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        随着全球变暖,植物的热适应成为人们关注的热点之一。叶片温度直接决定了植物所处的微环境。人们通常用气温来判断植物的生长环境,然而即使在相同气温下,植物的叶片温度也可能有很大差异,因此研究植物叶片温度的差异及其机制,有助于准确了解植物所处的微环境,深入认识植物的热适应。此前对叶片温度影响因子的研究大多针对某个性状或某几个性状,然而除了蒸腾以外,很多物理性状,如叶片大小、形状、物性、解剖结构以及光学特性等都会对叶片温度产生影响。某一个或几个叶片性状并不能完全决定叶片的温度,不能全面认识叶片温度的调控机制。        中国科学院西双版纳热带植物园树木年轮与环境变化研究组副研究员林华及其同事以种植在相同环境下的20种元江干热河谷冠层优势植物和18种热带雨林冠层优势植物为研究对象,利用红外热像仪对植物叶片的温度进行研究,并摸索出了“三温法”(叶片温度-无蒸腾叶片温度-参考叶片温度),成功对叶片物理温度效应和蒸腾温度效应进行了原位测量和分离。研究发现,相同环境下,元江干热河谷地区的植物叶片温度普遍低于热带雨林植物;干热河谷地区的植物叶片较小,反射率较高,吸收率较小,总的物理降温效果优于热带雨林植物。水分缺乏的时候,物理降温在一定程度上缓解了高温对叶片的胁迫;另一方面,干热河谷地区的植物蒸腾速率普遍高于热带雨林植物,蒸腾降温较热带雨林植物高,在叶片解剖结构上也表现出更大的叶脉密度和气孔面积指数(气孔长度×气孔数量)。即使在雨季,元江干热河谷地区的温度也可能超过40°C,高效的蒸腾降温保证了光合作用的顺利进行,使这些植物以更高的光合速率尽可能多地合成干物质以弥补生长季较短的不足。        该研究揭示了不同来源地植物叶片对高温环境的适应策略,体现了气体交换与植物叶片热力调节的协同进化,加深了人们对植物热适应的认识。        该研究成果以Strongercoolingeffectsoftranspirationandleafphysicaltraitsoftheplantsfromahotdryhabitatthanfromahotwethabitat为题,发表在FunctionalEcology杂志上。该研究得到了国家自然科学基金(31200307),云南省应用基础研究项目(2013FB078)以及中科院国际人才计划(2016VBA036)的支持。研究过程中得到元江生态站和版纳生态站的大力支持。

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        近日,中国科学院光电技术研究所微电子专用设备研发团队研制成功波长254nm的实用深紫外光刻机(Maskaligner),光刻分辨力达到500nm。        Maskaligner因使用方便、效率高、成本低,一直是使用面最广、使用数量最多的一种光刻设备。在现有的微纳加工工艺中,光刻所采用的波段是决定光刻分辨力的重要因素之一。长期以来,国产Maskaligner均采用紫外波段(350nm至450nm),分辨力只能做到1μm以上。而对于200nm至1μm的微纳器件复制,只能采用进口紫外投影光刻机,200nm以下分辨力则只能采用进口深紫外投影光刻机。光电所该型设备的成功研制,填补了国内商用化深紫外光刻机的空白,可低成本解决500nm以上器件的高效复制,具有很好的社会经济效益。        光电所微电子专用设备研发团队积极响应客户需求,大胆创新,成功解决了低成本深紫外光源、深紫外高均匀性匀光技术、新型深紫外介质膜镀膜技术以及非球面准直技术等诸多难点。该型设备仅需通过更换滤光模块,便可实现紫外、中紫外波段、深紫外波段的相互切换。同时,该型设备以光电所URE-2000系列紫外光刻机为基台(已经销售550台,其中出口30多台),配有高精度对准模块、真空曝光模式、双面曝光模式、纳米压印模式、接近式模式、数字设定曝光间隙等诸多功能供用户选择或定制,能满足不同光刻工艺需求。该设备自动化程度高、操作十分方便、外形美观。该型设备的成功研制,是光电所光刻机团队将光刻工艺需求与设备研发紧密结合的产物,市场前景十分广阔。        光电所研发团队还积极与潜在用户单位进行需求沟通和工艺探索,利用中紫外波段(峰值波长310nm)在光敏玻璃(FOTURANII)上完成了高深宽比结构的制备直接光刻,设备已经销售数台,并与德国肖特(SCHOTT)公司达成合作协议。(a)设备外观图;(b)设备输出光谱实测曲线

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        人们一直致力于研究在维持现代社会巨大能源消耗的同时最小化环境消耗。从可再生的自然源(如太阳能、风能和生物质能)收集能量,已经被证实是应对能源危机的可持续可供选择的方向,而且在化石燃料快速消耗的今天扮演着越来越重要的角色。最近发明的摩擦纳米发电机具有质量轻、价格低廉,甚至在低工作频率下仍然高效等先天优势,已经被证实是一个具有深远意义的解决方案。通过收集环境中的机械能——日常生活中普遍存在却被浪费掉的能量,摩擦纳米发电机在自驱动传感网络和大规模可再生蓝色能源领域均有很好的应用前景。        作为一种能量收集器件,摩擦纳米发电机的应用及商业化强烈地依赖于它的功率密度,而功率密度又与摩擦电荷密度成二次方关系。因此,人们一直致力于通过改善材料、结构优化和表面修饰等方法来提高摩擦电荷的密度,但此前所有研究中的可利用摩擦电荷密度都受到空气击穿现象的困扰。        近日,在中国科学院外籍院士、中科院北京纳米能源与系统研究所所长、佐治亚理工学院校董教授王中林的指导下,王杰、吴昌盛和戴叶婧等首次利用真空环境和铁电材料将可输出摩擦电荷密度提高了一个数量级、最大输出功率密度提高了两个数量级。基于常规的由铜薄膜和聚四氟乙烯薄膜组成的摩擦纳米发电机,科研人员先是利用软接触和碎片结构使摩擦表面得到更为有效的利用,将空气中的摩擦电荷密度从50µCm-2增大到120µCm-2。接着,利用高真空环境将空气击穿的影响降至最低,把摩擦电荷密度进一步提升到660µCm-2,创造新的历史纪录。最后,研究人员在聚四氟乙烯薄膜下引入铁电材料,将摩擦起电的表面极化和铁电材料的磁滞介电极化进行耦合,使得摩擦电荷密度进一步跃升到1003µCm-2。这把即使是在普遍低速运动下(2Hz)的传统摩擦纳米发电机的最大输出功率密度提高了两个数量级,从0.75Wm-2提高到了50Wm-2。        这些研究结果极大地提高了基于摩擦生电的纳米发电机(TENG)的输出能量,不仅刷新了TENG的性能记录,同时还建立了新的优化模式。研究所用到的高真空环境不仅能保证TENG的更好性能,同时排除了由于自然的灰尘和空气水分积累带来的性能下降。这些都能够显著提高基于TENG的自供电可穿戴电子器件和蓝色能源网络的应用前景。该工作也提供了对于制约TENG性能的因素的新见解,并有利于揭示长期悬而未决的摩擦起电机理以及它的动力学过程。        相关研究成果近日发表在《自然-通讯》(NatureCommunication)杂志上(DOI:10.1038/s41467-017-00131-4)。

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        自闭症谱系障碍(ASD)儿童表现出社交障碍,刻板重复行为和兴趣狭隘等行为学特征。流行病学研究表明,世界范围内大约1%的儿童表现有ASD。大量基础研究使用遗传修饰小鼠深入分析ASD的病理学机制。然而,小鼠和人类在大脑结构和行为学特征上存在巨大差异,严重影响小鼠模型研究的临床转化价值。因此,有必要开发相应的ASD非人灵长类模型,促进基础研究成果的临床转化。        SHANK3基因突变在ASD病人中出现频率最高,是目前国际上公认的几个ASD高发致病基因之一。中国科学院遗传与发育生物学研究所张永清研究组、李晓江研究组,美国杜克大学医学院教授姜永辉团队和华中科技大学教授鲁友明团队,以及广州元㬢生物科技有限公司密切合作,使用CRISPR/Cas9编辑技术在食蟹猴胚胎中打靶SHANK3基因,制备基因突变猴后代,最终获得了三只带有SHANK3基因突变的食蟹猴后代。SHANK3完全缺失导致一些突触后电子致密区蛋白如GluN2B、PSD95和mGluR5显著下调,以及Homer1b/c的异常亚细胞定位。在负责高级认知功能和社交行为的大脑前额叶区域,研究人员发现突变猴的成熟神经元数目显著降低,而星形胶质细胞显著增加。突变猴的前额叶皮层神经元的树突棘密度也显著降低。由于SHANK3缺失的小鼠模型未表现出上述病理变化,这些结果表明SHANK3特异性调控灵长类胚胎大脑发育。        ASD基因是否和如何影响大脑发育是ASD领域关注的重大科学问题。之前的研究由于人脑材料样本的限制,不能直接回答特定ASD基因是否影响人的大脑发育。本项研究为理解ASD的神经病理发生机制提供了新的视野,也揭示了非人灵长类动物模型在研究ASD病理机制中的重要性和必要性。        该研究于7月25日在线发表于《细胞研究》(CellResearch)杂志(DOI:10.1038/cr.2017.95),文章题目为AlteredneurogenesisanddisruptedexpressionofsynapticproteinsinprefrontalcortexofSHANK3-deficientnon-humanprimate。张永清组博士研究生赵晖为本文的第一作者,李晓江实验室博士涂著池为共同第一作者。该研究获得中科院、科技部和国家自然科学基金项目的资助。SHANK3缺失导致猴脑皮层发育异常,神经元数目减少,胞体变小,星形胶质细胞增多。

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        自20世纪70年代以来,光催化技术由于在解决人类面临的能源危机和环境污染上的巨大潜力而受到广泛关注。光催化反应中,半导体光催化材料(如TiO2)吸收光被激发,产生光生电子和空穴;光生电子和空穴迁移到材料表面后,既可以发生氧化反应,也可以发生还原反应。以光生电子为主导的光催化还原反应能够有效去除水中多种致癌含氧阴离子。然而,现有光催化还原材料的反应效率较低,制约了其实际应用。为了提升光催化还原反应的效率,通常需要在反应体系中加入空穴牺牲剂来消耗光生空穴,从而避免光生空穴对还原反应的影响。但是,这种方法增加了处理成本,容易造成水体的二次污染,不适宜于饮用水处理。        贵金属/过渡金属具有较高的功函数,与光催化材料结合形成异质结,能够捕获光生电子,增强光生电子与空穴的分离,进而提升光催化反应效率,在高效光催化材料设计中得到了广泛应用。但是,这种光催化材料设计并不能有效消耗掉具有强氧化性的光生空穴,实现有效光催化还原反应仍然要依赖在反应体系中加入空穴牺牲剂。在光催化还原材料设计上,如果能够通过空穴捕获与消耗来增强光生电子与空穴的分离,那就可以在提升光催化还原反应效率的同时避免在反应体系中加入空穴牺牲剂,解决现有光催化还原净水材料面临的问题。        在此思路的指导下,中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室环境功能材料研究部研究员李琦及其研究团队发展出一种高效光催化还原净水材料,无需加入空穴牺牲剂就实现了在可见光下高效去除饮用水中常见的致癌阴离子溴酸根。经过理论分析和材料筛选,他们选择了半金属Bi与金红石TiO2结合形成异质结。作为一种半金属,Bi有着特殊的物理性质。与贵金属或者过渡金属相比,Bi的功函数比较低,约为4.22eV,与金红石TiO2比较接近;块体Bi与金红石TiO2结合形成异质结时TiO2产生的光生电子依然能够被块体Bi捕获。随着其尺寸减小到纳米尺度,半金属Bi从金属转变为半导体,伴随此转变纳米Bi出现导带位置上升与价带位置降低的半导体特性。此时,半导体纳米Bi的导带高于金红石TiO2的导带,光照下产生的具有强还原性的光生电子将不能向纳米Bi转移,而是留在金红石TiO2上;而光生空穴能够转移到纳米Bi上,并通过将Bi氧化为Bi3+从而被消耗掉。因此,此材料体系不仅能够通过提高光生电子的寿命来提升光催化还原反应效率,而且避免了在反应体系中加入空穴牺牲剂,非常适宜于光催化还原技术在饮用水处理中的应用。此项研究提供了一种新型高效光催化还原材料设计的思路,有望获得广泛应用。相关研究结果发表在AppliedCatalysisB:Environmental上。        该项研究工作得到了国家自然科学基金、沈阳材料科学国家(联合)实验室基础前沿创新项目以及格平绿色行动-辽宁环境科研教育“123工程”项目的支持。        图1(a)块体Bi/TiO2(rutile)与(b)纳米Bi/TiO2(rutile)复合光催化材料能带结构对比示意图。(c)纳米Bi/TiO2(rutile)复合光催化材料光催化还原溴酸根原理图。

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        在中国科学院B类战略性先导科技专项“大规模光子集成芯片”支持下,中科院西安光学精密机械研究所与国外多家科研机构合作,利用西光研制的光子芯片,基于微谐振腔中多个高纯度频率模式相干叠加的独特方案,解决了片上高维纠缠双光子态制备与控制的国际难题,证实了利用10级纠缠双光子态实现超100维的片上量子系统,并通过频率操控实现了对量子态的灵活控制。相关成果于2017年6月发表在《自然》(Nature)上。        基于纠缠光子的光量子系统是解决现代量子物理和量子信息科学中诸多问题的核心基础。随着量子信息研究的深入,除多光子纠缠外,高维量子态(qudit)因其携载信息能力远高于量子比特(qubit)的优势,引起了人们广泛关注,已成为量子机理深层次研究、提升量子通信协议鲁棒性与速率,以及实现更高效量子计算等的关键手段。

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