料科学领域权威学术期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials ）。
食虫植物是植物界中一个特殊的类群，它们自身可以光合自养，同时又可以捕捉昆虫以补充营养。在不同的生存环境下，不同的食虫植物进化出了不同的捕虫习性。其中，水生食虫植物狸藻进化出了捕鼠器型捕虫器，利用其微型囊状腔室的快速膨胀来产生压强将食物捕获。这种精巧的结构保证其能在缺乏N和P等营养物质的环境中生存。
受狸藻利用压差捕食行为的启发，同济大学物理科学与工程学院与汽车学院合作，利用超声场作用下带壳囊泡的空化效应，模仿了狸藻的猎物捕食过程，实现介孔碳壳对氧化钒纳米颗粒主动封装，避免了苛刻的高温还原过程，制备了VOx@C 卵黄壳纳米球，应用于锂硫电池隔膜，通过捕集和催化转化多硫化物，有效抑制了多硫化物的穿梭效应，制备了高性能的锂硫电池。
该工作为开发卵黄壳材料合成提供了新的物理途径，有效避免了传统卵黄壳材料高温高压的制备方法和低的原料利用率，也可以应用于在介孔碳壳内部封装其他氧化物，如WO3，CeO2 和 Nb2O5等，该技术在能源储存和转化以及异质结构的合理设计中具有非凡的潜力。
图 |VOx@C卵黄壳纳米球的a）SEM图像，b）TEM图像，c）高分辨率TEM图像，d-g）HAADF-STEM图像和元素图谱，h）XPS光谱，i）高分辨率V2p XPS光谱，j）N2吸附-解吸等温线。
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趣味科技速递
明明已经吃饱了，为啥肚子还能“腾出地方”继续吃下甜点？
Part.1
甜点吸引你可不只是它好吃
吃饭时，自己做或者买的种类并不多，通常集中在两三种食物上，当同一种食物吃的比较多的时候，从中获得的快乐就会减少。这是一种叫做感官特异性饱腹感（sensory-specific satiety, SSS）的现象，它是一种感官享乐现象，由法国生理学家Jacques Le Magnen于1956年提出。通常你吃同一种食物达到一定量之后，由这种食物产生的满足感就会下降，从而产生饱腹感，从该种食物中获得的快乐也随之降低。
比如听到一首好听的歌曲，不断循环，听一段时间后，也会觉得这首歌并没有那么吸引人。吃饭的时候我们觉得这一大桌美食很好吃，但随着时间推移，大脑最终会对美食产生“厌倦”，进而产生饱腹感。如果此时换上甜点，由于甜点在这顿饭中是一个新的风味美食，则会导致食欲的更新，从而肚子依旧能为甜点腾出空间，即便你之前已经觉得吃的很饱了。
2001年发表在Brain上的一篇研究进一步证明了这个现象。科学家招募志愿者参加吃巧克力实验，并观察志愿者的大脑活动，每次吃完一块巧克力后志愿者被要求给自己开心程度以及是否还想吃进行打分。尽管志愿者吃的是同一种巧克力（志愿者本身未被告知），但他们的评分都逐渐下降。科学家通过观察大脑活动，发现当他们一开始比较乐于吃巧克力时候，大脑的胼胝体下区，尾内侧眶额皮质（喜爱/奖励）等比较活跃，然而当他们吃饱了的时候，海马旁回以及尾外侧眶额皮质（厌恶/惩罚）等则比较活跃。
图|从左到右位吃巧克力状态增加。C图显示胼胝体下区域、丘脑和中脑的rCBF减少。D图显示尾外侧眶额皮质的rCBF增加。
研究人员还针对不同类型的巧克力进行了实验，得到了相同结果。所以即使正餐对你大脑的吸引力已经降低，但遇到其他食物时，例如甜点，你的大脑则会做出不同的响应。
图|不同状态下吃巧克力对愉悦程度（虚线）和动机（实线）的评分。吃的越多，愉悦程度越下降，想吃巧克力的动力下降。
Part.2
糖没有强饱腹感
对于喜爱甜食又不想长胖的人来说，还有一个令人糟心的地方：甜点（主要是糖）不会让人有很强的饱腹感。
当我们饥饿的时候，胃会释放一种叫饥饿荷尔蒙的激素，刺激神经传递信号给大脑告诉它需要吃饭。吃饭的时候，复杂的碳水化合物、蛋白质以及纤维素等会导致饥饿荷尔蒙的含量显著下降，从而缓解饥饿感，提升饱腹感。
但不得不承认的是，吃糖和喝水一样，饱腹感的维持不会很久。摄入的糖会快速分解成单糖进入血液，血糖水平上升，此时产生饱腹感，这也是为啥低血糖时吃块糖就能快速缓解，然而胰岛素也会快速降低血糖水平，使饱腹感消失。这个过程相对比较快，加上分泌饥饿荷尔蒙的胃还是空着的，所以依旧会有饥饿感。
图|大脑如何感受饱腹？
当然了，现实世界里吃甜点依旧会感觉饱，这是因为虽然甜点含糖量比较高，但也含有其他营养物质，所以并不等同于只吃糖，加上胃的牵拉感也会增加，这些刺激也会告诉大脑吃饱了。但因为其成份主要是糖，所以饱腹的感觉会弱一些。
综上所述，吃饱饭后，在SSS机制影响下甜点对大脑有吸引力，吃甜点还没有较强饱腹感，所以在吃饱饭后我们依旧能继续“炫”甜点啦～
Part.3
大脑为什么这样响应
在一些想减肥的人看到这会很苦恼，然而从进化的角度来讲，这其实是一种优势。这种机制使得我们在吃食物的时候，不会局限于某几种食物，反而倾向于选择更多种类的食物。这样一定程度上扩大了营养范围，达到均衡饮食的目的。而进食更多种类的食物会保证我们身体不会缺少某些关键的营养物质，这样的大脑响应也叫我们拥有更好的生存优势。
我们也可以反过来利用这种机制。例如，学龄前儿童对蔬菜和水果的摄入量一般都比较低，通俗点说就是挑食。科学家发现，如果将蔬菜和水果制作成零食类食品，并且将种类扩大，会显著提高孩子吃多种蔬菜水果的比例。这个结果说明，学龄前儿童可能对一种食物很快感到“厌倦”，为了让孩子的营养均衡，应该尽可能准备多种类的水果和蔬菜。
图|孩子挑选蔬菜和水果的个数在混合种类中比单个种类中高。左边四个柱子是蔬菜，前三个是单个蔬菜，第四个混合蔬菜；右边四个柱子是水果，前三个是单个水果，第四个混合水果。黑色的表示选择了蔬菜或水果的孩子数目。
总之，虽然知道为何饭后还能吃下甜点后并不能帮助我们克制吃甜点，但我们可以通过大脑响应机制帮助我们自己吃的更好。比如做饭时加入更多种类的食物，其中就可以包含我们平常不怎么爱吃的。
以上就是
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