可塑性试验机

星形胶质细胞是大脑中的细胞，长期以来被认为仅仅是神经元的支持细胞。近年来，对星形胶质细胞的研究日益增多，逐渐揭示了星形胶质细胞在脑功能中的重要性。Inserm、CNRS和法国生物跨学科研究中心学院的研究人员现在已经发现了它们在结束出生后大脑可塑性阶段中的关键作用，发现它们是感官和认知能力发展的关键。从长远来看，这些发现将使我们有可能设想出新的策略，在成人中重新引入大脑可塑性，从而促进脑损伤或神经发育障碍后的康复。这项研究已发表在《Science》杂志上。大脑可塑性是出生后的一个短暂的关键时期，在这一时期，大脑根据所接受的外部刺激（环境、相互作用等）重塑神经元的“线路”。这个时期的结束或“结束”标志着神经回路的稳定，与有效的信息处理和正常的认知发展有关。可塑性在未来仍然是可能的，尽管比生命开始时的水平要低得多。20世纪80年代的开创性研究表明，将不成熟的星形胶质细胞移植到成年动物的大脑中，会重新引入一段主要的可塑性时期。Inserm研究员团队和生物学跨学科研究中心从这一过程中获得灵感，揭示了迄今未知的导致可塑性闭合的细胞过程。大脑可塑期出现的问题可能会产生重大的长期后果。例如，如果一个人的眼睛状况使他不能正确地看东西，比如斜视（交叉眼），如果不及时治疗，相应的大脑线路就会永久性地改变。为了弥补这一点，研究人员试图通过确定一种治疗方法来重塑这种连接，这种治疗方法可以重新引入大脑的可塑性，即使大脑已经关闭。为了实现这一点，他们还试图更好地描述这种封闭背后的生物学机制。移植未成熟星形胶质细胞重建脑可塑性通过对小鼠视觉皮层的实验，研究人员表明，不成熟星形胶质细胞的存在是大脑可塑性的关键。随后，星形胶质细胞在可塑期参与中间神经元的发育成熟，最终导致其关闭。这种成熟过程是通过一种涉及连接蛋白30的新机制发生的，研究人员发现在成熟的星形胶质细胞中，连接蛋白30在闭合过程中水平很高。将星形胶质细胞移植到成年小鼠体内能重新引入大脑可塑性吗？为了找到答案，研究人员从幼鼠（1到3天大）的视皮层培养了不成熟的星形胶质细胞。这些不成熟的星形胶质细胞被移植到成年小鼠的初级视皮层，然后在单眼蒙蔽四天后评估视皮层的活动——这是一种用于评估大脑可塑性的标准技术。他们发现，与未接受移植的对照组小鼠不同，移植了未成熟星形胶质细胞的小鼠表现出高度的可塑性。这项研究提醒我们，在神经科学领域，我们不能只关注神经元。胶质细胞是星形胶质细胞的一个亚型，它调节着大脑的大部分功能。我们意识到这些细胞有积极的作用。神经胶质细胞比神经元不那么脆弱，因此是一种更容易作用于大脑的手段。胶质细胞占大脑细胞的一半以上。它们与神经元的细胞谱系不同，功能也有很大的不同。直到最近，它们还被认为是大脑的“清洁剂”，但研究人员意识到它们在释放分子方面也起着积极的作用。与神经元相比，它们发生在大脑发育的后期，不以同样的方式进行交流，并且占主导地位。

经过20世纪生命科学的快速发展，我们对疾病、遗传生命本质等方面的认识都有了长足的进步，但还有一个领域仍有太多的未解之谜困扰着我们，那就是神经科学，我们仍未了解意识是如何产生的？大脑是如何进行认知的？记忆产生的具体机制是什么？当然也包括神经系统相关疾病的发病机制，如阿尔兹海默症的发病机理等等，这些问题的解决对整个人类发展都具有重要意义，科学家也在不断探索，以期获得真相。意识是如何产生的？这是作者最好奇的问题，在作者的观点中意识很大程度上是和记忆相关，记忆已经证实是源于突触的微小改变，脑内电活动的改变引发第二信使分子传递信号，产生突触蛋白的修饰，这些暂时性变化最终转化为突触结构的永久变化后，长时程记忆就产生了。在对记忆的研究过程中人们在海马中发现了记忆产生相关的LTP（长时程增强）和LTD（长时程抑制），因为海马细胞构筑和组成体系简单，且海马可以从大脑中移出切成脑片，在体外可以存活数小时，可以进行电流刺激并记录突触反应，因此成为研究突触传递的理想部位。▲ 图1：海马微环路我们的身体是一个整体，激素、外界刺激、大脑活动等都会影响我们的记忆产生，在《The FASEB Journal》期刊杂志上发表的一篇题为《Rapid actions of anti‐Müllerian hormone in regulating synaptic transmission and long‐term synaptic plasticity in the hippocampus》的文章就将激素与大脑认知发育和功能联系了起来，分析了抗缪勒氏管激素(Amh)与突触传递及突触可塑性的关系。研究人员通过PCR、Western Blot检测Amh基因及其受体在雄性和雌性小鼠海马中的表达情况，同时采用ECHO正倒置一体荧光显微镜对免疫荧光染色材料观察其真实表达情况（如下图）。图中可以看出，CA1神经元的胞体和树突均为Amh阳性(图2A,C)，而仅在CA3神经元胞体出现Amh阳性染色(图2E,G)。Amhr2在CA1(图2B,C)和CA3(图2F,G)的表达模式与Amh相似。表明Amhr2与Amh在神经元胞体和树突共定位(图2D,H)。▲ 图2：anti-Müllerian激素(Amh)和配体特异性II型受体(Amhr2)在小鼠海马中的蛋白定位。冠状切片使用荧光标记，Amh(红色 A、E) Amhr2(绿色 B,F)和DAPI(核染色 蓝色 C、G)。在每个面板的左上角插入框中显示了框区域的高倍图像。A和E显示阿蒙氏角(cornu Ammonis, CA) 1和CA3 对Amh染色阳性。B、F显示CA1、CA3对Amhr2染色阳性。D和H显示 Amh-和amhr2阳性染色共定位于细胞体和树突(箭头)。进一步分析发现，外源Amh蛋白增加了突触传递和长期突触可塑性。Amh暴露也增加了CA1突触的兴奋性突触后电位。这些结果表明，Amh可能在学习和记忆方面发挥作用，并可能是认知发育和功能的性别差异的原因。Echo Revolve正倒置一体显微镜Echo Revolve展现了其非凡的灵活性，可以轻松地实现正置和倒置显微镜转换，创新性地把正倒置显微镜合二为一，开启了显微镜Hybrid时代。▲ Echo Revolve正倒置一体显微镜☑ 视网膜屏显示技术：比拟目镜人眼观察效果。☑ 全视野观察： 更清晰，更方便。☑ 多通道荧光：多达4个EPI荧光通道，无须暗室，就可以轻松快速地完成多色荧光显微分析。☑ 自动化操作：通过iPad Pro点触操控相机及荧光通道之间的切换，实现了完全自动化操作。☑ App应用软件：基于IOS的Echo App是与Apple团队合作研发的专业显微镜软件。☑ 精湛的工艺尽显高端品质：实现非凡的性能。｜申请试用｜我们的仪器可以申请试用哦！扫描下方二维码关注“深蓝云生物科技”公众号，点击“云活动”→“试用中心”即可。

韩国科学技术研究院（KIST）神经形态工程中心研究团队宣布开发出一种能进行高度可靠神经形态计算的人工突触半导体器件，解决了神经形态半导体器件忆阻器长期存在的模拟突触特性、可塑性和信息保存方面的局限。研究成果近日发表在《自然通讯》杂志上。模仿人脑的神经拟态计算系统技术应运而生，克服了现有冯诺依曼计算方法功耗过大的局限。实现使用大脑信息传输方法的半导体器件需要一种能表达各种突触连接强度的高性能模拟人工突触装置。当神经元产生尖峰信号时，这种方法使用神经元之间传输的信号。KIST团队微调了活性电极离子的氧化还原特性，以解决阻碍现有神经形态半导体器件性能的小突触可塑性。研究团队在突触装置中掺杂和使用各种过渡金属，以控制活性电极离子的还原概率。研究发现，离子的高还原概率是开发高性能人工突触装置的关键变量。因此，研究团队将具有高离子还原概率的钛过渡金属引入现有的人工突触装置中。这保持了突触的模拟特性和生物大脑突触处的设备可塑性，大约是高电阻和低电阻之间差异的5倍。此外，他们开发了一种高性能的神经形态半导体，其效率大约提高了50倍。此外，由于掺杂钛过渡金属的高合金形成反应性，与现有的人工突触装置相比，信息保留率提高了63倍。此外，包括长期增强和长期抑郁的大脑功能可更精确地模拟。该团队使用开发的人工突触设备实现了人工神经网络学习模式，并尝试了人工智能图像识别学习。结果，与现有的人工突触装置相比，错误率降低了60%以上；此外，手写图像模式识别准确率提高了69%以上。研究团队通过这种改进的人工突触装置证实了高性能神经形态计算系统的可行性。

癌症是由渐进的基因和表观遗传变化驱动，在整个过程中，癌细胞可以获得复杂的异质性，进而更具侵袭性和转移性，并扩散到身体其他部位形成新的肿瘤，加速疾病的进程。因此，深入了解肿瘤亚克隆选择和转移的分子基础、转录状态的起源和转变以及肿瘤进化路径的遗传决定因素，不仅有助于阐明肿瘤进化的基本原则，还具有临床意义。基因工程小鼠模型（Genetically engineered mouse models, GEMMs）是研究肿瘤进展的一个关键工具，研究人员能够通过GEMMs研究肿瘤在原生微环境和实验定义的条件下的演化过程。其中，KrasLSL-G12D/+ Trp53fl/fl（KP）模型通过病毒传递Cre重组酶到少量肺上皮细胞引发肿瘤，导致致癌基因Kras的激活、P53肿瘤抑制基因的纯合缺失和肿瘤的克隆生长等，真实模拟了新生细胞转化成侵袭性转移肿瘤的主要步骤，从分子和组织病理学上再现了人肺腺癌的进展。因此，我们可以通过KP模型来探究肿瘤演变过程中尚未解决但非常关键的问题。 近日，美国加州大学Jonathan S. Weissman研究团队及合作者在Cell上发表了题为“Lineage tracing reveals the phylodynamics, plasticity, and paths of tumor evolution”的文章。研究团队将基于单细胞RNA-seq的进化谱系示踪系统引入KP小鼠模型中，连续并全面监测了一个携带致癌突变的单细胞演变为侵袭性肿瘤的全过程，揭示罕见的亚克隆可以通过独特的转录程序驱动肿瘤扩张。此外，研究团队还发现肿瘤通过典型、独特的进化轨迹发展，干扰额外的肿瘤抑制因子可以加速肿瘤的进展。该研究以前所未有的规模和分辨率重建了从单一转化细胞到复杂、侵袭性肿瘤群体的肿瘤演化全过程。 文章发表在Cell主要研究内容KP-Tracer小鼠可以连续和高分辨率追踪肿瘤的起始和进展为生成高分辨率的肿瘤演化系统，研究团队开发了一种具有谱系追踪能力的肺腺癌小鼠模型KP-Tracer，能够连续数月进行细胞谱系追踪。后续实验证实，在5-6个月后，该模型成功追踪了肿瘤发生，并且示踪剂能够在相应部位表达。此外，在对癌细胞进行单细胞转录组测序分析后，发现细胞状态、谱系、样本身份和肿瘤克隆性在肿瘤中的表达与预期一致。 图1. KP-Tracer小鼠模型的构建。来源：Cell罕见的亚克隆在肿瘤发展过程中显著扩增肿瘤进化中的一个关键问题是，基于肿瘤生长促进基因或表观遗传变化的亚克隆选择以及由此产生的亚群动态变化如何导致侵略性亚克隆对同一肿瘤的其他部分的扩展。为研究KP肿瘤的亚克隆动力学，研究团队采用了一种统计检验方法，即将每个亚克隆的相对大小与没有亚克隆被选择的“中性”进化模型中的大小进行比较分析。结果显示，有些肿瘤似乎是中性进化的，即没有证据表明阳性选择；有些亚克隆则显示出明显的阳性选择迹象。此外，研究团队发现肿瘤主要由一个（有时两个）正在扩增的亚克隆驱动。在肿瘤中，扩增细胞的比例分布广泛， 表明了亚克隆扩展的侵袭性；扩增细胞以增加的DNA拷贝数变异、细胞周期评分和适应度评分为标志。 图2. 罕见亚克隆的显著扩增及其特性。来源：Cell绘制细胞状态之间的系统发育关系揭示肿瘤进化的共同路径原则上，KP模型中观察到的细胞可塑性、转录异质性可能来自于通过转录状态的随机或结构化进化路径。为了研究肿瘤进化路径的一致性，研究团队开发了一个称为“进化耦合”的统计数据，扩展了克隆耦合统计数据来量化成对细胞状态之间的系统发育距离。基于不同转录状态的占比和进化耦合的全套肿瘤的数据驱动分层聚类显示，肿瘤可以分为三个不同的组（Fate Cluster1、Fate Cluster2及Fate Cluster3）。Fate Cluster1、2之间共享一些转录状态，Fate Cluster1主要通过包括胃样和内胚层样状态进化；Fate Cluster2通过肺混合状态进化，Fate Cluster3以高适应度状态为主，如前上皮间质转化（Pre-EMT）和间质状态。进一步，研究团队开发了“Phylotime”对Fate Cluster 1、2背后的转录变化进行分析。分析结果证实，Fate Cluster 1、Fate Cluster2是两条独立的进化途径，并且每条途径显示出与Phylotime相关的不同转录变化。上述结果表明，KP肿瘤可能主要通过两种途径进化，一条是胃样和内胚层样状态，另一条是肺混合状态，且每种进化轨迹都显示出明显的转录变化。 图3. 细胞状态之间系统发育关系的构建。来源：Cell肿瘤抑制因子的缺失会改变肿瘤的转录组、可塑性和进化轨迹肿瘤抑制基因可以调节多种细胞活动，其丧失与肿瘤侵袭性的增加有关，但这些基因对体内肿瘤进化动力学的影响目前尚不清楚。因此，研究团队结合基因干预和定量系统动力学方法探索了额外的致癌突变如何改变KP肿瘤的进化轨迹，重点研究了人类肺腺癌中两种频繁突变的肿瘤抑制因子LKB1和APC，以及经CRISPR sgRNA敲除LKB1和APC后产生两种动物模型（KPL和KPA）。结果显示，靶向LKB1或APC会增加肿瘤负担，但亚克隆扩增的数量和相对大小没有改变；与肿瘤适应性相关的基因在遗传背景中差异较大。 图4. 遗传扰动会改变肿瘤的转录适应性和可塑性。来源：Cell 为检测LKB1和APC的异常是否改变了KP肿瘤的转录图谱，研究团队整合了KPL、KPA肿瘤和之前的KP肿瘤的单细胞转录组数据集。结果显示，经额外的LKB1和APC干扰后产生了四个新的转录状态。此外，针对LKB1/APC的干预也导致主导转录组状态的改变：KPL肿瘤主要富集在上皮细胞-间充质转化前状态（Pre-EMT），KPA肿瘤富集在APC特异性早期、间质和转移状态。 为研究肿瘤抑制因子的缺失如何改变进化轨迹，研究团队对单个肿瘤的转录状态占比和进化耦合进行了主成分分析。结果显示，靶向性肿瘤抑制因子LKB1或APC均可促进肿瘤生长，但其对细胞状态、可塑性和进化路径的影响差异较大 。具体而言，KPL肿瘤能够迅速发展到Pre-EMT状态下并稳定下来；KPA肿瘤则通过新的APC特异性状态开辟了一条独特的进化路径。图5. 肿瘤抑制因子的缺失对肿瘤进展及细胞状态的影响。来源：Cell结 语综上所述，该研究首次在基因工程肺腺癌小鼠模型中使用基于CRISPR的谱系示踪剂追踪肿瘤从单一转化细胞到侵袭性肿瘤的演化过程，以连续、高分辨率的肿瘤谱系追踪为肿瘤进化建模提供了一个重要参考，绘制了从激活单个细胞的致癌突变发展成为具有侵袭性的转移肿瘤的路径图，揭示了细胞转录图谱、细胞可塑性、进化路径以及肿瘤抑制因子在肿瘤发展中的作用。研究团队表示，随着谱系示踪工具的发展和其他新兴数据的集成，也期望该研究提出的实验和计算框架为未来构建肿瘤演化的高维、定量和预测模型奠定良好的基础，从而为新的治疗策略提供新思路。 图6. 研究总结概图，来源：Cell

【科学背景】感官线索的固有效价和学习效价是动物在不断变化环境中评估和决策的关键。固有效价代表了对威胁或食物等生存相关预测的内在反应，而学习效价则是基于经验对这些预测的更新。许多物种通过不同的神经通路处理这些效价，这有助于提高行为的可靠性和灵活性。然而，固有效价如何影响学习效价信息的获取，以及这种相互作用可能带来的功能性益处，仍然不清楚。多巴胺被认为在调节学习和记忆过程中起着关键作用，尤其是在处理固有和学习效价信息方面。哺乳动物的多巴胺神经元（DANs）能编码奖励预测、预测误差以及动机价值，并对不熟悉的刺激做出反应。果蝇的DANs也参与了固有和学习效价的处理。PPL1和前脑前内侧（PAM）群体的DANs向果蝇的蘑菇体（MB）提供正向和负向的强化信号，从而驱动突触可塑性和学习。然而，尽管DANs对气味的固有反应是已知的，但其如何整合固有效价和学习效价信息，以及这种整合如何影响记忆动态，尚未得到全面理解。为了探索这些问题，斯坦福大学、华盛顿大学医学院Cheng Huang（清华大学校友）、斯坦福大学Mark J. Schnitzer教授团队、耶鲁大学Madhuvanthi Kannan,以及Ganesh Vasan在“Nature”期刊上发表了题为“Dopamine-mediated interactions between short- and long-term memory dynamics”的最新论文。作者进行了大规模的电压成像研究，涉及超过500只果蝇，揭示了PPL1-DANs和MBONs在调节短期和长期记忆形成中的复杂作用。研究表明，多巴胺基的效价整合调节了蘑菇体的记忆动态，能够保留能量消耗较大的持久记忆，特别是对于频繁遇到的关联。通过将脉冲率数据和连接组数据结合，作者的模型预测了这一过程，并验证了这些预测的有效性。【科学亮点】（1）实验首次揭示了果蝇大脑中固有效价和学习效价的多巴胺信号如何共同调控记忆动态。通过对500多只果蝇进行长期电压成像研究，作者获得了关键数据，说明多巴胺信号在调节短期和长期记忆之间的交互作用中起到了重要作用。（2）实验通过电压成像技术观察到PPL1-DANs在嗅觉联想条件反射中异质性和双向地编码了惩罚、奖励和气味线索的固有与学习效价。结果显示，PPL1-DANs的信号调节了蘑菇体（MB）输出神经元（MBONs）的记忆存储和消退。在初步条件反射阶段，PPL1-γ1pedc和PPL1-γ2α’1神经元控制了短期记忆的形成，并减弱了来自MBON-γ1pedcα/β对PPL1-α’2α2和PPL1-α3的抑制反馈。（3进一步的条件反射过程中，这种减弱的反馈使PPL1-DANs能够编码条件气味线索的固有加学习效价，从而调节长期记忆的形成。此外，基于果蝇连接组和电活动数据的计算模型解释了多巴胺信号如何介导短期和长期记忆痕迹之间的电路交互，并且实验验证了这一模型的预测。【科学图文】图1 | PPL1-DANs 和 MBONs 的电压成像。图2 | PPL1-DANs 异质性和双向地编码惩罚、奖励和气味效价。图3 | 学习引起 PPL1-DANs 和 MBONs 中分布性、双向的可塑性。图4 | 固有和学习效价都影响持久的可塑性和行为。图5 | 计算模型捕捉了蘑菇体学习单元之间的相互作用，并产生了可测试的预测。【科学启迪】本文揭示了多巴胺在果蝇蘑菇体（MB）中的作用，如何通过整合固有和学习效价来调节记忆动态。首先，研究表明，多巴胺不仅参与编码奖励和惩罚，还通过编码感官线索的固有效价和学习效价来调节记忆。这种基于多巴胺的效价整合机制，使得短期记忆和长期记忆能够在神经电路中进行复杂的交互和调整。这种机制的实现，可能在能量消耗方面具有优势，因为它有助于更高效地处理频繁遇到的关联，避免了不必要的资源浪费。其次，电压成像技术的应用提供了高时间分辨率的神经脉冲数据，克服了钙离子成像在捕捉神经活动细节方面的局限。这种技术使作者能够更准确地观察到多巴胺信号在调节记忆中的具体作用，从而为记忆和学习的研究提供了新的视角。最后，基于果蝇的电压成像数据建立的计算模型，结合了脉冲率数据和连接组数据，验证了多巴胺信号在记忆存储和调节中的关键作用。这种模型不仅解释了神经回路中的互动机制，还为未来的实验提供了可测试的预测，有助于进一步探讨类似机制在其他物种和脑结构中的普遍性。文献详情：Devarakonda, A., Chen, A., Fang, S. et al. Evidence of striped electronic phases in a structurally modulated superlattice. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07589-5

为广泛征求用户的意见和需求，了解中国科学仪器的市场情况和应用情况，仪器信息网自2008年6月1日开始，对不同行业有代表性的“100家实验室”进行走访参观。近日，仪器信息网工作人员参观访问了本次活动的第三十六站：浙江工商大学食品感官科学实验室。　　浙江工商大学食品感官科学实验室是目前国内唯一的食品感官科学实验室，主要研究方向包括食品感官实验心理学、智能感官研究、分子识别与化学仿生、味觉分子细胞生物学。是由浙江工商大学食品学院副院长邓少平教授领导的一支多学科交叉科研团队，专业背景涵盖食品、化学、生物学、机械、电子和计算机等。　　浙江工商大学食品感官科学实验室邓少平教授、田师一博士热情接待了仪器信息网到访人员，并介绍了实验室目前的科研情况以及科研仪器使用情况。　　食品感官科学研究　　该实验室在食品感官科学方面的研究处于国内领先地位，近年来承担了一系列的科研项目，并取得了丰硕的成果，如智能感官仿生系统(智舌和智鼻)研究、人工甜味受体的甜味识别热力学研究、味蕾细胞甜味识别的热动力学研究等。　　甜味偏好可塑性现象　　人类为什么对不同味道具有倾向性喜好?比如我国许多地方的人喜欢吃甜食，这是一种饮食习惯，还是基因遗传，对于甜味的偏好到底有没有可塑性呢?　　实验室从行为学、心理学、组织学、细胞学等多个层面进行了系统研究，揭示了外周味觉感受器-味蕾细胞及其信号转导关键蛋白分子可塑性变化与甜味偏好行为可塑性之间的关系。实验室之前所做的工作中用一种没有能量的甜味剂去刺激小老鼠，在小老鼠的羊水中发现了甜味剂，并且实验发现下一代的小老鼠更加喜好喝含有该甜味剂的水。　　味蕾细胞甜味识别的热动力学　　邓少平教授介绍说实验室研究了味蕾细胞甜味识别的热动力学，该研究以甜味感作为研究的切入点，以等温滴定微量热仪作为技术手段，依托味觉受体及其信号转导研究成果，通过不同甜味剂溶液滴定刺激味细胞，实时、连续记录热力学与动力学信息，获得甜味剂与受体相互作用总体的能量变化特征。并通过解析能量变化特征，深入揭示外周味觉识别的热动力学规律，进而揭示甜味感觉的动力学过程，为系统的味觉感觉动力学研究提供理论与技术支撑。图1. 味蕾细胞分离过程　　味觉细胞传感器构建　　研究中通过提取小老鼠的舌面上皮细胞，在丝网印刷碳电极上贴壁培养作为一级敏感元件，形成一体化味觉传感器，以高精度信号采集和放大仪器记录味觉刺激响应信号，采用非线性双稳态随机共振信号处理技术提取味觉检测特征信息，达到了味觉类型和味觉强度的辨识，为一种新型仿生舌的实现开辟了一条新途径，可以用来判断真正的甜味、酸味、苦味。目前，味细胞传感器开发还处于研究阶段，以后可以考虑产业化，而且这类传感器的市场比较大，添加剂公司、食品公司等都可能需要用到。现在对于味道的品评还没有特别好的评价手段，这类以传感器为“神经”传导的活味觉细胞的仿生舌至少可以作为一种辅助手段。图2. 丝网印刷碳电极　　由于味觉分子细胞生物学研究的对象大多数是细胞或者分子，实验里配置了不同放大倍率、不同作用的显微镜，如共焦显微镜，用于观察微米级对象 体视镜，虽然放大倍数可能要比共焦显微镜低一到两个数量级，但是它可以提供立体感较强的显微效果，而且物镜离载物台较远，可以观察较大的物体 还有原子力显微镜，用于观察纳米级对象。图3. Leica SP2激光共焦扫描显微镜图4. Leica MZ16A体视镜 图5. Agilent PicoLE 原子力显微镜图6. Niko EclipseTi-s荧光倒置显微镜　　 人工甜味受体构建与甜味识别热力学　　“设计合成一种称为人工味觉受体的化学分子，在化学意义上仿生人类味感是化学仿生研究的目标”，邓少平教授介绍，“目前实验室里研究以多羟基富勒醇为基础，构建各类无机人工仿生受体代替生物蛋白质。实验室研究了C60(OH)18与十种甜味剂的相互作用，从反应的热力学参数可以看出，天然甜味剂与富勒醇的结合中，氢键起着非常重要的作用；而对于人工甜味剂与富勒醇的结合过程中，熵对自由能的贡献更大。这与溶液中的水分子对甜味识别的参与有关。”这方面研究主要使用的仪器是热分析仪器。图7.MicroCalorimeter VP-DSC差示量热扫描仪图8. MicroCalorimeter VP-ITC等温滴定量热仪　　基于分子识别原理的快速检测技术　　“如何根据物理化学或生物的原理，迅速地找到或设计出一个与待测分子具有特异分子识别的检测分子，这也是一个在不同领域(医学检验、环境监测等)都亟待解决的理论和技术难题”，田师一博士表示：“这一研究方向旨在根据食品安全问题中待测分子的结构，设计合成与之具有强烈相互作用的识别分子，并以分子动力学理论计算和微量热实验筛选识别分子的结构，最终构建基于分子识别原理的快速检测技术平台。目前实验室已经研究出了能够猝灭三聚氰胺荧光的识别分子。在不同浓度下，识别分子对三聚氰胺分子采用静态和动态不同的猝灭方式。目前，基于这种荧光猝灭原理的传感器正在研究中。”　　国内第一套电子舌产业化　　“创造出一种同人的舌头和鼻子一样灵敏的智能化学感觉系统是实验室几代研究人员不断努力的方向”，邓少平教授介绍说，“现在，实验室团队积数十年的研究经验，在实验室原创的组合脉冲驰豫谱理论和技术基础上，已经自主研发出了国内第一套、世界第三套商品化电子舌系统，并且已经产业化，在国内外同行中具有较大的影响力。目前，电子鼻系统现在也将要实现产业化。”图9. 电子舌商品化样机图10. 电子鼻商品化样机　　邓少平教授介绍电子舌具有快速、稳定、灵活、自主等特性。样品不需要前处理，三分钟就可以得到测量结果；传感器寿命长；可以根据用户的需求，自定义机型；另外拥有完全自主的知识产权，性价比高，使用维护方便。目前，电子舌主要应用于食品、饮料、香水、化学品、环境、农业等领域，可以进行产品质量稳定性评价、品牌区分、微生物快速检测、食品感官属性相关性、配方开发和调整、在线品质监控等。图11. 应用于康师傅研发中心的电子舌样机　　国家精品课程——《食品感官科学》　　《食品感官科学》是实验室负责的国家精品课程，主要培养四个方面的人才。工艺工程师、产品设计师、质量品控与市场营销师、品评员。邓少平教授介绍说对于感官品评人才的选拔一方面对个人感觉敏感性有一定的要求，但是还需要有对整个品评过程做合理设计、组织和统计分析的能力，这也是人才培养的一个重要方向。另外感官品评员一般都需要学习食品感官实验心理学，因为在品评过程中需要屏蔽自己的个人偏好。图12. 食品感官科学课程　　实验室将科学研究、科研成果的产业化以及人才培养紧密结合了起来。科研成果的产业化为进一步的科学研究提供了更大的动力，也为提高相关企业的创新能力提供了一条捷径 而具有针对性的人才培养为科学研究以及社会相关领域的需求储备了人才。　　附录1：浙江工商大学食品感官科学实验室　　http://www.sensory.cn/　　附录2：食品感官科学理论与技术专家邓少平教授简介　　邓少平(1956-)，教授，博士生导师。毕业于南京大学生物化学专业,曾任总工程师、厂长、南昌大学食品学院副院长，现任浙江工商大学食品与生物工程学院副院长。兼任中国食品工业协会白酒专业分会技术顾问、食品物流专业委员会专家、浙江省食品科学技术学会副理事长。先后主持承担四项国家自然科学基金项目和多项省科技项目。主要研究方向为食品感官科学理论与技术。　　近年来，建立了国内唯一的食品感官科学实验室，形成了学科匹配完整的研究梯队、关键实验技术平台的系统积累和具有特色优势稳定的研究方向，长远目标是发展具有中国特色的食品感官科学理论和技术体系。

近年来，全球环境问题日益突出，资源的合理利用和环境的保护已成为全人类共同面临的挑战。水分是生命的基础，对于植物的生长发育和生态系统的稳定运行起着至关重要的作用。然而，人类的过度开采和污染已导致严重的水资源短缺、土壤荒漠化等问题。沙柳作为一种生长在贫瘠土壤和干旱地区的植物，具有很强的水分利用能力和环境适应性。沙柳生长迅速，枝叶茂密，根系繁大，固沙保土力强，是中国沙荒地区造林面积最大的树种之一。同时，它长而发达的根系，能够迅速吸收土壤中的水分，高效利用水资源。其表面一层厚厚的叶蜡，也能够减少水分的蒸发和流失，有效避免土壤干燥和水分的浪费。因此，通过对沙棘的深入研究和广泛应用，我们可以有效地解决环境保护的问题。接下来这篇相关论文，我们来了解一下沙柳的水分利用来源。基于稳定同位素分析毛乌素沙地东北部不同林龄人工沙柳的水分利用来源沙柳具有很好的应对非生物胁迫（如干旱、寒冷、低肥力）的能力，已广泛引入毛乌素沙地东北部以防风固沙及改善生态系统功能和服务。然而，早期引入的沙柳出现了退化和枯死现象。预计由于气候持续变暖和人为干预增加，沙柳人工灌丛将出现更严重的干旱胁迫。鉴于人类世日益严重的水资源短缺和土壤荒漠化的持续扩大。了解植物与土壤水分关系并实施合理的水分管理策略，必须确定人工植被在沙漠生态系统中的水分利用模式。然而，对于不同发育阶段沙柳的特性、调控和水源差异等研究还知之甚少。基于此，为确定毛乌素沙地圪丑沟小流域（38°11′–38°53′ N，109°21′–110°03′ E）不同林龄（6年、12年和18年）人工沙柳水分利用模式的季节变化和控制因素，揭示老化沙柳枯死的潜在机制，理解土壤水-植物的关系和人工植被的生态适应性。来自中国科学院地理科学与资源研究所的研究者们于2019-2021年5-10月（5、6、10月为旱季；7、8、9月为雨季）植物生长季进行了相关研究。试验开始前，作者采集了土壤样品，确定其土壤颗粒组成，总N含量（TN）及总P含量（TP）。采集了根系样品，确定植物根系分布。试验期，采集了0-20 cm、20-40 cm、40-60 cm、60-90 cm、90-120 cm、120-150 cm、150-200 cm、200-250 cm及250-300 cm土壤样品，将其分为两部分，一部分用来测定同位素，一部分用来测定土壤含水量（SWC）。同时采集了植物木质部样品。并于降水事件后收集降雨，采集降水量和气温数据。通过计算土壤干燥化指数（SDI）描述土壤水分亏缺状态。利用LI-2000植物土壤水分抽提系统（北京理加联合科技有限公司）提取木质部和土壤中的水分。利用Picarro L2130-i水同位素分析仪确定土壤水及降水的δ18O和δ2H。同时确定木质部水的δ18O和δ2H。最后通过MixSIAR模型区分并量化植物水源。【结果】试验期降水δ2H和δ18O（c）及降水量与δ2H/δ18O之间的关系（d）。生长季土壤水δ2H和δ18O的深度和时间分布。潜在水源对沙柳水分吸收贡献率的季节性变化。【结论】在整个生长季，6年沙柳60％的水源来自于0–120 cm土壤层。相比之下，12年和18年沙柳具有更大程度的生态可塑性，分别从旱季120-300 cm（71.93％）和40-200 cm（68.91％）水源转变到雨季的0-120 cm（65.09％和56.14％）水源。根系和土壤含水量垂直分布的变化是影响不同林龄沙柳水分利用模式季节性变化的主要因素。18年林分中，严重的土壤干涸和死根削弱了老化沙柳的生态可塑性，降低了其吸收深层水（200-300 cm）的能力，从而导致沙柳退化。因此，野外管理措施，例如（i）通过沙柳退化枝条覆盖地面以减少土壤水蒸发；（ii）使成熟沙柳稀疏以减少水分消耗；（iii）通过对最佳植物密度或生物量进行建模来确定植被阈值，以指导所研究地区的未来植被恢复。在这项研究中，针对沙柳拟议的管理实践可以为世界其他沙漠地区相似林龄人工恢复植物的水分利用策略提供参考。

2012年11月19日有媒体报道称，据第三方检测显示，国内某知名的白酒品牌酒中的塑化剂含量超标高达260%，存在意想不到的致命危险。消息传出后，立刻引起巨大反响。受此消息影响，A股白酒板块在股市上大受影响，多家白酒上市公司股价大跌，初步估计19日一天白酒板块市值蒸发430亿元。 说起塑化剂，人们都还记忆犹新。2011年5月24日，台湾爆出在食品添加物起云剂中加入有害物质塑化剂(DEHP)事件，多家知名运动饮料及果汁，酵素饮品已遭污染。此次塑化剂风波在台湾引起轩然大波，被称为台湾版的&ldquo 三聚氰胺事件&rdquo 。中国卫生部于2011年6月1日紧急发布公告，将塑化剂邻苯二甲酸酯类物质，列入食品中可能违法添加的非食用物质和易滥用的食品添加剂名单。质检总局发布禁令暂停台湾问题食品进口，并对进口食品以及境内食品严加检验。 邻苯二甲酸酯是一种常用的增塑剂，可增大产品的可塑性和柔韧性，广泛用于塑料产品，驱虫剂，农药载体，染料助剂，涂料及润滑油等工业产品中，本不应该出现在食品中。但是由于饮料或奶类制品中需要添加的起云剂(一种乳化稳定剂，合法的食品添加剂)的成本过高，致使不良制造商为降低成本加入塑化剂取代部分起云剂，从而使食品中含有塑化剂，对人体造成健康危害。本次事件虽然不是商家的刻意为之，但却反映出我国食品安全领域面临的各种问题和检测遇到的挑战。但是对于塑化剂的检测早有成熟的检测方案。 赛默飞具有完备的色谱产品线，包括气相色谱、液相色谱、离子色谱、气质联用、液质联用以及相应的样品前处理设备和色谱耗材产品，可以为广大用户提供各类热点分析的解决方案。本文介绍了一些赛默飞世尔科技分析仪器产品检测食品饮料中塑化剂的可行方法，希望能助分析检测工作者一臂之力。 赛默飞优谱佳液相色谱系统UHPLC+能够提供更快的运行、更高的分离度以及更低的运行成本，满足更多实验室各种不同应用的需求。所有型号的HPLC系统都具备常规分析及快速分析的功能，同时还大大提高了UltiMate 3000 RSLC系统的分析速度。 液相色谱塑化剂分离结果 GC/MS塑化剂分析结果 赛默飞 ISQ&trade 单四极杆GC-MS系统提供稳定可靠的性能以及连续不中断的运行。赛默飞ISQ&trade GC-MS 采用全新的源设计，是连续高分析量操作的理想选择。真空互锁功能无需使系统泄真空即可将源取出，从而保证连续不中断的运行。除此之外，TSQ Quantum XLS是用于GC/MS痕量分析的三重四极杆系串接气质的创新产品。这个系统拥有行业领先的分析灵敏度和选择性。 相关的检测方法:单四级杆气质联用检测塑化剂的方法.pdf三重四级杆气质联用检测塑化剂的方法.pdf液质联用检测塑化剂的方法.pdf

4月23日-26日，为期4天如火如荼的“CHINAPLAS国际橡塑展”圆满闭幕，塑料圈的朋友们相聚上海国家会展中心（虹桥），共话行业发展。此次展会观众人数再创新高，盛况空前。5.2馆D28展位三思纵横材料力学试验机以其卓越的产品质量和创新技术吸引了众多中外来宾的关注，展位现场人气爆棚！三思纵横试验机产品闪耀聚焦，咨询量创新高，中外来宾纷纷前来咨询和体验试验机产品，三思纵横的工程师们热情地接待了每一位前来咨询的客户，耐心解答各种技术问题。现场操作演示，详细介绍了每款设备的技术特点和应用场景，让现场观众深入了解 三思纵横试验机的专业水平和技术创新能力。展台现场，许多客户对三思纵横的试验机产品表示出浓厚的兴趣，并现场进行了深度交流，希望建立长期合作关系。展会期间，三思纵横展台亮相的几款电子万能试验机、电子式动态疲劳试验机、热变形维卡软化点试验机以及视频引伸计等设备以其精准的测试结果和优秀的性能赢得了广泛好评。这些产品采用了先进的技术和工艺，能够满足各种橡胶、塑料、复合材料等的测试需求，受到了广大咨询客户连连点赞。热点产品三思纵横微机控制全自动系列试验机，这是新型智能化高精度的材料力学测试设备，具备全自动引伸计和视频引伸计，可实现试样的自动测量和拉伸过程的自动控制，大大减少了人工操作，提高了试验效率。适用于各种金属、非金属材料的拉伸、压缩、弯曲、剪切、剥离、撕裂等试验。可满足GB/T、ASTM、DIN、JIS等相关标准，适用于不同行业的材料测试需求。采用高精度轮辐式传感器与活塞刚性联接，试验力值更准确，试样断裂时对地面冲击力小，保证了试验结果的准确性。具有全程智能自动化、精准的控制系统、多种试验模式、广泛的适用范围、高效的数据处理、安全可靠、友好的操作界面和良好的稳定性等优点。三思纵横电子万能试验机可以用来测试塑料、橡胶和复合材料的各种力学性能，如拉伸强度、压缩强度、弯曲强度、剪切强度、撕裂强度等。这些数据对于材料的研发、生产和质量控制至关重要。不仅帮助企业提高产品质量，还是新材料研发和生产过程不可或缺的工具。三思纵横动态疲劳试验机是一种模拟材料在实际使用中反复载荷作用下的性能变化的试验设备。能够连续不断地对试样施加周期性的载荷，模拟实际工程中的循环载荷效应。可根据试验需求选择不同的控制方式，能够提供广泛的载荷和频率范围，以适应不同材料和产品的测试需求。具备高刚性和高稳定性的结构设计，以确保试验过程中载荷的准确性和重复性。备有自动化和智能化系统，能够实现试验过程的自动控制、数据采集和处理，以及远程操作等。能够提供精确的试验数据，并通过软件进行数据分析，帮助用户评估材料的疲劳寿命和性能，可应用于金属、合金、陶瓷、塑料、橡胶、复合材料等多种材料的疲劳性能测试。三思纵横热变形维卡软化点试验机用于测定热塑性塑料及热塑性管材管件的热变形及维卡软化点温度。集高精度、自动化、多标准兼容、安全环保、用户友好操作界面、灵活的升温速率设定、试验结果可追溯性和报告生成以及优异的结构设计于一体，是非金属材料领域研发、生产和质量控制的重要工具，显著提升产品和市场的竞争力。三思纵横在材料力学试验机行业深耕多年，追求卓越品质，打造力学试验机行业标杆，始终致力于为用户提供精准可靠、操作简便的测试设备和完善的技术支持，为推动橡塑、复合材料等行业的发展，我们一直在努力。

p　　strong仪器信息网讯/strong 第三十三届中国国际塑料橡胶工业展览会于2019年5月21日在中国广州中国进出口商品交易会展馆开幕。" CHINAPLAS 国际橡塑展" 伴随着中国塑料及橡胶行业成长逾30年，至今已发展成为亚洲最具规模之橡塑业展会，并对中国橡塑业的发展产生了积极的推动作用。目前，" CHINAPLAS 国际橡塑展" 已是全球领先的塑料橡胶业展览会，业内人士更公认其影响力仅次于德国" K展" ，成为橡塑业的全球最顶尖的展会之一。 去年的展会盛况空前，展馆总面积超30万，展商数目近4000，参展国家及地区多达40个，参展人数超过18万，而今年展会预期更胜往昔。/pp　　林赛斯(上海)科学仪器有限公司(以下简称“林赛斯”)携新产品参加了本次展会。仪器信息网采访了林赛斯(上海)科学仪器有限公司技术工程师刘伟华。/pp　　采访视频如下：/ppscript src="https://p.bokecc.com/player?vid=4A384E89EEE440509C33DC5901307461&siteid=D9180EE599D5BD46&autoStart=false&width=600&height=490&playerid=5B1BAFA93D12E3DE&playertype=2" type="text/javascript"/scriptbr//pp　　林赛斯在热分析仪器研发方面已经有几十年悠久历史，产品线涵盖了热导、热扩散、DSC、和热重等。此次展会，林赛斯带来他们的DSC新产品。该产品不仅体积小、检测性能高、检测速度快、方便快速更换而且成本较低。产品采用的DSC支架达到芯片级，集成了参比、加热、传感器等。林赛斯希望通过产品推广，帮助更多用户提升检测合格率，并在高分子、医药、化学、有机、无机等领域有更好的应用。/pp　　刘伟华通过参加展会，发现了用户对高端产品的注重性和对产品性能可塑性的关注，感受到了用户希望通过林赛斯的产品拓宽用户产品的行业应用的渴求。林赛斯致力于给予用户更好的应用体验，未来将在全国举办用户会等活动，对用户问题进行整理和解答。最后，刘伟华欢迎全国的用户到林赛斯位于北京的实验室参观体验和进行产品检测，从而对林赛斯的产品有更好了解。/pp /p

p　　美国研究人员6月12日在《自然》杂志网络版上发表论文称，他们利用新一代测序技术对玉米自交系B73进行测序，得到了新的、更详细的基因组图谱。研究显示，玉米具有良好的表型可塑性，不同品系玉米的基因组差异明显。这意味着在全球气候环境变化不断加剧的情况下，玉米仍有巨大的发展空间。/pp　　玉米是生物学研究中的重要模式植物。2009年，美国冷泉港实验室研究人员和爱荷华州立大学等机构研究人员合作，完成了对玉米自交系B73的基因组序列的测定，轰动一时。但当时使用的测序技术并不完备，无法解决玉米基因组中大量的重复序列，错过了基因间的大量区域，也无法准确捕捉到诸多细节。/pp　　此次，冷泉港实验室研究人员和加州门洛帕克太平洋生物科学公司等机构合作，使用单分子实时测序和高分辨率光学制图技术，通过解读长测序，构建了新的、更详细的B73基因组图谱。新技术让研究人员能对玉米基因间区域进行详细的观察，从而了解这些基因是如何受调控的。而新的基因组图谱也显示出前所未有的细节，让研究人员对玉米基因表达的变异性有了更深刻的认识。/pp　　通过比较新的B73系基因组图谱与在不同气侯条件下生长的W22系和Ki11系基因组图谱，研究人员发现，后两个品系的基因组与B73的基因组差异巨大，平均只有35%的部分匹配一致。这种差异不仅表现在基因序列变化方面，还表现在基因表达的时间、位点以及表达水平方面。这表明，玉米基因组具有良好的表型可塑性，也意味着其环境适应能力极强。/pp　　研究人员指出，卓越的表型可塑性意味着玉米可以使用更多的组合来适应环境变化，这是育种者的福音。在全球人口不断增加、气候变化问题不断加剧的背景下，玉米作为主要粮食作物，仍有巨大的潜力可挖。/p

4月13日，《自然》杂志刊发干细胞领域重大突破——运用化学小分子实现细胞命运的重编程，即将人成体细胞转变为干细胞。　　该成果由北京大学生命科学学院、北大—清华生命联合中心邓宏魁研究团队完成，只需在人皮肤细胞的培养液中滴上几种化学小分子制剂，一个月后皮肤细胞就能转变为多潜能干细胞，具有重新发育成所有已知的人体细胞类型的能力。　　2012年诺贝尔生理和医学奖颁给了“体细胞重编程技术”，当时用于重编程的转录因子是一种基因物质，其重编程效率较低且有致癌风险，而且该技术缺少可控性，成为通往临床的阻碍。　　为了让干细胞诱导更安全、更有效率，北京大学干细胞研究中心主任邓宏魁团队十几年来持续开展小分子的寻找工作，通过化学小分子将已经分化的人体细胞逆向转变为干细胞。　　把不可能变成可能，成功诱导分四步　　多潜能干细胞，是可以从早期胚胎里面获得的一种干细胞，它具有无限发育的潜能。在生物技术用于干细胞诱导之前，从胎盘、脐带中获得干细胞是较为原始的方法，且获得的干细胞发育能力有限。　　人们希望随时获得干细胞，必须掌握适宜的制备技术，让已经分化的人类成体细胞“走回头路”回转为干细胞。　　“人类成体细胞的特性和稳态调控非常复杂，远超过其他试验用物种。”邓宏魁表示，它不太响应化学小分子外源的刺激。　　犹如面对一位武装到牙齿的将军，想让他放下武器、卸下盔甲，单纯的小孩子几乎是做不到的。　　因此，业内也普遍认为：人类成体细胞的表观遗传限制是极其严格的，通过化学重编程激发人类成体细胞获得多潜能性几乎无可能。　　把不可能变成可能，研究团队必须从原创思路出发。　　“我们受到低等动物再生过程的启发，发现蝾螈等低等动物在受到外界损伤后实现肢体再生，中间多了一步可塑的中间状态。”邓宏魁告诉科技日报记者，“这启发我们干细胞的形成可能不是一步到位，而是分步进行的。”　　研发团队转变思路，开始中间态的研究，创造出一种特定的“可塑性中间态”，作为细胞逆分化的“跳板”。　　沿着这一思路，研究团队进行了大量化学小分子的筛选和组合，最终发现高度分化的人成体细胞在特定的化学小分子组合的作用下，同样可以发生类似低等动物组织再生中的去细胞分化现象，获得具有一定可塑性的中间状态。　　“我们尝试了20多种不同的策略，也进行了上百万种化学小分子组合的筛选。”邓宏魁回忆，找到6个小分子的组合，完成将人的成体细胞重编成为可塑性强的中间态细胞这一半的转变，就花了整整6年的时间。　　论文中的示意图显示，从成纤维细胞经两步变化转变为“塑性中间态”细胞，随后干细胞开始次第萌发，最终成果实现人多潜能干细胞的化学小分子诱导。　　小分子诱导，更简单而且高可控　　“有了这项技术，可控、高效地制备人体干细胞就像吃一片阿司匹林一样。”美国萨尔克研究所教授胡安巴尔蒙蒂用贴切的比喻表明了小分子诱导的极大优势，“没有涉及基因的变化，而是用化学小分子实现，这将大大加快干细胞用于重大疾病的治疗，大大加快其进入临床应用的进程。”　　与传统的技术体系相比，化学小分子诱导干细胞更加安全和简单、易于标准化、易于调控，而这些都是原有诱导技术难以进入临床应用无法克服的限制。　　在安全性方面，之前在小鼠试验已经证明，化学诱导干细胞携带的遗传突变显著少于传统方法诱导的干细胞，而且产生的嵌合体小鼠在长达6个月的观察期内不产生肿瘤、全部健康存活。同时，制备干细胞分化出来的胰岛细胞移植入小鼠和非人灵长类动物模型体内，经过长期观察未发现肿瘤。　　此外，在个体化制备、细胞标准化制备方面，化学小分子诱导均有优势，且操作简单，时空调控性强，作用可逆，合成储存方便，易于标准化生产。　　据介绍，团队用化学诱导干细胞已进一步培养出人体胰岛细胞，并在非人灵长类动物上实验成功，未来可用于治疗糖尿病。图片来源于网络

4月13日，《自然》杂志刊发干细胞领域重大突破——运用化学小分子实现细胞命运的重编程，即将人成体细胞转变为干细胞。该成果由北京大学生命科学学院、北大-清华生命联合中心邓宏魁研究团队完成，只需在人皮肤细胞的培养液中滴上几种化学小分子制剂，一个月后皮肤细胞就能转变为多潜能干细胞，具有重新发育成所有已知的人体细胞类型的能力。2012年诺贝尔生理和医学奖颁给了“体细胞重编程技术”，当时用于重编程的转录因子是一种基因物质，其重编程效率较低且有致癌风险，而且该技术缺少可控性，成为通往临床的阻碍。为了让干细胞诱导更安全、更有效率，北京大学干细胞研究中心主任邓宏魁团队十几年来持续开展小分子的寻找工作，通过化学小分子将已经分化的人体细胞逆向转变为干细胞。把不可能变成可能，成功诱导分四步多潜能干细胞，是可以从早期胚胎里面获得的一种干细胞，它具有无限发育的潜能。在生物技术用于干细胞诱导之前，从胎盘、脐带中获得干细胞是较为原始的方法，且获得的干细胞发育能力有限。人们希望随时获得干细胞，必须掌握适宜的制备技术，让已经分化的人类成体细胞“走回头路”回转为干细胞。“人类成体细胞的特性和稳态调控非常复杂，远超过其他试验用物种。”邓宏魁表示，它不太响应化学小分子外源的刺激。犹如面对一位武装到牙齿的将军，想让他放下武器、卸下盔甲，单纯的小孩子几乎是做不到的。因此，业内也普遍认为：人类成体细胞的表观遗传限制是极其严格的，通过化学重编程激发人类成体细胞获得多潜能性几乎无可能。把不可能变成可能，研究团队必须从原创思路出发。“我们受到低等动物再生过程的启发，发现蝾螈等低等动物在受到外界损伤后实现肢体再生，中间多了一步可塑的中间状态。” 邓宏魁告诉科技日报记者，“这启发我们干细胞的形成可能不是一步到位，而是分步进行的。”研发团队转变思路，开始中间态的研究，创造出一种特定的“可塑性中间态”，作为细胞逆分化的“跳板”。沿着这一思路，研究团队进行了大量化学小分子的筛选和组合，最终发现高度分化的人成体细胞在特定的化学小分子组合的作用下，同样可以发生类似低等动物组织再生中的去细胞分化现象，获得具有一定可塑性的中间状态。“我们尝试了20多种不同的策略，也进行了上百万种化学小分子组合的筛选。”邓宏魁回忆，找到6个小分子的组合，完成将人的成体细胞重编成为可塑性强的中间态细胞这一半的转变，就花了整整6年的时间。论文中的示意图显示，从成纤维细胞经两步变化转变为“塑性中间态”细胞，随后干细胞开始次第萌发，最终成果实现人多潜能干细胞的化学小分子诱导。论文截图小分子诱导，更简单而且高可控“有了这项技术，可控、高效地制备人体干细胞就像吃一片阿司匹林一样。” 美国萨尔克研究所教授胡安巴尔蒙蒂用贴切的比喻表明了小分子诱导的极大优势，“没有涉及基因的变化，而是用化学小分子实现，这将大大加快干细胞用于重大疾病的治疗，大大加快其进入临床应用的进程。”与传统的技术体系相比，化学小分子诱导干细胞更加安全和简单、易于标准化、易于调控，而这些都是原有诱导技术难以进入临床应用无法克服的限制。在安全性方面，之前在小鼠试验已经证明，化学诱导干细胞携带的遗传突变显著少于传统方法诱导的干细胞，而且产生的嵌合体小鼠在长达6个月的观察期内不产生肿瘤、全部健康存活。同时，制备干细胞分化出来的胰岛细胞移植入小鼠和非人灵长类动物模型体内，经过长期观察未发现肿瘤。此外，在个体化制备、细胞标准化制备方面，化学小分子诱导均有优势，且操作简单，时空调控性强，作用可逆、合成储存方便，易于标准化生产。据介绍，团队用化学诱导干细胞已进一步培养出人体胰岛细胞，并在非人灵长类动物上实验成功，未来可用于治疗糖尿病。

由于直接接触含有邻苯二甲酸盐的玩具可能对婴幼儿的健康造成危害，继欧盟、美国对玩具中塑料部件或塑料玩具中的六种邻苯二甲酸盐实施限制禁令后，近日，日本厚生劳动省(MHLW)公布了对玩具中邻苯二甲酸盐限制令的修订。根据新规，受限制的邻苯二甲酸盐由2种增至6种，并且管制所有可塑性材料，与欧美等国家和地区步调保持一致。从2011年9月6日起，生产或进口的玩具应符合日本新法规的要求。　　新要求的主要内容包括：　　在条例第78条列明的玩具中，其可塑性材料中的邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸(2-乙基己基酯)(DEHP)或邻苯二甲酸丁基苄基酯(BBP)的含量不能超过0.1%。　　在条例第78-1条列明的玩具中，其可塑性材料中的邻苯二甲酸二异癸酯(DIDP)、邻苯二甲酸二异壬酯(DINP)或邻苯二甲酸二正辛酯(DNOP)的含量不能超过0.1%(仅适用于意图放入口中的部件)。　　条例第78-1条列明的玩具，除意图放入口中的部件外，其余的主要成分为聚氯乙烯(PVC)的部件不得含有邻苯二甲酸二异壬酯(DINP)。　　为此，检验检疫部门提醒相关出口玩具企业：积极关注日本新修订的关于邻苯二甲酸盐的限制令，加大对塑料原辅材料的检测力度，避免因邻苯二甲酸盐超标造成经济损失。

7月22日，开滦总医院河北省神经生物机能重点实验室建设项目，顺利通过由河北省科技厅、河北省发展和改革委员会、唐山市科技局等组成的专家组验收。　　开滦总医院神经内科为河北省医学重点学科及省临床重点专科，是集临床、科研、预防、医学生临床教学和硕士研究生培养为一体的体现当代医学发展方向的大型综合性学科。已发展成为神经生物学实验室、神经平衡机能实验室、神经电生理实验室、睡眠分析实验室、神经免疫学实验室等11个实验室单元。目前已确定“神经功能的调控和可塑性机制”和“脑血管病的分子流行病学及溶栓的分子生物学机制”为主要研究方向。　　截至目前，实验室已开展了大量的基础与临床科研工作，取得了38项科研成果，其中18项获得省、部级奖项。目前正在承担着科研课题15项，其中建设期内新承担国家级科研项目(包括作为研究分中心参加项目)4项。实验室已发表科研论文200余篇，出版专著9部，获国家实用新型专利1项 建设期内发表科研论文20篇，其中SCI收录6篇，出版专著2部。

“塑化剂”检测取得新突破　 常州检验检疫局已完成近500批次塑料食品接触材料中塑化剂含量和迁移量的检测　　近日，台湾“塑化剂”污染事件影响迅速席卷国内企业，食品生产企业处于极度恐慌状态。因食品接触材料中也存在因人为添加或工艺污染而含有“塑化剂”的风险，国外客户和国内下游食品生产企业纷纷要求上游食品包装供应商提供不含“塑化剂”的检测报告。常州检验检疫局食品接触材料实验室每天都会接到相关企业的此类咨询电话几十个，要求进行“塑化剂”检测。作为质检系统国家重点实验室，常州检验检疫局国家食品接触材料检测重点实验室立即启动应对预案，针对食品接触材料“塑化剂”检测进行技术攻关，并取得突破。　　台湾“塑化剂”污染事件是由于生产起云剂(饮料乳化剂)的厂家非法添加了用于塑料化工行业的增塑剂“邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯”(DEHP)而引起。“塑化剂”传统的检测方法一般采用的是有机溶剂超声、震荡或索式提取法对产品中塑化剂进行提取，提取效率较低，只能检测人为添加的大剂量(一般产品中塑化剂的限量为0.1%，即1000mg/kg)“塑化剂”，无法满足当前因工艺污染而导致的微量“塑化剂”的检测限值要求。　　针对这一情况，常州检验检疫局第一时间启动重大事件科研攻关应急预案，采取三项措施，进行食品接触材料“塑化剂”检测技术攻关：一是成立专门技术攻关小组，由常州危险货物与包装检测技术中心主任汤礼军亲自挂帅，抽调中心精干力量，致力于降低“塑化剂”检出限的研究。二是制定科学的攻关方案。虽然塑化剂是玩具、儿童用品和食品接触材料中常规检测的项目，存在的检测方法较多，但各种方法的检出限一般在30ppm左右。台湾“塑化剂”事件后，各企业要求食品接触材料中“塑化剂”检出限为1.0ppm。针对这种情况，攻关小组广泛查阅文献和标准，整理出现在可能采用食品接触材料中“塑化剂”检测的前处理方法和仪器检测方法，分组对不同的方法进行试验验证。验证可行后，采用阳性样品对各种方法进行比对试验，确定最优的试验前处理方法和检测方法。经过艰苦的技术攻关，常州检验检疫局食品接触材料实验室在短短两周时间内就将食品接触材料中16种邻酯的定量检测限从原来的30ppm降低到1.0ppm，定性检测限降低到了0.05ppm，从而解决了食品接触材料中微量“塑化剂”污染检不出、检不准的问题。三是采取审慎的验证手段。在检测技术取得突破后，为确保检测技术的可靠性，保证检测结果的准确性，攻关小组将优化后的试验方案和阳性样品分别送系统内外5家权威实验室进行外部验证。实验室间的协同试验结果显示，该技术方法灵敏度高、检出限低，稳定性较好能满足当前企业对食品接触材料中塑化剂1.0ppm检出限的要求。　　截至目前，常州局食品接触材料实验室已完成近500批次塑料食品接触材料中塑化剂含量和迁移量的检测，其产品涵盖塑料包装、一次性纸杯、方便面纸碗、保鲜膜/袋、塑料瓶盖及垫片等。并在多批次食品包装材料中检出微量邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯(DEHP)、邻苯二甲酸丁苄酯(BBP)和邻苯二甲酸二丁酯(DBP)等物质。为进一步加强食品包装材料生产监管，改进我国食品包装材料生产工艺，为保障进出口食品接触材料及食品的质量安全提供了强有力的技术支撑。　　链 接　　塑化剂，学名邻苯二甲酸酯，又称酞酸酯，是目前被广泛应用的一类增塑剂，具有色浅、电性能好、挥发性小和耐低温等特点，是生产塑料制品(尤其是聚氯乙烯产品)和橡胶制品中很重要的添加剂，能有效地增加产品的可塑性、柔韧性或膨胀性。常用的邻苯二甲酸酯类主要包括：邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯(DEHP)、邻苯二甲酸二异壬酯(DINP)、邻苯二甲酸二异癸酯(DIDP)、邻苯二甲酸二正辛酯(DNOP)、邻苯二甲酸丁苄酯(BBP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)等16种。

人类的视力有极限吗？最近，科学家在实验中运用新技术，通过光学仪器矫正人的视力，有的被试者的视力甚至达到了2.0。　　新技术为“超视力”提供可能　　中国科学技术大学周逸峰小组与中科院成都光电所张雨东小组合作，创造性地将视知觉训练与人眼自适应光学技术结合起来。在实验中，他们对20岁左右的正常被试者测量视力等视功能后，让他们每天参加一小时的视觉训练。这种训练，即在自适应光学系统上，呈现一种高空间频率光波的黑白条纹图像，让被试者根据要求完成图像的检测任务。训练程序根据完成任务情况，自动调控图像参数，使之维持在一定的难度水平上。如此反复多次，坚持10—12天，每天1小时左右。　　周逸峰指出，“这项实验反映了在一定的条件下，经过学习，成年神经系统对图像识别的能力可大大提高。即便是发育成熟后，正常成年视觉神经系统仍具有相当程度的可塑性。不过，这些可塑性的发挥，受限于人眼的光学系统质量。”　　据专家介绍，人眼的光学系统，除了存在近视、远视等“低阶像差”外，还存在难以用普通手段测量和矫正的“高阶像差”。研究小组对被试者进行高阶像差的矫正，使之拥有较理想的人眼光学系统，在此基础上配合视知觉训练，让被试者的视力有了明显的提高，有的甚至达到了2.0及以上的视力。据介绍，他们的“超视力”在5个月后复测时仍可保持。该研究成果可用于探索新的治疗方法，来提高视力低下患者的视功能，也为达到“超视力”提供了可能。　　目前还处于临床阶段　　关于这项技术的最新应用情况，周逸峰在接受采访时介绍：“目前，我们与合作单位中科院光电技术研究所一起正在进行面向临床应用的产品开发和推广，已经研制出自适应光学视力治疗仪，7月份进入医院进行临床试验，在国家药监局审批注册后即可上市用于临床。”同时，周逸峰还指出：“这项技术还处于临床试验阶段，从之前测试的结果来看，效果比较显著，但由于临床试验受到各种因素的制约，不能保证每次试验都达到预期效果。”　　对此，焦永红指出，“自适应光学技术属于高科技，作为一种辅助的装置，它主要从两个层面推动眼科技术的发展。其一，让使用设备的医务人员可以更清楚地分析数据；其二，可以让病人接受的手术更加精准。目前，它仍属于前瞻性的研究。”　　关于视知觉训练，焦永红则认为：“视知觉训练主要通过锻炼肌肉的灵敏度，通过反复刺激的方法来训练人的能力。这项训练比较主观，而且需要坚持。因此，被试者的视力恢复水平可能因人而异。”　　不过，任何一项新技术的发展都是不断尝试、不断推新的过程。屈光手术自90年代初期试用以来，已经发展成熟，这一技术通过改变人眼的光学系统，使得人眼视力水平得到很大改善。焦永红认为：目前，自适应光学技术还处在临床适应阶段，从原理上说，这项技术可以辅助临床试验，让手术更加精准。　　是否具有“超视力”不重要　　那么视力的优劣该如何测定呢？2.0的视力是怎样的“超视力”呢？　　目前国内有两种视力表记录法：小数记录法、五分记录法。一般情况下，正常裸视力能达到1.0，也就是5.0。小数记录法的1.5，2.0分别相当于五分记录法的5.2，5.3。　　对于视力有限性的问题，北京同仁医院眼科中心眼肌科主任焦永红指出：“人的视力受限于最小视角，它是指视网膜视觉细胞能分辨的最近距离的两点对眼的最小夹角。”视力表是根据视角的原理制定的。正常人眼能看清最小物体的视角为1分视角，又称最小视角。　　焦永红认为，“人的视力是有极限的，单纯通过视力表的指标来衡量人的视力的优劣并不是目的。1.5的视力已经是正常视力，不同衡量体系得出的结论也不同。衡量视力水平，不能光看指数，还要看眼睛各个方面是否协调一致。关键在于眼睛的健康，无各种眼科疾病，这才是我们追求的目标。至于是否是2.0这样的"超视力"并不重要。”　　焦永红说：“视力检查是一种知觉检查，具有较强的主观性，一些其他的因素，也会影响到检查结果。”常见的影响视力检查准确性的因素有：光线，比如灯箱老旧、光源亮度不达标、面板刮花、检测地点周围光线昏暗等；环境，如周边环境吵闹、噪音大等；此外，如果在感冒、发烧或服药期间，视力也可能下降。　　中国人民解放军第二炮兵总医院眼科主任医师蔡春梅介绍说：“目前所测的视力主要为远视力，被试者离视力表5米。视力达到2.0，说明远视力很好，不排除有其他眼睛问题的可能，没有一个评论视力优劣的绝对指数，普通人达到1.0的视力就是正常视力。”　　通常情况下，人们认为成人的视力不具备可塑性。就此，蔡春梅认为：“如果一个成年人存在屈光不正的问题，如近视、远视、散光等问题，通过镜片、手术矫正的方法，才可以矫正视力。”自适应光学技术也正基于此，通过仪器调整人眼的光学系统，才能够有效的矫正视力。

由广州市质量监督检测研究院制定的全国首个热塑性塑料餐具标准———《热塑性塑料餐具地方技术规范》已于8月1日起实施，其总体水平与日本标准相当，基本涵盖了市场上所有热塑性塑料餐具。　　消费者选购塑料餐具时，首先要看标识是否完整，其次看产品。产品的表面应平滑，没有污点、杂质、划痕、裂纹等，没有脱色、褪色现象，还可闻一闻看有没有刺激性味道等异味。　　“最重要的还是要看产品标识。”国家包装产品质量监督检验中心(广州)包装检验部部长孙世彧表示，此次标准规定，产品须标明厂家名称或商标、材质、使用温度等说明，若产品有不耐热水、不适用于微波炉、不能接触油质等要求，也应标明。

前一阵子，几篇关于微塑料的科普文章着实让小编一阵后怕，从茶叶到吃食，都可能残留微塑料颗粒。塑料中除了含有的合成树脂在特定条件下对人体有害，还有可能会含有另一种成分——邻苯，长期摄入甚至会导致癌症。那么，邻苯到底是什么？01邻苯是什么？如果说邻苯，你不一定知道，但是说塑化剂，你一定认识！ 邻苯二甲酸酯类化合物（Phthalate Acid Esters，缩写PAEs，又称酞酸酯，俗称塑化剂，普遍用于塑料工业的主要增塑剂和软化剂，其作用是增大塑料的可塑性和韧性，提高塑料强度。它被普遍应用于玩具、食品包装材料、医用血袋和胶管、乙烯地板和壁纸、清洁剂、润滑油、个人护理用品（如指甲油、头发喷雾剂、香皂和洗发液）等数百种产品中，但对人体的健康有严重的危害。 PAEs是一种环境激素，可以模拟体内的天然荷尔蒙，会干扰正常荷尔蒙的作用，影响身体内的最基本的生理调节机能，具有致癌、致畸、致突变性作用，对人体健康已构成危害。 2011年6月1日卫生部发布公告，邻苯二甲酸酯类物质被明确为违禁添加的非食用物质，禁止在食品中使用。 那么问题来了，如果不是直接添加进食品，邻苯又是如何进入食品当中的呢？ 02食品中的邻苯从何而来？一般人更容易在塑胶制品包装中接触到邻苯二甲酸酯类，在生活中有很多食物在加工、加热、包装、盛装的过程里可能造成邻苯二甲酸酯的溶出且渗入食物中。例如：塑胶玩具、覆盖食物微波加热的保鲜膜、盛装食物的塑胶容器、室内装潢或家庭产品亦多数属于塑胶材质、吃手扒鸡的塑胶手套、医疗用的塑胶手套或输血袋等，都可见邻苯二甲酸酯类的踪影。 目前参考GB/T 5009.271-2017标准，对于较简单的样品直接提取上机检测，对于较复杂的样品：前处理方法使用的PSA/硅胶玻璃复合SPE小柱500mg/500mg/6mL（英诺德产品货号：223-29001）作为净化工具，净化效果更好。 03食品基质中邻苯二甲酸酯检测方案提取称取0.5g，依次加入100μL正己烷和2mL乙腈，涡旋1min，超声提取20min，4000r/min离心5min，收集上清液。残渣中加入2mL乙腈，涡旋1min，4000r/min离心5min。再加入2mL乙腈重复提取1次，合并3次上清液，待SPE浄化。SPE净化活化：5mL二氯甲烷、5mL乙腈活化；上样：流速1mL/min，收集流岀液 洗脱：再加入5mL乙腈，收集流出液，合并两次收集的流出液，加入1mL丙酮，40℃氮吹至近干，正已烷准确定容至2mL，涡旋混匀，GCMS检测。仪器条件和谱图(1) 色谱条件色谱柱：DB-5 30m*0.25mm，0.25μm。进样口温度：260℃；升温程序：初始柱温60℃，保持1min；以20℃/min升温至220℃，保持1min；再以5℃/min升温至250℃，保持1min；再以20℃/min升温至290℃，保持7.5min载气：高纯氦气（纯度99.999%）；进样方式：不分流进样；进样量：1μL。 (2) 质谱条件电离方式：电子轰击电离源（EI）；电离能量：70eV；传输线温度：280℃；离子源温度：230℃；监测方式：选择离子扫描（SIM）；溶剂延迟：7min。 (3) 谱图注意事项(1)邻苯二甲酸酯测试时中很容易有带入，器皿一定要清洗干净，样品瓶及进样小瓶需要高温烘烤除去有机污染物，防止污染； (2) DINP是群峰，可能会存在假阳性，需要和标准品比较分析确认，离子比率和出峰时间一致的才进行积分计算。 04INNOTEG相关产品货号名称描述223-29001SPE 小柱INNOTEG PSA/硅胶玻璃复合柱500mg/500mg/6ml，30/pk91-07132mL样品瓶2ml 透明螺纹样品瓶/带刻度书写标签/9mm口径，11.6*32mm，100个/盒91-07222mL样品瓶盖子预装蓝色螺纹开孔盖 白色PTFE/红色硅胶垫/9mm口径，φ9mm，100个/包61-1270内插管250uL 尖底玻璃内插管 带塑料支架，5.8*29mm，100个/包

EDX-7200One EDX over all others 苯酚、异丙基磷酸（3:1）（PIP（3:1））被广泛应用于以聚氯乙烯（PVC）和聚氨酯等树脂为代表的产品中，以使产品具有可塑性和阻燃性。另一方面，美国环境保护署（U.S.EPA）的有毒物质控制法案（TSCA）开始对含有PIP（3:1）的产品及成品的制造、加工与交易进行管控。 在岛津经典的EDX RoHS 5元素及Cl元素、Sn元素的筛选套件基础上，新推出了作为新品EDX-7200的扩展套件P元素筛选。 P的原子序数是15，相对于大原子序数的元素，X射线荧光强度低，更容易受不同树脂材料的干扰。因此在P的筛选套件中采用了最适合的测试条件和修正树脂干扰的计算条件，同时提供了P元素的管理样品。 大气氛围下P的检出下限如下表，测量时间100秒，PE树脂样品。实际样品分析示例● 样品：PVC树脂测量时4根并排放置样品观察摄像头画面 ● 分析结果：软件判定结果图P元素谱峰 ● 重复性测试结果以上方法可应对《美国有害物质管法》（TSCA）对PIP的管控的初步筛选，同时可对应正在修订中的IEC 62321 3-1总磷的筛选方法。 ● 相关链接：EDX-7200新型能量色散X射线荧光光谱仪出新！美国TSCA法规应对，“五项有害物质”摸底排查可以开始啦 本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

在薄膜拉伸强度测试中，准确区分弹性变形和塑性变形对于材料工程师、物理学家以及产品开发者而言，是至关重要的一环。这两种变形类型不仅决定了材料的基本性能，还直接关系到产品的使用寿命和安全性。本文旨在深入探讨薄膜拉伸强度测试中弹性变形与塑性变形的区分方法，以及它们在材料科学领域的应用。一、弹性变形与塑性变形的基本概念弹性变形，指的是材料在外力作用下产生变形，当外力消失时能够恢复到原始形状和尺寸的现象。这种变形是可逆的，不涉及材料的内部结构变化。而塑性变形则是指材料在外力作用下产生变形后，即使外力消失也不能完全恢复到原始形状和尺寸的现象。塑性变形是不可逆的，通常伴随着材料内部结构的改变。二、薄膜拉伸强度测试中的变形观察在薄膜拉伸强度测试中，我们可以通过观察材料的应力-应变曲线来区分弹性变形和塑性变形。在弹性变形阶段，应力与应变之间呈线性关系，即应力增加时，应变也按一定比例增加。当应力达到弹性极限时，材料开始进入塑性变形阶段，此时应力-应变曲线呈非线性关系，应变继续增加但应力增长缓慢或不再增长。三、区分弹性变形与塑性变形的具体方法应力-应变曲线分析：如前所述，通过分析应力-应变曲线的形状和变化，可以判断材料是否进入塑性变形阶段。在弹性变形阶段，曲线呈直线状；而在塑性变形阶段，曲线则呈现弯曲或平坦的趋势。卸载试验：在拉伸测试过程中，当材料达到一定的应力水平时，可以突然卸载并观察材料的恢复情况。如果材料能够迅速恢复到原始长度，则说明之前的变形主要是弹性变形；如果材料不能完全恢复，则说明存在塑性变形。残余应变测量：在拉伸测试结束后，通过测量材料的残余应变可以判断塑性变形的程度。残余应变越大，说明塑性变形越显著。四、弹性变形与塑性变形在材料科学中的应用材料选择：了解材料的弹性变形和塑性变形特性有助于选择合适的材料以满足特定需求。例如，在需要高弹性的场合（如橡胶制品），应选择弹性变形能力强的材料；而在需要承受大变形而不破裂的场合（如金属薄板），则应选择塑性变形能力强的材料。产品设计：在产品设计过程中，考虑到材料的弹性变形和塑性变形特性，可以优化产品结构以提高其性能和安全性。例如，在设计弹性元件时，需要充分利用材料的弹性变形能力；而在设计承力结构时，则需要考虑材料的塑性变形特性以确保结构的稳定性和安全性。质量控制：通过测量材料的弹性模量、屈服强度等力学性能指标，可以评估材料的性能是否满足要求。同时，通过观察材料的变形行为（如弹性变形和塑性变形）可以判断材料是否存在缺陷或质量问题。五、结论在薄膜拉伸强度测试中准确区分弹性变形和塑性变形对于材料科学领域具有重要意义。通过分析应力-应变曲线、进行卸载试验和测量残余应变等方法可以判断材料的变形类型。了解材料的弹性变形和塑性变形特性有助于选择合适的材料、优化产品设计和提高产品质量。未来随着材料科学的发展和技术的进步相信我们将能够更加深入地理解材料的变形行为并开发出更多高性能的材料。

生命科学　　Life science　　2022年8月2日，上海科技大学生命科学与技术学院杨扬团队与中国科学院自动化研究所韩华团队合作，在Cell Press细胞出版社期刊Cell Reports上以长文形式发表了题为“Fear memory-associated synaptic and mitochondrial changes revealed by deep learning-based processing of electron microscopy data”的研究论文，该研究通过对恐惧学习小鼠听觉皮层突触的三维电镜重建和大规模比较分析，探究了小鼠听觉皮层中与恐惧记忆相关的神经元突触等亚细胞结构的变化情况，并用模型分析方法揭示了突触连接模式变化引起的信息存储容量的大幅提升。　　中国科学院自动化研究所刘静助理研究员、上海科技大学生命科学与技术学院漆俊倩博士、中国科学院自动化研究所陈曦研究员和李贞辰博士生为本文的共同第一作者，杨扬研究员、韩华研究员、谢启伟教授为本文的共同通讯作者。　　大脑中的神经网络由神经元通过复杂的突触连接构成，神经元编码、处理和存储信息从根本上依赖于突触的连接模式以及在此基础之上的协调活动，解析突触的连接模式对理解大脑的结构与功能至关重要。在哺乳类动物大脑中，除了由单个轴突小结（axonal bouton）与单个树突棘（dendritic spine）形成的1-1型连接，即单位点突触连接外，大脑中的突触连接模式还包括由单个轴突小结与多个树突棘形成的1-N型连接，或多个轴突小结与单个树突棘的N-1型连接，统称为多位点突触（multiple-contact synapses，MCS）。此前，已有很多研究通过光学显微镜发现学习记忆可以改变突触的组织结构，由于突触间隙宽度仅有几十纳米（低于一般光学显微镜的衍射极限），因此在光学显微镜下观察突触结构的精细变化非常困难。与此同时，突触三维结构的光学数据获取和分析高度依赖于人工，更是极大限制了突触结构的重建数量和分析规模。　　为探究学习记忆如何促进突触多位点连接模式的形成及效果，本项研究以经典的听觉条件恐惧学习（auditory fear conditioning）为范式设置了实验组和对照组，基于大规模序列电子显微镜成像技术和深度学习识别模型，实现了电镜图像中多种亚细胞三维结构的自动提取，重构了小鼠听觉皮层135,000个线粒体和160,000个突触。实验组和对照组的大规模对比分析表明，尽管恐惧学习训练没有改变突触的空间密度与空间分布，却特异性地增加了1-N型突触的比例。进一步分析发现，绝大多数1-N型突触中的树突棘来自不同树突主干，并且这种多树突1-N型突触在神经元网络中能够起到信号广播的作用。　　为了进一步分析多树突1-N型突触的信息编码能力，本项研究建立了基于香农信息熵来计算突触信息存储容量（information storage capacity，ISC）的组合数学模型。在无新增突触的静态网络和包含新增突触的可塑性动态网络两种条件下，分别计算了引入多树突1-N型突触的ISC增量。在静态网络中，引入此类突触只是略微增加了ISC容量，而在动态可塑性网络中，此类突触将信息存储容量显著提高了50%。　　综上，基于序列电子显微镜成像技术和深度学习计算方法，研究者开发了小鼠听觉皮层亚细胞结构的三维电镜重构算法，自动重建精度可以满足大规模分析的精度需求，有效地节省了人工校验时间消耗，极大提高了分析效率。大规模电镜重构和对比分析结果在亚细胞水平揭示了学习记忆对大脑皮层突触、线粒体的组织结构和连接模式的影响，为类脑计算仿生模型的精确建模提供了结构基础和启发依据。　　图：（上左）听觉条件恐惧学习的对照组和实验组。（上右）轴突小结与树突棘替换或增加的示意图。（中左）不同突触连接模式的电镜图像及三维重构结果。1-N型突触由单个轴突小结与多个树突棘形成，N-1型突触由多个轴突小结与单个树突棘形成。（中右）不同突触连接模式示意图。绿色：树突；蓝色：轴突。（下左）密集重构揭示绝大多数1-N型突触中的树突棘来自不同树突主干。（下右）无新增突触的静态网络和包含新增突触的可塑性动态网络。　　该研究获得了国家科技创新2030重大项目、中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、北京市科技计划的经费支持。　　作者专访　　Cell Press细胞出版社公众号特别邀请杨扬研究员、刘静博士和韩华研究员代表研究团队接受了专访，请他们为大家进一步详细解读。　　CellPress：　　过去也有基于电镜图像重构来探究突触和线粒体的研究报道，有的还完成了更大规模的密集重构。本文的方法和思路与过去的研究有何不同？　　杨扬研究员：　　电镜图像的密集重构对运算量的要求很高，工作量极大。而本文所使用的方法可以在不做密集重构的前提下，选择性识别和分割出研究者感兴趣的亚细胞结构，如本文关注的突触、线粒体，也可以推广到其他有特殊结构的细胞器。已有的突触或线粒体的自动重构算法多是像素或体素分割模型，也就是将图像中的像素或体素分类成前景或者背景。本文所使用的region-based卷积神经网络是一种实例分割网络，可端到端的完成目标实例的检测和分割。另外，针对强各向异性的序列电镜数据，本文提出一种2D到3D的重构方法，首先在2D上识别和分割亚细胞结构，随后应用3D连接算法完成3D的重构。这种方式可有效避免直接应用3D卷积神经网络带来的目标尺度在特征空间和图像空间不一致的问题。　　CellPress：　　多位点突触是一个新的概念吗？本文对此类突触的研究有何特别之处？　　杨扬研究员：　　一个突触前轴突小结与多个突触后树突棘形成的1-N多位点突触，和多个突触前轴突小结与一个突触后树突棘形成的N-1多位点突触，在过去的文献中都有过报道。但限于电镜图像人工识别的效率，过去的工作未能对这种特殊突触进行大规模的定量研究。本文通过基于机器学习的自动识别与重构算法实现了这一突破。此外，连接同一个多位点突触中的多个树突棘是来自同一根树突还是不同树突，代表了两种不同的神经元连接方式：前者仍是1对1的神经元连接，后者则是1个神经元对多个神经元的信息广播。本文通过密集重构，首次对这两类多位点突触进行了区分和定量，并发现后者在大脑皮层中，特别是学习之后占据了绝大多数，提示这种连接可能表征了大脑中突触层面的记忆痕迹。　　CellPress：　　人工智能算法在这个研究中发挥着怎样的作用？　　刘静博士、韩华研究员：　　近年来，人工智能算法已经深入应用到生命科学领域，加速甚至革新了生物学的研究进程。在连接组（Connectomics）领域，面对海量的高分辨电镜数据，借助人工智能算法绘制神经元的线路图是一个必不可少的环节。在本文中，我们设计了一套深度学习算法工具集，可以自动识别序列电镜图像中神经元、突触以及线粒体并恢复其三维形态。深度学习算法的应用大大提高了识别效率，将人从大量冗余复杂的标注工作中解放出来，加速了研究进程。　　CellPress：　　可否用简要的语言解释文中所提及的突触连接静态网络和动态网络，两者最核心的区别是什么？具有何种生物学意义？　　刘静博士、韩华研究员：　　突触连接网络是指根据神经元的几何拓扑特征来模拟突触连接模式的一种建模方式。其中，静态模型中仅考虑稳定的突触连接，假设没有新突触的形成或旧突触的消亡，本文使用信息熵定义静态网络的信息存储容量。而动态模型则将突触可塑性引入到网络中，允许新突触的形成，本文使用信息熵的增益表示新突触形成带来的信息存储容量的增加。动态模型通过模拟突触可塑性，与真实的大脑神经网络更为相似。　　CellPress：　　您认为该项研究对类脑计算有什么启发吗？　　刘静博士、韩华研究员：　　类脑智能（Brain-inspired Intelligence）本身就是通过模仿和借鉴人类神经系统的工作原理以构建新型的计算结构和智能形态。然而，目前人对大脑的生理机制还知之甚少。类脑研究的第一步就是要理解大脑，突触作为神经元连接的桥梁，是大脑中最重要的结构之一。突触的可塑性（synaptic plasticity）被认为与长时程记忆（long-term memory）有关。本文通过恐惧学习实验范式和电镜成像技术，发现了恐惧记忆能促进小鼠听觉皮层中一种特殊的1-N突触连接模式的形成，且这种连接模式大大增强了局部环路的信息编码能力。本研究中发现的这种局部神经环路信息传递模式或许能够作为一种记忆存储模块启发新型的类脑计算模型。　　作者介绍　　谢启伟 　　教授　　谢启伟，北京工业大学现代制造业基地教授　　研究兴趣、领域：数据挖掘、图像处理和复杂系统智能；应用图像处理、机器学习和深度学习等方法研究基于电镜数据的神经元重建，集中于神经元电镜图像的前处理、超体素分割、图融合后处理等方法的研究，为神经科学提供有力工具，期待从脑的结构中挖掘出智能的本源。　　韩华 　　研究员　　韩华，中国科学院自动化所研究员　　研究兴趣、领域：高通量显微成像技术产生海量影像数据，如何重构数据、分析数据、可视数据等已成为脑科学与类脑研究领域的重大挑战。我们致力于建立我国微观脑图谱的高通量技术体系和自主可控技术平台，持续突破大体块神经组织样品制备、长时程超薄切片连续收集、高通量扫描电镜三维成像、高精度神经结构三维重建等关键技术，开展多个百TB规模的微观脑图谱绘制工程，为构建类脑计算仿真提供生物真实网络和仿生建模依据。　　杨扬 　　研究员　　杨扬，上海科技大学生命科学与技术学院助理教授、研究员　　研究兴趣、领域：以条件恐惧学习和增强式学习为行为范式，使用在体双光子成像、双光子全息光遗传、电镜、电生理等技术，研究与学习记忆相关的神经环路活动性和可塑性，及神经调制系统在其中所起的作用。　　相关论文信息　　▌论文标题：　　Fear memory-associated synaptic and mitochondrial changes revealed by deep learning-based processing of electron microscopy data

2022年8月，上海科技大学生命科学与技术学院杨扬团队与中国科学院自动化研究所韩华团队合作，在Cell Press细胞出版社期刊Cell Reports上以长文形式发表了题为“Fear memory-associated synaptic and mitochondrial changes revealed by deep learning-based processing of electron microscopy data”的研究论文，该研究通过对恐惧学习小鼠听觉皮层突触的三维电镜重建和大规模比较分析，探究了小鼠听觉皮层中与恐惧记忆相关的神经元突触等亚细胞结构的变化情况，并用模型分析方法揭示了突触连接模式变化引起的信息存储容量的大幅提升。中国科学院自动化研究所刘静助理研究员、上海科技大学生命科学与技术学院漆俊倩博士、中国科学院自动化研究所陈曦研究员和李贞辰博士生为本文的共同第一作者，杨扬研究员、韩华研究员、谢启伟教授为本文的共同通讯作者。大脑中的神经网络由神经元通过复杂的突触连接构成，神经元编码、处理和存储信息从根本上依赖于突触的连接模式以及在此基础之上的协调活动，解析突触的连接模式对理解大脑的结构与功能至关重要。在哺乳类动物大脑中，除了由单个轴突小结（axonal bouton）与单个树突棘（dendritic spine）形成的1-1型连接，即单位点突触连接外，大脑中的突触连接模式还包括由单个轴突小结与多个树突棘形成的1-N型连接，或多个轴突小结与单个树突棘的N-1型连接，统称为多位点突触（multiple-contact synapses，MCS）。此前，已有很多研究通过光学显微镜发现学习记忆可以改变突触的组织结构，由于突触间隙宽度仅有几十纳米（低于一般光学显微镜的衍射极限），因此在光学显微镜下观察突触结构的精细变化非常困难。与此同时，突触三维结构的光学数据获取和分析高度依赖于人工，更是极大限制了突触结构的重建数量和分析规模。为探究学习记忆如何促进突触多位点连接模式的形成及效果，本项研究以经典的听觉条件恐惧学习（auditory fear conditioning）为范式设置了实验组和对照组，基于大规模序列电子显微镜成像技术和深度学习识别模型，实现了电镜图像中多种亚细胞三维结构的自动提取，重构了小鼠听觉皮层135,000个线粒体和160,000个突触。实验组和对照组的大规模对比分析表明，尽管恐惧学习训练没有改变突触的空间密度与空间分布，却特异性地增加了1-N型突触的比例。进一步分析发现，绝大多数1-N型突触中的树突棘来自不同树突主干，并且这种多树突1-N型突触在神经元网络中能够起到信号广播的作用。为了进一步分析多树突1-N型突触的信息编码能力，本项研究建立了基于香农信息熵来计算突触信息存储容量（information storage capacity，ISC）的组合数学模型。在无新增突触的静态网络和包含新增突触的可塑性动态网络两种条件下，分别计算了引入多树突1-N型突触的ISC增量。在静态网络中，引入此类突触只是略微增加了ISC容量，而在动态可塑性网络中，此类突触将信息存储容量显著提高了50%。综上，基于序列电子显微镜成像技术和深度学习计算方法，研究者开发了小鼠听觉皮层亚细胞结构的三维电镜重构算法，自动重建精度可以满足大规模分析的精度需求，有效地节省了人工校验时间消耗，极大提高了分析效率。大规模电镜重构和对比分析结果在亚细胞水平揭示了学习记忆对大脑皮层突触、线粒体的组织结构和连接模式的影响，为类脑计算仿生模型的精确建模提供了结构基础和启发依据。图：（上左）听觉条件恐惧学习的对照组和实验组。（上右）轴突小结与树突棘替换或增加的示意图。（中左）不同突触连接模式的电镜图像及三维重构结果。1-N型突触由单个轴突小结与多个树突棘形成，N-1型突触由多个轴突小结与单个树突棘形成。（中右）不同突触连接模式示意图。绿色：树突；蓝色：轴突。（下左）密集重构揭示绝大多数1-N型突触中的树突棘来自不同树突主干。（下右）无新增突触的静态网络和包含新增突触的可塑性动态网络。该研究获得了国家科技创新2030重大项目、中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、北京市科技计划的经费支持。作者专访Cell Press细胞出版社公众号特别邀请杨扬研究员、刘静博士和韩华研究员代表研究团队接受了专访，请他们为大家进一步详细解读。CellPress：过去也有基于电镜图像重构来探究突触和线粒体的研究报道，有的还完成了更大规模的密集重构。本文的方法和思路与过去的研究有何不同？杨扬研究员：电镜图像的密集重构对运算量的要求很高，工作量极大。而本文所使用的方法可以在不做密集重构的前提下，选择性识别和分割出研究者感兴趣的亚细胞结构，如本文关注的突触、线粒体，也可以推广到其他有特殊结构的细胞器。已有的突触或线粒体的自动重构算法多是像素或体素分割模型，也就是将图像中的像素或体素分类成前景或者背景。本文所使用的region-based卷积神经网络是一种实例分割网络，可端到端的完成目标实例的检测和分割。另外，针对强各向异性的序列电镜数据，本文提出一种2D到3D的重构方法，首先在2D上识别和分割亚细胞结构，随后应用3D连接算法完成3D的重构。这种方式可有效避免直接应用3D卷积神经网络带来的目标尺度在特征空间和图像空间不一致的问题。CellPress：多位点突触是一个新的概念吗？本文对此类突触的研究有何特别之处？杨扬研究员：一个突触前轴突小结与多个突触后树突棘形成的1-N多位点突触，和多个突触前轴突小结与一个突触后树突棘形成的N-1多位点突触，在过去的文献中都有过报道。但限于电镜图像人工识别的效率，过去的工作未能对这种特殊突触进行大规模的定量研究。本文通过基于机器学习的自动识别与重构算法实现了这一突破。此外，连接同一个多位点突触中的多个树突棘是来自同一根树突还是不同树突，代表了两种不同的神经元连接方式：前者仍是1对1的神经元连接，后者则是1个神经元对多个神经元的信息广播。本文通过密集重构，首次对这两类多位点突触进行了区分和定量，并发现后者在大脑皮层中，特别是学习之后占据了绝大多数，提示这种连接可能表征了大脑中突触层面的记忆痕迹。CellPress：人工智能算法在这个研究中发挥着怎样的作用？刘静博士、韩华研究员：近年来，人工智能算法已经深入应用到生命科学领域，加速甚至革新了生物学的研究进程。在连接组（Connectomics）领域，面对海量的高分辨电镜数据，借助人工智能算法绘制神经元的线路图是一个必不可少的环节。在本文中，我们设计了一套深度学习算法工具集，可以自动识别序列电镜图像中神经元、突触以及线粒体并恢复其三维形态。深度学习算法的应用大大提高了识别效率，将人从大量冗余复杂的标注工作中解放出来，加速了研究进程。CellPress：可否用简要的语言解释文中所提及的突触连接静态网络和动态网络，两者最核心的区别是什么？具有何种生物学意义？刘静博士、韩华研究员：突触连接网络是指根据神经元的几何拓扑特征来模拟突触连接模式的一种建模方式。其中，静态模型中仅考虑稳定的突触连接，假设没有新突触的形成或旧突触的消亡，本文使用信息熵定义静态网络的信息存储容量。而动态模型则将突触可塑性引入到网络中，允许新突触的形成，本文使用信息熵的增益表示新突触形成带来的信息存储容量的增加。动态模型通过模拟突触可塑性，与真实的大脑神经网络更为相似。CellPress：您认为该项研究对类脑计算有什么启发吗？刘静博士、韩华研究员：类脑智能（Brain-inspired Intelligence）本身就是通过模仿和借鉴人类神经系统的工作原理以构建新型的计算结构和智能形态。然而，目前人对大脑的生理机制还知之甚少。类脑研究的第一步就是要理解大脑，突触作为神经元连接的桥梁，是大脑中最重要的结构之一。突触的可塑性（synaptic plasticity）被认为与长时程记忆（long-term memory）有关。本文通过恐惧学习实验范式和电镜成像技术，发现了恐惧记忆能促进小鼠听觉皮层中一种特殊的1-N突触连接模式的形成，且这种连接模式大大增强了局部环路的信息编码能力。本研究中发现的这种局部神经环路信息传递模式或许能够作为一种记忆存储模块启发新型的类脑计算模型。作者介绍谢启伟教授谢启伟，北京工业大学现代制造业基地教授研究兴趣、领域：数据挖掘、图像处理和复杂系统智能；应用图像处理、机器学习和深度学习等方法研究基于电镜数据的神经元重建，集中于神经元电镜图像的前处理、超体素分割、图融合后处理等方法的研究，为神经科学提供有力工具，期待从脑的结构中挖掘出智能的本源。韩华研究员韩华，中国科学院自动化所研究员研究兴趣、领域：高通量显微成像技术产生海量影像数据，如何重构数据、分析数据、可视数据等已成为脑科学与类脑研究领域的重大挑战。我们致力于建立我国微观脑图谱的高通量技术体系和自主可控技术平台，持续突破大体块神经组织样品制备、长时程超薄切片连续收集、高通量扫描电镜三维成像、高精度神经结构三维重建等关键技术，开展多个百TB规模的微观脑图谱绘制工程，为构建类脑计算仿真提供生物真实网络和仿生建模依据。杨扬研究员杨扬，上海科技大学生命科学与技术学院助理教授、研究员研究兴趣、领域：以条件恐惧学习和增强式学习为行为范式，使用在体双光子成像、双光子全息光遗传、电镜、电生理等技术，研究与学习记忆相关的神经环路活动性和可塑性，及神经调制系统在其中所起的作用。

内源性大麻素（eCB）是由神经元合成和释放的一类脂类神经调质分子，可参与大脑多个脑区的突触可塑性调节，对情绪、睡眠、食欲等神经活动过程具有调控功能。内源大麻素系统的调控异常与神经退行性疾病、癫痫、成瘾、抑郁症和精神分裂症等诸多神经疾病和精神类疾病密切相关。然而，目前缺乏高灵敏度、高时空分辨率的实验手段直接检测在体eCB的动态变化。　　近日，发表在《Nature Biotechnology》上的一项题为“A fluorescent sensor for spatiotemporally resolved imaging of endocannabinoid dynamics in vivo”的研究中，来自北京大学的研究团队基于人源大麻素受体CB1和循环重排的绿色荧光蛋白cpEGFP开发了eCB探针eCB2.0，用于检测eCB的时空动态变化。　　研究人员利用人源性大麻素受体CB1作为探针的骨架，并把对结构变化敏感的绿色荧光蛋白cpEGFP嵌入受体，改造后的CB1与eCB结合会引发构象变化，而构象变化则会被转换为荧光信号，因此可通过检测荧光亮度变化来反映eCB水平的变化。研究团队在体外培养的细胞、脑片和活体小鼠上均能检测到稳定的eCB信号，该探针被证实具有亲和力强、灵敏度高、分子特异性、相应速度快等优点。　　该项工作首次实现了对eCB的高时空间分辨率记录，为科学界深入研究eCB在生理和病理条件下的重要功能和调控机理提供了有力的新工具。 　　论文链接：　　https://www.nature.com/articles/s41587-021-01074-4　　注：此研究成果摘自《Nature Biotechnology》，文章内容不代表本网站观点和立场，仅供参考。

根据《中国科学院杰出科技成就奖条例》(试行)的有关规定，经2011年中国科学院杰出科技成就奖评审委员会评审，确定2011年中国科学院杰出科技成就奖建议名单，现将有关建议名单予以公布，同时在中国科学院院网站公布。　　自公布之日起1个月内为异议期。任何单位和个人对评审结果如有异议，应以书面形式向中国科学院科技奖励管理部门(计划财务局)提出，我们将本着对异议提出者负责的态度予以严格保密。　　以单位名义提出的异议，应在异议材料上加盖单位公章，并写明联系人地址、电话和电子信箱。　　以个人名义提出的异议，应在异议材料上签署真实姓名，并写明本人工作单位、联系地址、电话和电子信箱。　　联系单位：中国科学院计划财务局知识产权处　　联 系 人：吕连清　　联系地址：北京市西城区三里河路52号　　邮政编码：100864　　联系电话：68597360　　传　　真：68597311　　E-mail：lqlv@cashq.ac.cn　　中国科学院计划财务局　　2011年11月4日　　拓扑绝缘体研究集体　　研究集体所在单位：　　中国科学院物理研究所　　研究集体主要科技贡献：该研究集体通过计算、理论、实验的紧密结合，在拓扑绝缘体的研究方面取得了一系列重大突破与创新：(1)发现了Bi2Te3、Bi2Se3系列拓扑绝缘体材料，使广泛的实验研究成为可能，这也是目前国际公认的标准拓扑绝缘体材料 (2)突破单晶制备的难题，在国际上率先制备出了原子级平整的Bi2Se3、Bi2Te3单晶绝缘薄膜 (3)实验验证了拓扑绝缘体所特有的拓扑物性 (4)发现了拓扑绝缘体Bi2Te3在压力下的超导态 (5)提出了磁性拓扑绝缘体中的量子化反常霍尔效应、具有电荷共轭—时间反演不变性的拓扑绝缘体等新概念。　　研究集体突出贡献者及主要科技贡献：　　方　忠　中国科学院物理研究所　　主要科技贡献：领导并组织实施了主要研究工作。预言了Bi2Se3、Bi2Te3系列拓扑绝缘体材料，提出了磁性拓扑绝缘体中的量子化反常霍尔效应。　　戴　希　中国科学院物理研究所　　主要科技贡献：作为主要成员参与了主要的研究工作。预言了Bi2Se3、Bi2Te3系列拓扑绝缘体材料，提出了磁性拓扑绝缘体中的量子化反常霍尔效应。　　吴克辉　中国科学院物理研究所　　主要科技贡献：通过MBE制备出了高质量的Bi2Se3、Bi2Te3单晶薄膜。　　研究集体主要完成者及工作单位：　　马旭村　中科院物理研究所　　何　珂 　中科院物理研究所　　李永庆 　中科院物理研究所　　吕　力 　中科院物理研究所　　靳常青　中科院物理研究所　　孙力玲　中科院物理研究所　　孙庆丰　中科院物理研究所　　谢心澄　中科院物理研究所　　姚裕贵　中科院物理研究所　　张海军　斯坦福大学　　北京正负电子对撞机　　重大改造工程(BEPCII)团队　　研究集体所在单位：　　中国科学院高能物理研究所　　研究集体主要科技贡献：2004年至2009年，完成BEPCII的设计、建造、调试和试运行并通过国家验收。验收报告指出：“BEPCII工程按指标、按计划、按预算、高质量地完成各项建设任务，是我国大科学工程建设的一个成功范例。”工程采用双环大交叉角对撞和国际首创的“内外桥”联接两个外半环形成同步辐射环的“三环方案”，设计亮度是BEPC的30～100倍。工程建设取得一系列自主创新和集成创新的技术突破，推动了我国高技术发展。BEPCII实现高能物理和同步辐射“一机两用”，加速器和探测器性能达到国际先进水平，建成后即投入高性能、高效率运行取数，最高对撞亮度达6.49×1032cm-2s-1，为改造前的65倍，是此前世界纪录的9倍以上 获取的J/ψ、ψ'和ψ''数据超过此前国际上最大样本的3～4倍，并为多学科研究提供平台，取得一批重要成果，保持和发展我国在粲物理研究的国际领先地位。　　研究集体突出贡献者及主要科技贡献：　　陈和生　中国科学院高能物理研究所　　主要科技贡献：工程经理，首先提出BEPCII的方案，领导BEPCII的设计、预研和工程立项，制定双环方案，主持工程建设和调试。　　张　闯　中国科学院高能物理研究所　　主要科技贡献：工程副经理，负责加速器设计和建设，采用一机两用、三环结构的创新方案，确定高亮度的技术路线并组织实施。　　李卫国　中国科学院高能物理研究所　　主要科技贡献：工程副经理，负责北京谱仪设计、研制和工程建设，直接领导和参与超导磁铁和量能器的研制，解决关键技术问题。　　研究集体主要完成者及工作单位：　　马　力　中国科学院高能物理研究所　　王贻芳　中国科学院高能物理研究所　　黄开席　中国科学院高能物理研究所　　王九庆　中国科学院高能物理研究所　　刘培泉　中国科学院高能物理研究所　　徐中雄　中国科学院高能物理研究所　　裴国玺　中国科学院高能物理研究所　　林国平　中国科学院高能物理研究所　　秦　庆　中国科学院高能物理研究所　　吕军光　中国科学院高能物理研究所　　徐　刚　中国科学院高能物理研究所　　陈元柏　中国科学院高能物理研究所　　朱科军　中国科学院高能物理研究所　　屈化民　中国科学院高能物理研究所　　盛华义　中国科学院高能物理研究所　　吴英志　中国科学院高能物理研究所　　朱自安　中国科学院高能物理研究所　　神经发育与可塑性研究集体　　研究集体所在单位：　　中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所　　研究集体主要科技贡献：在脑发育过程中神经元产生极性，即生长出接收信息的树突和输出信号的轴突，数以亿计的神经元之间通过轴突与树突之间形成的突触结构进行连接，形成众多的功能特异性神经环路。这些神经元及其环路在发育和成熟大脑中均可产生分子、结构和功能的可塑性改变或修饰，是产生学习记忆等脑功能的基础。过去十多年来，该研究集体成员围绕神经元极性的产生、突触连接的形成、突触传递效率可塑性变化、学习记忆与抉择的机制等神经科学领域的重要问题开展研究，取得了一系列重要发现，揭示了神经元极化、细胞迁移和轴突导向、突触形成和可塑性以及学习记忆与抉择行为等机理。近五年来，他们在轴突发育和生长导向的分子细胞生物学调控机制、神经元中蛋白质的极性转运机制、发育中突触连接的功能活化和可塑性调控机制、神经元与胶质细胞之间的信息传递、学习记忆与抉择的神经环路机制等研究中取得了突破性进展，形成了一些具有重要学术价值的新概念和新理论，促进了人们对脑发育和脑功能调控机理的深入了解，同时也积极推动了我国相关学科的快速发展，奠定了在相关领域的国际前沿地位。　　研究集体突出贡献者及主要科技贡献：　　蒲慕明　中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所　　主要科技贡献：在神经可塑性、神经元极性建立和维持的机制等研究中取得了一系列突破性进展。　　袁小兵　中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所　　主要科技贡献：在轴突生长导向的钙离子信号机制、神经元迁移的基本动力原理及导向机制等研究中获得了重要发现。　　罗振革　中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所　　主要科技贡献：在神经元轴突发育的胞内外信号机制以及突触形成与重构的机理等方面获得了重要发现。　　研究集体主要完成者和工作单位：　　郭爱克　中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所　　王以政　中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所　　段树民　浙江大学医学部　　张润志　　所在单位：　　中国科学院动物研究所　　主要科技贡献：张润志与张广学院士共同提出植物应当并且可以作为生物防治因素加以利用的“相生植保”害虫防治思路，发展和丰富了植物保护理论 主持创制利用棉田边缘苜蓿带作为害虫天敌自然繁殖库控制棉蚜的生态治理模式，大幅度减少了农药污染 研究并参与实施了入侵害虫马铃薯甲虫综合控制技术，为保护全国马铃薯等安全生产提供了技术支撑。他独立或与他人合作发表萧氏松茎象Hylobitelus xiaoi Zhang等新物种120种 获国家科学技术进步奖二等奖2项(均为第一完成人) 建议并参与制定《重大植物疫情阻截带建设》等国家规划 发表论文230篇(其中SCI收录30篇)，出版专著、译著等10部 发明和实用新型专利各1项。　　沙尘暴发生发展机理及监测预测和灾害评估研究集体　　研究集体所在单位：中国科学院大气物理研究所　　研究集体主要科技贡献：研究集体由中国科学院与中国气象局专家共同组成，针对沙尘暴发生发展机制和规律，作了系统、全面和深入的研究，涵盖了监测方法、机理研究、天气预报和气候预测、灾害评估及沙尘洲际传输和气候效应等方面。在起沙扬尘机理、边界层和阵风等方面有重要发现和理论创新 研制和建立了集地基遥感监测、大气动力学和风沙动力学、数值预报和模拟及地理信息系统于一体的中国沙尘暴监测、预测预警和灾害评估集成业务系统，在相关关键理论和技术以及系统集成上有重大创新 该集成系统在国家业务单位得到广泛应用，对推动沙尘暴监测预测和气象防灾、减灾的科技进步产生了巨大作用，形成了广泛和深远的学术和社会影响。　　研究集体突出贡献者及主要科技贡献：　　曾庆存　中国科学院大气物理研究所　　主要科技贡献：集体的组织者和领导者，负责总体框架设计，指导该业务系统的研究、建成、应用和推广，在各主要方面都作出创新贡献。　　赵思雄　中国科学院大气物理研究所　　主要科技贡献：研究方案的制定和组织实施核心专家，特别是深入研究和组织了沙尘天气集成数值预报系统的建立和业务应用。　　王自发　中国科学院大气物理研究所　　主要科技贡献：组织实施核心专家，特别是建立我国沙尘资料同化和集合预报的理论和方法，自主研制了全球输送和区域空气质量预告模式。　　研究集体主要完成者和工作单位：　　林朝晖　中国科学院大气物理研究所　　孙建华　中国科学院大气物理研究所　　胡　非　中国科学院大气物理研究所　　朱　江　中国科学院大气物理研究所　　赵翼俊　中国科学院大气物理研究所　　程雪玲　中国科学院大气物理研究所　　陈　红　中国科学院大气物理研究所　　罗卫东　中国科学院大气物理研究所　　彭公炳　中国科学院地理科学与资源研究所　　张时煌　中国科学院地理科学与资源研究所　　董超华　中国气象局国家卫星气象中心　　矫梅燕　中国气象局国家气象中心　　张　鹏　中国气象局国家卫星气象中心　　杨忠东　中国气象局国家卫星气象中心　　方宗义　中国气象局国家卫星气象中心　　胡秀清　中国气象局国家卫星气象中心　　赵琳娜　中国气象局国家气象中心　　甲醇制烯烃技术研究集体　　研究集体所在单位：中国科学院大连化学物理研究所　　研究集体主要科技贡献：烯烃是现代化学工业的基石，传统生产技术强烈地依赖于石油资源。甲醇制烯烃是实现煤或天然气资源生产烯烃的关键技术环节。2006年6月完成了世界首次万吨级甲醇制烯烃技术(工艺名称：DMTO)工业性试验，2010年5月完成新一代技术(DMTO-II)工业性试验。2010年8月，采用DMTO技术的世界首套神华包头180万吨/年甲醇制烯烃生产装置投料试车一次成功，2011年1月正式进入商业化运营。DMTO工业化进程、装置规模、技术指标等均达到国际领先水平。“煤代油制烯烃技术迈向产业化”被评为“2010年中国十大科技进展新闻”。完成了多套工业化装置建设的技术实施许可，对于促进我国甲醇制烯烃新兴战略产业的快速形成及煤代油战略的实施具有重大意义。　　研究集体突出贡献者及主要科技贡献：　　刘中民　中国科学院大连化学物理研究所　　主要科技贡献：研制了甲醇制烯烃催化剂，作为DMTO技术总负责人，负责制定技术路线、试验方案，带领团队完成DMTO技术小试、中试研究，合作完成万吨级工业性试验和工业化。　　许　磊　中国科学院大连化学物理研究所　　主要科技贡献：DMTO技术专用催化剂负责人之一。催化剂分子筛工业化生产技术负责人，编制催化剂工业化生产装置工艺包。　　吕志辉　中国科学院大连化学物理研究所　　主要科技贡献：DMTO工业性试验项目现场技术负责人，负责具体实施工作。DMTO技术商业化推广主要负责人。　　研究集体主要完成者和工作单位：　　田　鹏　中国科学院大连化学物理研究所　　齐　越 　中国科学院大连化学物理研究所　　张今令 　中国科学院大连化学物理研究所　　何长青　中国科学院大连化学物理研究所　　叶　茂 　中国科学院大连化学物理研究所　　洪学伦 　中国科学院大连化学物理研究所　　王贤高 　中国科学院大连化学物理研究所　　袁翠峪 　中国科学院大连化学物理研究所　　魏迎旭 　中国科学院大连化学物理研究所　　李　冰 　中国科学院大连化学物理研究所　　杨　越 　中国科学院大连化学物理研究所　　杨虹熠 　中国科学院大连化学物理研究所　　李铭芝 　中国科学院大连化学物理研究所　　孟霜鹤 　中国科学院大连化学物理研究所　　孙新德 　中国科学院大连化学物理研究所　　李世英 　中国科学院大连化学物理研究所　　王坤院 　中国科学院大连化学物理研究所

2022年4月13日，北京大学生命科学学院、北大-清华生命联合中心邓宏魁研究团队在国际学术期刊Nature杂志在线发表了题为“Chemical reprogramming of human somatic cells to pluripotent stem cells”的研究论文，首次在国际上报道了使用化学小分子诱导人成体细胞转变为多潜能干细胞这一突破性研究成果。运用化学小分子重编程细胞命运（化学重编程），是继“细胞核移植”和“转录因子诱导”之后新一代的，由我国自主研发的人多潜能干细胞制备技术，为我国干细胞和再生医学的发展解决了底层技术上的“瓶颈”问题。多潜能干细胞具有无限增殖的特性和分化成生物体所有功能细胞类型的能力，这些神奇的特质使其在细胞治疗、药物筛选和疾病模型等领域具有广泛的应用价值，是再生医学领域最为关键的“种子细胞”。在哺乳动物自然发育过程中，多潜能干细胞只短暂存在于胚胎发育的早期阶段，随后便会分化为构成生物体的各种类型的成体细胞，丧失其“种子细胞”的特性。如何逆转这一自然发育过程，使高度分化的成体细胞重新获得类似胚胎发育早期的多潜能状态，一直是干细胞与再生医学领域最重要的科学问题之一。上世纪60年代，英国科学家John Gurdon在爪蟾中开发了细胞核移植技术，1997年Ian Wilmut团队利用该技术制备了克隆羊多莉，证明了哺乳动物高度分化的体细胞也可以被逆转为早期胚胎的初始状态，并获得了发育为整个动物个体的能力。2006年，日本科学家Shinya Yamanaka报道了使用转基因的方式可以将小鼠成体细胞重编程为多潜能干细胞，称为诱导多潜能干细胞（induced pluripotent stem cell，iPS细胞）。细胞核移植和导入外源基因的方法，证明了哺乳动物体细胞可以通过重编程逆转为胚胎发育早期状态，重新获得“多潜能性”。这两项技术于2012年荣获诺贝尔生理学或医学奖。iPS技术的建立，打破了传统胚胎干细胞的伦理限制，为构建病人自体特异性干细胞系提供了全新的方法，大大加速了干细胞临床应用的进程。近年来，已开展了针对帕金森、糖尿病和癌症等多种重点疾病的细胞治疗临床试验。然而，目前细胞治疗的技术体系都是国外发展起来的，中国能否拥有原创的底层技术？长期以来，邓宏魁团队一直致力于开发调控细胞命运的新方法和建立制备干细胞的底层技术。2013年，邓宏魁团队在Science杂志发表了一项原创性的研究成果，即不依赖卵母细胞和转录因子等细胞内源物质，仅使用外源性化学小分子就可以逆转细胞命运，将小鼠体细胞重编程为多潜能干细胞（chemically induced pluripotent stem cells, CiPS细胞）。相比传统方法，化学小分子操作简便灵活，时空调控性强、作用可逆，可以对细胞重编程过程进行精确操控。另外小分子诱导体细胞重编程技术作为非整合方法，规避了传统转基因操作引发的安全问题，有望成为更安全的临床治疗手段。之后，邓宏魁团队又相继在Cell和Cell Stem Cell等杂志发表文章，详细阐明了化学重编程独特的分子机理，并进一步对小鼠化学重编程体系进行了大幅优化。随后，包括谢欣、姚红杰、裴端卿、刘林、祝赛勇等多个研究组利用相同或类似的化学小分子组合，重复和优化了小鼠化学重编程技术。化学重编程诱导多潜能干细胞的研究开辟了一条全新的体细胞重编程途径，不仅有助于更好地理解细胞命运决定和转变机制，而且为未来再生医学治疗重大疾病带来新的可能。本次研究中，邓宏魁团队首次报道了使用化学重编程的方法，成功实现了使用化学小分子将人成体细胞诱导为多潜能干细胞(人CiPS细胞)。这一技术的建立开辟了人多潜能干细胞制备的全新途径，使其向临床应用，迈进了关键一步。图1：新一代诱导多潜能干细胞技术作为高等动物，人类成体细胞特性和稳态调控的复杂性远非小鼠成体细胞可比，在表观遗传层面上存在重重障碍，严重限制了在人类成体细胞中激发细胞可塑性的可能。自2013年以来，尽管众多国际团队在小鼠化学重编程工作的启发下进行大量尝试，却一直未能解决人类成体细胞的化学重编程问题。这使得领域内普遍认为：人类成体细胞的表观遗传限制是极其严格的，很可能无法通过化学重编程激发人类成体细胞获得多潜能性。邓宏魁团队经过长期地坚持和不懈努力，突破了这一瓶颈。这一突破的关键步骤受低等动物再生过程启发。蝾螈等低等动物在受到外界损伤后其体细胞会自发的改变本身的特性，进而通过去分化获得一定的可塑性，借助这一可塑的中间状态实现肢体的再生。沿着这一思路，研究团队进行了大量化学小分子的筛选和组合，最终发现高度分化的人成体细胞在特定的化学小分子组合的作用下，同样可以发生类似去分化的现象，获得具有一定可塑性的中间状态。在此基础上，研究团队最终实现了人CiPS细胞的成功诱导。图2: 人体细胞化学重编程诱导人CiPS细胞与传统的技术体系相比，CiPS细胞诱导技术具有更加安全和简单、易于标准化、易于调控等不可替代的优势，突破了iPS技术面临的限制，具有广阔的临床应用前景。1）安全性方面，之前在小鼠CiPS细胞中已经证明，其携带的遗传突变显著少于传统 iPS 细胞，产生的嵌合体小鼠在长达 6个月的观察期内不产生肿瘤且全部健康存活。同时，人CiPS细胞分化来源的胰岛细胞移植入小鼠和非人灵长类动物模型体内，经过长期观察未发现肿瘤形成；2）在个体化制备方面，研究团队目前已在不同年龄个体来源的体细胞类型上都可实现稳定诱导人CiPS细胞；3）在细胞标准化制备方面，化学小分子具有操作简单，时空调控性强，作用可逆，合成储存方便，易于标准化生产等一系列特点，使得人CiPS细胞在标准化和规模化生产方面有着不可替代的优势。要特别指出的是，人CiPS细胞能高效制备胰岛细胞，且安全有效地改善了糖尿病猴的血糖控制，凸显了人CiPS细胞作为“种子细胞”治疗重大疾病在安全性和有效性上的巨大优势。这一研究的主要结果于今年二月发表在医学杂志Nature Medicine上。图3：人CiPS技术在生物医学领域具有广阔的潜在应用前景在此基础上，研究团队还描绘了化学重编程诱导人CiPS细胞的分子路径，揭示了化学重编程与传统转录因子重编程不同的分子机制和独特的调控机理。研究发现人CiPS的诱导以分阶段精确调控的方式发生，在早期阶段产生了特殊的中间状态。通过和低等动物再生去分化过程中细胞性质的详细比较，研究团队确认了人CiPS细胞诱导的早期阶段激活了与低等动物断肢再生早期类似的基因表达特征。更重要的是，研究团队还发现了调控这一类再生状态的关键信号通路，证明抑制过度的炎症反应，对于化学重编程诱导人体细胞重新获得类再生中间态至关重要。这一再生中间态为研究人体细胞重新激活再生基因提供了全新的思路，并且提示将来有仅通过化学小分子组合重新激活人体细胞可塑性和再生潜能的可能性，有望推动化学重编程在组织器官再生方向的应用，为再生医学研究提供新的可能途径。图4:化学重编程激活再生相关网络的分子机制综上所述，化学重编程技术体系的建立不仅在多潜能干细胞临床应用领域具有巨大的意义和价值，同时为细胞命运调控及再生生物学理论研究方面提供了全新的视角和平台。化学重编程可以精确调控细胞命运，有望成为高效制备各种功能细胞类型的通用技术，为治疗重大疾病开辟了新的途径。

防护装备是保障人体生命安全的重要屏障，传统的材料体系已经无法有效应对日益复杂的冲击环境，发展新型防护材料成为提高人体生存能力的有效手段。EVA、EPS和EPP等材料因其轻质量、高回弹的特性被广泛用作防护装备的缓冲部件中，但冲击瞬间造成的局部变形效应仍会对人体造成钝性伤害（BABT）,损伤程度由主要变形处的凹陷深度所决定，损伤模式包括肌肉淤青、肋骨断裂等，严重威胁着人员的存活率与后续活动能力。为此，中国科学院力学研究所流固耦合系统力学重点实验室魏延鹏研究团队，开发出一种针对冲击载荷具有自主调控能力的FIAM（Flexible Intelligent Anti-Impact Material）柔性智能抗冲击材料，并实现了基于力学环境的材料定向优化设计方法和工艺方案。在此基础上，研究团队通过将FIAM材料与乙烯-醋酸钙乙烯酯(EVA)低密度泡沫进行共混复合，开发了一款具有应变率强化效应的FIAM-EVA柔性智能抗冲击缓冲材料，以兼顾防防护装备对保护性与机动性的双重需求。采用多种动态测试手段对FIAM-EVA的动态力学性能进行表征，发现FIAM材料对基材的动态压缩强度具有显著增益效果，且幅度随加载速率的增加而提升。与此同时，通过将FIAM-EVA制成缓冲衬垫并与超高分子量聚乙烯防弹层形成新型柔性防弹衣，并使用高速发射系统对装备整体防护性能进行测试。实际测试结果表明，在抵挡相同的子弹冲击作用时，FIAM-EVA缓冲衬垫的背部凹陷深度仅为传统材料的49%，有效减轻了人体所受到的钝性伤害。为从微尺度层级分析FIAM-EVA的抗冲击防护机制，通过扫描电镜（SEM）手段对材料空间形貌进行系统性表征，还原FIAM与泡沫基体的复合结构形态，阐明了FIAM材料主要以孔隙填充、骨架包裹、薄膜覆盖、颗粒附着等形式与基体框架进行偶联，揭示了FIAM-EVA一种由多相物质在微观尺度上高度交联的复杂体系，材料优异的吸能耗能特性得益于多相物质间的协同变形作用。相较于传统EVA缓冲泡沫保护，FIAM-EVA材料能够有效降低人体表面的凹陷深度与接触压力，减轻弹着点处的钝性损伤，为穿着者的生命安全提供更强力保障。研究工作为FIAM体系在人体防护装备中的应用提供理论基础和技术支撑。该成果以“Effect of shear thickening gel on microstructure and impact resistance of ethylene–vinyl acetate foam”发表在Composite Structures上。该工作得到了国家自然科学基金委面上项目与青年基金项目（No.12072356和No.11902329），瞬态冲击技术重点实验室基金项目（No. 6142606221105）, 北京市科技计划-怀柔科学城成果落地项目（No. Z221100005822006）等项目的支持。基于FIAM材料独特的力学特性，研究团队围绕典型冲击防护应用场景，相继开发出FIAM-EP、FIAM-PU和FIAM-SR等复合材料体系，以其优异的柔韧性、可塑性、热稳定性、抗冲击性能，在高端电子器件防护、装备防护、个体防护领域（如运动防护等）具有非常好的应用前景，现阶段已通过知识产权授权形式与北京中科力信科技有限公司合作进入产业化应用推广阶段。图1. FIAM与EVA泡沫材料微观形貌特征示意图图2. 弹道冲击作用下IMECAM（a）与EVA（b）缓冲层背部峰值压力分布图

5月10日，《热塑性塑料及其复合材料热封面热粘性能测定》国家标准正式通过专家审查，向全面实施迈出了重要的一步。 　　该标准详细规定了热塑性材料及其复合材料的热封面，在热封刚结束尚未冷却时的热粘力（即热粘强度）的测试方法，填补了国内相关国家标准和行业标准的空白。审查会中，来自全国塑料制品标准化技术委员会、国家包装产品质量监督检验中心、山东省医疗器械产品质量检验中心等国家检验、学术机构的专家对标准文本、试验验证报告等文件资料进行了认真的讨论并提出修改意见，认定该标准草案已具有与国际标准等同的技术水平。 　　热粘力，是材料热封部分在热封后未冷却测得的剥离力。在实际生产中，包装材料的热粘力的合适与否直接影响到生产线的灌装效率和破袋率。目前，国际上已经拥有了成熟的热粘性能检测的测试标准—ASTM F1921，但国内标准仍处于空白，标准需求极为迫切。 　　——由北京市海淀区产品质量监督检验所、济南兰光机电技术有限公司等多家机构企业的技术人员共同组建了标准起草小组，经过大量的行业调研和国外标准研读，同时辅以兰光热粘拉力机的试验验证，历时3年最终形成了本版标准草案。接下来，本草案将会进一步完善，正式实施后必将对包装材料合理选择和使用提供强有力的量化支持。附：设备介绍HTT-L1热粘拉力试验仪专业适用于塑料薄膜、复合膜等包装材料的热粘、热封性能的测试。同时也适用于胶粘剂、胶粘带、不干胶、胶黏复合品、复合膜、塑料薄膜、纸张等软质材料进行剥离、拉断等项目的试验。

——不同断口在SEM下的微观分析 前期回顾上期我们探索了蚂蚁在扫描电子显微镜下的形貌。从整体形貌到细节上的形貌，详细的描述了蚂蚁身体上的各个结构的形貌以及功能。本期我们继续借助扫描电子显微镜研究不同加工条件下合金的断口，以表征其塑性性能。序 言合金通常要经过铸造、压力加工（如轧制、挤压、锻造、拉丝以及冲压等）和热处理等过程，以获得优良的组织，制成合适的型材和工件，应用在国民经济等各种领域。在产品批量生产前，通常利用一系列的拉伸试验以检验材料的一些力学性能。从拉伸试验过程中，可以得出一系列的拉伸曲线，以表征材料的本征弹性、塑性、韧性等。在拉伸曲线的最后阶段，试样在外力作用下丧失连续变形，就会断成两段。试样的断裂过程包括裂纹的萌生和裂纹的扩展两个基本过程。金属材料的断裂过程在工程上有很大的实际意义。桥梁、轮船、汽车、宇航器的断裂行为给国民经济带来了巨大的危害。金属材料的抗断裂行为主要取决于两大因素。一是外因。如应力状态、温度、湿度等。二是内因。如显微组织和化学成分等。人们可以通过调整合金的化学成分，改善加工参数以及热处理方案，以提高材料的性能指标。人们在追求合金的高强度的同时，越来越关注材料的塑性和韧性等。本文主要通过一些合金的断口的微观形貌来分析材料的塑性指标。材料的断裂主要分为两大类：塑性断裂和脆性断裂。塑性断裂又叫延性断裂，断裂前发生大量的宏观塑性变形；脆性断裂过程中，几乎没有宏观塑性变形，但是在局部区域内存在一定的微观塑性变形。本文选取了四种不同变形量的铝合金的断口，观察其形貌组织，以表征其塑性指标。 20%变形量下的合金断口——形貌分析从图1可以看出，20%变形量下样品的断口主要是韧窝解理型断口，在解理断口的周围有一些韧窝。一般来说，韧窝越大，分布越多，材料的塑性性能越好。在较低的倍数下，有解理台阶和微裂纹的形成。解理裂纹继续扩展过程中，解理台阶相互汇合，形成“河流花样”。在较高的放大倍数下，可以从这些解理断口看出试样的晶粒呈长条状分布，这些长条状晶粒的尺寸多为15um左右，主要是由于加工变形造成的。在这些长条状晶粒的周围分布着少量的小晶粒，这些小尺寸晶粒的尺寸多为5um左右，主要是由于局部再结晶造成的。此外，在有的解理断口中还含有少量的第二相颗粒或孔洞。这些孔洞可能是由于在断裂过程中，晶体内部的第二相颗粒的脱落留下的位置造成的。图1 20%变形量下合金的断口形貌图 30%变形量下的合金断口——形貌分析图2 30%变形量下合金的断口形貌图从图2可以看出，30%变形量下样品的断口主要是韧窝解理型断口。与20%变形量下样品相比，30%变形量下样品的韧窝增多，表征在较大的变形量下，材料的塑性增强。主要表现在两个方面，一是韧窝的体积增大，二是韧窝的数量增多。在较高的放大倍数下，从这些解理断口看出呈长条状分布的变形晶粒，这些长条状晶粒的尺寸多为10um左右。在这些长条状晶粒的周围分布着少量再结晶晶粒，这些小尺寸晶粒的尺寸多为3um-5um左右。此外，在这些解理断口分布区域还有一些撕裂棱和第二相颗粒的分布。 50%变形量下的合金断口——形貌分析从图3可以看出，50%变形量下样品的断口主要是韧窝解理断口。有明显的解理台阶以及“河流花样”。在较高的放大倍数下，从解理断口的形貌可以看出长条状晶粒的周围分布着大量的近乎等轴的再结晶晶粒。这些长条状晶粒较少，且其尺寸多在7um-10um范围内，这些小尺寸晶粒的尺寸多为5um左右。表明材料发生了明显的再结晶。在这些解理断口中有第二相颗粒的分布，且这些颗粒尺寸较20%变形量下的颗粒尺寸要小一些。表明第二相颗粒的固溶强化作用增强，材料的力学性能以及塑性会有一定的改善。在这些几乎等轴的晶粒边缘含有一定的韧窝。这些韧窝的体积较小，可能是由于大变形量下颗粒尺寸较小，形成的韧窝也比较小。图3 50%变形量下合金的断口形貌图 60%变形量下的合金断口——形貌分析从图4可以看出，60%变形量下样品的断口主要是韧窝解理断口，在解理断口的周围有一些韧窝。从解理断口可以看出晶粒都呈近乎等轴分布，且这些晶粒的尺寸较50%变形量下的晶粒尺寸较大。这表明再结晶过程已经较充分进行，并且发生了一定程度的再结晶晶粒长大的行为，这不利于材料的塑性性能。在部分几乎等轴的解理断口中含有细小的第二相颗粒。这些第二相颗粒起到了很好的固溶强化的作用，对材料的塑性性能也有一定的益处。图4 60%变形量下合金的断口形貌图后记通过扫描电子显微镜下不同变形条件下的合金的断口形貌观察，可以看出随着变形量的增加，合金的再结晶程度增加，晶粒的尺寸逐渐减小，第二相的颗粒也会发生一定的碎化。材料的塑性会有一定的提高。但是，当变形量到达一定数值时，部分再结晶晶粒会发生一定的长大，可能对合金的塑性性能有一定的损害。当然，材料的力学性能与多种外因和内因有关。我们在选择合适的加工工艺同时，可以通过调节合金的成分、改善合金的热处理工艺等，获得优良的塑性性能。

镁是最轻的金属结构材料，在航空航天、交通运输，电子产品和医疗等领域具有广阔的应用前景。然而，相比于传统金属材料，如钢铁和铝合金，镁的塑性变形加工较困难，工艺成本高，制约了其广泛应用。微观机制是决定宏观性能的内在因素，因此，研发高塑性镁合金需要精准认知其微观塑性变形机制，相关研究也一直是镁合金领域关注的重点和热点。众所周知，金属材料在塑性变形时一般会发生加工硬化现象，即随着变形量的增加，材料内部缺陷和损伤逐步累积，流变应力不断增加。当硬化到一定程度时，材料将不具备继续塑性变形的能力，最终发生断裂。对于金属镁而言，其沿晶体学轴压缩时加工硬化十分明显，塑性变形量一般仅在5%-10%左右。针对镁的塑性变形行为和内在机制，西安交通大学单智伟教授团队近年来开展了系统深入研究。研究发现，对于亚微米尺寸的镁单晶，当沿轴压缩时，首先发生由锥面位错滑移主导的塑性变形（详见Liu et al. Science, 365 (6448), 73-75, 2019）。令人意想不到的是，随着加工硬化的不断加剧，原本认为塑性已消耗殆尽的样品并没有断裂失效。当流变应力升高到1 GPa水平时，样品突然被压为扁平状，且没有裂纹产生。此外，被压扁的样品已不再是单晶，而是由多个具有共轴取向关系的小晶粒组成，小晶粒内部有大量的基面和非基面位错。图1 亚微米镁单晶柱在轴压缩下的变形过程。(a)初始样品；(b) 位错的形成和运动；(c) 在样品右下角形成的新晶粒（白色箭头）；(d) 新晶粒中产生位错（白色箭头）；(e)样品被压为扁平状；(f) 在扁平样品上采集的电子衍射。(g)应力-应变曲线显示出变形的三个阶段：弹性变形、塑性变形-加工硬化阶段、塑性变形-应变突跳阶段。通过系统的晶体学分析、显微学分析、原子尺度表征，并结合分子动力学模拟，该团队提出新晶粒是通过锥面-基面转变形成的。在新晶粒形成后，原本已消耗殆尽的塑性得到了再生，继续加载时样品仍可持续发生很大的塑性变形。该研究将这种由变形诱导的在基体晶粒中形成新晶粒的过程称为“deformation graining（形变转晶）”。该过程不必依赖扩散，可在室温下快速发生，所形成的新晶粒与基体晶粒具有特定的晶体学取向对应关系。在新形成的晶粒中，可以继续发生由位错和孪生协调的塑性变形，使得样品重新具有了塑性变形能力（可比拟为“返老还童”）。该研究丰富了对塑性变形机制的认识，为镁的变形加工提供了新的启发：在高应力或高应变速率下加工，可由高应力引发新的变形机制，进而提高镁的变形加工能力。图2 新晶粒在加载时长大，卸载时缩小，二次加载时再次长大，反映了晶界的高可动性图3 新晶粒及其晶界结构该成果以"金属镁塑性变形能力再生新机制"(Rejuvenation of plasticity via deformation graining in magnesium)为题发表于《自然通讯》(Nature Communications)，西安交通大学刘博宇教授为本论文的第一作者，西安交通大学单智伟教授为第一通讯作者，合肥工业大学张真教授为共同第一作者和通讯作者，西安交通大学马恩教授和美国麻省理工学院李巨教授为共同通讯作者。参与该工作的还包括西安交通大学博士研究生刘飞和杨楠、内华达大学李斌教授、吉林大学陈鹏教授、中国科学技术大学王宇教授和江苏科技大学彭金华博士。西安交通大学金属强度国家重点实验室为第一通讯单位。该研究得到了国家自然科学基金委、111计划2.0、西安交大青年拔尖人才计划等项目的资助。近年来，单智伟研究团队依托西安交通大学材料学院、金属材料强度国家重点实验室、西安交通大学微纳中心和陕西省镁基新材料工程研究中心，开展了一系列富有成效的基础研究、技术攻关和成果转化。2014年，发现了镁中不同于位错和孪晶的室温变形新机制，成果发表于《自然通讯》，并荣获美国TMS学会镁分会年度最佳基础研究论文奖；系统研究了镁合金中析出相形貌对孪晶行为的影响，并进而发展了一种判断镁合金强塑性的简单判据，成果发表于《材料科学技术》（封面推荐，2018）；发现通过活化二氧化碳，可以在室温下将镁表面的氧化层或腐蚀产物转变成一种致密的保护膜层，不仅可显著提升镁及其合金的抗腐蚀性和强韧性，而且大幅提高镁的抗氧化能力，从而发明了一种绿色、低成本镁合金涂层新技术，成果发表于《自然通讯》（2018），并获得国家发明专利授权；应用基于原位电镜的先进测试与表征技术，结合原子尺度成像和三维图像重构技术，揭示了镁中锥面位错的结构特征和滑移行为，首次实验证明其是镁中有效的塑性载体，指出通过促进锥面位错滑移（可通过提高应力和减小晶粒尺寸来实现）可以有效提高镁的塑性，成果发表于《科学》（2019）。针对原镁冶炼工艺落后、自动化程度低和环境污染严重的现状，提出并验证了原本需要在真空条件下进行的原镁冶炼可以在常压进行，并与华西能源公司联合攻关，开展了原镁常压生产的工业化装置的开发。针对原镁杂质元素种类多、含量高、波动大的痼疾，从原子机理出发，开发出全新的工艺流程，可在不显著增加成本的情况下，从料球直接生产出99.99%以上纯度的高纯镁，革新了此前领域内普遍认为皮江法（硅热还原法）不能直接生产高纯原镁的认知。上述成果的推广和应用，有望从整体上提升镁基产品的质量和性能。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-28688-9