科研進展＊

科研進展＊

中科大實現(xiàn)世界最高分辨率的單分子拉曼成像

物質(zhì)世界里的分子非常小，一般在1納米左右，相當于人的頭發(fā)絲直徑的1/60 000。如此小的尺度，連光學顯微鏡都無能為力。如何在納米甚至亞納米尺度上實現(xiàn)分子成像并能識別分子的化學信息，從而幫助人類認識分子結(jié)構(gòu)，更進一步了解微觀世界，是國際科學界持續(xù)關(guān)注的熱點。中科大微尺度物質(zhì)科學國家實驗室侯建國院士領(lǐng)銜的單分子科學團隊董振超研究小組發(fā)展了將高分辨掃描隧道顯微技術(shù)與高靈敏光學檢測技術(shù)融為一體的聯(lián)用系統(tǒng)，在國際上首次實現(xiàn)亞納米分辨的單分子光學拉曼成像，將具有化學識別能力的空間成像分辨率提高到前所未有的0.5納米，可識別分子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和分子在表面上的吸附構(gòu)型。該研究對了解微觀世界，特別是微觀催化反應(yīng)機制、分子納米器件的微觀構(gòu)造和包括DNA測序在內(nèi)的高分辨生物分子成像，具有極其重要的科學意義和實用價值，也為研究單分子非線性光學和光化學過程開辟了新的途徑。相關(guān)研究成果發(fā)表在Nature上（相關(guān)圖片請見封面）。

廣州生物院完成天然產(chǎn)物Aspidophytine全合成

Aspidophytine屬于Aspidosperma類生物堿的一種。中科院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院邱發(fā)洋研究組，根據(jù)aspidosperma類生物堿均含有共同的ABCDE五環(huán)基本骨架，且該類生物堿數(shù)目眾多、生物活性良好等特點，開發(fā)了一條合成Aspidosperma類生物堿的通用路線，并且以aspidophytine為例詮釋了通用合成路線的具體內(nèi)容。以市售的2,3-二甲氧基苯胺和1,3-環(huán)己二酮為起始原料經(jīng)過碳氫活化首先高效率地構(gòu)建ABC三環(huán)，然后通過C環(huán)的季碳手性中心誘導DE環(huán)的不對稱合成，最后引入C環(huán)雙鍵和五員內(nèi)酯環(huán)。該合成路線對起始原料具有普遍性，是合成aspidosperma類生物堿的通用方法。在構(gòu)建該分子的過程中，高效率引入手性、碳氫活化合成吲哚環(huán)以及可靠的手性控制方法使得合成效率大幅度提高。因此，該合成路線不僅具有較高的學術(shù)價值，還為aspidosperma類生物堿的結(jié)構(gòu)改造和開發(fā)利用奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果發(fā)表在Angew.Chem.Int.Edit上。

過程工程所多殼層空心球研究又獲進展

多殼層空心球由于具有很大的內(nèi)部空間及厚度在納米尺度范圍內(nèi)的殼層，在光電器件、化學傳感器、能量轉(zhuǎn)換及存儲體系、催化、藥物輸送等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。中科院過程工程所王丹研究組發(fā)展了一種制備金屬氧化物多殼層空心球的普適方法——時空多尺度模板法。研究人員在以往成果的基礎(chǔ)上，通過控制水合金屬陽離子的尺寸及其擴散速率以及碳球模板對金屬離子的吸附能力，成功實現(xiàn)了對多殼層Co3O4空心球殼層數(shù)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的精密控制，所得產(chǎn)物粒徑均一、產(chǎn)率高、純度高。研究結(jié)果表明，采用這些純度及產(chǎn)率都極高的Co3O4多殼層空心球作為鋰離子電池的負極材料，電池的比電容量、循環(huán)性能及大電流放電能力均大為改善，其中三殼層空心球第30次的放電容量仍高達1 615.8 mAh g-1。這是由于Co3O4多殼層空心球獨特的多孔多殼層空心結(jié)構(gòu)，提供了更多的儲鋰位點，更短的鋰離子及電子擴散路徑，同時適宜的內(nèi)部空腔能更好地調(diào)適電極的結(jié)構(gòu)與體積變化。該成果為高效鋰離子電池負極材料的研發(fā)開辟了新的路徑。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Angew.Chem.Int.Ed.上。

廣州生物院等銅催化烯烴三氟甲基化反應(yīng)研究取得進展

在有機小分子中引入三氟甲基（CF3）官能團，能增強該分子的化學與代謝穩(wěn)定性、改善其親脂性以及提高其與生物大分子結(jié)合的選擇性等特性。因此，含三氟甲基的化合物在醫(yī)藥、農(nóng)藥和材料等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。自從2011年Buchwald、王劍波、劉磊和傅堯研究組首次報道銅催化烯烴直接三氟甲基化反應(yīng)以來，這一方向已成為研究熱點，然而銅催化烯烴三氟甲基化反應(yīng)的機理卻仍不明確。中科院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院吳筱星研究組與西安交通大學李鵬飛研究組合作，成功地實現(xiàn)了對a,a-二芳基烯丙醇的銅催化三氟甲基化誘導的1,2-芳基遷移反應(yīng)。并通過對不對稱底物反應(yīng)的研究，闡明了該類反應(yīng)是通過三氟甲基自由基的機理進行的，從而為設(shè)計新型三氟甲基化反應(yīng)提供了重要的依據(jù)。此外，通過該方法能合成一系列其他途徑難以獲得的b-三氟甲基芳基酮化合物，并可用于制備具有顯著抗雌激素活性的化合物。相關(guān)成果已發(fā)表在Angew.Chem.Int.Ed.上。

遙感地球所等研究揭示月球撞擊坑中央峰橄欖巖的來源

中科院遙感與數(shù)字地球所遙感科學國家重點實驗室岳宗玉副研究員與其合作者以哥白尼撞擊坑為例，研究分析了月球撞擊坑中央峰橄欖巖的來源，結(jié)論認為月球撞擊坑中央峰的橄欖巖可能來源于隕石殘留物。以超高速撞擊的相關(guān)物理理論為基礎(chǔ)，通過對哥白尼撞擊坑形成過程的數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)當隕石在月表的撞擊速度低于12km/s時，大部分隕石在熔融后可以殘留下來，而且在撞擊坑的后期改造過程中主要積聚在中央峰，這不僅以定量化的方式分析了哥白尼撞擊坑中央峰物質(zhì)的可能來源，也為尋找可能的隕石殘留物提供了關(guān)鍵信息。相關(guān)研究成果發(fā)表在Nature Geoscience上，得到了國際科技媒體的廣泛報導或轉(zhuǎn)載，如Physics World、Digital Journal、ABC Science及加拿大CBC新聞網(wǎng)、澳大利亞新聞網(wǎng)、韓國先驅(qū)報、新德里電視臺、南華早報、日本時代新聞等，該成果被認為是行星科學研究的重大發(fā)現(xiàn)，為發(fā)現(xiàn)月球形成初期的物質(zhì)成分提供了可能。

地質(zhì)地球所研究揭示華北克拉通東部下地殼性質(zhì)與演化

中科院地質(zhì)與地球物理所姜能研究員等通過多年對漢諾壩麻粒巖包體系統(tǒng)詳細的研究，并與華北克拉通其他地區(qū)在不同時期火山巖中形成的麻粒巖包體進行對比，發(fā)現(xiàn)麻粒巖包體與地表出露的麻粒巖地體在Sr-Nd-Hf同位素方面非常相似，在時代上都主要為晚太古代。另外，在華北克拉通東部分布有大量的中生代花崗巖，研究顯示它們主要來源于晚太古代下地殼的部分熔融。因此，綜合麻粒巖地體、麻粒巖包體和中生代花崗巖三者的研究資料，他們對華北克拉通東部下地殼的性質(zhì)進行了限定：（1）在時代上主要是在晚太古代形成的；（2）在成分上主要為SiO2＜62%的中-基性巖石；（3）推薦的下地殼Sr-Nd-Hf同位素組成：計算到130 Ma時（87Sr/86Sr）i,εNd(t)和εHf(t)分別為0.705—0.716,-10—-28和-13—-28。他們認為把麻粒巖地體、麻粒巖包體和花崗巖三者相結(jié)合得出的對華北克拉通東部下地殼性質(zhì)的認識無疑比單一途徑獲得的信息更令人信服。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際地學期刊Earth-Sci.Rev.上。

地質(zhì)地球所揭示末次冰消期東亞海洋變暖超前陸地機制

中科院地質(zhì)地球所呂厚遠研究組及合作者完成的關(guān)于末次冰消期東亞海洋、陸地氣候轉(zhuǎn)暖不同步的研究揭示了2萬年來，全球氣候從寒冷的冰期向溫暖的間冰期變暖過程中，在東亞地區(qū)，海洋變暖超前陸地氣候變暖約3—4千年，提出了熱帶海洋和北半球高緯度氣候驅(qū)動海-陸氣候轉(zhuǎn)暖不同步的新認識，增進了對全球轉(zhuǎn)暖背景下東亞季風區(qū)氣候變化機制的理解。該發(fā)現(xiàn)揭示了全球不同地區(qū)海洋與陸地氣候變化在不同時間尺度上，可能存在復雜的超前或滯后關(guān)系。這些關(guān)系至今并未被考慮在古氣候模型或現(xiàn)今的海洋-大氣耦合模型中，因此現(xiàn)今的模型對于未來氣候變化的預測必然存在較大的偏差。系統(tǒng)地開展相關(guān)研究，可以極大地提高氣候模型的預測能力和促進對東亞季風區(qū)氣候演變規(guī)律和驅(qū)動機制的認識。相關(guān)研究成果發(fā)表在PNAS上。

版納植物園等植物對氣候變化響應(yīng)研究獲進展

中科院西雙版納熱帶植物園Richard Corlett研究員與澳大利亞聯(lián)邦科學與工業(yè)研究組織David Westcott教授合作，比較了各種植物本身具有的遷移速度及其為適應(yīng)下一個世紀氣候變化所需具備的遷移速度。與動物不同，植物在每個世代僅能通過種子散布的方式進行一次遷移行動。植物潛在的遷移速度受到很多因素的限制，而世代周期和種子散布距離無疑是其中最重要的兩個因素。遷移速度最快的植物應(yīng)該具有最短的世代周期和最遠的種子散布距離。通過評估，他們發(fā)現(xiàn)大多數(shù)植物每年的遷移距離小于1 000米，而很多其他植物移動的距離則更短。影響植物遷移速度的因素很多，在地形平緩和氣候穩(wěn)定的熱帶地區(qū)，植物具有最快的遷移速度；而在地形陡峭的地帶，由于較短的距離內(nèi)環(huán)境因子變異極大，植物的遷移速度很可能最慢。研究人員還發(fā)現(xiàn)，地球上絕大多數(shù)植物很可能并不能緊隨氣候變化速度。然而對于中國云南來說情況可能稍好些，這對云南地區(qū)來說應(yīng)該是個好消息，由于其存在顯著的氣候梯度，只要生境尚未片段化且種子散布者仍然存在，植物很可能通過遷移較短的距離而到達其適應(yīng)區(qū)域，即便是遷移較慢的植物也能找到適宜區(qū)域而存活下來。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Trends Ecol.Evol.上。

中外科學家發(fā)現(xiàn)最古老的靈長類化石骨架

中科院古脊椎動物與古人類所倪喜軍研究組在我國湖北省荊州市附近湖相沉積中發(fā)現(xiàn)距今5 500萬年的化石。這件化石被命名為“阿喀琉斯基猴”（Archicebus achilles），是目前已知最古老最完整的靈長類化石骨架。這項發(fā)現(xiàn)對于確定類人猿與其他靈長類的分異時間和早期演化模式提供了非常關(guān)鍵的證據(jù)，是近年來古靈長類和古人類學研究領(lǐng)域一項里程碑式的發(fā)現(xiàn)。他們采用目前最為先進的、超高精度的同步輻射CT掃描技術(shù)，數(shù)字化三維重建了包埋在巖石中的化石骨骼和印痕。阿喀琉斯基猴骨架比以前知道的發(fā)現(xiàn)于德國梅瑟爾的達爾文猴和美國懷俄明的假熊猴整整早了700萬年。而且，阿喀琉斯基猴在靈長類的系統(tǒng)演化樹上與人類同屬于一個大的支系，通過研究阿喀琉斯基猴，古生物學家首次獲得了一個相對完整的、非常接近于類人猿和其他靈長類開始分異時的圖景，“在重建人類和靈長類的早期演化歷程方面，向前跨進了一大步”。通過大量的統(tǒng)計學分析，倪喜軍和他的團隊推測阿喀琉斯基猴在生活時的體重僅有20—30克，比現(xiàn)生的最小的倭狐猴略小一些?！邦嵏擦嗽纫恍┤苏J為的類人猿的早期類型與某些現(xiàn)生類人猿在體型大小上相差無幾的觀點?！保斑@說明眼鏡猴和類人猿的祖先可能彼此非常相像，遠比大多數(shù)科學家認為的要相像”。相關(guān)研究成果發(fā)表在Nature上。

我國科學家完成谷子單倍體型圖譜構(gòu)建及全基因組關(guān)聯(lián)分析

中國農(nóng)科院作物所、中科院上海生科院植生生態(tài)所國家基因中心、中科院遺傳發(fā)育所等8家單位合作，在國際上率先完成了谷子單倍體型圖譜的構(gòu)建和大量農(nóng)藝性狀的全基因組關(guān)聯(lián)分析，研究者利用在水稻基因組學研究中開發(fā)的技術(shù)和分析方法，對916份谷子品種（包括農(nóng)家品種和育成品種）開展了全基因組低倍重測序和序列分析，構(gòu)建出一張精細的谷子單倍體型圖譜。該研究在5個不同緯度環(huán)境下（朝陽、北京、長治、安陽、三亞）考察了這些谷子品種的株型、產(chǎn)量、花期、抗病性等47個農(nóng)藝性狀，并采用全基因組關(guān)聯(lián)分析方法鑒定到了512個控制這些性狀的遺傳位點。同時，該研究還鑒定到谷子品種改良過程中受到選擇的基因組位點（selective sweep），包括控制落粒性的已知基因qSH1。此外，還對谷子的野生種青狗尾巴草作了全基因組序列組裝，并與谷子基因組作了比較，為將來的谷子馴化研究提供了基礎(chǔ)。這些成果為谷子的遺傳改良及基因發(fā)掘研究提供了海量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，豐富了禾谷類作物比較遺傳學、功能基因組學的研究內(nèi)容和體系架構(gòu)，同時也將對未來禾谷類作物的品種改良、能源作物的遺傳解析產(chǎn)生影響。標志著我國在谷子遺傳學研究領(lǐng)域取得了重要的突破。相關(guān)成果發(fā)表在Nature Genetics上。

心理所開發(fā)出雙相情感障礙遺傳學數(shù)據(jù)庫

中科院心理所心理健康重點實驗室王晶研究組開發(fā)出又一數(shù)據(jù)庫“雙相情感障礙與精神分裂癥和重度抑郁癥交叉研究遺傳學數(shù)據(jù)庫”（Bipolar Disorder Gene，BDgene）。雙相情感障礙（Bipolar Disorder,BD）是一種常見的精神類疾病。該病具有復雜的遺傳結(jié)構(gòu)，遺傳度在80%—85%之間；同時，該病經(jīng)常與精神分裂癥（Schizophrenia,SZ）和重度抑郁癥（Major Depressive Disorder,MDD）具有一些相似的臨床特征，存在一定的共發(fā)性及共同的遺傳因素。他們開發(fā)的BDgene數(shù)據(jù)庫整合了800多篇文獻的多種類型的BD遺傳因子，為全面理解BD遺傳學研究現(xiàn)狀并進一步指導后繼實驗研究提供了廣泛而可靠的數(shù)據(jù)集。同時，BDgene數(shù)據(jù)庫還整合了疾病交叉研究中SZ和MDD的研究結(jié)果，為進一步研究三者之間的關(guān)系提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。此外，對廣泛的文獻數(shù)據(jù)進行了深入的生物信息學分析，包括基因排序、疾病共享基因分析以及核心基因和疾病交叉基因的功能富集分析等。上述分析結(jié)果一方面有助于挑選可靠的候選基因用于進一步的實驗驗證；另一方面也為理解遺傳基因的作用途徑，探究疾病的致病機理提供了理論指導。為保證所提供數(shù)據(jù)的時效性、全面性和實用性，BDgene數(shù)據(jù)庫將按季度更新，以提供最新的研究進展和成果。相關(guān)研究成果發(fā)表在Biological Psychiatry上。BDgene數(shù)據(jù)庫可以通過http://bdgene.psych.ac.cn訪問。

心理所神經(jīng)軟體征研究獲進展

中科院心理所心理健康重點實驗室（NACN Lab）陳楚僑研究員等與其合作者進行了神經(jīng)軟體征腦成像的元分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)軟體征缺損與中央前回、小腦、額下回以及丘腦等腦區(qū)的腦結(jié)構(gòu)萎縮相關(guān)。從腦功能分析結(jié)果來看，精神分裂癥以及相關(guān)精神疾病患者在進行神經(jīng)軟體征相關(guān)任務(wù)時，額下回、雙側(cè)殼核、小腦、顳上回的腦區(qū)活動存在異常。綜合腦結(jié)構(gòu)和腦功能成像研究結(jié)果顯示，精神分裂癥及相關(guān)精神疾病患者的神經(jīng)軟體征缺損表現(xiàn)與其“小腦-丘腦-前額葉”腦區(qū)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或者腦活動功能的異常有關(guān)系。該研究發(fā)現(xiàn)進一步挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的“神經(jīng)軟體征”定義，表明神經(jīng)軟體征并不只是表面上的微小的行為損傷，而是源自“小腦-丘腦-前額葉”腦區(qū)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或者腦活動功能的異常。該研究為今后神經(jīng)軟體征腦成像研究指明了新的方向。在精神分裂癥和相關(guān)精神疾病的臨床群體中，開展神經(jīng)軟體征的研究，將在相關(guān)疾病的基因型和外表型之間架起神經(jīng)軟體征內(nèi)表型橋梁，進而不斷深化我們對精神疾病的更全面的認識。相關(guān)研究成果發(fā)表在Schizophrenia Bull.上。

神經(jīng)所研究揭示線粒體攝取鈣離子的新機制

中科院上海生科院神經(jīng)科學所王以政研究組的最新研究揭示了線粒體攝取Ca2+的新機制。線粒體的Ca2+攝取參與調(diào)節(jié)細胞的能量代謝以及細胞內(nèi)的Ca2+穩(wěn)態(tài)。響應(yīng)刺激后，線粒體可以通過快速改變基質(zhì)中的Ca2+濃度從而影響細胞代謝和存活。線粒體的Ca2+穩(wěn)態(tài)是調(diào)控其自身膜電勢、ATP的合成以及胞質(zhì)中Ca2+水平的基礎(chǔ)。然而，定位在線粒體上的何種Ca2+通道介導了上述過程一直是未知的。王以政研究組與其合作者發(fā)現(xiàn)TRPC3定位細胞膜和線粒體內(nèi)膜上，能夠響應(yīng)線粒體外Ca2+的變化，并且參與線粒體攝取胞質(zhì)中Ca2+的過程。上調(diào)或下調(diào)TRPC3的蛋白表達量，可以改變線粒體的膜電勢。該工作揭示了線粒體Ca2+攝取的新機制，為理解TRPC3通道的生理及病理功能提供了新的思路。相關(guān)研究成果發(fā)表在PNAS上。

上海巴斯德所等在部分H7N9重癥病人樣本中檢測到耐藥突變

中科院上海巴斯德所郝沛研究員與其合作者組成的研究小組通過對上海市公共衛(wèi)生臨床中心4月4—20日收治的14名H7N9禽流感病毒感染者開展研究發(fā)現(xiàn)，部分H7N9禽流感病毒感染的重癥病人樣本中發(fā)生了耐藥突變。大部分患者在接受神經(jīng)氨酸（NA）抑制劑達菲的治療后，H7N9感染程度有所降低，癥狀有所好轉(zhuǎn)，但有3名患者在接受治療期間病情仍然非常嚴重，其中2名患者死亡，另1名患者需要特殊設(shè)備向血液中供氧維持才能存活。通過測量患者在被感染和治療期間體內(nèi)的病毒載量，研究人員發(fā)現(xiàn)，在使用包括達菲在內(nèi)的神經(jīng)氨酸抑制劑的抗病毒藥物治療期間，大多數(shù)病人的病毒載量都出現(xiàn)了下降，但這3名患者，病毒載量卻并沒有降低。研究小組進一步采用了高通量測序技術(shù)對病人樣本進行了測序分析，發(fā)現(xiàn)2例重癥患者在抗病毒治療過程中體內(nèi)H7N9病毒的神經(jīng)氨酸酶（NA）第292位氨基酸從R（精氨酸）突變?yōu)镵（賴氨酸），甚至在其中一名患者中發(fā)現(xiàn)，在使用達菲治療后的第7天，292R與292K毒株混合存在。流感病毒神經(jīng)氨酸酶第292位氨基酸從R到K的突變。以往的研究中認為，這一位點的突變與達菲耐藥有關(guān)。進一步實驗證實，另一名重癥患者在使用達菲治療后的第2天，體內(nèi)為292R毒株，而到第9天，則變?yōu)榱?92K毒株，這表明患者體內(nèi)H7N9病毒292K耐藥毒株逐漸成為優(yōu)勢毒株。相關(guān)研究成果發(fā)表在The Lancet上。

微生物所等合作發(fā)現(xiàn)DNA守護者及表觀遺傳載體的更新機制

人類DNA長達1.8米，通常纏繞在組蛋白上形成核小體，核小體經(jīng)進一步折疊將DNA包裝在小小的細胞核中。組蛋白起著DNA守護者的作用，決定著DNA上哪些基因可以表達。中科院微生物所劉翠華副研究員與北京師范大學邱小波教授研究團隊合作，發(fā)現(xiàn)在精子發(fā)生和體細胞DNA損傷修復過程中，組蛋白均會降解，修正了科學界關(guān)于體細胞組蛋白不降解的理論。該研究還發(fā)現(xiàn)乙?；?，而不是泛素化，介導了組蛋白通過特異的蛋白酶體降解。如泛素化一樣，乙?；粌H修飾組蛋白，還可以修飾眾多其他蛋白。該發(fā)現(xiàn)將可能開辟關(guān)于乙?；閷У鞍踪|(zhì)降解研究的一個嶄新領(lǐng)域。該研究首次揭示組蛋白去乙酰化酶抑制劑促進DNA雙鏈斷裂誘導的、由乙?；閷У慕M蛋白降解，增強細胞對DNA損傷的敏感性，促進細胞死亡。這一發(fā)現(xiàn)為它們的臨床應(yīng)用提供了重要基礎(chǔ)。該研究第一次揭示組織特異性蛋白酶體的存在，發(fā)現(xiàn)哺乳動物睪丸中的多數(shù)蛋白酶體（被命名為“生精蛋白酶體”）包含一個特殊激活因子，一個精細胞和精子特異的且與激活因子相鄰的新亞基及三個特殊的催化亞基。正是這一睪丸特異性蛋白酶體負責精子發(fā)生過程中依賴于乙?；慕M蛋白降解。這些結(jié)果為再生醫(yī)學研究以及感染、癌癥和男性不育等疾病的治療提供了新思路。相關(guān)研究成果發(fā)表在Cell上。

納米中心腫瘤靶向納米給藥系統(tǒng)研究取得新進展

疾病部位靶向給藥系統(tǒng)一直是藥劑學研究的熱點，但人體內(nèi)非常復雜的環(huán)境因素明顯影響了藥物靶向治療的效果。腫瘤組織血管和生理特征的異常使得納米載體攜帶抗腫瘤藥物進入機體后，往往富集在腫瘤血管的周邊或腫瘤細胞的間隙然后釋放出藥物，經(jīng)常導致細胞內(nèi)藥物的濃度較低，治療效果并不非常明顯。國家納米科學中心梁興杰研究組采用具有腫瘤靶向性以及滲透性的新型短肽分子修飾于納米膠束表面，通過與非功能化修飾的納米膠束對比實驗發(fā)現(xiàn)，此靶向型納米載體系統(tǒng)可以有效增強載帶藥物對于腫瘤細胞的殺傷效果，在治療時間內(nèi)顯著增強了藥物在細胞內(nèi)的有效作用濃度，活體動物實驗也表明，此靶向膠束可以有效地富集于小鼠腫瘤組織，增強藥物在腫瘤組織內(nèi)的滲透，且能維持較長時間的血藥濃度。該納米藥物載體合成方法簡單易行，具有一定的應(yīng)用前景。相關(guān)研究成果發(fā)表在Nano Lett.上。

上海生科院等首次解析丙型肝炎病毒感染的重要蛋白結(jié)構(gòu)

中科院上海生科院生化與細胞所/國家蛋白質(zhì)科學中心·上海（籌）周界文研究組與其合作者，首次解析了丙型肝炎病毒（hepatitis C virus）感染宿主過程中重要離子通道蛋白p7的精細空間結(jié)構(gòu)以及p7與抑制劑金剛烷胺類藥物相互作用的分子機理。在無法得到蛋白質(zhì)晶體的情況下，周界文研究員和歐陽波博士（文章第一作者）建立了一種基于核磁共振的方法，最終解析了此病毒通道的結(jié)構(gòu)。此通道結(jié)構(gòu)非常特異，形成花瓣形的六聚體結(jié)構(gòu)，是目前使用核磁共振技術(shù)解析出的最大的離子通道結(jié)構(gòu)。由結(jié)構(gòu)帶來的啟發(fā)，周界文課題組與上海巴斯德所/上海生化與細胞所孫兵課題組合作，首次鑒定了金剛烷胺類化合物對p7的離子通道活性發(fā)揮抑制作用的結(jié)合位點，并通過一系列的功能測試，揭示了p7通道離子轉(zhuǎn)運和藥物抑制的機理。通過對這些病毒離子通道結(jié)構(gòu)和機制方面的理解，科學家期望在不久的將來可以研制出新一代抗丙型肝炎病毒的治療手段。相關(guān)研究成果發(fā)表在Nature上。

過程工程所發(fā)現(xiàn)殼聚糖納米球可有效提升腫瘤聯(lián)合治療效果

中科院過程工程所馬光輝研究組構(gòu)建了同時裝載化療藥物和基因藥物的殼聚糖口服納米球，用于腫瘤的聯(lián)合治療。該研究發(fā)現(xiàn)了將兩種藥物（紫杉醇和siRNA）同時裝載于同一納米球給藥時，其效果遠優(yōu)于將兩種藥物分別裝載在不同納米球而混合給藥的效果，表明只有當兩種藥物進入同一腫瘤細胞時才能發(fā)揮更好的療效。紫杉醇是常用的抗腫瘤化療藥物，但其疏水性給臨床給藥帶來諸多不便。在前期的工作中，該團隊基于殼聚糖納米球成功地構(gòu)建了口服和靜脈注射兩種給藥體系，用于紫杉醇的靶向輸送，達到遠優(yōu)于商品化制劑的治療效果。然而，腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移是多因素導致的結(jié)果，通過單一藥物治療策略很難徹底清除腫瘤。他們進一步巧妙地利用了季銨化殼聚糖納米球的結(jié)構(gòu)特性，實現(xiàn)了對紫杉醇和mTERT siRNA的同時裝載。在給藥劑量相等的條件下，同時裝載兩種藥物的給藥體系由于能夠集中兩種藥物的“火力”一起殺死同一腫瘤細胞，因此展現(xiàn)出較傳統(tǒng)雞尾酒混合療法更顯著的抑瘤效果。相關(guān)研究成果發(fā)表在Biomaterials上。

中科大細胞動力學研究取得新進展

中國科學技術(shù)大學細胞遷移與腫瘤轉(zhuǎn)移動力學研究組，利用功能蛋白質(zhì)組學、結(jié)構(gòu)生物學及納米尺度分子成像技術(shù)，鑒定了GTP酶激活蛋白ACAP4調(diào)控細胞膜動力學的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，并深入解析了細胞外微環(huán)境調(diào)控腫瘤細胞定向運動的分子動力學機制。該研究組在解析細胞遷移動力學與可塑性調(diào)控蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)分子機制時，利用功能蛋白質(zhì)組學技術(shù)發(fā)現(xiàn)了一個新的ARF6 GTP酶激活蛋白ACAP4及其作用網(wǎng)絡(luò)。ACAP4是一個特異性的ARF6激活蛋白，它通過促進GTP水解來調(diào)節(jié)ARF6在囊泡運輸中的功能及其與細胞質(zhì)膜作用，從而調(diào)控細胞遷移的動力學特征，但是人們對ACAP4調(diào)控細胞質(zhì)膜可塑性的分子機制與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)仍然知之甚少。研究揭示：ACAP4蛋白含有一個特異的BAR結(jié)構(gòu)域，表皮生長因子通過磷酸化BAR結(jié)構(gòu)域中第34位酪氨酸、促進了ACAP4蛋白與細胞膜的結(jié)合，從而調(diào)控ARF6GTP/GDP循環(huán)的時空動力學特征，確定細胞遷移的方向性。該研究為解析磷酸化修飾ACAP4蛋白在不同微環(huán)境中調(diào)控腫瘤細胞轉(zhuǎn)移可塑性與動力學提供了新的線索。該工作首次揭示了BAR結(jié)構(gòu)域酪氨酸磷酸化是細胞遷移的重要調(diào)控機制，為腫瘤細胞轉(zhuǎn)移信號轉(zhuǎn)導通路的研究與干預提供了契機。相關(guān)研究成果發(fā)表在PNAS上。

化學所利用激子-表面等離激元耦合效應(yīng)實現(xiàn)光子信號操縱

光子學器件具有電子學器件無法比擬的高速、高帶寬和低能耗等優(yōu)點，在光信息處理和光子學計算中扮演著非常重要的角色。中科院化學所光化學院重點實驗室在前期工作的基礎(chǔ)上，利用定點外延生長的方法制備出有機/金屬納米線異質(zhì)結(jié)，通過有機單晶納米線中的激子極化激元（EPs）與銀納米線中的SPP的強耦合作用有效地提高了SPP的激發(fā)效率。銀納米線中的信號強度與入射光偏振方向有很強的依賴關(guān)系，通過改變?nèi)肷涔獾钠穹较蛘{(diào)控信號強度，實現(xiàn)了亞波長尺度下的納米光子學邏輯運算元件。為了把邏輯處理結(jié)果輸送到正確的端口，他們又發(fā)展了能夠定向傳輸信號的方向耦合器。在有機分子液相自組裝的過程中，引入金屬銀納米線，成功將多根金屬納米線包埋在單晶的有機微米線中，可控制備了樹枝狀的有機/金屬納米線異質(zhì)結(jié)，基于光子與SPPs耦合效率動量匹配的角度依賴關(guān)系，在亞波長尺度下對多光子信號進行操縱，實現(xiàn)了定點輸入、定點輸出的定向耦合器，為構(gòu)建納米光子學多輸入、多輸出的復用元件提供了新思路和新方法。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Adv.Mater.上并被作為當期的背封面文章。

生態(tài)環(huán)境中心石墨烯毒性機制研究取得進展

石墨烯優(yōu)越的物理化學性質(zhì)使其在多個領(lǐng)域有著潛在廣泛應(yīng)用。然而，隨之而來的環(huán)境與健康風險也日益受到關(guān)注。目前，石墨烯引發(fā)巨噬細胞生物效應(yīng)的分子作用機制并不完全清楚。中科院生態(tài)環(huán)境中心環(huán)境化學與生態(tài)毒理學國家重點實驗室劉思金研究組研究發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯（GO）可通過作用于巨噬細胞膜表面的Toll樣受體（TLR-4）誘發(fā)細胞的程序性壞死。GO可通過激活TLR4受體誘發(fā)細胞腫瘤壞死因子（TNF-α）的自分泌。TNF-α可作用于其細胞膜表面的TNF-α受體，使其下游的受體相互作用蛋白1（RIP1）和3（RIP3）磷酸化，進一步誘導細胞的程序性壞死。在此過程中，GO所誘導的活性氧（ROS）也促進了細胞的壞死過程。同時，GO可在巨噬細胞內(nèi)大量累積，這可引發(fā)細胞骨架的塌陷和吞噬能力的抑制。Rho相關(guān)激酶（ROCK）在骨架動態(tài)平衡中起重要作用。而GO對細胞骨架的影響是通過抑制該激酶的活性實現(xiàn)的。這項研究工作對于揭示氧化石墨烯誘發(fā)的細胞死亡機制具有重要意義。相關(guān)研究成果發(fā)表在ACS Nano上。

納米中心合成氮摻雜石墨烯量子點

國家納米科學中心宮建茹研究組以氧化石墨烯為前驅(qū)體，N,N-二甲基甲酰胺作氮源，合成了氮摻雜的石墨烯量子點（N-GQD）。該N-GQD納米材料在近紅外飛秒激光激發(fā)下發(fā)出很強的熒光，雙光子吸收截面高達48 000GM，遠遠超過了有機染料分子，為碳材料中所報道的最高值，與半導體量子點材料相當。N-GQD顯著的量子效應(yīng)、剛性的π-π共軛結(jié)構(gòu)都使其具有較強的雙光子吸收。同時，摻雜的氮以烷基氨的形式鍵聯(lián)到N-GQD的芳香環(huán)上，烷基氨的強供電子效應(yīng)使N-GQD的雙光子吸收進一步增強。N-GQD在組織模型中的雙光子成像研究表明，其組織穿透深度可達到1 800微米，突破了傳統(tǒng)雙光子熒光成像深度的極限。此外，N-GQD在水、磷酸鹽緩沖液和細胞培養(yǎng)基中具有良好的分散性，幾乎沒有細胞毒性，不易發(fā)生光漂白，顯示了其在長時間活體生物組織成像及相關(guān)應(yīng)用，如生物組織結(jié)構(gòu)的觀察、疾病的診斷等中的潛在應(yīng)用價值。相關(guān)研究成果發(fā)表在Nano Lett.上。

過程工程所非貴金屬燃料電池負極氧還原催化劑制備獲進展

質(zhì)子交換膜燃料電池由于質(zhì)輕、高效、環(huán)境友好等優(yōu)良特性，成為非常有前途的替代能源。燃料電池正負極材料，尤其是負極氧還原催化劑，多采用Pt基催化劑，但由于其較大的過電勢及貴金屬Pt的儲量稀少、價格高昂，嚴重阻礙了燃料電池的商業(yè)化進程。發(fā)展高活性、高穩(wěn)定性的非金屬負極氧還原催化劑成為大規(guī)模燃料電池商業(yè)化亟待解決的關(guān)鍵問題。中科院過程工程所王丹研究組與國家納米科學中心唐智勇研究組合作，從分子組裝的角度出發(fā)，在石墨烯上，通過對金屬離子及卟啉分子的多次吸附，制備了鈷卟啉/石墨烯復合催化劑。并進一步通過對催化劑結(jié)構(gòu)、厚度及性能的可控合成，實現(xiàn)了催化活性的最大化。同時，由于石墨烯的大比表面積、高導電性及穩(wěn)定性，合成的催化劑穩(wěn)定性及抗甲醇中毒性能均得到了很大的改善。該成果為高活性高穩(wěn)定性復合非貴金屬氧還原催化劑的設(shè)計與開發(fā)開辟了新的路徑。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Angew.Chem.Int.Ed.上。

物理所新型二維晶體材料硅烯研究取得進展

中科院物理所/北京凝聚態(tài)物理國家實驗室（籌）高鴻鈞研究組在高質(zhì)量石墨烯研究方面取得了一系列突破性進展，基于石墨烯外延生長、可控制備及性能調(diào)控方面的研究基礎(chǔ)，該研究組通過外延生長的方法在金屬Ir（111）表面成功制備出了硅烯。低能電子衍射和掃描隧道顯微鏡的表征結(jié)果顯示，它相對于金屬銥基底表現(xiàn)為一種（√7×√7）的超結(jié)構(gòu)。第一性原理計算驗證了這種超結(jié)構(gòu)模型是一層起伏的硅烯。重要的是，電子局域函數(shù)的計算結(jié)果顯示，在Ir（111）表面外延生長的硅烯是一層Si-Si間以共價鍵相連的連續(xù)的二維薄膜。該研究成果提供了一種新的制備高質(zhì)量硅烯的方法，是目前報道的能夠獲得硅烯的三種途徑之一，為觀察硅烯的新奇量子現(xiàn)象提供了可能。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Nano Lett.上。

2013年6月25日