科大资讯|近期科研成果速览

2022-04-01 17:02 浏览：111

来源：中国科学技术大学

　　本期目录

　　1、中国科大揭示HPT内分泌轴中内源肽和口服肽类药物激活促甲状腺激素释放受体的结构基础

　　2、中国科大研制一种新型非连续布利冈仿生结构材料

　　3、中国科大在新一代神威超级计算机上首次实现全球公里尺度大气物理-化学全耦合数值模拟

　　4、中国科大发现细菌游动新模式

　　5、中国科大发现人类磷脂翻转酶ATP8B1的新型调控机理

　　6、中国科大实验验证多体系统中量子态可被同时导引的特性

　　7、中国科大首次实现芯片集成的冷原子磁光阱系统

　　8、中国科大在探究限域效应促进CO2电还原制多碳产物取得重要进展

　　中国科大揭示HPT内分泌轴中内源肽和口服肽类药物激活促甲状腺激素释放受体的结构基础

　　2022年3月29日，中国科技大学生命科学与医学部、安徽省多肽药物工程实验室田长麟教授团队，与清华大学化学系、有机磷化学及化学生物学教育部重点实验室刘磊教授团队合作在国际知名期刊《Cell Research》上发表了题为“Structuralinsightsinto thyrotropin releasing hormone receptor activationby an endogenouspeptideagonist orits orally administeredanalogue”的研究论文。

　　通过解析TRHR/Gq复合物在结合内源三肽激动剂TRH（普罗瑞林）或口服肽类激动剂TAL（他替瑞林）的三维结构，并结合功能分析，该研究揭示了TRH(pyroGlu-His-Pro-NH2)与TRHR的相互作用，以及TAL(1-methyl-(S)-4,5-dihydroorotyl)–His–Pro-NH2)与TRHR的相互作用。和其他A类GPCR类似，激动剂结合TRHR之后，促进了TRHR与G蛋白复合物的相互作用，并启动细胞内下游信号传导系统。

　　TRHR/miniGq复合物结合激动剂TRH（普罗瑞林）或TAL（他替瑞林）电镜结构

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　　http://news.ustc.edu.cn/info/1055/78684.htm

　　论文链接：

　　http://www.nature.com/articles/s41422-022-00646-6

　　中国科大研制一种新型非连续布利冈仿生结构材料

　　近日，中国科大俞书宏院士团队博士后陈思铭、高怀岭副研究员等首次将珍珠母中的非连续“砖-泥”结构特性引入到布利冈结构设计中，提出了非连续布利冈结构的设想，并发展了一种程序化组装纳米纤维的方法，成功地创制出一种新型的轻质高强仿生非连续布利冈结构纳米复合材料，实现了非连续纤维桥连和布利冈构造诱导裂纹偏转的协同增韧。该工作对于研制高性能结构材料提供了新的组装方法。相关成果以“Biomimetic discontinuous Bouligand structural design enables high-performance nanocomposites”为题发表在Cell旗下国际期刊Matter上。

　　研究人员基于所开发的有序组装纳米纤维基元的程序化装置，以环境友好的硬硅钙石纳米纤维和海藻酸钠为原料，通过螺旋组装硬硅钙石纳米纤维于海藻酸钠基体中，并结合溶胶-凝胶-薄膜转变过程，成功制备了非连续布利冈结构纳米复合材料。这项研究提出的非连续布利冈结构设计方案对于今后开发新型纳米纤维复合材料和提升传统纤维增强复合材料的性能具有重要的指导意义。

　　纳米纤维程序组装装置（A）、非连续布利冈结构（B）、经由程序组装而实现的硬硅钙石-海藻酸钠纳米复合薄膜（C）

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　　http://news.ustc.edu.cn/info/1055/78677.htm

　　论文链接：

　　http://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(22)00108-4

　　中国科大在新一代神威超级计算机上首次实现全球公里尺度大气物理-化学全耦合数值模拟

　　近日，中国科学技术大学在新一代神威超级计算机上首次实现了长达7天的全球3公里空间分辨率大气物理-化学全耦合数值模拟试验，全面展现了新一代国产超级计算机软硬件系统的可靠性、稳定性和可用性，以及在其上构建全球高分辨率大气模拟系统的重大应用前景。研究成果以“Establishing a non-hydrostatic global atmospheric modeling system at 3-km horizontal resolution with aerosol feedbacks on the Sunway supercomputer of China”为题在线发表于《Science Bulletin》上。此项成果由地球和空间科学学院赵纯教授课题组与计算机科学与技术学院安虹教授课题组联合攻关，在国家气象局、国家超级计算无锡中心、北京大学、清华大学相关研究人员的紧密配合下完成。

　　本研究初步揭示了全球高分辨率大气物理-化学耦合模拟能显著改善极端天气事件预报的准确性，展现出高空间分辨率和耦合化学反馈效应对数值天气和空气质量预报的重要意义，对预报极端和高影响天气、以及大气污染事件具有重大应用前景。团队也将在本研究的基础上，发展行星高分辨率大气模式，服务于国家的深空探测计划和科学研究。

全球大气3公里空间分辨率的大规模并行模拟效率示意图

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　　http://news.ustc.edu.cn/info/1055/78676.htm

　　论文链接：

　　http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927322000998

　　中国科大发现细菌游动新模式

　　中国科大物理系袁军华、张榕京课题组通过联合使用细菌三维追踪技术与鞭毛丝动态荧光观察技术，发现了铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)的新游动模式。该研究结果于2022年3月29日发表在PNAS上[PNAS 119,e2120508119 (2022)]。

　　课题组借助基因编辑手段改进了铜绿假单胞菌的鞭毛丝荧光标记效率，在该细菌中实现了游动三维追踪及鞭毛丝动态行为的同步观测，从而发现了一种全新游动模式（称之为“wrap”模式），并且进一步揭示了此模式发生的物理机制。

　　在自然界中存在种类丰富的极性鞭毛细菌，课题组发现的游动新模式可能在极性鞭毛细菌中广泛存在。此处发现的由钩形鞘力学屈曲失稳来实现游动方向改变的物理机制，对设计人工微纳机器也有启发。

铜绿假单胞菌游动新模式。（左）图1细菌的游动轨迹示意图，不同颜色代表不同游动模式。（右）三种游动模式下鞭毛丝的状态。

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　　http://news.ustc.edu.cn/info/1055/78667.htm

　　论文链接：

　　http://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2120508119

　　中国科大发现人类磷脂翻转酶ATP8B1的新型调控机理

　　中国科学技术大学生命科学与医学部周丛照教授和陈宇星教授课题组，利用单颗粒冷冻电镜技术解析了人类磷脂翻转酶ATP8B1-CDC50及其与生理底物磷脂酰丝氨酸复合物的三维结构，并借助一系列生化实验阐明了ATP8B1的底物特异性及其活性调控的分子机制。相关研究成果以“Structural insights into the activation of autoinhibited human lipid flippase ATP8B1 upon substrate binding”为题于2022年3月30日在线发表在《美国科学院院报》（PNAS）上。

　　研究者结合体外ATP水解活性以及基于荧光标记的脂质翻转活性检测，首次利用生化手段证明了磷脂酰丝氨酸是ATP8B1的真正生理底物。研究结果阐明了ATP8B1介导的胆酸盐循环过程中膜脂不对称性修复的分子机理，揭示了ATP8B1在底物和肝内胆酸盐共同作用下的“自抑制-抑制解除-酶活增强”的精细调控机制，同时还为胆汁淤积症等疾病的治疗干预和药物设计提供了结构基础。

　　无配基及底物结合ATP8B1-CDC50A复合物的三维结构

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　　http://news.ustc.edu.cn/info/1055/78663.htm

　　论文链接：

　　http://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2118656119

　　中国科大实验验证多体系统中量子态可被同时导引的特性

　　我校郭光灿院士团队近期在量子信息基础研究中取得重要进展。该团队李传锋、许金时、孙凯等人对多体量子导引的关系结构进行了实验研究，首次观测到多体量子导引的非单配性共享关系，即其中一方的量子态可以被另外两方同时导引。这项研究成果于3月24日发表在国际知名物理学期刊《物理评论快报》上。

　　在本工作中，研究组进一步利用光子的偏振、路径和轨道角动量三个自由度，构建了三量子比特系统，制备了一系列的三体纠缠态，平均保真度达到96%。研究组通过拓展量子导引的不确定关系判据，研究了多体量子导引的非单配性共享关系。

　　这项成果展示了量子导引在多体系统中丰富的关系结构，加深了对量子导引物理概念的理解，对量子信息基础研究具有重要意义。同时该工作为基于量子导引单配性的信息协议提供了全面的分析视角，在多用户量子通信、量子网络的搭建、多体纠缠检测中都具有重要的应用前景。

　　三体系统中的量子导引结构

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　　http://news.ustc.edu.cn/info/1055/78637.htm

　　论文链接：

　　http://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.128.120402

　　中国科大首次实现芯片集成的冷原子磁光阱系统

　　我校郭光灿院士团队与卢征天教授合作，在芯片化冷原子系统上取得新进展。该团队邹长铃课题组将独立设计的磁场芯片与光栅芯片结合，实现了基于双芯片的冷原子磁光阱系统。相关成果以“Planar-integrated magneto-optical trap”为题3月10日在线发表于国际学术期刊《Physical Review Applied》上。

　　邹长铃课题组与卢征天教授合作，提出了一种全新的平面化磁场线圈构型，仅需一块3cm×3cm的芯片即可产生磁光阱所需的四极磁场。

　　这一工作还进一步探索了新构型下，磁光阱表现与各个参数之间的关系。实验中观察到，随着磁场电流的增大，局部最优的光场失谐也会随之近似线性地增大。研究组从原子的能级构型出发，提出这可能是由磁场的尺寸缩减导致的，并实验验证了这一磁光阱调控新特点，而这一点在传统的三维大线圈构型下恰恰容易被忽略。这个工作在实验上观察到了这一重要的物理现象，并提供了对磁光阱表现的新理解。

双芯片磁光阱原理示意图（左）和所捕获冷原子的CCD成像照片（右）

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　　http://news.ustc.edu.cn/info/1055/78635.htm

　　论文链接：

　　http://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.17.034031

　　中国科大在探究限域效应促进CO2电还原制多碳产物取得重要进展

　　近日，中国科学技术大学耿志刚副教授等在CO2电还原制多碳（C2+）产物领域取得重要进展。研究人员通过制备一类具有不同孔径的Cu多孔外壳Ag内核的Ag@Cu核壳催化剂，深入研究了Cu外壳不同孔径的限域效应与CO2电还原制C2+产物选择性的作用机制。相关成果以“Adjusting Local CO Confinement in Porous-Shell Ag@Cu Catalysts for Enhancing C–C Coupling toward CO2 Eletroreduction”为题发表于《纳米快报》上（Nano Letters. 2022, 22(6), 2554–2560）。该文入选杂志当期封面。

　　研究人员利用Ostwald熟化和原位电化学还原反应过程制备了一类多孔Cu外壳Ag内核的Ag@Cu核壳催化剂。CO2电还原测试结果表明，相比于Cu外壳平均孔径为2.8nm和11.2nm的Ag@Cu催化剂，Cu外壳平均孔径为4.9nm的Ag@Cu核壳催化剂在所有的恒电流测试条件下都表现出最优的催化活性和C2+产物选择性。基于有限元理论模拟分析表明，相比于孔径为2.8 nm和11.2nm的Cu壳层，孔径为4.9 nm的Cu壳层对*CO中间体表现出最强的限域效应。这种限域效应可有效提高局部*CO中间体浓度，促进C-C偶联生成C2+产物。