科研進展＊

物理所 LiOsO3金屬中的鐵電結構轉變研究取得進展

中科院物理所/北京凝聚態(tài)物理國家實驗室（籌）王楠林研究組與其合作者通過高壓合成法，成功制備出一種新型的5d 過渡金屬氧化物LiOsO3。在 140K 附近，LiOsO3具有結構相變，電阻測量表明，相變前后 LiOsO3均表現(xiàn)出良好金屬性。對 LiOsO3在室溫及 90 K 時沿著[120]軸向進行的匯聚束電子衍射（convergent electron beam diffraction，CEBD）表征發(fā)現(xiàn)，在結構轉變溫度以上，CEBD衍射圖可以用中心對稱的空間群 R-3c表示，而在轉變溫度以下，衍射圖樣則表示為非中心對稱的空間群R3c，意味著晶體結構的對稱中心在結構相變過程中消失。為進一步揭示結構相變的機制，他們在英國 ISIS 中子源對 LiOsO3進行了中子散射研究。實驗證實，伴隨著結構相變 Li離子沿著晶體的c軸方向位移較大。對中子散射圖譜的結構精修證實了CEBD給出的結構模型，而對稱性的消失正是由于Li離子沿著 c 軸方向移動的結果。這些結果清楚地表明，在LiOsO3金屬中的確存在與鐵電材料 LiNbO3和 LiTaO3相同的結構轉變，表現(xiàn)出中心反演對稱性的破缺。該實驗首次驗證了 Anderson 和 Blount提出的“鐵電金屬”的概念，同時還表明，金屬與絕緣體中結構轉變的機制并非截然不同，在某些情況下也可能出現(xiàn)類似的情況。另外，“鐵電金屬”的發(fā)現(xiàn)，會帶來諸多可能的有趣物理現(xiàn)象，例如在某些條件下可能存在非中心對稱的超導材料等，因而具有較高的研究價值。相關研究結果發(fā)表在 Nat.Mater.上，并且被選為 News&Views專門點評。

化學所在氣凝膠研究領域取得新進展

中科院化學所科研人員首次通過簡便的真空干燥技術制備了彈性低密度有機-無機雜化氣凝膠。科研人員首先通過分子設計，以巰基-雙鍵點擊反應制備了含有硫醚鏈段的橋聯(lián)倍半硅氧烷前驅體，柔順的硫醚鏈段使得以該前軀體制備的濕

凝膠具有良好的彈性，并可在室溫下直接真空干燥得到氣凝膠，極大地簡化了氣凝膠的制備流程。經真空干燥得到的氣凝膠完整保留了濕凝膠的初始尺寸，不僅具備傳統(tǒng)方法制備的氣凝膠的優(yōu)良特性，還具有良好的彈性，可在30%形變下反復壓縮多次而不產生永久變形；即使在乙醇或水溶液中再次浸泡、真空干燥，仍能夠保持結構不變。這為通過簡單的濕化學或物理浸漬方法對該氣凝膠骨架表面進行功能化改性提供了可能，例如，將該氣凝膠浸泡在聚乙烯亞胺（PEI）水溶液中，干燥后可在氣凝膠骨架表面形成一層PEI涂層，得到二氧化碳吸附功能材料。這種制備方法簡便、性能優(yōu)異、易于表面功能化的氣凝膠材料對于拓展氣凝膠的實際應用具有重要的意義。 相關研究成果發(fā)表在 Adv.Mater上。

納米中心等國際上首次實現(xiàn)對分子間局域作用的直接成像

國家納米科學中心的裘曉輝研究員、程志海副研究員研究組與其合作者利用原子力顯微鏡技術在實空間觀測到分子間氫鍵和配位鍵相互作用，在國際上首次實現(xiàn)了對分子間局域作用的直接成像。在超高真空和低溫條件下，該研究團隊通過精確探測原子力探針與分子化學鍵的電子云之間的 Pauli排斥力作用，獲得了吸附在銅晶體表面的8-羥基喹啉分子的共價鍵化學骨架、分子間氫鍵以及分子與金屬原子配位鍵的高分辨空間圖像，據(jù)此精確解析了分子間氫鍵的構型，實現(xiàn)了對氫鍵鍵角和鍵長的直接測量。這是科學家第一次獲得氫鍵在實空間的圖像，該實驗結果對于氫鍵理論有著非常有意的啟示。相對于現(xiàn)有的譜學方法（紅外、核磁共振、X射線晶體衍射等），該項研究開辟了一條對氫鍵研究的嶄新實驗途徑，將對分子間相互作用研究起到巨大的推動作用。相關研究成果發(fā)表在Science上。

過程所和納米中心復合氧化物對苯的催化去除研究獲進展

中科院過程工程所與國家納米中心合作，采用水熱法制備了一系列 CeO2-MnOx復合氧化物催化劑，選取苯作為VOCs的代表物，系統(tǒng)研究了其催化機制。研究人員 采 用 水 熱 法 ，根 據(jù) 不 同 的 Ce/Mn 比 例 制 備 得 到CeO2-MnOx復合氧化物催化劑，通過對其催化活性的檢測得到復合氧化物的活性均優(yōu)于單相組分，并且當Ce/ Mn 比例為 3∶7時，催化活性最佳，進而對該比例制備的復合氧化物的內部結構進行分析，提出相應的催化機制。除了晶格內部氧空位發(fā)揮作用外，Ce和Mn之間的協(xié)同效應發(fā)揮更重要甚至是決定性的作用。相關結果發(fā)表在 Appl.Catal.B:Environ.上。

中國科大研究揭示白堊紀東亞大陸邊緣的重大碰撞事件

中科大楊永太教授質疑了傳統(tǒng)的從距今3億年前到現(xiàn)今古太平洋洋殼一直在俯沖東亞大陸邊緣的學術觀點，并首次提出在白堊紀，鄂霍次克陸塊與東亞邊緣發(fā)生了強烈的陸陸碰撞，該事件極大地影響了整個東亞地區(qū)的地質演化和氣候變遷。當前的鄂霍次克陸塊位于俄羅斯東南部，被鄂霍次克海覆蓋。在距今2億年前的晚三疊到早侏羅世，該陸塊大致位于古太平洋中部。在距今約1.4億年前的早白堊世，新生的太平洋洋殼快速向西北方向擴張，鄂霍次克陸塊也跟隨著向西北方向運動。在距今約1億年前的晚白堊世早期，該陸塊漂移到東亞大陸邊緣，與中國華南地區(qū)及日本西南部發(fā)生碰撞。一個數(shù)公里高、數(shù)百公里寬的大型造山帶在中國東南沿海地區(qū)、日本西南部和朝鮮半島形成，阻擋了太平洋暖濕氣流，造成中國東部及蒙古國在晚白堊世長期發(fā)育了沙漠和咸化湖環(huán)境。同時，這次碰撞事件導致了中國東部的武夷山、大婁山、雪峰山、四川盆地、大別山、秦嶺、渤海灣盆地、燕山、太行山、呂梁山、陰山和鄂爾多斯盆地等地區(qū)發(fā)生隆升。該陸塊對東亞邊緣的深俯沖也造成了日本西南部超高壓變質巖帶的形成。在約0.89億年前，由于古太平洋的運動方向轉變?yōu)楸北蔽飨颍趸舸慰岁憠K沿著東亞邊緣開始向北運動，在鄂霍次克陸塊和東亞大陸之間形成了一個大型的左行走滑轉換邊界，一系列走滑斷裂在中國東部、朝鮮半島、日本諸島和俄羅斯東南部開始活動。這個陸陸轉換邊界與現(xiàn)今美國加利福尼亞州的圣安德魯斯斷裂帶非常類似。在距今約0.79億年，鄂霍次克陸塊運動到東北亞，與俄羅斯西伯利亞大陸邊緣發(fā)生碰撞，結束了其長距離的向北運動。新的板塊構造模型從時間上和空間上與前人所發(fā)現(xiàn)的大量地質事實基本一致，提供了白堊紀東亞地區(qū)眾多地質現(xiàn)象的可能動力來源，為重建白堊紀時期的古太平洋演化提供了明確證據(jù)。該研究被國際同行評價為一個重要學術貢獻。相關研究成果發(fā)表在Eeath-sci.Rev.上。

地質地球所發(fā)現(xiàn)亞洲腹地區(qū)域生態(tài)轉型和干旱化加劇原因

中科院地質與地球物理所孫繼敏研究員及其合作者，選擇塔里木盆地南緣桑珠剖面和準噶爾盆地南緣塔西河剖面的新生代沉積開展了有機質碳同位素研究，結果表明：（1）5.3百萬年以來碳同位素均出現(xiàn)相對偏正的趨勢，指示了西北內陸盆地中新世末期以來的生態(tài)改變；（2）碳同位素偏正既可能是 C4植物擴張的結果，也可能是干旱背景下 C3植物種屬的變化導致的碳同位素偏正，抑或二者兼而有之；（3）從機制上看，無論何種生態(tài)轉變都是區(qū)域氣候變干所導致，而非前人提出的大氣CO2濃度下降說或者亞洲夏季風加強說，因為大氣CO2濃度自漸新世末期以來基本不變或

變化幅度極小，同時，季風加強說與氣候變干相矛盾；（4）雖然從具體的機制上看，5.3 百萬年以來的生態(tài)轉變是氣候變干的結果，但是從動力機制來說，中新世末期以來副特提斯海的快速西退導致的水汽輸送的減少是塔里木和準噶爾盆地干旱化加劇的主要因素；而全球氣候變冷導致的海平面下降以及印度板塊、阿拉伯板塊和非洲板塊與歐亞大陸的碰撞是副特提斯海退卻的主要控制因素。從這一意義上說，塔里木和準噶爾盆地5.3百萬年以來的生態(tài)轉型和干旱化加劇是構造變動與全球變冷共同影響的結果。相關研究結果發(fā)表在Earth Planet.Sc.Lett.上。

大氣所預測北極無海冰出現(xiàn)時間不確定性研究獲進展

中科院大氣物理所劉驥平和宋米榮對最新獲得的30個CMIP5氣候和地球系統(tǒng)模式的模擬預測進行了分析，采用兩種不同的方法來減小預測北極9月未來出現(xiàn)無海冰狀況時間的不確定性。一種方法是從30個模式中選擇能最好地模擬1979年以來觀測的北極海冰氣候平均態(tài)和變化趨勢。另一種方法是利用現(xiàn)在和未來模擬的北極海冰狀態(tài)密切和持續(xù)的統(tǒng)計關系以及最近幾年北極海冰的變化來約束模式海冰模擬的誤差。這兩種不同的方法給出了相似的北極出現(xiàn)無海冰的時間。其結果是:在高排放情景下（RCP8.5），北極 9 月出現(xiàn)無海冰的時間為 2054—2058 年之間。與之前眾多模式的預測結果從2011—2098年相比，這項研究將北極無海冰時間大大地收窄到21世紀50年代中期。相關研究成果發(fā)表在PNAS 上，并被 Nature作為研究亮點（Research Highlights）進行報道。

地質地球所研究揭示中國東北地區(qū)上地幔P和SH波速度結構

中科院地質與地球物理所李娟副研究員等人利用三重震相，通過對多個深源地震P波和SH波波形及三重震相特征的擬合，同時獲得了我國東北深俯沖地區(qū)上地幔轉換帶附近的P波和S波速度結構特征。研究發(fā)現(xiàn)，P波和S波速度在上地幔底部的差異性變化，表明除了溫度異常外，還存在物質成分的異常。結合礦物物理高溫高壓實驗結果，他們認為地幔轉換帶內含有水。研究還給出了停滯的俯沖板片在地幔轉換帶內的厚度約為140 km，比起板塊剛俯沖時的厚度80—90 km發(fā)生明顯增厚。這對理解俯沖板塊在地球深部的動力學行為提出了新的問題。相關研究成果發(fā)表在 Earth Planet.Sc.Lett.上。

古脊椎所等研究揭示熱河鳥奇特雙尾羽的奧秘

中科院古脊椎動物與古人類所 Jingmai O'Connor、Corwin Sullivan、周忠和與其合作者基于山東天宇自然博物館、山東博物館、中科院古脊椎動物與古人類所收藏的多件熱河鳥的化石標本，對熱河鳥的尾羽進行了系統(tǒng)的觀察和研究，首次發(fā)現(xiàn)它具有奇特的雙尾羽構造：前端發(fā)育5—6根類似于現(xiàn)代鳥類的扇狀尾羽，而其尾端保留11—13根十分類似于一些帶羽毛恐龍（如尾羽龍、小盜龍）的較為細長的葉片狀的尾羽。這一奇特的“雙尾羽”特征，此前尚未發(fā)現(xiàn)于其他任何鳥類或帶羽毛的恐龍中，表面上與一些性雙型的現(xiàn)代雄性鳥類很相象。該研究認為，前端的尾羽相對較粗，結合緊密，可能主要是幫助鳥類的身體保持流線型，減少飛行的阻力；而后端的尾羽比較細弱、分散，呈葉片狀，很可能主要具有裝飾性功

能和性的選擇。研究表明，早期鳥類尾羽的演化不是過去認為的從葉片狀向扇狀尾羽的簡單轉變。扇狀尾羽的出現(xiàn)顯然在鳥類尾椎數(shù)量減少并形成尾綜骨之前已經開始出現(xiàn)。依據(jù)空氣動力學的功能研究結果，研究人員還推測，特征總體比較進步的熱河鳥依然具有比始祖鳥數(shù)量更多的尾椎（相對較長的尾巴），或許與其獨特的“雙尾羽”構造有關。相關研究成果發(fā)表在PNAS上。

動物所在氣候變化影響雪兔－猞猁種群周期性波動研究中獲進展

中科院動物所嚴川等研究人員通過分析長期數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：（1）與傳統(tǒng)的獵物－捕食模型不同，雪兔與猞猁之間存在非對稱性的獵物－捕食者效應，即雪兔對猞猁為直接正作用，而猞猁對雪兔的負作用有兩年時滯；（2）密度制約及獵物－捕食者作用僅能產生阻尼式振蕩，而氣候的驅動對于周期性波動的產生及持續(xù)具有重要作用；（3）溫度沒有直接作用，北半球溫度與北大西洋濤動指數(shù)通過降雨及降雪負作用于猞猁種群，而南方濤動指數(shù)通過降雨正作用猞猁種群；（4）氣溫變暖可能導致近期猞猁周期性波動減弱或消失。該研究結果說明：獵物-捕食者相互作用不是形成種群周期振蕩的充分必要條件，氣候對種群周期性波動起著不可或缺的作用；全球氣候變暖可導致種群周期波動消失。相關研究成果發(fā)表在Global Change Biol.上。

水生所揭示大鯢虹彩病毒的全基因組序列及其結構變化

中科院水生生物所張奇亞、桂建芳研究員與其合作者就大鯢虹彩病毒的全基因組序列及其結構變化開展研究，在新分離鑒定導致大鯢致死性出血病病原——大鯢虹彩病 毒 （Andrias davidianus ranaviurs, ADRV）的基礎上，測定了其全基因組序列，并與已知兩棲類蛙虹彩病毒基因組進行點陣及結構變化分析。結果顯示，ADRV基因組全長為10 6734 bp，可編碼101個開放閱讀框，其中含虹彩病毒家族

26個核心基因、蛙病毒屬成員24個特有基因及兩棲類蛙病毒亞屬的11個特有基因；發(fā)現(xiàn)幾個涉及病毒毒力及宿主感染性的關鍵基因發(fā)生顯著變化。進而指出，在大鯢虹彩病毒基因組中有明顯變化的這些基因可在削弱或改變宿主抗病力、增強ADRV致病性以及跨種傳播中起關鍵作用。該研究不僅首次揭示導致大鯢自然種群衰減與養(yǎng)殖群體疾病頻發(fā)的虹彩病毒分子特征，也為深入了解這類病毒流行和基因組進化規(guī)律以及研發(fā)兩棲類病毒病免疫防控技術提供了新的研究思路。相關研究結果發(fā)表在 Vet. Res.上。

南京古生物所發(fā)現(xiàn)正處于細胞分裂期的動物胚胎化石

中科院南京地質古生物所朱茂炎研究組在甕安生物群中發(fā)現(xiàn)了一類呈橄欖狀的化石標本。這類標本和之前被解釋為動物胚胎的球形化石標本一樣，發(fā)育有帶復雜表面裝飾的外包膜（殼）。使用當前最先進的三維無損成像手段——同步輻射相位襯度顯微斷層成像技術，對這些標本進行了三維結構重建。三維結構重建數(shù)據(jù)顯示，每一顆標本內部均可見2個完整的卵裂球。不同標本因長短軸比不同，內部兩個卵裂球之間接觸的緊密程度也不同。而這一特征恰好與動物胚胎在首次有絲（細胞）分裂不同階段的形態(tài)相吻合。這一發(fā)現(xiàn)一方面表明甕安生物群中某些拉長的標本內部并沒有包含成千上萬的孢子細胞，它們可能是處于首次細胞分裂階段的動物胚胎，而不是處于孢子釋放階段的原生生物；另一方面也支持了胚胎化石帶多邊形狀表面裝飾的外包膜（殼）并非滯育卵囊胞的觀點。他們還發(fā)現(xiàn)，甕安生物群中同一層位的動物胚胎化石保存質量參差不齊，有些標本保存了完好的細胞甚至亞細胞結構，而有些標本則腐爛嚴重，胚胎生物學結構破壞殆盡，可見很多磷酸鹽化的微生物絲狀、球狀體等。根據(jù)保存質量的不同，這些化石被劃分保存質量精美、保存質量一般、保存質量較差3個埋藏級別。在此基礎上結合前人現(xiàn)代埋藏學實驗的結論，研究人員概述了這3個不同埋藏級別的化石各自的埋藏過程，并提出假說認為，間歇性熱泉或/和涌升流等區(qū)域性的地質事件，很可能是快速殺死當時生活在淺海區(qū)的動物胚胎的元兇。相關研究成果發(fā)表在 Gondwana Res.上。

昆明動物所在動物中藥成分研究方面取得新成果

中科院昆明動物所賴仞研究組對蜈蚣來源的活性多肽及其發(fā)揮藥效的作用機理進行了較為系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)了一系列作用于離子通道的蜈蚣神經毒。最近該研究團隊與其合作者，從中國金頭蜈蚣中識別了一專一的鈉 離 子 通 道 1.7 亞型（NaV1.7）抑制劑多肽μ-SLPTX-Ssm6a。NaV1.7 離子通道是研發(fā)無成癮性鎮(zhèn)痛藥物的重要靶標，該通道的選擇性抑制劑幾乎可用于各種疼痛的治療。因此，NaV1.7 離子通道高度選擇性抑制劑是目前鎮(zhèn)痛藥物研發(fā)的熱點。金頭蜈蚣來源的μ-SLPTX-Ssm6a 對離子通道 1.7亞型（NaV1.7）

具有高度選擇性，對其他離子通道沒有作用或作用很弱。通過小鼠鎮(zhèn)痛動物模型研究表明，μ-SLPTX-Ssm6a具有比嗎啡更強的鎮(zhèn)痛作用。相關研究成果發(fā)表在PNAS 上。

植物免疫受體激活機理為農作物廣譜抗病提供新的思路

中科院遺傳與發(fā)育生物所周儉民研究組與其合作者，揭示了植物的重要免疫受體FLS2識別細菌運動所必需的鞭毛蛋白的機理。鞭毛蛋白在植物細胞外直接結合FLS2并招募共同受體BAK1，從而激活植物免疫系統(tǒng)。由于FLS2所代表的免疫受體識別病原微生物中廣泛存在的分子，該研究的發(fā)現(xiàn)將有助于設計廣譜抗病的農作物。相關研究成果發(fā)表在 Science上（相關圖片請見封面）。

上海藥物所基于新型材料的化學生物學探針特異性標記肝細胞

中科院上海藥物所李佳研究組與其合作者開發(fā)了基于氧化石墨烯-糖分子，可識別肝細胞表面特異性糖受體的開關型生物傳感器?；瘜W生物學探針分子GR1的熒光基團通過π堆疊與氧化態(tài)石墨烯（GO）作用。在沒有與靶蛋白特異性識別結合時，該熒光集團被激發(fā)后，熒光能量轉移至石墨烯，使熒光信號發(fā)生淬滅并不顯示熒光。當該生物探針分子利用其靶向基團-乙酰半乳糖特異性捕捉并識別肝細胞及肝癌細胞特異性表達的ASGPR 受體后，兩者相互結合，而該結合力強于探針與石墨烯的結合力，打斷了探針分子熒光團與石墨烯的π-π作用，熒光得到恢復。同時這個開關型的糖分子探針，具有非常好的靶向ASGPR的特異性，對于非肝細胞及敲除ASGPR肝細胞的識別能力顯著降低。利用細胞表面糖結合蛋白和明星材料“石墨烯”多元性開發(fā)建立了經濟型、特異性“糖簇石墨烯”生物探針，為糖組學與新型材料有效結合建立基于糖分子的新型探針實現(xiàn)生物分子特異性識別提供了新方向。相關研究成果發(fā)表于Adv.Mater.上，且被選為該期雜志的封面。

生化與細胞所利用納米球提高化療藥物蛋白酶體抑制劑療效

中科院上海生科院生物化學與細胞生物學所胡榮貴研究組通過使用空心二氧化硅納米球 (hollow mesoporous silica nanospheres,HMSNs) 負載蛋白酶體抑制劑類化療藥物硼替

佐米（bortezomib,BTZ,商品名 Velcade）改善藥物劑型，有效提高藥物的生物利用度及顯著提高腫瘤殺傷效果。他們通過新型無機納米材料空心二氧化硅有效負載硼替佐米形成分散性良好的藥物緩釋型HMSNs-BTZ，基于非小細胞肺癌模型 NSCLC H1299 實驗表明，利用 HMSNs-BTZ 可以有效降低藥物IC50。體內小鼠成瘤實驗進一步證明，HMSNs-BTZ 可以達到 BTZ 原藥 2 倍左右抗腫瘤效果。進一步的機制研究表明，HMSNs-BTZ通過細胞內吞進入細胞后，阻斷癌細胞周期及激活細胞凋亡通路及細胞自噬（autophagy）等抑制腫瘤增殖；并且 p53 信號途徑的激活也參與其中。此方法應用于臨床可能有助于降低硼替佐米臨床用藥劑量及次數(shù)，在降低藥物副作用的同時提高藥物療效。相關研究成果發(fā)表在Biomaterials上。

亞熱帶所利用復合抗菌肽緩解嘔吐毒素對仔豬的毒害作用

中科院亞熱帶農業(yè)生態(tài)所印遇龍研究組最近從營養(yǎng)調控緩解嘔吐毒素對豬的毒害作用方面開展了系列研究。他們通過在28日齡斷奶仔豬日糧中直接添加嘔吐毒素建立毒素誘導模型，飼喂復合抗菌肽GLAM 180#（包含有乳鐵蛋白抗菌肽、植物防御素和活性酵母）30 天，發(fā)現(xiàn)嘔吐毒素降低了仔豬的生長性能、免疫功能和抗氧化能力，引起腸道的通透性增加、絨毛損傷、腸細胞凋亡和蛋白質合成的降低；而添加復合抗菌肽能有效的提高生長性能，減輕器官的損傷，提高免疫和抗氧化功能，改善腸道形態(tài)結構，促進腸道蛋白質合成。這些結果表明，復合抗菌肽能發(fā)揮腸道損傷修復作用，緩解嘔吐毒素對仔豬的毒害作用。相關研究成果發(fā)表在 J.Anim.Sci.上。

心理所合作研究發(fā)現(xiàn)原發(fā)性干燥綜合征的新基因

中科院心理所王晶研究組與其合作者，開展了世界上首個針對原發(fā)性干燥綜合征的全基因組關聯(lián)研究（通過掃描全基因組層面上的單核苷酸多態(tài)性來鑒別疾病易感基因的研究方法）。通過對1 845例病例和3 777例健康對照樣本的分析（均為中國漢族人），該研究團隊鑒別出新的原發(fā)性干燥綜合征易感基因：GTF2IRD1 和 GTF2I。有研究證據(jù)表明，這兩個基因與威廉氏癥候群（Williams-Beuren Syndrome）中的神經認知缺損（neurocognitive defects）密切相關。這項研究是我國科研工作者合作取得的突破性成果，是上述兩個基因與自身免疫性疾病相關的新發(fā)現(xiàn)。這些結果表明，原發(fā)性干燥綜合征與神經認知缺損相關疾病存在共享的基因，并可能具有相似的致病機制。相關研究成果發(fā)表在 Nat.Genet.上，并成為當期的最新亮點（Latest highlights）之一。

科學家揭示內含子來源環(huán)形RNA新分子及轉錄調控功能機制

中科院上海生命科學院生物化學與細胞生物學所陳玲玲組與其合作者發(fā)現(xiàn)來源于內含子的環(huán)形非編碼 RNA 新分子（circular intronic RNA,ciRNA），驗證其在多種人源細胞內穩(wěn)定存在，揭示其成環(huán)關鍵核酸序列及機制（即利用這些成環(huán)關鍵核酸序列誘導線形 RNA 成環(huán)）。還揭示了部分 ciRNAs定位在其轉錄位點附近，并通過和RNA轉錄聚合酶Ⅱ復合物的互相作用，順式調節(jié)其本位基因的表達水平。這些研究成

果不僅發(fā)掘了蘊藏在人類基因組“暗物質”中的非編碼RNA新分子，而且深入探索了這些新的長非編碼RNA分子在基因表達調控中的重要功能作用。該研究發(fā)現(xiàn)的ciRNAs與已知的細胞漿環(huán)形RNA在產生來源、加工生成、細胞內定位以及功能調控方面均有顯著不同：ciRNAs來自于內含子序列，其生成依賴特定的成環(huán)關鍵核酸序列；成熟的 ciRNAs定位在細胞核內并調控其本位基因的轉錄速度。因此，該項研究工作發(fā)現(xiàn)的內含子來源的環(huán)形RNA分子，在結構和概念上都是一類新型的長非編碼RNA分子，進一步豐富了人們對真核細胞轉錄組表達調控多樣性的認識。相關研究成果發(fā)表在 Mol.Cell上，作為研究亮點（Issue Highlights）并獲得專評（preview）。

華南植物園森林土壤溫室氣體通量調控機制研究獲進展

中科院華南植物園閆俊華研究員等利用森林土壤移位（從河南雞公山移到廣東鼎湖山）實驗，通過比較相同土壤在不同外部環(huán)境因子條件下，或不同土壤在相同外部環(huán)境因子條件下主要溫室氣體通量的差異，發(fā)現(xiàn)外部環(huán)境因子是森林土壤 CO2和 N2O 氣體通量的決定因素，而土壤是森林土壤 CH4氣體通量的決定因素，并通過模型模擬和實際觀測值的比較對上述結果進行了驗證。研究給森林土壤主要溫室氣體模型建立所考慮的參數(shù)以重要啟示，如土壤的物理、化學和生物的特征參數(shù)是建立森林土壤 CH4氣體通量模型所考慮的重點。相關研究結果發(fā)表在 Global Change Biol.上。

上海硅酸鹽所等首次發(fā)現(xiàn)臨界相變中的巨熱電效應

中科院上海硅酸鹽所史迅、張文清、陳立東、許鈁鈁研究員與其合作者，發(fā)現(xiàn)了材料動態(tài)相變過程中的臨界特性可導致異常高的熱電性能-巨熱電效應，實現(xiàn)了利用臨界相變特性調控電熱輸運。研究發(fā)現(xiàn)，硒化亞銅（Cu2Se）化合物在 400K左右存在結構相變，少量 I元素摻雜可將相變溫度降低至360K左右。Cu2Se低溫相呈現(xiàn)復雜的層狀特征，層內包括Se原子層之間分布四層銅原子。發(fā)生相變時，Cu原子克服Se原子層的束縛能量勢壘向層間擴散，最后形成立方結構。實驗和理論研究均證明，該結構相變?yōu)榈湫偷亩壪嘧?，存在動態(tài)臨界特性，導致巨大的結構、化學成分、密度等劇烈漲落，從而對電子和聲子造成強烈的臨界散射。該臨界漲落以及散射機制的改變可顯著增加材料的塞貝克（Seebeck）系數(shù)，并使材料電導率和熱導率下降，最終

使熱電性能在結構變化過程中有 3—7 倍的提高，熱電優(yōu)值在臨界點附近達到 2.3。臨界相變中巨熱電效應的發(fā)現(xiàn)引導人們在研究常規(guī)的具有靜態(tài)結構特征材料性能的同時，更加關注具有動態(tài)結構特征的臨界相變等引起的熱電性能的異常變化，為熱電性能的優(yōu)化提供了新途徑；同時，熱電效應與臨界現(xiàn)象的結合有望引出輸運性能臨界物理機制研究的新領域。本研究中發(fā)現(xiàn)的室溫附近巨熱電效應還有望在芯片和集成電路的超級制冷以及需微小溫差發(fā)電領域等發(fā)揮重要作用。相關研究成果發(fā)表在Adv. Mater.上。

半導體所等在二維半導體異質結研究中取得新進展

中科院半導體所李京波研究員、李樹深院士和夏建白院士的研究團隊與其合作者，應用第一性原理計算，研究了二維 MoS2/MoSe2異質結的結構和電子性質。二維 MoS2和MoSe2單層存 在 4.4%的晶格失配。通過對應變能和結合能的計算發(fā)現(xiàn)，它們之間范德瓦爾斯結合作用的強度不足以消除這一失配形成晶格匹配的異質結，而是形成一種被稱為莫氏圖樣（Moiré Pattern）的結構。在莫氏圖樣中，不同區(qū)域的 MoS2和 MoSe2的堆積方式也不同，進而導致不同區(qū)域的層間耦合作用及靜電勢不同，這將會對異質結的電子結構產生顯著影響。為了進一步探索莫氏圖樣對異質結電子結構的調控作用，課題組利用一種新型的線性標度算法對一個包含 6 630 個原子的 MoS2/MoSe2莫氏圖樣超胞的帶邊波函數(shù)進行了計算。結果顯示，價帶頂?shù)目昭úê瘮?shù)被限制在層間耦合較強的區(qū)域，而導帶底的電子波函數(shù)則比較擴展，僅表現(xiàn)出弱局域性。研究結果預示莫氏圖樣的形成以及由此導致的波函數(shù)的局域化將是二維半導體異質結的普遍性質。這些新的發(fā)現(xiàn)將為二維半導體異質結器件的制備提供理論指導。相關研究成果發(fā)表在 Nano Lett.上。

上海光機所二維納米光子學材料研究取得突破

左圖：二硫化鉬的高分辨率透射電子顯微圖?；右圖：二硫化鉬和石墨烯分散液的Z掃描結果比較圖

中科院上海光學精密機械所王俊研究員與其合作者利用液相剝離技術成功制備出高品質MoS2納米片分散液。透射電子顯微鏡、可見-紅外吸收光譜、拉曼光譜、原子力顯微鏡研究表明，分散液中存在大量高品質 MoS2納米片層。超快非線性光學實驗證實 MoS2納米片對 100fs、800nm近紅外激光脈沖具有比石墨烯更加優(yōu)異的飽和吸收響應（見圖）。這些結果預示著以 MoS2為代表的過渡金屬硫化物二維納米半導體材料在超短脈沖鎖模器、激光防護光限幅器以及光開

關等光子學器件開發(fā)方面的巨大潛力。目前針對這類寬禁帶直接帶隙半導體二維納米片的超快非線性光學性質及相應光子器件的研究還未見報道。相關研究成果發(fā)表在ACS Nano上，首次報道了二維層狀MoS2納米材料在近紅外波段的優(yōu)異超快飽和吸收性能。

上海應物所等在石墨烯抗菌的分子機制研究中取得進展

中科院上海應用物理所黃慶、方海平、樊春海研究員與其合作者，將計算機模擬與實驗緊密結合起來，在石墨烯抗菌機制研究方面取得重要進展，提出了石墨烯與細菌細胞膜相互作用的一種分子機制。研究人員使用計算機分子動力學模擬來研究石墨烯抗菌的分子機制，在模擬中發(fā)現(xiàn)了細胞膜上的磷脂分子可以被石墨烯抽取導致細胞膜的破壞，這意味著一種新的分子機制被發(fā)現(xiàn)。他們將上海超算中心與IBM藍色基因超級電腦的強大計算能力聯(lián)合起來，最終闡明了這種石墨烯抗菌的分子機制。研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯不但可以通過對細菌細胞膜的插入進行切割，還可以通過對細胞膜上磷脂分子的大規(guī)模直接抽取，來破壞細胞膜從而殺死細菌。正是石墨烯獨特的二維結構使其可以與細菌細胞膜上的磷脂分子發(fā)生超強的相互作用，從而導致大量磷脂分子脫離細胞膜并吸附到石墨烯的表面。物理生物學室則通過電鏡實驗，直接觀察到了細菌細胞膜與氧化石墨烯作用后產生的大范圍空腔結構，為理論計算結果提供了實驗證據(jù)。這種提取細胞膜脂類分子從而破壞細胞膜的現(xiàn)象為揭示納米材料的細胞毒性及抗菌活性提供了一種全新的分子機制，將促進石墨烯納米材料的生物效應研究及生物醫(yī)學應用。相關研究成果發(fā)表于 Nat.Nanotechnol.上。

福建物構所硅碳石墨烯理論研究獲進展

中科院福建物質結構所吳立明研究員課題組通過全局粒子群的優(yōu)化搜索算法與第一性原理方法相結合的手段，成功地預測了能隙為 1.09 eV 的二維平面 SiC2硅碳石墨烯（g-SiC2）材料。該材料由 sp2 雜化的 C 原子和 Si原子構成，結合能為 0.41eV/atom，處于勢能面上的全局最低點，比已知的同分異構體 pt-SiC2（由 4 配位 sp3 雜化的Si原子形成）從能量上來得更加穩(wěn)定，因此其單獨存在的可能性更大。此外，理論預測其熔點位于3 000—3 500K之間，其衍生納米 管 的能隙（～1.09eV）不 隨手性、尺寸等變化，這些表明該材

料具有很好的應用潛力，該工作為二維碳基納米材料的結構改性設計、能帶調控提供了重要的理論參考。相關研究成果發(fā)表在 Nano lett.上。

金屬所在金屬中發(fā)現(xiàn)超硬超高穩(wěn)定性新型納米層片結構

中科院金屬所盧柯研究組利用自行研發(fā)的新型塑性變形技術（表面機械碾磨處理）在金屬鎳表層成功突破了晶粒尺寸極限，獲得納米級厚度并具有小角晶界的層片結構，同時發(fā)現(xiàn)這種納米層片結構兼具超高硬度和熱穩(wěn)定性。這種新型超硬超高穩(wěn)定性金屬納米結構突破了傳統(tǒng)金屬材料的強度-穩(wěn)定性倒置關系，為開發(fā)新一代高綜合性能納米金屬材料開辟了新途徑。研究組利用表面機械碾磨處理在金屬純鎳棒表層實現(xiàn)了高速剪切塑性變形，這種塑性變形可在材料最表層同時獲得大應變量、高應變速率和高應變梯度。隨著距表面深度增加，應變量、應變速率和應變梯度呈梯度降低，形成呈梯度分布的微觀結構。在距離表面10—50微米深度形成了具有小角晶界的納米層片結構，層片平均厚度約為20nm，比純鎳中的變形晶粒尺寸極限小一個數(shù)量級，其硬度高達 6.4GPa，遠遠超過其他變形方式細化的純鎳硬度。測量表明，納米層片結構的結構粗化溫度高達506℃，比同成分材料超細晶結構晶粒粗化溫度高40℃。納米尺度的層片厚度是超高硬度的本質原因，而高熱穩(wěn)定性源于其中的平直小角晶界和強變形織構。這種新型超硬超高穩(wěn)定性金屬納米結構有望在工程材料中得到應用以提供其耐磨性和疲勞性能。相關研究成果發(fā)表在 Science上。

2013年10月25日