富氮分子三环喹唑啉具有多电子氧化还原活性
在国家自然科学基金与中国博士后科学基金的资助下，暨南大学化学与材料学院教授宾德善/李丹团队基于富氮分子三环喹唑啉（TQ）构筑了一种二维导电金属有机框架（MOF）材料Cu-HHTQ，并研究了其在锂离子电池中的应用。相关研究近日发表于《德国应用化学》。
锂离子电池在移动电子设备、电动汽车、储能电站、智能电网等领域有重要的应用，近年来其研究受到广泛的关注。有机电极材料因其具有资源丰富、环境友好、结构可设计、理论容量高等优点，引起了研究者的浓厚兴趣，但有机电极材料易溶于有机电解液、电导率低、反应动力学缓慢等的缺点制约了其应用。
研究人员设计合成了基于TQ的金属—有机框架（MOF）二维导电材料Cu-HHTQ，研究了其在锂离子电池中的应用。TQ作为一种富氮共轭稠环分子具有良好的氧化还原活性，结合配位节点CuO4的氧化还原活性，Cu-HHTQ获得了多重氧化还原活性位点，实现了作为高比容量锂离子电池负极材料的应用。
二维导电MOF长程有序的结构使其不溶解在电解液中，具有高循环稳定性，其多孔性以及高电导特性可以加速离子和电子的传输，因此可能成为具有高倍率性能的电极材料。研究发现，得益于Cu-HHTQ的高电导率特性、多孔特性以及多电子氧化还原特性，其作为锂离子电池负极材料表现出了较高的比容量、良好的倍率性能以及优异的循环稳定性。Cu-HHTQ在600 mAg-1的电流密度下可逆比容量达到了657.6 mAhg-1，循环充放电200圈后仍有83%的容量保持率，这在现今报道的导电MOF材料中处于较高水平。
为了探索获得的导电材料的电化学储锂机理，研究人员对TQ分子进行电化学测试，并通过理论计算研究了其锂化反应过程，首次验证了TQ具有多电子氧化还原活性。将TQ构筑在导电金属—有机框架Cu-HHTQ中能够有效提高其作为锂离子电池负极材料的比容量。
作为自下而上制备的材料，导电MOF为固定氧化还原活性分子提供了有效的平台。基于新型氧化还原活性单元TQ的有机电极材料设计与合成值得进一步研究，通过网格化学原理将多个氧化还原活性部分组装到高性能电极材料中被证实是一种行之有效的策略。
含“金”量低？新型铂基催化剂袭来
氢燃料电池是未来能源脱碳的重要方向，而制备电池所需的铂基催化剂，存在活性低、用量大、成本高的问题，是导致氢燃料电池“叫好不叫座”的关键。
在10月22日发表于《科学》的一项研究中，中国科学技术大学教授梁海伟团队与北京航空航天大学教授水江澜团队合作，通过高温“硫固体胶”的合成方法，成功研发出一系列高性能铂基氢燃料电池催化剂，这对降低氢燃料电池成本，推动其大规模产业化具有重要意义。
“长大”的烦恼
催化剂是燃料电池的核心材料之一，占燃料电池电堆成本的40%以上。2020年9月，财政部、工信部等五部门联合发布《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》，明确指出要重点支持催化剂等关键材料和零部件的研发突破。
氢燃料电池因高效、清洁、无碳等优点，逐渐成为燃料电池界的“网红”。但目前打造“网红”所需成本仍然过高，尤其是铂基催化剂的使用。
铂族金属是金属中的贵族，因熔点高、强度大、电热性稳定、催化活性好等特点，广泛用于氢燃料电池等领域。但世界上铂族金属资源高度集中，80%以上位于南非。
而氢燃料电池阴极需要使用大量铂基催化剂来催化氧还原反应，铂资源的匮乏和高成本严重制约了燃料电池大规模产业化。
梁海伟告诉《中国科学报》，目前市场上使用较多的催化剂主要是铂碳催化剂和铂合金催化剂。但因其活性不高，铂的用量也较大。
他认为，降低铂的用量，是氢燃料电池发展必须解决的问题，而提高铂基催化剂的活性就是一种高效途径。“与普通的固溶体合金相比，金属间铂合金在活性和稳定性方面都更具优势。”
但金属间铂合金的合成必须经历高温，高温又会造成铂合金纳米颗粒在碳载体上流动并团聚“长大”。一旦纳米颗粒“长大”，就会失去其优势，催化剂活性就会严重降低。
为了打破这一“死循环”，防止颗粒“长大”，研究团队想，“能不能让颗粒像胶水一样固定在碳材料上呢？ ”
为此，他们采用了一种新颖的硫限域方法，即“硫固体胶”合成方法。该方法利用硫原子与铂原子之间强烈的相互作用，将铂基合金纳米颗粒在高温下像固体胶般“粘”在碳载体上，以防止其“长大”。
最后，研究人员实现了在保持颗粒尺寸小于5纳米的同时，完成双金属原子的有序化过程，合成得到了一系列小尺寸的铂金属间合金，建立了一个拥有46种合金催化剂的“材料库”。
实际上，梁海伟在德国做博士后期间，就开展了小分子合成不同碳材料的相关研究。回国后，他带领团队制备了一类硫含量很高的多孔碳材料。
他告诉记者，国际上也不乏团队开展硫掺杂碳载体合成的研究，但将其应用于铂金属间合金的合成，这是首次。
在梁海伟看来，这得益于学科交叉的优势。“只做金属间合金合成，就很难想到使用硫限域的方法；而只做硫限域研究，自然也想不到应用于金属间合金合成。”
传统理论错了吗？
基于构建的46种催化剂“家族”，研究人员测试并筛选了大量催化剂的性能。他们发现铂合金催化活性与其表面应力存在强关联性：在很宽的压缩应变范围内，其氧还原活性随着压缩应变的增加呈现单调上升趋势。
有趣的是，这一现象有悖于经典理论预测的火山关系趋势。
“按照之前的理论预测，应变太小太大都不好，适中才好。也就是说，应变和活性会是一种火山曲线关系。显然，我们的实验结果并非如此。”梁海伟说。
这让研究人员产生很多疑问，难道理论预测是错误的？或者，测试的应变并不是真实的应变？
梁海伟认为，目前的研究还不足以证明孰对孰错。“但在科学上，若没有大量的合成和性能测试，是看不到这个构效关系的。”
“这起码提供了一个新的指南，如果能进一步增大应变，就能够继续增大催化剂活性，有望将催化性能进一步推向峰值。”他说。
实际上，这种新构效关系的发现，是团队最“意外”、也最精彩的收获。
2016年，梁海伟留学回国后，就开始带领团队开展此项研究。很快，他们就研发了46种铂基合金催化剂“家族”，并于2018年第一次投稿。
投稿并不顺利。其中一位审稿人认为，合成催化剂和催化剂性能之间的关联性不强，研究不具备很强的科学性。
为此，研究团队又花费一年多的时间补充数据，并测试、筛选了大量催化剂的性能。在分析数据时，他们发现了这一有趣，又违背传统理论的现象。随后，他们重新调整了论文内容。
审稿人认为，“这项研究展示的尺寸小于5 纳米的金属间化合物纳米颗粒对催化应用至关重要。作者向我们展示了系列二元和多元铂基金属间化合物的尺寸控制合成，令人印象深刻。”
梁海伟说，“5纳米左右可以说是一个临界点，颗粒尺寸越大，表面原子所占据的比例就越低，会造成很多铂原子的浪费。”
在他看来，修改前后的论文，风格完全不同，也发现了更具科学性的现象。“坦率讲，我们很感谢审稿人提出的意见。”
实际上，补充数据的过程是漫长繁琐的。“团队间彼此支持的力量，是可以互相传递的，也是让我们在困难面前能坚持住的重要原因。”梁海伟说。
对于这一悖于经典理论预测的现象，他表示，接下来将会进一步验证为何不同，“很多时候，眼见未必为实。”
有望降低成本
根据国际氢能委员会预计，到2050年，氢能将承担全球18%的能源终端需求，创造超过2.5万亿美元的市场价值，燃料电池汽车将占据全球车辆的20%-25%，将与汽油、柴油并列成为终端能源体系消费主体。
“我们从合成的46种催化剂‘家族’中筛选出几种高活性催化剂，使低铂氢燃料电池性能达到了目前世界先进水平。”水江澜说。
他告诉记者，合成的铂镍合金催化剂活性，是目前商业铂碳催化剂活性的5倍以上；为达到相当的氢燃料电池性能，他们合成的合金催化剂铂用量也只需要商业铂碳催化剂铂用量的1/10。
但梁海伟也指出，目前，氢燃料电池催化剂的研究，国外技术仍是全面领先。“这项研究在科学上具有一定价值，但距离产业化还有一定距离。”
一方面需要解决量产的问题，降低催化剂的制备成本。另一方面需要实现碳载体改性，增强局域氧气和质子传输阻抗。“前者难度不是很大，后者仍是一个很大的挑战。”梁海伟说。
微生物催化生物陶瓷可用于骨再生
近日，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员吴成铁团队提出微生物催化活性矿物诱导成骨的思想，并利用微生物催化作用构建生物陶瓷支架表面微纳米结构用于骨组织再生。研究成果发表于《先进材料》。
吴成铁告诉《中国科学报》，受自然界中微生物矿化现象的启发，研究团队通过微生物催化作用在传统陶瓷材料（硅酸盐）表面生长出具有生物活性的纳米碳酸钙矿物，将传统陶瓷材料与微生物基活性材料相结合用于骨组织工程（如图所示）。
骨骼是一种复杂的生物矿化组织，由微纳米尺度的有机（细胞、蛋白质）和无机（羟基磷灰石、碳酸钙）材料组装而成。理想的生物材料需要具有优良的骨传导性与骨诱导性，能高效促进新生骨的形成。而生物材料植入体的表面与宿主细胞直接接触，其物理化学特征是生物材料成功应用的关键因素之一。越来越多证据表明，材料表面的微纳米形貌及其化学特征能有效调控细胞的成骨活性。然而，传统的三维打印陶瓷支架的表面改性主要基于水热法、有机模版法等化学方法，这种非生物调控的矿化过程不利于晶体尺寸与结晶度的控制，从而限制了其生物学效应的高效发挥。
为此，研究团队利用产脲酶菌的代谢作用在陶瓷材料表面诱导出均匀的生物矿化层。期间，微生物首先粘附在基底陶瓷表面，在脲酶和碳酸酐酶的催化下提升微环境中的pH与CO32-浓度。同时，细菌细胞壁表面的负电性基团吸附Ca2+，促进碳酸钙颗粒的结核与生长。微生物在陶瓷材料表面构建的纳米碳酸钙矿物明显抑制了硅酸钙陶瓷的快速降解，并对骨髓间充质干细胞的粘附、铺展、增殖、迁移和分化等细胞生物活性具有更好的促进作用。在皮下植入和大块骨缺损修复动物实验中，微生物催化的表面生物材料具有良好的生物相容性，表现出显著的促骨组织再生的优良生物活性。
“综上所述，微生物催化的生物活性材料用于骨组织再生是一种微生物与组织工程相结合的新方法，这种策略为生物医学材料的制备提供了新思路。” 吴成铁说。
相关研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科委等基金支持。
坚硬木刀能切牛排
最锋利的刀具要么是钢制成的，要么是陶瓷质地。这两者都是人造材料，必须在极端温度下锻造。
现在，研究人员已经开发出一种制造锋利刀具的更可持续方法：使用硬化的木材。10月20日，相关论文发表在细胞出版社（Cell Press）旗下期刊Matter上。研究人员使用一种新方法，将木材的硬度提高了23倍，用这种材料制成的刀比不锈钢餐刀锋利近3倍。
美国马里兰大学材料学家、该论文通讯作者李腾（音译）说：“这把刀可以很容易地切开半熟牛排，效果和餐刀差不多。”硬化的木刀也可以清洗和重复使用。研究人员认为，它有望替代钢、陶瓷和一次性塑料刀。
李腾团队还展示了该新材料可以用来制作像传统钢钉一样锋利的木钉。与钢钉不同，该团队开发的木钉可以防锈。研究人员表示，这些木钉可以用来钉3块木板，而且不会出现任何损坏。除了刀和钉子，李腾希望，在未来，这种材料还可以用来制作更耐刮擦和磨损的木地板。
实际上，木材加工已经有几个世纪的历史了，但是木材在制作家具或建筑材料时，只经过蒸汽和压缩处理，成型后会存在一定的反弹。“环顾日常生活中使用的硬质材料，你会发现其中很多都是人造材料，因为天然材料不一定能满足我们的需求。”李腾说。
“纤维素是木材的主要成分，它的强度与密度比大多数工程材料（如陶瓷、金属和聚合物）都要高，但我们目前对木材的使用几乎没有发挥它的全部潜力。”李腾说。尽管木材经常用于建筑，但它的强度不如纤维素。这是因为木材的40%~50%是纤维素组成的，其余的由半纤维素和木质素组成，木质素起到黏结剂的作用。
李腾团队试图去除木材中较弱的成分，同时不破坏纤维素骨架。“这是一个两步的过程。”李腾说，“第一步，我们脱去木材的部分木质素。一般来说，木材是非常坚硬的，但去除木质素后，它变得柔软、有弹性。第二步，我们采用热压法，对经过化学处理的木材施加压力和热量，使其致密并去除水分。”
在材料被加工和雕刻成所需的形状后，研究人员为其涂上矿物油以延长使用寿命。纤维素容易吸收水分，所以这种涂层可以在使用过程中以及在水槽或洗碗机清洗时保持刀的锋利。
利用高分辨率显微镜，李腾团队检查了硬化木材的微观结构，以确定其强度来源。“一块材料的强度对缺陷的大小和密度非常敏感，比如孔洞或凹槽。”李腾说，“该两步过程大大减少或消除了天然木材的缺陷，那些在枝干运输水或其他营养物质的渠道几乎消失了。”
而且，这种木材硬化过程可能比制备其他人造材料更节能，对环境的影响也更低，尽管还需要更深入的分析来确定。研究人员表示，第一步需要在100摄氏度的化学溶液中煮沸木材，这些化学溶液有可能分批重复使用。相比之下，制造陶瓷需要将材料加热到几千摄氏度。
“在厨房里，我们有很多可以长时间使用的木块，比如切菜板、筷子或擀面杖。”李腾说，“如果你不断磨快它们，并进行常规保养，这些刀也可以多次使用。”
“九章二号”量子计算原型机问世
中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳、刘乃乐等组成的研究团队与中科院上海微系统与信息技术研究所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，构建了113个光子144模式的量子计算原型机“九章二号”，完成对用于演示“量子计算优越性”的高斯玻色取样任务的快速求解，求解速度比目前全球最快的超级计算机快10的24次方倍（亿亿亿倍）。
量子计算机在原理上可通过特定算法在一些具有重大社会和经济价值的问题方面，获得比经典计算机更强的算力。早在1981年，诺贝尔奖获得者费曼就提出了量子计算的初步想法。大规模量子计算机的物理实现，是世界科技前沿的重大挑战之一。
2020年，潘建伟团队成功构建了76个光子100个模式的高斯玻色取样量子计算原型机“九章”，处理高斯玻色取样的速度比超级计算机快一百万亿倍，使中国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。同时，“九章”还克服了谷歌基于“悬铃木”超导处理器的随机线路取样实验中量子优越性依赖于样本数量的漏洞。
今年，潘建伟团队在“九章”的基础上，进行了一系列概念和技术创新，于近期成功研制出“九章二号”。他们设计并实现了受激双模量子压缩光源，显著提高了量子光源的产率、品质和收集效率，将光源关键指标从63%提升到92%；通过三维集成和收集光路的紧凑设计，多光子量子干涉线路增加到了144维度；通过动态调节压缩光的相位，实现对高斯玻色取样矩阵的重新配置，演示了“九章二号”可用于求解不同参数数学问题的编程能力。
根据目前已正式发表的最优化经典算法，“九章二号”在高斯玻色取样这个问题上的处理速度比最快的超级计算机快亿亿亿倍，比“九章”快100亿倍。“九章二号”1毫秒可算出的问题，全球“最快超算”需30万亿年。
相关成果10月26日以“编辑推荐”的形式发表于《物理评论快报》。著名量子物理学家、加拿大卡尔加里大学教授巴里·桑德斯认为，这是“令人激动的实验杰作”。
原生生物缓解气候变化
气候变化对地球上相互联系和依存的生命网络意味着什么呢？美国研究人员表示，人们或许可以从几盎司的微生物汤中窥见未来。
每一滴池塘水和一茶匙的土壤都充满了成千上万被称为原生生物的微小单细胞生物。它们数量众多，据估计，其重量是地球上所有动物体重之和的两倍。
20多万种已知的原生生物经常被忽视。但杜克大学生物学助理教授Jean Philippe Gibert说，随着气温变暖，它们可以在缓冲气候变化的影响方面发挥重要作用。
研究人员表示，这是因为它们吞噬细菌，并在呼吸时将二氧化碳释放到空气中，就像人类呼气时一样。但是，由于细菌占地球生物量的比例超过了除植物以外的任何其他生物，因此它们是二氧化碳的最大自然排放者之一，而二氧化碳是导致全球变暖的温室气体。
在近日发表于美国《国家科学院院刊》的一项研究中，研究人员通过创造一个微型生态系统测试了气候变暖对以细菌为食的原生生物的影响——每个玻璃烧瓶里装着10个不同种类的原生生物。
烧瓶被保存在从60华氏度到95华氏度的5种温度下。两周后，研究人员观察了在每种温度下存活的物种，并测量了它们在呼吸过程中释放的二氧化碳量。
研究人员发现，每个物种对温度的反应都可以通过对其大小、形状和细胞内容物的一些简单测量来预测。这些因素共同影响着整个群落的呼吸速率。
他们还发现，通过测量细胞的大小和形状，并将它们插入一个数学模型，可以非常接近于其微型生态系统在现实中的运行状态。
研究人员说:“我们实际上可以利用所知的特性和温度反应之间的关系，将其扩展到整个生态系统层面。”这项工作很重要，因为它阐明了“气候变化将如何改变微生物群落，以及这将如何反向影响气候变化的速度”。
神秘的“外星信号”是假的
10月25日，研究人员在《自然—天文学》的两篇论文中指出，2019年澳大利亚望远镜检测到的比邻星无线电信号似乎来自地球，而不是外星人。
这项由俄罗斯亿万富翁Yuri Milner出资1亿美元的外星智能搜索项目“突破监听”，对2019年发现的不寻常无线电波束进行了仔细研究，发现这根本不是外星人。“该信号来自某些技术人为的无线电干扰，可能来自地球表面。”这两篇论文的合著者、加利福尼亚大学天文学家Sofia Sheikh说。
这一信号被称为“突破监听候选者1”（BLC1），是由位于澳大利亚东南部的64米长的帕克斯·穆里扬射电望远镜探测到的。该信号来自半人马座近邻的方向，半人马座近邻是离太阳最近的恒星，距离太阳仅4.2光年。
半人马座近邻引起“突破监听”研究人员的强烈兴趣，不仅仅是因为它在地球附近，更重要的是，这颗恒星至少有两颗行星，其中一颗行星的轨道距离合适，液态水可以在其表面存在。
该望远镜在观测过程中，捕获到了超过400万个不同波长的无线电发射信号。其中一个所谓的“击中”似乎是一束频率约为982兆赫的精确无线电波束，这意味着它的波长约为0.3米。2019年4月29日，它闪耀了大约2.5小时，频率慢慢增加，然后消失了。
研究人员对发现的每一次“击中”都进行了一系列属性检查。其中一项标准是，如果信号来自一颗绕恒星运行的遥远行星，观察到的频率应该随着该行星的旋转和轨道运行而缓慢平稳地变化。在帕克斯对比邻星的400万次观测中，只有大约100万次证明了这一点。
第二个主要标准是，当望远镜略微指向目标恒星系统时，信号应该消失。这就排除了大部分命中的信号，将范围缩小到5160个有希望的信号。
BLC1的特殊之处在于，其所覆盖的频带非常窄，排除了所有可能的天体物理无线电波来源。此外，天文台1000公里以内，没有使用该频率的已登记发射机，且它的持续时间比从望远镜上方经过的飞机或卫星发出的无线电信号要长。
目前为止，“突破监听”团队分析的数百万个信号中，这是唯一一个看起来真的可能是外星人发出的信号。
在发现并标记出BLC1后，Sheikh团队通过对比邻星系统的档案观测，寻找与此类似的信号。他们还发现了60个不同频率的其他信号，这些信号在其他方面与BLC1几乎相同。但当望远镜指向远离比邻星的地方时，所有这些信号仍然可以被探测到，这表明它们是由天文台附近的人为技术产生的。
虽然只有当望远镜指向目标恒星系统时才检测到BLC1，但研究人员发现这可能是一个巧合，这个信号最有可能是由两个相互干扰的人造无线电发射器产生的。
Sheikh在一份声明中表示：“在海量信号中，最可能的解释仍然是，这是人类科技发出的一种‘奇怪’信号，恰好以正确的方式骗过了我们的过滤器。我们仍然不能百分之百地确定BLC1不是来自外星技术的信号，但现在来看它是外星技术的可能性非常低。”
科学家实现三氧化二砷“仿生递送”治疗白血病
白血病，是一种令人“谈虎色变”的恶性肿瘤，俗称“血癌”。由中国学者提出的三氧化二砷（ATO）已获批成为急性早幼粒细胞白血病治疗的药物。
为提升其治疗效果并扩展适应症，中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室研究员马光辉、魏炜课题组提出一种“仿生递送”新策略，并联合北京大学教授马丁和南方医科大学珠江医院教授李玉华开展了紧密合作，利用体内存在的天然铁蛋白颗粒（Fn）作为药物载体，解决了Fn高效装载ATO的难题并实现了靶向递送，显著抑制了多种白血病的进展。
研究论文于北京时间2021年10月25日晚23时在《自然—纳米技术》（Nature Nanotechnology）上发表。
仿生递送的原理是基于体内天然颗粒创建药物载体，并借助体内固有路径靶向递送药物。其优势是能够克服体内复杂环境和多重屏障，并且具有较高的成药性。
研究团队首先收集大量临床外周血和骨髓样本，发现健康样本中的红细胞、淋巴细胞、单核细胞和粒细胞的CD71表达水平较低（平均阳性率<10%），而患者样本中白血病细胞的cd71表达水平显著升高（平均阳性率>90%）。CD71的特异性高表达不受限于白血病的类型和进程，证明了其作为白血病细胞广谱靶点的可行性。
图1：白血病细胞CD71表达、As@Fn的构建和靶向性分析：（a）白血病患者骨髓中各细胞群CD71表达阳性率；（b）各细胞群比例；（c）各细胞群C71表达丰度；（d）As@Fn透射电镜图；（e）As@Fn能谱图；（f）As@Fn球差电镜图；（g）As@Fn和白血病细胞特异性结合曲线；（h）As@Fn和ATO的白血病细胞内吞比较；（i）As@Fn的胞内定位；（j）As@Fn和ATO对于白血病细胞的IC50比较；（k）As@Fn体内靶向白血病细胞分析；（l）As@Fn和ATO的体内分布比较（研究团队供图）
在此基础上，研究团队提出利用CD71配体Fn作为载体靶向递送ATO，以此提高治疗效果并降低副作用。
据介绍，研究过程中，由于Fn内腔直径小于8纳米，空间十分有限，这对小分子ATO的高效装载和可控释放提出了挑战。为解决这一难题，研究团队基于Fn的耐热性能、铁对Fn内腔的亲和性以及砷与铁的相互作用，巧妙设计铁预成核的策略并高效锚定了三价砷（Fn：As=1：200），形成砷基铁蛋白（As@Fn）。
实验显示，静脉注射后，砷基铁蛋白可以借助CD71的识别，靶向富集于白血病细胞，并在胞内酸性溶酶体中选择性释放活性三价砷，高效杀伤白血病细胞。
研究人员认为，这意味着，上述仿生靶向递送策略显著提高了临床砷制剂的耐受剂量，并且将适应症扩展至急性髓系、急性淋系和慢性髓系等多种白血病类型。
同时，研究团队在临床样本和患者来源的异种移植模型上证明，砷基铁蛋白可显著抑制多种白血病的进展，效果显著优于现有的单独ATO和联合化疗策略。
据研究人员介绍，上述成果仍属于临床前研究，实际临床疗效仍有待进一步验证。鉴于Fn为人体内源组分并且ATO为已批准用药，该制剂具有较好临床转化潜力。研究团队正在按照相关要求合作推进后续的研发和转化。
据悉，十余年来，马光辉、魏炜团队发现和创制了一系列药物和疫苗递送新剂型，在动物模型上成功用于肿瘤、传染病、炎症性疾病的防治，并且部分剂型已通过医院伦理批准进入个体化临床前和临床研究。
本论文通讯作者为中科院过程工程所研究员马光辉、北京大学教授马丁北京大学、中科院过程工程所研究员魏炜和珠江医院教授李玉华；第一作者为中科院过程工程所博士研究生王昌龙、北京大学博士章伟和珠江医院副主任医师贺艳杰。
DNA重新定义人类疾病
通常，医生会根据病人的描述和临床症状来诊断各种疾病。但近年来，全基因组关联研究（GWAS）帮助科学家探索了不同疾病的遗传因素。日本大阪大学和美国哈佛医学院等机构研究人员对不同人群的生物样本进行了GWAS，以确定与各种医疗指标和特征相关的特定基因组位点。近日，相关论文刊登于《自然-遗传学》。
虽然，在过去的几十年里，科学家进行了密集的GWAS，但其适用性还不够广泛。例如，大多数GWAS使用欧洲人口数据，而且还缺乏一种系统方法解释这些结果，并将它们置于具体环境中。此次，该研究团队旨在解决这些限制。
为了实现这一目标，该团队使用日本生物库数据进行了GWAS，该生物库包括来自18万人的医疗数据，涉及了220种与健康相关的疾病和特征。研究人员表示，这些数据使该研究非常多样化和全面，特别是在亚洲人群中。
“我们希望扩大GWAS的范围，从这个生物库获得尽可能多的有意义的见解。”该研究的主要作者Saori Sakaue说。
“事实上，我们发现有108种表型在东亚人的GWAS中从未出现过。”该研究的共同第一作者Masahiro Kanai说。
然后，研究人员结合英国生物库和芬兰基因库数据进行了跨人群荟萃分析。该分析涉及62.8万人，鉴定了超过14000个具有表型意义的基因组位点。其中5000个位点是新发现。该团队还在线分享了他们的数据。
“我们认为，让多人访问我们的数据是极其重要的。我们希望促进全球合作，以及确定有意义的后续研究。”论文通讯作者Yukinori Okada说。
由于GWAS结果和疾病遗传学的复杂性，研究小组对汇总的统计数据和其他数据进行了统计去卷积计算。这允许研究人员从庞大的数据集中得出与疾病相关的结论。
“我们能够精确定位特定的遗传变异与不同人群各种疾病相关的共同机制。这些机制反过来有助于通过人类遗传学重新评估疾病。”Sakaue说。
专家认为，这项工作提供了突破性的结果，将有助于研究人员更好地通过遗传学检查人类疾病。
饮用水能从天上来
目前，全球有22亿人无法获得安全的饮用水，干旱人口最多的地区是撒哈拉以南非洲、南亚和拉丁美洲。
10月27日，《自然》发表的一项以虚拟装置为模型的全球评估表明，利用太阳能在大气中集水，或可为约10亿人提供安全饮用水。这项发现有助于为新兴和未来集水技术设计提供参考。
人们认为大气集水装置有助于解决水资源短缺，该类装置有两种工作方式。其中被动集水装置完全依赖天气条件，收集预先凝结的露水或雾汽。主动装置则相反，它们会利用太阳能在夜间湿度较高时采集并凝水，或者连续循环工作，这缩小了装置所需尺寸。但是这些装置的性能及全球潜力尚未得到分析。
美国山景城X Development公司研究人员Jackson Lord、Philipp Schmaelzle、Ashley Thomas和同事，展示了一个评估大气集水装置提供安全饮用水潜力的地理空间工具。该工具体现了全球湿度模式、气温和阳光辐射、基于假设的太阳能集水装置（约有1~2平方米太阳能集热面积）。
结果表明，通过白天持续运行，强烈的阳光和超过30%的湿度事实上可充分配合，平均每天支持产生5升水。如得到广泛部署，这类装置有可能为生活在此类气候条件下的约10亿人提供安全饮用水。作者还以现有装置的潜力比较了这些结果，表明新兴技术有望达成这些目标。
但这些分析聚焦于安全饮水，没有评估其他用途如灌溉、卫生或烹饪等的水。研究人员认为，技术持续发展或可达到他们的预测，并为未来设计提供参考，从而以最大限度提高全球影响。