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深圳先進院 | 拓撲聲鑷操控粒子智能避障波浪前進（Science Advances）

近日，中國科學院深圳先進技術研究院醫(yī)學成像科學與技術系統(tǒng)全國重點實驗室鄭海榮院士、李飛研究員，聯(lián)合華中科技大學祝雪豐教授，提出了一種在復雜強散射介質中實現(xiàn)精準、動態(tài)、穩(wěn)定聲操控的突破性解決方案聲鑷技術憑借其非接觸式操控優(yōu)勢，已在細胞、生物分子等微納米尺度顆粒操控領域獲得廣泛應用。然而，傳統(tǒng)聲鑷在復雜非均勻介質（如生物組織、復雜流體）中面臨著根本性挑戰(zhàn)：聲波穿過不同密度、聲速的介質時會發(fā)生散射、反射、折射和畸變，導致聲場紊亂，造成操控失效，成為非均勻復雜介質中實現(xiàn)精準操控的主要障礙。近日，中國科學院深圳先進技術研究院醫(yī)學成像科學與技術系統(tǒng)全國重點實驗室鄭海榮院士、李飛研究員，聯(lián)合華中科技大學祝雪豐教授，提出了一種在復雜強散射介質中實現(xiàn)精準、動態(tài)、穩(wěn)定聲操控的突破性解決方案：1）通過引入聲學拓撲新物理對結構無序、制造缺陷、環(huán)境擾動、背向散射的免疫和魯棒性優(yōu)勢，在主動設計的拓撲聲子晶體中，激發(fā)具有“拓撲保護”的局域化谷態(tài)駐波場，實現(xiàn)了顆粒沿任意設計軌跡的高精度、空間選擇性、可編程的“波浪式”智能定向輸運；2）通過調控入射波相位，利用散射系統(tǒng)中受拓撲保護的駐波輻射力，可在存在拐角、空腔和無序等缺陷條件下實現(xiàn)穩(wěn)定的高效顆粒操控；3）通過與傳統(tǒng)聲子晶體波導對比，以及跨三通道拓撲質量環(huán)路實驗，進一步凸顯了拓撲魯棒性的聲操控優(yōu)勢。該體系的可擴展性與魯棒性為在生物組織等復雜非均勻介質中維持穩(wěn)定的操控力場提供了理論基礎，也為從根本上解決聲鑷在復雜、非理想環(huán)境中精確穩(wěn)定合成的難題提供了新范式，對光鑷、拓撲物理等相關領域亦具有重要的借鑒意義。相關研究成果以"Demonstration of topological acoustic tweezing for robust mass transport"為題，于1月1日發(fā)表在Science Advances上。美國德克薩斯大學奧斯汀分校終身教授Yuebing Zheng在Science Advances上同期撰寫了特約評論文章（Focus article）“Sound matters: Using acoustics to move material”，認為：Zheng and co-workers present one of the pioneering demonstrations of topological acoustic tweezers. …… The foundational work by Zheng and co-workers offers several promising avenues for future research: system miniaturization and integration, reconfigurable waveguide structures, diversified manipulation modes.中國科學院深圳先進技術研究院鄭海榮院士和李飛研究員、華中科技大學祝雪豐教授為論文共同通訊作者；中國科學院深圳先進技術研究院助理研究員黃來鑫、華中科技大學博士研究生向霄與中國科學院深圳先進技術研究院博士后李宗霖為并列第一作者。該研究獲國家重點研發(fā)計劃、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項（B類）、國家自然科學基金、廣東省自然科學基金、深圳市基礎研究重點項目與廣東省磁共振與多模態(tài)成像重點實驗室等資助。拓撲顆粒輸運的物理機制利用旋轉角相反的不銹鋼柱陣列構建了水下谷拓撲絕緣體。通過能帶結構分析和透射譜測量確定了當聲波頻率為470kHz時，可激發(fā)沿結構界面?zhèn)鞑サ倪吔鐟B(tài)產生，從而構建能量局域化的拓撲通道。當聲波從通道兩端入射后，會在通道內相互干涉，產生受拓撲保護的拓撲駐波場。通過調節(jié)入射波的相位差φ，可使捕獲在勢阱中的微顆粒隨駐波聲壓波腹移動而實現(xiàn)輸運。直線型拓撲波導中的局域化駐波與顆粒輸運根據波動物理學基本原理，兩列反向傳播的平面波疊加可形成駐波場。當兩列行波間的相位差變化時，所有聲壓波節(jié)與波腹將沿聲傳播方向移動。本研究通過光纖水聽器測量了不同相位差條件下的拓撲界面處的聲場分布，驗證了該調控策略在拓撲保護散射系統(tǒng)中同樣有效。進一步，實現(xiàn)了PDMS顆粒在通道內聲壓波腹處的捕獲和沿鋸齒狀路徑的輸運，并揭示了拓撲聲場中的輻射力對顆粒運動的操控機制。含缺陷拓撲波導中的穩(wěn)健顆粒輸運接下來研究了拓撲結構缺陷對顆粒輸運的影響。首先，對比了包含拐角缺陷的聲學拓撲波導（ATW）和由A晶格組成的聲子晶體波導（PCW）。實驗結果表明，在ATW中，微粒能夠順利穿越拐角，并在長距離的復雜軌跡上實現(xiàn)魯棒輸運。相比之下，PCW完全無法實現(xiàn)定向的微粒輸運，微粒僅在起始位置附近振蕩。隨后，在直線型ATW中移除了兩個柱體，構建了空腔缺陷。盡管顆粒在通過該腔體后，暫時偏離了界面，但之后迅速返回通道完成定向輸運。以上結果凸顯了拓撲聲鑷對顆粒的穩(wěn)健操控能力。拓撲質量循環(huán)輸運最后，利用谷邊界態(tài)的聲學分束能力（在界面交匯處，邊界態(tài)會分裂至相同能谷的通道中）構建了一個聲學循環(huán)器。此聲學循環(huán)器由交匯于一點的三條拓撲通道組成。通過切換激活不同的通道端口和循環(huán)相位調制，實現(xiàn)了跨越三個端口的粒子循環(huán)輸運，展示了拓撲聲鑷的智能化和路徑選擇性的輸運能力。拓撲聲鑷“波浪式”智能避障定向輸運顆粒示意圖圖1:?拓撲聲學質量輸運。(A)?利用谷霍爾拓撲絕緣體實現(xiàn)顆粒輸運示意圖。(B)?元胞能帶結構。插圖為兩種谷態(tài)(q?和p?)的模擬本征場分布。(C)?超胞能帶結構及通過傅里葉變換得到的相應頻譜。(D)?在470 kHz頻率下，谷霍爾拓撲絕緣體中的仿真聲壓場分布，平面波從左邊界入射。(E)?晶格B和晶格A-B界面的實驗測量透射譜。在帶隙范圍內（如黑色虛線標注）可觀察到明顯的拓撲波傳輸。圖2：直線型拓撲波導中的駐波與質量輸運。(A) 實驗樣品及駐波激勵示意圖。插圖標明了晶格A-B界面（x-z平面）與顆粒操控觀測平面（x-y平面），紅色虛線標示x-y平面中晶格A與B的分界處。(B) 和 (C) 不同相位差條件下x-y平面的模擬聲壓場與x-z平面的實測聲壓場。其中z軸原點位于柱體上表面。(D) 距A-B界面四個晶格常數距離處的x-z平面聲壓場分布。(E) PDMS顆粒在拓撲通道中的輸運。(F) 相位差φ遞增與遞減時顆粒往返仿真運動軌跡。(G) 顆粒位移隨φ的變化關系。插圖標注了φ=0,2.5π,5π時的顆粒位置（從左至右）。(H) x與y方向聲輻射力隨φ的變化關系。插圖標注當Fy達到峰值時顆粒的位置（實心圓）及下一時刻位置（空心圓）圖3：聲學拓撲波導（ATW）中的聲微流控技術。(A) 帶有拐角缺陷的ATW中的穩(wěn)健顆粒輸運。(B) 聲子晶體波導（PCW）中的顆粒運動。(C) ATW和PCW中顆粒（PCW以圖B中顆粒1為例）沿x和y方向的位移。(D) 帶有空腔缺陷的ATW中的顆粒輸運。(E) 聲波分別從結構兩側入射時，圖D橙色矩形標注區(qū)域聲場的相位云圖及等高線圖。(F) 聲輻射力將ATW界面外的PDMS顆粒吸引至界面圖4：拓撲質量循環(huán)。(A) 拓撲聲學循環(huán)器示意圖。(B) 聲波從端口P1和P2入射時的仿真聲壓場分布。黑色箭頭描繪了聲輻射力的方向。(C)至(E)分別展示從端口P1到P2、從P2到P3、從P3到P1質量輸運的實驗結果。(F) 三個端口處聲源相位的時序變化，以及在(C)至(E)中標記的六個點處計算得到的聲壓幅值視頻1: 相位調控時間間隔（△t）和入射聲壓（p0）對顆粒輸運的影響視頻2: 直線型拓撲波導中操控顆粒智能避障“波浪式”前進視頻3：聲學拓撲波導中的顆粒運動視頻4: 傳統(tǒng)聲子晶體波導中的顆粒運動視頻5: 含有空腔缺陷的拓撲波導中的顆粒輸運視頻6: 拓撲質量循環(huán)輸運

2026-01-05

華南植物園揭示南亞熱帶優(yōu)勢木本葉片最小導度種間差異及其影響因子

全球氣候變化對陸地植物水分關系產生了深遠影響，尤其是在降水格局改變、氣溫升高以及極端干旱事件頻發(fā)的背景下，植物面臨著嚴峻的生長和存活挑戰(zhàn)。葉片最小導度表征氣孔關閉后水分流失的速率，與植物在極端干旱條件下的生長和存活密切相關。前人的研究表明，葉片最小導度在物種間具有顯著差異，但是影響不同功能類群植物（如喜光種VS耐蔭種）葉片最小導度種間差異的關鍵因子，仍不明晰。中國科學院華南植物園恢復生態(tài)學研究團隊博士后廖良寧等科研人員，選取南亞熱帶常綠季風闊葉林的39種優(yōu)勢木本植物，涵蓋喜光種與耐蔭種兩個功能類群，通過測定葉片相關性狀和模型分析發(fā)現(xiàn)，角質層厚度是影響葉片最小導度差異的主要因子。其中，喜光種葉片的角質層較薄，氣孔分布比例較高，葉片最小導度顯著高于耐蔭種（圖）。此外，喜光種通過較高的光合速率實現(xiàn)更高效的碳獲取能力，但同時也承擔著更大的水分虧缺風險；而耐蔭種以較厚的葉片角質層和較低的氣孔分布比例，采取的是更為保守的水分利用策略，進一步證明植物在碳獲取與水分利用之間存在權衡關系。該研究揭示了光需求策略驅動的不同功能類群植物葉片解剖結構、葉片最小導度以及碳獲取能力之間的協(xié)同變化，為深入理解氣候變化背景下森林植物的干旱響應與適應提供了新的視角。相關研究結果以“Minimum leaf conductance varied across 39 sub-tropical woody species with contrasting light requirement strategies”為題發(fā)表于國際主流刊物Journal of Experimental Botany（《實驗植物學雜志》）。該研究得到了國家自然科學基金等項目的資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1093/jxb/eraf318圖. 不同光需求策略物種的葉片功能性狀差異。左圖（A、C、E）：耐蔭種的氣孔與角質層特征（以黃果厚殼桂Cryptocarya concinna為例）；右圖（B、D、F）：喜光種的氣孔與角質層特征（以黃牛木Cratoxylum cochinchinense為例）。

2026-01-01

南海海洋所?|?DAS技術探測新突破：光纖傳感實現(xiàn)島礁水動力過程高精度監(jiān)測

近日，中國科學院南海海洋研究所夏少紅研究員團隊在南海北部島礁區(qū)，成功利用分布式聲學傳感（DAS）技術開展水動力環(huán)境觀測研究，為揭示島礁水動力過程及其岸線演化機制提供一項革新手段。相關成果以Hydrodynamic Processes of a Typical Reef Island in the Northern South China Sea Revealed by Distributed Acoustic Sensing為題發(fā)表于《中國科學：地球科學》（Science China: Earth Science），論文第一作者為博士研究生周博，通訊作者為研究員夏少紅，共同作者包括副研究員張昌榕、王新洋及博士后張成龍。水動力過程是控制島礁地貌發(fā)育與演化的核心因素，也是影響島礁工程建設安全的關鍵。然而，傳統(tǒng)觀測因測點稀疏、成本高昂，難以連續(xù)高分辨率監(jiān)測。為突破這一瓶頸，研究團隊通過自主鋪設光纜（圖1），創(chuàng)新性地在西沙群島宣德環(huán)礁的趙述島及其周邊海域部署了一套海陸一體化的DAS觀測系統(tǒng)。該系統(tǒng)成功實現(xiàn)了對島礁復雜水動力環(huán)境的高密度、連續(xù)監(jiān)聽。通過對連續(xù)5天觀測數據的精細解譯，研究團隊成功識別并分離出多種水動力信號，包括由海表重力波（海浪）傳播引起的海底應力波動、由復雜地形導致的局部湍流、在岸線破碎的拍岸浪能量以及海流流經光纜時產生的渦激振蕩信號。進一步分析揭示了這些水動力信號與區(qū)域潮汐周期、風場變化及海底地形（如礁坪、潟湖、水下沙洲等）之間存在顯著耦合機制。圖1?光纜鋪設示意圖研究發(fā)現(xiàn)，海浪和局部湍流信號分別集中于0.1-0.6 Hz和2-10 Hz頻段，兩者的能量隨潮位漲落呈現(xiàn)顯著的周期性波動特征（圖2），并且在礁脊到潟湖方向上表現(xiàn)出明顯的空間衰減梯度（圖3）。光纜渦激振蕩信號主要集中于0.6-2 Hz頻段，其產生過程受到風向的控制，且振蕩頻率與潮位變化呈負相關。拍岸浪信號的能量則受地形、潮汐和風場的多重影響：防波堤海岸拍岸浪的破碎效應顯著強于沙灘海岸（圖4）；拍岸浪能量的波動與潮汐和風場變化具有強相關性；基于觀測數據估算的波浪反射系數符合典型碎石防波堤的物理特征。圖2?水下光纜記錄的信號波形與時頻譜，高頻、中頻和低頻信號分別對應局部湍流、渦激振蕩和海浪過程圖3?水下陣列信號能量的空間分布特征圖4?防波堤海岸（建設區(qū)）和沙灘海岸拍岸浪信號的強度對比該研究突破傳統(tǒng)觀測的時空分辨率瓶頸，證實DAS可在珊瑚礁復雜地形中同步獲取海浪、湍流、拍岸浪與流致振動信息。所獲高分辨率水動力數據集可直接用于防波堤穩(wěn)定性評估與岸坡優(yōu)化設計、島礁港口航道選線與資源開發(fā)布局，以及珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)保護與修復的動態(tài)基線建立。該研究得到國家重點研發(fā)計劃項目、中國科學院南海海洋研究所自主部署項目和廣州市科技計劃項目的資助。文章信息：Zhou B，Xia S*，Zhang C,et al. Hydrodynamic Processes of a Typical Reef Island in the Northern South China Sea Revealed by Distributed Acoustic Sensing. SCI CHINA EARTH SCI,2025.原文鏈接：https://doi.org/10.1360/SSTe-2025-0100

2025-12-18

南海海洋所?|?深度學習驅動的大氣降尺度技術研究取得新進展

近日，南海海洋所儀器中心與中山大學、汕頭大學、香港天文臺等機構合作，在深度學習氣象數據降尺度研究中取得新進展。團隊成功研發(fā)出一種基于隱式神經網絡混合專家模型（Mixture of Implicit Networks,MINet）的大氣降尺度新方法。相關研究成果以“Arbitrary-scale atmospheric downscaling with mixture of implicit neural networks trained on fixed-scale data”為題，發(fā)表于人工智能領域頂級期刊Pattern Recognition。該研究突破了傳統(tǒng)深度學習模型僅能在固定分辨率下運行的局限，為精細化區(qū)域氣候分析與天氣預報提供了高精度、高靈活性的技術手段。南海海洋所儀器中心高級工程師周巍與中山大學副教授胡建芳為論文通訊作者，中山大學碩士研究生陳騰躍與汕頭大學講師謝潔嵐為論文共同第一作者。在全球氣候變化研究中，將低分辨率的大尺度氣候模式數據（如CMIP6）轉化為高分辨率區(qū)域數據，是準確評估極端天氣與區(qū)域微氣候的關鍵。然而，現(xiàn)有主流國際工具普遍受限于“固定尺度”約束。研究團隊提出全新范式MINet，通過多尺度隱式特征構建與基于坐標的混合專家解碼器，實現(xiàn)了僅需一次固定尺度訓練，即可完成任意尺度氣象數據的超分辨率重建。MINet在技術上展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，在與微軟研究院開發(fā)的地球科學基礎大模型ClimaX的對比測試中，MINet不僅性能更優(yōu)，更具備ClimaX所缺乏的任意尺度推斷能力。在MPI-ESM到ERA5的標準降尺度任務（4倍放大）中，MINet在Z500（500hPa位勢高度）、T850（850hPa溫度）等五個關鍵氣象變量上的加權均方根誤差（LRMSE）均顯著低于ClimaX，且皮爾遜相關系數更高。此外，MINet在陸地與海洋區(qū)域的誤差分布較ResNet、U-Net等經典架構更為平穩(wěn)，能靈活適應不同科研任務對分辨率的特定需求。圖1?MINet實現(xiàn)大氣變量任意尺度降尺度的示意圖（以青藏高原Z500和斯里蘭卡周邊海域T850為例）研究團隊下一步將依托南海海洋所超算平臺，拓展MINet在實時天氣預報及多源衛(wèi)星數據融合中的應用，構建面向南海及周邊區(qū)域的精細化氣象要素重構系統(tǒng)，為海洋災害預警和區(qū)域氣候評估提供核心算法支撐。論文信息：Chen, T.-Y., Xie, J.-L., Zhou, W.*, Hu, J.-F.*, Yao, P.-Q., Liang, T.-M., Zheng, W.-S., & Chan, P.-W. (2026). Arbitrary-scale atmospheric downscaling with mixture of implicit neural networks trained on fixed-scale data.?Pattern Recognition, 173, 112802.論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.patcog.2025.112802

2025-12-18

酸性土壤的破局者：桃金娘如何“化害為利”？?

——揭示ALMT家族功能分化促進植物對酸鋁環(huán)境的適應機制酸性土壤是全球分布最廣泛的耕地土壤類型之一，其面積占全球潛在耕地總量的50%以上，在我國南方更是農業(yè)生產的核心土壤基質。然而，酸性土壤中釋放的可溶性鋁離子（Al3?）極易對植物根系造成損傷，是限制作物生長發(fā)育的關鍵非生物脅迫因子。自然界中部分植物演化出了獨特的鋁適應策略，泛熱帶亞熱帶分布的桃金娘科植物普遍對酸鋁環(huán)境具有良好的適應，包括該科代表物種桃金娘（Rhodomyrtus tomentosa）。作為酸性土壤的指示物種和我國南方退化生態(tài)系統(tǒng)的先鋒樹種，桃金娘不僅能在高鋁脅迫環(huán)境中正常生長，還可利用低濃度鋁離子促進自身發(fā)育。這一“化害為利”的特殊現(xiàn)象背后的分子機制，長期以來備受學界關注。近日，中國科學院華南植物園鄧書林研究員團隊在植物學經典期刊Plant Physiology上發(fā)表題為“Functional divergence of ALMTs mediates organic acid transport and callose synthesis for aluminum tolerance in rose myrtle”的研究論文，系統(tǒng)解析了桃金娘適應鋁脅迫并實現(xiàn)鋁促生長的雙重分子調控機制。研究團隊圍繞桃金娘響應鋁脅迫的核心通路展開深入探究，發(fā)現(xiàn)鋁激活蘋果酸轉運蛋白（ALMT）家族中的兩個關鍵基因RtALMT11與RtALMT18存在顯著的功能分化特征，為解析植物鋁適應的復雜調控網絡提供了全新視角。該研究從系統(tǒng)生物學層面闡明，ALMT基因家族正是通過功能分化的方式，實現(xiàn)對植物鋁響應過程的精細調控：RtALMT11介導經典的鋁誘導型防御響應，通過分泌蘋果酸螯合根際鋁離子以降低其毒害作用，屬于被動抵御鋁脅迫的策略；而RtALMT18則演化出低鋁誘導的類組成型表達特性，不僅參與調控細胞壁胼胝質合成，還能協(xié)同調控植物生長信號通路，實現(xiàn)“耐鋁脅迫”與“促進生長”的雙重功能，代表了一種主動適應鋁環(huán)境的進化方向。這種功能分化模式，使桃金娘能夠精準應對不同濃度的鋁離子環(huán)境——在低鋁條件下促生增效，在高鋁脅迫下防御自保，最終實現(xiàn)對酸性土壤生境的完美適應。該研究拓展了植物鋁毒耐受與鋁促生長的分子理論體系，為植物逆境適應的進化生物學研究提供了新的框架，揭示了ALMT基因家族功能分化的具體機制，為該基因家族的功能演化研究開辟了全新方向。桃金娘中兼具耐鋁與促生功能的關鍵基因RtALMT18為作物分子育種提供了優(yōu)質的基因資源。該研究成果為桃金娘應用于酸性土壤的生態(tài)修復提供了重要的理論依據與技術支撐。華南植物園已出站博士后楊玲為該論文第一作者，鄧書林研究員為通訊作者。研究工作得到國家自然科學基金和廣東省科技計劃項目資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf655

2025-12-31

深圳先進院丨發(fā)現(xiàn)高脂飲食導致外側隔核功能失調進而加劇肥胖的新機制（Nature Communications）

近年來，全球超重和肥胖人數持續(xù)增長，一個重要原因是高熱量美味食品變得更容易獲得。即使在不餓的時候，人們也常常因為食物的美味而額外進食。這種由愉悅感驅動的進食，被稱為“享樂性進食”。它容易引發(fā)過度進食，是導致肥胖的關鍵原因之一。此前中國科學院深圳先進技術研究院朱英杰團隊發(fā)現(xiàn)外側隔核的激活能夠抑制享樂性進食，是大腦進食行為調控網絡中的“剎車系統(tǒng)”，也是防治肥胖的潛在靶點。近年來，全球超重和肥胖人數持續(xù)增長，一個重要原因是高熱量美味食品變得更容易獲得。即使在不餓的時候，人們也常常因為食物的美味而額外進食。這種由愉悅感驅動的進食，被稱為“享樂性進食”。它容易引發(fā)過度進食，是導致肥胖的關鍵原因之一。此前中國科學院深圳先進技術研究院朱英杰團隊發(fā)現(xiàn)外側隔核（Lateral septum,LS）的激活能夠抑制享樂性進食，是大腦進食行為調控網絡中的“剎車系統(tǒng)”，也是防治肥胖的潛在靶點。肥胖本身會不會影響這個“剎車系統(tǒng)”的功能？它又如何反過來影響肥胖的發(fā)展？12月27日，中國科學院深圳先進技術研究院腦認知與腦疾病研究所/深港腦科學創(chuàng)新研究院朱英杰團隊于Nature Communications上發(fā)表最新研究，通過單細胞測序、電生理記錄、鈣成像等技術，揭示了高脂飲食通過削弱外側隔核的“剎車”功能，導致進食失控，從而推動肥胖進程。研究團隊發(fā)現(xiàn)，長期吃美味的高脂食物導致小鼠快速發(fā)生肥胖，同時其外側隔核中的GABA能神經元的功能出現(xiàn)了明顯減退。這些神經元中，兩個關鍵基因的表達顯著下降：一個是超極化激活環(huán)核苷酸門控陽離子通道1 (Hcn1)，可以調節(jié)神經元興奮性；另一個是谷氨酸脫羧酶2 (Gad2)，負責合成抑制性神經遞質GABA。隨后，通過單細胞鈣成像及膜片鉗記錄，團隊證實肥胖小鼠外側隔核神經元的興奮性發(fā)生下調。進一步研究發(fā)現(xiàn)，Hcn1基因的下調是導致神經元“活性下降”的重要原因。而如果重新提高該基因的表達，就能有效抑制高脂飲食引發(fā)的小鼠暴食行為，從而消除肥胖的發(fā)生。有意思的是，這種干預并不影響小鼠對普通食物的正常進食。另一方面，Gad2基因的下降則導致LS合成的GABA減少，使得它對下游腦區(qū)（如外側下丘腦，下丘腦結節(jié)核等）的“抑制指令”變弱。如果恢復Gad2的表達，就能重新增強其抑制性信號輸出，有效阻止高脂飲食引起的過度進食與肥胖。同樣的，這種干預也不影響小鼠對普通食物的正常進食。綜上，這項研究不僅加深了我們對飲食如何影響大腦進食“剎車”系統(tǒng)的理解，還為未來精準干預享樂性進食誘發(fā)肥胖的治療提供了新的靶點和思路。深圳先進院聯(lián)合培養(yǎng)的博士姜少磊（上海理工大學，現(xiàn)為河南省醫(yī)學科學院電生理研究所助理研究員）和博士生賴詩詩（云南大學）是本項工作的共同第一作者，通訊作者為陳高偉助理研究員與朱英杰研究員。該項目受到中國科學院先導專項、國家自然科學基金委、廣東省科技廳、深圳市科創(chuàng)委等資助。感謝深港腦科學創(chuàng)新研究院以及深圳市腦解析與腦模擬重大科技基礎研究設施對本研究的支持。文章上線截圖圖1.?長期高脂飲食導致LSGABA神經元興奮性下降圖2. Hcn1通過調節(jié)LSGABA神經元興奮性干預高脂飲食引發(fā)的肥胖進程圖3. Gad2通過調節(jié)LSGABA神經元對下游的抑制能力干預高脂飲食引發(fā)的肥胖進程文章鏈接

2025-12-31

深圳先進院?| 主動導航微型可調剛度機器人賦能介入手術實現(xiàn)小腔道精準取樣與靶向轉運（Nature Communications）

中國科學院深圳先進技術研究院生物醫(yī)學與健康工程研究所徐海峰研究員團隊在磁控微米機器人導管領域取得重要進展。研究團隊研發(fā)出一種基于磁性螺旋形機器人的微機器人系統(tǒng)（Helixoft），該系統(tǒng)可無縫集成至商用微導管中，首次在微米尺度實現(xiàn)了遠程且無損的磁控可編程剛度調節(jié)，并兼具主動轉向能力。在支氣管、腦血管、輸卵管等狹窄而曲折的自然腔道中開展微創(chuàng)介入手術，始終是臨床實踐中的重大挑戰(zhàn)。理想的介入器械需要在不同操作階段實現(xiàn)可控的力學響應：一方面，具備足夠的柔順性，以安全穿行于分叉和彎曲的腔道結構；另一方面，在相對筆直的通道或抵達目標區(qū)域時保持必要的剛度，以避免導管打卷并確保穩(wěn)定操作。然而，現(xiàn)有微導管的力學性能大多在制造階段便已固化，缺乏一種微型化、非破壞性且易于系統(tǒng)集成的動態(tài)剛度調節(jié)手段，難以適應介入路徑中不斷變化的機械環(huán)境。這一局限不僅增加了手術操作難度，也在一定程度上制約了微創(chuàng)介入技術在復雜腔道中的進一步應用。近日，中國科學院深圳先進技術研究院生物醫(yī)學與健康工程研究所徐海峰研究員團隊在磁控微米機器人導管領域取得重要進展。研究團隊研發(fā)出一種基于磁性螺旋形機器人的微機器人系統(tǒng)（Helixoft），該系統(tǒng)可無縫集成至商用微導管中，首次在微米尺度實現(xiàn)了遠程且無損的磁控可編程剛度調節(jié)，并兼具主動轉向能力。該研究成果在Nature Communications上發(fā)表，論文題目為"Magnetically controlled microrobotic system for programmable stiffness tuning and active steering of microcatheters"。為應對磁驅變剛導管在尺寸、安全性和遠場操控方面的限制，Helixoft系統(tǒng)通過將剛性磁性螺旋結構與柔性微管相結合，實現(xiàn)了磁響應能力與機械順應性的協(xié)同設計。基于“材料磁化—器件結構—磁場模式”三位一體的設計框架，研究團隊構建了一種將磁驅螺旋運動與磁致彎曲相結合的解耦控制策略，在單一外部磁場作用下即可實現(xiàn)微導管剛度調節(jié)與主動轉向的獨立遠程控制。該系統(tǒng)專為狹窄敏感的小腔道環(huán)境而設計，可集成至直徑小至300微米的商用微導管中，實現(xiàn)跨越40倍范圍的連續(xù)剛度調節(jié)。通過建立描述其力學行為的理論模型，實現(xiàn)對Helixoft微導管運動姿態(tài)的精確預測。此外，Helixoft微導管具備良好的功能擴展性，不僅支持多節(jié)段分布式、相互獨立的剛度調節(jié)，還可集成微型攝像探頭、電極或激光光纖等模塊，為實時成像、組織消融和多模態(tài)微創(chuàng)介入操作提供支持。在多例活體動物支氣管模型中，研究團隊在Helixoft系統(tǒng)中集成了微型成像器件，并結合臨床影像設備與自主搭建的導管推進機構，開展了基于雙模態(tài)影像引導的磁控導航與靶向藥物轉運實驗。通過血液炎癥反應檢測和組織學分析等系統(tǒng)性評估，驗證了該系統(tǒng)在體內應用中的可行性與安全性。同時，還完成了輸卵管離體器官模型中精準取樣演示。 Helixoft微機器人系統(tǒng)為微創(chuàng)介入器械提供了一種全新的“機器人賦能”技術范式。通過在單一外部磁場作用下實現(xiàn)器械力學性能與運動形態(tài)的實時重構，該系統(tǒng)有望突破傳統(tǒng)介入工具在復雜腔道環(huán)境中的操控瓶頸。其良好的可擴展性和系統(tǒng)兼容性，也為與成像、治療及感知模塊的深度融合奠定了基礎。隨著技術的進一步完善，Helixoft微機器人系統(tǒng)有望在精準取樣、靶向遞送及智能介入等應用場景中發(fā)揮重要作用，為下一代智能化、低損傷的微創(chuàng)介入手術提供新的技術支撐。課題組劉源副研究員、博士研究生黃靜和研究助理趙旭輝為共同第一作者，徐海峰研究員為本文獨立通訊作者。本研究工作得到了國家自然科學基金優(yōu)秀青年科學基金等項目的支持。圖1?具備磁驅遠程變剛和主動導航能力的Helixoft介入機器人導管

2025-12-30

廣州健康院合作在呼吸道高致病性腺病毒疫苗研發(fā)方面取得新進展

近日，中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院聯(lián)合廣州醫(yī)科大學/呼吸疾病全國重點實驗室、廣州國家實驗室等在國際知名期刊《Molecular Therapy》上發(fā)表題為“A replication-incompetent adenovirus type 55 vaccine induces broad and durable protective immunity against pathogenic adenoviruses”?的研究論文（https://doi.org/10.1016/j.ymthe.2025.12.027），報道了研發(fā)的一款復制缺陷型HAdV-55候選疫苗，可誘導針對呼吸道高致病性HAdV-55，HAdV-11和HAdV-14的長效保護性免疫應答。近日，中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院聯(lián)合廣州醫(yī)科大學/呼吸疾病全國重點實驗室、廣州國家實驗室等在國際知名期刊《Molecular Therapy》上發(fā)表題為“A replication-incompetent adenovirus type 55 vaccine induces broad and durable protective immunity against pathogenic adenoviruses”?的研究論文（https://doi.org/10.1016/j.ymthe.2025.12.027），報道了研發(fā)的一款復制缺陷型HAdV-55候選疫苗，可誘導針對呼吸道高致病性HAdV-55，HAdV-11和HAdV-14的長效保護性免疫應答。人腺病毒（Human adenovirus，HAdV）是一種無包膜的雙鏈DNA病毒，至今已發(fā)現(xiàn)超過100多個型別，其中HAdV-3、4、7、11、14、55等型別為呼吸道高致病性病原體，在兒童、青少年及免疫力低下人群容易爆發(fā)流行，可導致重癥肺炎甚至死亡病例發(fā)生，當前尚無特效藥物及預防疫苗，因此，亟需研發(fā)針對高致病性腺病毒的疫苗。疫苗是預防呼吸道病原體感染的有效手段，新冠、流感、RSV等已有上市疫苗，但對于高致病性腺病毒卻一直缺乏安全有效的疫苗。研究團隊利用基因工程技術，刪除了病毒復制所需的E1基因以及E3基因并改造了E4基因，獲得復制缺陷型HAdV-55候選疫苗，該疫苗株不能在人及動物細胞中復制，僅可在HEK393細胞中復制及生產，產量高且保證了疫苗的安全性。在小鼠及獼猴，接種該疫苗可誘導抗HAdV-55、11和14的長效且高水平的中和抗體和細胞免疫應答。利用團隊此前建立的hDSG2受體人源化小鼠感染模型（Y Feng,et al. Journal of Virology，2020），證實該疫苗可有效保護小鼠免受HAdV-55、11和14的攻毒感染。重要的是，將獼猴接種疫苗16個月后采集的血清過繼轉移給小鼠，仍能提供高效保護，顯示該候選疫苗可誘導較持久的體液免疫。同時，團隊利用早期建立的HAdV-55中和抗體表位鑒定系統(tǒng)（Y Feng,et al. Virology，2018），闡釋了該候選疫苗誘導產生的中和抗體識別抗原靶標的特點，為研發(fā)疫苗及中和抗體藥物提供依據。廣州醫(yī)科大學/呼吸疾病全國重點實驗室陳凌教授，中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院馮立強研究員、李平超博士為本論文的共同通訊作者，廣州實驗室馮穎博士為本論文第一作者。該研究工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、呼吸疾病全國重點實驗室等的資助。論文鏈接復制缺陷型HAdV-55疫苗研究概要

2025-12-29

深圳先進院?| 科研團隊找到神經血管損傷“幕后推手”（European Heart Journal）

缺血性腦卒中（俗稱“腦梗”）是全球導致死亡和致殘的主要疾病之一。盡管近年來血管內取栓、靜脈溶栓等再灌注治療手段顯著改善了患者神經功能和臨床預后，但由于血腦屏障滲漏及神經血管損傷等并發(fā)癥的限制，仍有近半數患者接受再灌注治療后面臨神經功能障礙甚至繼發(fā)出血等風險，成為缺血性腦卒中治療中最棘手的臨床難題之一。缺血性腦卒中（俗稱“腦梗”）是全球導致死亡和致殘的主要疾病之一。盡管近年來血管內取栓、靜脈溶栓等再灌注治療手段顯著改善了患者神經功能和臨床預后，但由于血腦屏障滲漏及神經血管損傷等并發(fā)癥的限制，仍有近半數患者接受再灌注治療后面臨神經功能障礙甚至繼發(fā)出血等風險，成為缺血性腦卒中治療中最棘手的臨床難題之一。12月26日，中國科學院深圳先進技術研究院（簡稱“深圳先進院”）醫(yī)藥所馬寅仲副研究員，聯(lián)合吉林大學第一醫(yī)院暢君雷教授、南方醫(yī)科大學附屬東莞醫(yī)院（東莞市人民醫(yī)院）石鑄主任醫(yī)師及南方醫(yī)科大學南方醫(yī)院黃凱濱副主任醫(yī)師等團隊，在心腦血管領域國際權威期刊《歐洲心臟雜志》（European Heart Journal,IF = 35.6,心腦血管系統(tǒng)領域排名3/230）發(fā)表最新研究成果。合作團隊歷時五年，從基礎研究到臨床樣本驗證，揭示了一種在缺血狀態(tài)下由神經元大量分泌的蛋白質——Dickkopf-related protein 2（DKK2）在缺血性腦卒中發(fā)生后，加劇神經血管損傷的關鍵作用，該研究為腦卒中治療提供了新的藥物治療靶點。審稿人對該研究成果評價道：“該研究為腦卒中領域提供了神經與血管互作的新機制證據，并展示出清晰的臨床轉化潛力。”在缺血性腦卒中的研究中，神經元死亡與保護大腦的“城墻”——血腦屏障破壞，一直被認為是導致腦組織損傷的關鍵環(huán)節(jié)。雖然臨床已可通過取栓、溶栓等方式實現(xiàn)血管再通，但許多患者在治療后仍出現(xiàn)神經功能恢復不良。研究發(fā)現(xiàn)，部分神經元在大腦缺血的環(huán)境中并未立刻死亡，反而釋放多種信號分子。這些信號如何作用于神經血管單元，是否反過來加劇了“城墻”的崩塌與神經元自身的損傷以至死亡，成為缺血性腦卒中機制研究的重要未解之謎。在該研究中，科研團隊經過長期大量的探索，找到了缺血性腦卒中后推動大腦神經血管損傷擴大的“幕后推手”。他們發(fā)現(xiàn)，腦缺血后，部分受損區(qū)域的神經元會大量分泌一種名為DKK2的蛋白質，DKK2會抑制一條對神經細胞存活和血管穩(wěn)定至關重要的信號通路—— Wnt/β-catenin 信號通路，最終導致神經元損傷加劇，并破壞大腦的血腦屏障，后者損壞后誘發(fā)神經炎癥，進一步促進神經細胞死亡。研究團隊證實了調控DKK2水平對腦損傷具有決定性影響，即上調 DKK2會顯著擴大腦梗死體積；相反，通過基因敲除或中和抗體抑制DKK2，可明顯減輕腦損傷并恢復血腦屏障完整性。此外，他們還發(fā)現(xiàn)DKK2的基因的轉錄受核受體RXRα調控。為了進一步鑒定DKK2的臨床意義，研究團隊分析了接受機械取栓治療的缺血性腦卒中患者的血樣后發(fā)現(xiàn)，患者血清中DKK2水平越高，其腦梗死體積越大，取栓90天后的神經功能恢復也越差。這一發(fā)現(xiàn)提示，DKK2很可能是推動缺血性腦卒中后腦損傷擴大的“幕后推手”，因而有望成為未來缺血性腦卒中藥物治療的新靶點。研究過程中最大挑戰(zhàn)便是確定DKK2的來源。由于它既可能來自外周組織，也可能由神經組織細胞分泌。為此團隊綜合運用病毒示蹤、免疫共定位、多色熒光原位雜交、外周組織樣本對照等多種技術手段，最終確認在部分缺血腦區(qū)，DKK2主要由神經元特異性表達并釋放。此外，如何在不同實驗系統(tǒng)中保持可重復性及與臨床樣本的相關性，也是該研究的重要難點。研究人員通過建立多批次動物模型，并與配對血清樣本進行驗證，確保了實驗結果在生物學意義與統(tǒng)計學層面的一致性。“該研究歷時五年，是基礎研究與臨床研究協(xié)同攻關的重要實踐。合作團隊不僅發(fā)現(xiàn)了DKK2 在腦卒中后神經血管損傷放大的核心作用，更在機制層面闡述了‘腦卒中后部分被激活的神經元釋放DKK2蛋白，抑制了神經元和血管存活的相關通路，最終導致血腦屏障和神經元受損加劇’的完整閉環(huán)機制。深圳先進院醫(yī)藥所副研究員、論文通訊作者馬寅仲表示，該研究不僅深化了我們對腦卒中后神經血管單元損傷的理解，也為開發(fā)DKK2中和抗體等新型干預策略提供了理論依據。未來，研究團隊將圍繞DKK2的神經調控機制，探索如何在大腦內精準中和其活性的策略，尋找最佳干預時機，以期最大程度促進患者的神經與運動功能恢復。南方醫(yī)科大學附屬東莞醫(yī)院石鑄、李金蕊、深圳先進院醫(yī)藥所馮梓瑩、方程為論文共同第一作者；馬寅仲、暢君雷、石鑄、黃凱濱為論文共同通訊作者。該研究由深圳先進院牽頭完成，承擔研究的總體設計與主要的基礎實驗工作；南方醫(yī)科大學附屬東莞醫(yī)院和南方醫(yī)科大學南方醫(yī)院則負責臨床樣本的收集與分析，為研究提供了關鍵的人體數據支持。此外，吉林大學第一醫(yī)院的楊弋教授和郭珍妮教授、深圳先進院腦認知與腦疾病研究所的王楓研究員和劉晶晶博士為本研究做出了重要貢獻。研究得到國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃及廣東省、深圳市科技項目的支持。缺血性腦卒中后，神經元分泌的 DKK2 加劇神經血管損傷的機制示意圖。研究團隊供圖原文鏈接：?https://doi.org/10.1093/eurheartj/ehaf959

2025-12-29

華南植物園發(fā)現(xiàn)葉片碳經濟性狀是連接植物耐旱和耐熱性的關鍵

近年來，全球干旱與高溫的復合脅迫正對植物構成日益嚴重的威脅。其中，干旱會直接破壞植物的水分運輸系統(tǒng)，進而間接抑制碳同化過程；而高溫會損害光合作用機構并直接灼葉片。這些生理損傷最終會導致植物生長停滯、生產力下降、甚至死亡。然而，目前仍缺乏對自然生境下植物如何協(xié)調其碳經濟策略和旱熱耐受性以應對多重脅迫的深入了解。中國科學院華南植物園恢復生態(tài)學研究團隊測量了來自兩個水熱條件截然不同的生境（落葉種占優(yōu)勢的干熱生境和常綠種占優(yōu)勢的濕暖生境）的58種優(yōu)勢木本植物9個葉片耐旱、耐熱和經濟性狀（圖1）。研究發(fā)現(xiàn)，耐熱性與耐旱性之間直接的相關性較弱，而葉片經濟性狀則主要分別通過單位質量最大光合速率和比葉重與耐熱性和耐旱性密切連接，其中在常綠種內，經濟性狀與耐旱性的連接路徑更多而緊密；而在落葉種內，經濟性狀與耐熱性的連接路徑更多（圖2）。進一步對系統(tǒng)發(fā)育線性回歸模型進行層次分析發(fā)現(xiàn)，耐熱性主要受葉習性的影響，而耐旱性和經濟性狀同時受到葉習性和生境氣候的影響（圖3）。因此，葉片經濟學是連接耐旱性與耐熱性的核心，而葉習性則是其中重要的影響因子。該研究強調了葉片碳經濟性狀是連接植物耐旱性和耐熱性的中央樞紐，植物可以選擇“快速周轉、靈活避險”（落葉）或“長期持有、加固防御”（常綠）的策略在高溫和干旱中存活。這加深了我們對植物生長-抗逆權衡的理解，并為葉片經濟性狀預測植物耐旱性和耐熱性提供了關鍵證據，對評價和篩選物種耐旱耐熱性以應對未來氣候變化具有重要意義。相關研究成果以“Leaf economic traits link drought and heat tolerance of woody species in two contrasting hydrothermal habitats” 為題，發(fā)表在植物學經典期刊New Phytologist上。中國科學院華南植物園博士生王楊思鼎為第一作者，劉慧研究員為通訊作者。本研究獲國家自然科學基金、廣東省自然科學基金、廣州市科技局和中國科學院青年創(chuàng)新促進會優(yōu)秀會員等項目資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1111/nph.70841圖1. 不同葉習性和水熱生境中葉片經濟、耐旱和耐熱性狀的趨勢圖假設：采用“慢速”策略的常綠物種具有更高水平的耐旱性和耐熱性，而采用“快速”策略的落葉物種由于其更強的避旱避熱能力，則不需要較高的旱熱耐受性。因此，隨著干熱生境中落葉物種比例的提高，其平均旱熱耐受性反而可能比濕暖生境中的植物更小。圖2.葉片耐旱、耐熱和經濟性狀的相關圖(a)所有物種、(b)濕暖生境物種、(c)干熱生境物種、(d)常綠物種和(e)落葉物種。葉片耐旱(藍色)、耐熱(紅色)和經濟性狀(灰色)之間的正相關(紅色線)和負相關(黑色線)由線條表示，線條寬度代表相關性強度。縮寫：膨壓喪失點時的葉片水勢(πtlp)、葉片長期水分利用效率(δ13C)、光系統(tǒng)II量子傳遞效率開始下降的溫度(Tcrit)、光系統(tǒng)II量子傳遞效率下降50% 時的溫度(T50)、Tcrit和T50之間的溫度范圍(ΔT)、比葉重(LMA)、單位質量葉片氮含量(Nmass)、單位質量葉片磷含量(Pmass)、單位葉片質量的最大光合速率(Amass)。圖3. 氣候、葉習性和系統(tǒng)發(fā)育對葉片耐旱、耐旱和經濟性狀的影響(a)葉片膨壓喪失點(πtlp)、(b)葉片長期水分利用效率(δ13C)、(c)光系統(tǒng)II量子傳遞效率開始下降的溫度(Tcrit)、(d)光系統(tǒng)II量子傳遞效率下降50%時的溫度(T50)、(e)Tcrit和T50之間的溫度范圍(ΔT)、(f)比葉重(LMA)、(g) 單位質量葉片氮含量(Nmass)、(h)單位質量葉片磷含量(Pmass)、(i)單位質量葉片最大光合速率(Amass)。

2025-12-24