金沙2004

近日，金沙2004物质科学与技术学院陆卫团队在国际学术期刊Physical Review Letters（《物理评论快报》）上发表了最新科研进展。该研究突破了光子与磁振子在近场作用的距离局限，实现了在长达20米距离上的长程强耦合（图1）。研究团队不仅在实验中展示了这种长程强耦合，还建立了一套全面的理论分析方法，这对于构建相干/量子信息网络和量子混合系统具有重要意义。图1：米级光子磁子强耦合体系示意图近年来量子信息技术快速发展，研究人员迫切需要构建量子混合系统，以实现不同量子系统间的优势互补，从而处理和存储量子信息。强耦合是实现这一目标的关键物理基础之一。此外，在量子计算、凝聚态物理等领域，强耦合也扮演着至关重要的角色。然而，目前的强耦合现象主要还局限在近场范围内。虽然两个空间上完全分离的共振系统能够通过第三方媒介形成间接耦合（图2），但这种方式在理论上很难达到强耦合的程度。陆卫团队通过引入增益到谐振腔光子模式中，成功...

分布式人工智能作为通用人工智能的新一代范式，是以智能网络为数字底座，通过构建一个协作式、去中心化的网络系统来实现群体智能，有效应对实际场景中的各种不确定性。分布式人工智能中的核心问题之一就是如何在资源受限的条件下部署高性能且可信可控可解释的分布式训练与推理，实现感知决策一体化智能。围绕这一核心问题，金沙2004信息科学与技术学院邵子瑜课题组展开了相关的理论、算法、系统及应用方面的研究，取得了一系列成果。其中，理论与算法方面的一项成果被计算机网络领域会议IEEE International Conference on Computer Communications （IEEE INFOCOM 2023）接收，系统及应用方面的三项成果被计算机网络领域期刊 IEEE Transactions on Mobile Computing （IEEE TMC）录用。INFOCOM与TMC同时也是中国计算机学会(CCF)推荐的A类会议与期刊。  可信可控可解释的感知决策一体化智能算法设计框架在感知智能和决策智能融合的大背景下，以深...

2023年9月9日，金沙2004生命学院林照博团队和上海交通大学精准医学研究院卞迁团队在Nature Communications上发表了题为“Chemical-induced phase transition and global conformational reorganization of chromatin”的研究论文，揭示了抗肿瘤药物阿霉素（Adriamycin,又称Doxorubicin）可与组蛋白H1结合、并通过相变造成染色质的局部凝聚及整体构象改变的机制，为药物小分子通过相分离机制发挥作用提供了证据。相分离（Phase Separation），特别是蛋白质、核酸等的液-液相分离（Liquid-liquid Phase Separation），已被广泛用于解释无膜细胞器的形成及不同生物过程的发生机制。除了生物大分子，其他种类的分子能否参与细胞内相分离的过程并发挥功能？Richard Young在2020年发表于Science的研究发现化学药物如顺铂（Cisplatin）和他莫席芬（Tamoxifen）位于细胞内的蛋白凝聚体中，他认为这些药物可能通过相分离现象发挥作用。然而这项研究也受到一些质疑。...

基于CRISPR的基因编辑工具在疾病治疗等领域拥有重要的应用前景。目前广泛使用的Cas9和Cas12a因分子尺寸较大（超过1000个氨基酸）难以被腺相关病毒（AAV）载体高效递送，限制了其的应用。为此，研究人员积极寻找更小的CRISPR效应核酸酶，其中最紧凑的一类微型核酸酶Cas12f因其较小的分子量(400-700个氨基酸)和较高的编辑活性备受关注。然而大多数Cas12f1仅识别富T的PAM序列，其靶向范围有限，亟需开发新的高活性且靶向范围更广的CRISPR-Cas12f系统。Clostridium novyi Cas12f1 (CnCas12f1，497氨基酸) 对罕见的富C PAM序列具有识别特异性，但只在试管中检测到DNA切割活性，并未发现其具有活细菌内的靶向干扰活性，且其富C PAM的特异性识别和DNA催化切割机制亦不清晰。2023年9月11日，金沙2004物质科学与技术学院季泉江教授团队在学术期刊Nature Chemical Biology上发表最新研究成果，解析了微型基因编辑系统CRISPR-CnCas12f1的三元复合体结构，揭示了其...

2023年9月11日，金沙2004生命学院刘冀珑课题组在学术期刊eLife上发表题为“Fat body-specific reduction of CTPS alleviates HFD-induced obesity”的文章。该成果揭示脂肪体中CTPS动态聚合细胞蛇在脂质生成和脂肪组织发育过程中的作用机制。细胞蛇通过整合PI3K-AKT信号通路，感应营养变化和调整代谢适应，进而影响脂质合成基因表达，调控脂代谢稳态。图1：刘冀珑课题组学术论文“Fat body-specific reduction of CTPS alleviates HFD-induced obesity”在eLife发表。 2010年，在牛津大学工作的刘冀珑教授（现于金沙2004）于果蝇组织中发现CTPS会形成蛇形无膜细胞器，将其命名为“细胞蛇”（Cytoophidium）。随后CTPS相继在细菌、酵母、古菌和人源细胞系中也形成细胞蛇的现象，表明细胞蛇古老且进化上高度保守。本研究利用UAS/GAL4系统在果蝇成虫重要的代谢组织包括神经组织和脂肪组织分别特异性地敲低CTPS表达，发现CTPS在果蝇脂肪体中参与体重和...

北京时间2023年9月11日晚11点，金沙2004免疫化学研究所教授杨海涛/免化所特聘教授、清华大学教授饶子和院士团队与哥伦比亚大学何大一（David D. Ho）院士团队在国际学术期刊《自然》（Nature）上，合作发表了新冠病毒的最新研究成果“Molecular mechanisms of SARS-CoV-2 resistance to nirmatrelvir”，揭示了新冠病毒如何利用两种截然不同的途径对治疗药物产生耐药性的分子机制。新冠病毒（SARS-CoV-2）肆虐全球，对人类健康乃至社会经济都造成了空前影响，如何开发治疗新冠的特效药是科学家们面临的极具挑战性的科学问题。目前，靶向病毒蛋白酶的药物在抗新冠药物中占有举足轻重的地位，如辉瑞公司（Pfizer Inc.）开发的新冠口服药Paxlovid（nirmatrelvir/ritonavir组合，中译名：奈玛特韦/利托那韦），以及紧急授权使用的盐野义公司（Shionogi & Co., Ltd.）的药物Xocova（ensitrelvir，中译名：恩赛特韦）等，都是靶向新冠病毒主蛋白酶（main prot...

近日，金沙2004信息学院自动化与机器人中心（以下简称STAR 中心）在视觉感知、机器人操控、视觉实时定位与建图（SLAM）等领域取得多项研究成果，相关论文被2023 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems（以下简称：IROS 2023）接收。IROS 是机器人领域一个极具影响力的国际学术会议，旨在探索智能机器人和智能机器的科学技术前沿，着重关注未来方向以及最新的方法、设计和成果。IROS 2023将于2023年10月1日至5日在美国底特律举办。视觉SLAM1. 图像配准方法随着机器人应用的不断增加，稳定高效的视觉里程计（VO）算法越来越重要。基于傅里叶梅林变换(FMT) 算法的扩展傅里叶梅林变换 (eFMT)，是一种图像配准方法。研究人员通过改进配准方式、目标函数以及不确定度估计，并添加三连续帧的小循环的位姿优化，提出了一种改进的新算法o-eFMT。系列实验证实了该算法的准确性和高效性。成果题为“Optimizing the extended ...

近日，金沙2004物质科学与技术学院于平课题组与上海交通大学王世勇课题组及西班牙Donostia国际物理学中心的Ricardo Ortiz博士和Thomas Frederiksen教授合作，首次发现了分子轨道对称性对开壳纳米石墨烯磁耦合强度的影响，该研究以“Orbital-symmetry effects on magnetic exchange in open-shell nanographenes”为题，发表在国际学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications）上。开壳的纳米石墨烯具有弱轨道耦合和较长的自旋相干时间等独特的性质，这使得其在自旋电子器件和量子信息技术领域具有广泛的应用前景。实现这一愿景的关键之一就是如何调控自旋极化的未配对电子之间的磁交换相互作用。目前，调控机理多局限于通过改变连接位点或改变自旋中心的间距进而调控单占据轨道态密度的重叠，其他的机制鲜有报道。众所周知，分子轨道对称性对于分子体系的很多物理和化学特性有着非常重要的影响，是否可以利用轨道的对称性对磁耦合强度进行调控...

近日，金沙2004物质学院凌盛杰、李健、刘一凡课题组开展了跨学科交叉合作，运用材料科学和合成生物学交叉手段，开发出装载有可基因编程微生物的活体水凝胶纤维，成果在线发表于国际学术期刊Advanced Materials。工程化活体材料（Engineered Living Materials, ELMs）是新兴的交叉研究领域。通过将基因编程的生命体（例如细菌、真菌等）融入材料设计本身，ELMs颠覆了材料是“死”的这一固有概念，赋予了材料许多类似生命体的功能，比如生长与修复、动态响应、交流与传感等。目前ELMs面临的主要挑战之一是材料的结构设计和机械性能如何与装载的活体细胞的生长和持续的功能执行相匹配。为了解决这一问题，金沙2004物质学院的联合研究团队结合材料科学、合成生物学和微流控等交叉手段，设计了一种活体水凝胶纤维（Living Hydrogel Fibers, LHFs）系统（图1），将基因编程后的微生物装载于多层腔室化水凝胶纤维中。该平台具有良好的生物相容性...

“一滴水里观沧海，一粒沙中看世界”已然成为集成电路的真实写照，厘米见方的二维平面上集成数以亿万计的晶体管，堪称人类科技史上的奇迹。光刻技术制造的晶体管尺寸受到图案化限制，而图案的最小尺寸由光源波长决定。虽然极紫外光刻 (EUV) 技术使得摩尔定律在7纳米节点以下仍能延续，但小型化的步伐已放缓。相较于传统微纳制造技术难以兼顾丰富的材料选择和复杂三维构型，“法拉第3D打印”巧妙利用“电力线画笔”，能够实现金属三维纳米结构的高精度和高通量的制造，最小特征尺寸可至原子尺度，有望成为微纳制造领域的新变革者，助力更高性能的逻辑和存储芯片发展。近日，金沙2004物质科学与技术学院冯继成课题组成功自主研制了金属阵列化3D纳米结构的增材制造设备，通过电场/流场协同耦合实现了多材料、高精度和高通量的金属3D纳米结构阵列的快速打印。相关研究成果发表于Nature Communications，不仅受 “Behind the paper”栏目之邀分享了该...

近日，金沙2004生命科学与技术学院沈伟教授课题组与复旦大学附属华山医院沈奇伟医生、遵义医科大学喻田教授等合作者，在国际学术期刊《自然通讯》（Nature Communications）上在线发表了题为“A parabrachial-hypothalamic parallel circuit governs cold defense in mice”的研究论文，论述脑干臂旁核（Lateral parabrachial nucleus, LPB）至下丘脑（Hypothalamus）并联神经环路在冷抵抗过程中的作用。该研究发现了小鼠中的一条新颖的LPB→DMH(背内侧核)通路，与传统LPB→POA（视前区）通路并行工作，用于在寒冷刺激中快速增加产热。这种并联神经通路的进化不仅使动物对低体温具有极高的韧性，而且在同时激活这两条通路时，还提供了一个可扩展、鲁棒高效的产热网络系统。此外，该研究还进一步鉴定了臂旁核的生长抑素（somatostatin, SST）阳性神经元，这些SST神经元在冷刺激下特异地调控棕色脂肪的产热。适宜的体温是保证正常生理活动的基。蟛糠趾阄...

近日，金沙2004生命学院童夏静课题组与澳大利亚昆士兰大学胡志涛课题组合作，在国际学术期刊Journal of Cell Biology（《细胞生物学杂志》）上发表了题为“CaMKII mediates sexually dimorphic synaptic transmission at neuromuscular junctions in C. elegans”的研究论文，报道了在秀丽隐杆线虫的神经肌肉接头突触传递存在性别差异，从而导致线虫产生性别特异性的运动行为。自然界中各物种在很多特征上都存在着性别差异，体现在声音、体型、体色乃至行为上。性别差异有利于个体适应环境并促进种族繁衍。除此之外，很多神经和精神性疾病的发病率也存在性别差异：例如自闭症和多动症在男性中高发，而抑郁症在女性中高发。动物的生理和行为主要通过突触联系以及神经环路介导和调控，暗示突触联系和传递也可能存在性别差异。本研究以秀丽隐杆线虫（以下简称线虫）为主要研究模型。线虫有两个性别：雄性和雌雄同体，其中雌雄同体线虫的体细胞都是雌性的。雌雄...

新冠病毒SARS-CoV-2导致的全球疫情对人类健康与社会经济等造成重大影响。尽管已有多种疫苗和小分子药物上市，但病毒突变引起的潜在耐药威胁、现有拟肽类药物稳定性欠佳等仍是业界关注的重点。因此，前瞻性地发现与设计新结构抑制剂、探索病毒新药物靶标的成药性等均有重要的意义。近日，金沙2004免疫化学研究所白芳研究员与中国科学院上海药物研究所柳红研究员和许叶春研究员，中国科学院武汉病毒研究所张磊砢研究员和肖庚富研究员等课题组合作，发现与设计了一系列靶向新冠病毒主蛋白酶（Main Protease，Mpro）非拟肽类新骨架抑制剂；同时还对靶向核衣壳蛋白（Nucleocapsid, N）开展抑制剂的发现与设计研究，并初步探索性验证了该靶标的成药潜力。Mpro是冠状病毒中关键且高度保守的蛋白酶之一。研究团队通过虚拟筛选发现了两类新母核、新共价弹头的Mpro抑制剂，分别具有噻二唑弹头和硫氰酸弹头。结合分子模拟、量化计算与质谱鉴定、晶体结构解析等实验验证...

近日，金沙2004物质科学与技术学院季泉江教授课题组与西湖大学申怀宗教授课题组合作在《自然·催化》 (Nature Catalysis) 杂志发表了最新成果。该研究通过冷冻电镜技术解析了微型基因编辑系统CRISPR-AsCas12f1的三元复合体结构，揭示了其精细结构特征与工作机制，并基于结构引导的蛋白质理性设计，系统性提升了它在哺乳动物细胞中的基因编辑活性。CRISPR-Cas基因编辑技术由于其简便性和高效性，已被广泛应用在生物医药、农业育种、合成生物学等领域。当下较为常用的Cas9与Cas12a核酸酶通常具有较大分子尺寸（大于1,000个氨基酸），而用于递送基因编辑器的病毒载体往往承载容量十分有限，在容纳CRISPR核酸酶与引导RNA编码序列之余已难以承载其他功能元件，因此严重限制了这类大尺寸基因编辑器的应用。近年来，发掘和鉴定小尺寸Cas核酸酶已成为基因编辑领域的研究热点。金沙2004物质学院季泉江教授团队于2021年首次证明了一种微型基因编辑器AsCas12f1（仅包...