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  近日,中国科学院理化技术研究所仿生智能界面科学实验室研究员王树涛团队提出了结合固液气三相接触线调控和电化学聚合,用于制备可控微米吸盘结构的图案化导电聚合物的普适方法。该研究成果以ControlledGrowthofPatternedConductingPolymerMicrosuckersonSuperhydrophobicMicropillar-StructuredTemplates为题发表于《先进功能材料》(AdvancedFunctionalMaterials2018,1800240,DOI:10.1002/adfm.201800240)。  导电聚合物的形貌对其在信号检测、微型驱动器制备和液滴操纵等方面性能的提升有着重要影响。然而,以往的大多数方法因为其固有的弊端,存在不能精确调控形貌、生长位置以及牺牲模板等缺陷,难以满足实际的应用。因此,王树涛团队提出了一种通过调控固液气三相接触线和电化学聚合,用于制备可控微米吸盘结构的图案化导电聚合物的普适方法。通过调控铂片和微柱阵列模板之间的距离,微柱顶部聚吡咯吸盘的生长方向从朝上(+26±5°)变到朝下(-32±7°),并且聚吡咯吸盘距离微柱顶部的距离也可以随着固液气三相接触线的调节发生改变。研究人员系统地研究了影响聚吡咯吸盘生长的因素,比如电聚合时间、电聚合电流的大小、微柱的形状和大小、导电聚合物的种类。受自然界生物通过毛细液桥作用的湿态粘附现象的启发,该研究制备得到的聚吡咯吸盘可以和液滴形成毛细液桥,并且通过调节聚吡咯吸盘的大小,可以改变对液滴的粘附力,用于液滴的有效转移。  该论文通讯作者为王树涛和副研究员孟靖盺。  相关研究工作得到国家自然科学基金、国家“万人计划”青年拔尖人才和中科院青年创新促进会的大力支持。  文章链接  图1.结合气液固三相线调节和电化学聚合,在超疏水硅片阵列上沉积具有可控生长方向的聚吡咯吸盘。  图2.聚吡咯吸盘能够像机械吸盘手一样用于转移水滴。通过调节聚合时间,得到不同大小的聚吡咯吸盘,每个聚吡咯吸盘和水滴之间会形成毛细液桥,进而可以调控对水滴的粘附力,实现液滴的有效转移。

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  许多具有强关联特性的过渡金属氧化物都表现出电荷分布不均匀性。利用扫描隧道显微镜(STM)的超高空间分辨率,人们在不同的铜基超导体系中发现纳米尺度上贗能隙、超导能隙的空间不均匀性。尽管在理论上,向一个莫特绝缘体引入载流子会自发导致电荷相分离,但在实验上发现纳米尺度上电荷分布不均匀性和杂质离子的空间分布相关。掺杂离子不仅向铜氧层贡献载流子,而且自然地会对局域电子结构产生扰动。一般说来,这样的扰动表现为三种形式:局域的化学势变化、原胞内的原子位置偏移和伴随的纳米尺度晶格应变。   利用X射线漫散射实验手段,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心EX7组博士生林佳琪和副研究员柳学榕对其中一种扰动形式——纳米尺度的晶格应变,进行了定量表征。当晶体中原子位置受到热扰动或杂质引起的应力场扰动,偏离其原先处于的周期位置时,会产生X射线漫散射,分别叫做热漫散射(TDS)和黄昆漫散射(HDS)。在X射线散射实验中能观察到晶体布拉格峰附近出现尾巴。   研究人员选取La2-xSrxCuO4(LSCO),x=0.08的样品,在温度为7K时,测量(0022)和(2022)布拉格峰附近的漫散射强度(图1)。在X射线等强度图中看到明显峰和谷的漫散射图案是HDS的特征,而TDS的等强度图会更接近于圆形。为了定量描述HDS,采用连续弹性近似,忽略原胞内原子的细节,把原胞应变当作原胞质心的运动。这时,在某个布拉格峰附近q处,HDS强度正比于1/qv,v=2。而TDS的强度在只考虑声学支声子的近似下,随温度变化,高温时v接近2,而低温时v接近1。通过对漫散射强度的拟合(图2),在低q时v=1.9,HDS占主导,而在高q时,v开始向1靠近,此时TDS占主导。漫散射强度对q的依赖符合连续弹性近似。图3的温度依赖反应HDS特征(峰-谷-峰)随温度增加逐渐消失,可能是由于高温晶格增大,导致局域应力释放。   最后,他们重构了杂质原子周围原胞的应变(质心偏离,图4),发现最大的偏离是0.001埃量级,位于杂质原子周围大约1nm处,当远离杂质原子时,质心偏离迅速变小一个量级。静水压和单轴压力实验证明LSCO的Tc可以受压力调控~1K/Gpa。而且通过测量LSCO线性压缩系数可知,0.01埃的原胞大小改变对应1Gpa的局域应力。所以X漫散射实验观察到的0.001埃的局域应变太小,并不能解释STM看到的显著局域电荷分布不均匀。   该文章于5月11日发表在《物理评论快报》(Phys.Rev.Lett.120,197001)上。该实验在美国阿贡国家实验室完成,受到科技部(2015CB921300,2016YFA0401000)、中科院(XDB07020200)和美国能源局(DE-SC0003678)的资助。   文章链接      图1:(0022)和(2022)布拉格峰附近的漫散射图案。a-c:实验数据,d-f:考虑TDS和HDS计算得到的漫散射图案,参数是从拟合结果中提取。测量温度为7K。     图2:(a):图1a和b中(0022)峰对角切线。实线正比于1/q1.9.(b-e)在(0022)峰附近的切线。黑色实线是整体的拟合结果,红色虚线是TDS贡献。     图3:温度依赖H,K扫描通过(0022.15).低温是沿H,K强度有很大的差异,高温时(T=250K)两者强度比接近于1.LSCO在280K有HTT-LTO的相变。     图4:重构的应变图案在ab面(上半部分),bc面(下半部分),杂质原子处于[0,0,0]。R的单位为单个原胞。Ua,b,c是应变矢量U(R)的分量。

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  6月3日,国际学术期刊《癌症研究》(CancerResearch)发表了中国科学院生物物理研究所秦燕课题组与杨福愉课题组的合作研究成果:HumanElongationFactor4RegulatesCancerBioenergeticsbyActingasaMitochondrialTranslationSwitch,揭示了线粒体翻译因子调控肿瘤细胞能量代谢的新机制。   线粒体调节细胞内的能量水平及氧化还原状态,经多条信号传导途径影响肿瘤细胞命运。线粒体翻译延伸因子4(mtEF4)是线粒体蛋白翻译过程的“开关”,在肿瘤的发生发展过程中扮演重要角色。该研究发现,mtEF4在几种常见肿瘤细胞系中普遍高水平表达。人为降低mtEF4表达后,肿瘤细胞内的主流能量代谢途径由氧化磷酸化扭转为糖酵解,同时伴有细胞内活性氧含量上升、凋亡细胞占比增加。对临床样本检测后发现,mtEF4在病人癌变组织中表达上调(见下图)。因此,该因子有望被开发成为肿瘤检测及治疗的新靶标。   该工作由生物物理所及温州医科大学合作完成。生物物理所研究员秦燕、卫涛涛及温州医科大学教授吕斌为该论文的共同通讯作者,生物物理所朱萍、刘永章及张凤林为论文的并列第一作者。该研究工作还得到了中国科技部、国家自然科学基金以及中科院重点部署项目的资助。   文章链接   图示:a.mtEF4与细胞能量代谢关系;b.癌变组织mtEF4表达升高。

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  近日,中国科学院深圳先进技术研究院影像中心郑海荣团队在磁共振脂肪测温和胎儿成像方面取得新进展,共有两篇论文分别发表在MagneticResonanceinMedicine和IEEETransactionsonMedicalImaging期刊上。   棕色脂肪精确定量与活性评估在人体代谢研究和减脂新药开发中有重要意义,温度变化是棕色脂肪活性评估的关键指标,但棕色脂肪测温具有极大的挑战。团队采用双步迭代温度估计新型算法,提高了基于脂肪温度成像结果的准确度和精确度,成功实现了离体棕色脂肪组织的温度成像,为下一步研究在体棕色脂肪活性以及脂肪代谢调控手段提供重要基础。相关成果发表于MagneticResonanceinMedicine,第一作者为程传力、邹超,通讯作者为郑海荣。   磁共振胎儿成像可发现复杂先天性疾病,尤其对神经发育异常和心血管疾病诊断有不可替代的价值。现有磁共振技术在成像速度和图像信噪比方面对于胎儿成像有较大的局限性。团队基于高灵敏电子设计了大范围、高密度多通道新型表面柔性线圈,与商用的线圈对比,设计的线圈的图像信噪比提高可达40%左右,更多的线圈单元可以显著提高成像速度,成功实现了清晰的胎儿大脑(2倍加速)和心脏电影(4倍加速)成像。相关成果发表在IEEETransactionsonMedicalImaging,第一作者为陈巧燕,通讯作者为郑海荣、李烨。   以上两项技术目前正在联影3T磁共振设备上进行转化,预期年底实现临床应用。     图1离体棕色脂肪组织升温实验。a原始幅值图像;b局部放大图,红色五角星代表荧光光纤温度计插入位置;c脂肪含量分布图;d和e:第10次和最后一次测量点相对温度分布图;f:DITE算法的测温曲线,与荧光光纤温度计读数一致,平均误差、标准差和均方差误差分别是:-0.08℃、0.46℃和0.56℃。    图2设计的36通道线圈(结合12通道脊椎线圈)与商用的18通道线圈(结合12通道脊椎线圈)的胎儿大脑(2倍加速)成像结果对比,36通道线圈可以明显提高图像信噪比,高达40%左右。  图3设计的36通道线圈(结合12通道脊椎线圈)采集的胎儿心脏成像(4倍加速)结果。

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  纤维素纳米纸(CNP)具有质量轻、机械强度高、光学性能优异、热稳定性好、热延展性低、阻隔性高以及可生物降解等一系列优点,在电子器件、显示基板、太阳能电池、包装阻隔材料等领域有着巨大的应用潜力。然而,CNP对水敏感,大量的水或高湿度环境会使纤维素润胀,从而导致其失去原有的稳定性和机械强度,这大大限制了CNP在水中以及高湿条件下的应用。目前,国际上一般采用乙酰化、硅烷化或接枝改性等方法来改善CNP的抗水性能,这些方法在一定程度上能够改善CNP的耐水性,但复杂的化学改性方法也会不可避免地造成CNP机械性能的损失和制备成本的提高。   近日,中国科学院青岛生物能源与过程研究所生物基材料组群木质纤维素精炼课题组,采用了易回收的有机酸水解法从天然木质纤维中提取含木质素的纳米纤维素,然后通过机械力协同作用制得具有优异抗水性能的CNP。整个制备过程无需任何复杂的化学改性,直接通过一步法有机酸水解分级解离天然纤维原料,并得到含木质素的纳米纤维素;随后在二甲基乙酰胺(DMAC)中,通过机械力作用实现纳米纤维表面分子的部分溶解,溶解的纤维素分子在干燥成膜的过程中发生重结晶;重结晶的纤维素分子和具有天然疏水特性的木质素协同作用填补了CNP中纳米纤维素之间的缺陷,形成更为致密的纳米结构。该方法制得的CNP具有良好的机械性能(255MPa,19.7MJm-3),不仅克服了CNP怕水的缺点(湿强可达83MPa,为现有文献报道的最高值),而且木质素的引入还赋予了CNP优异的紫外吸收性能。该研究开发的制备过程无需复杂工艺和昂贵试剂,所用溶剂均可回收,整个过程清洁,并可实现CNP强度和紫外屏蔽性能的可控制备,产品具有良好的应用前景。相关成果作为Backcover文章发表在JournalofMaterialsChemistryA杂志上(JMCA2018,DOI:10.1039/C8TA01986J)。  纳米纤维素因其独特的结构及优越的性能一直受到学术和企业界的关注和重视,日渐成为新材料和纤维素科学领域的研究热点。但是,从天然木质纤维素中提取纳米纤维素的工艺过程一直存在着能耗高、用水量大、化学药品不易回收等问题。为攻克上述难题,木质纤维精炼课题组长期致力于开发新型绿色高效的纳米纤维素制备方法,在国际上率先建立了基于易回收的固体酸和有机酸水解法制备纳米纤维素的方法体系,包括磷钨酸水解法制备纤维素纳米晶体CNC(CarbohydratePolymers,2014,110:415),甲酸水解-TEMPO氧化法制备高分散性CNC(CarbohydratePolymers,2015,113:605),氯化铁催化的甲酸水解法制备CNC(Cellulose,2016,23:2389)和纤维素纳米纤丝CNF(IndustrialCropsandProducts,2016,94:736),以及一步法从烟秆中提取具有高抗水特性的CNF(JournalofMaterialsChemistryA,2018),并先后申请一系列中国发明专利,目前已授权2项(ZL2013104830736;ZL201510680481.X)。课题组在纳米纤维素方面的相关系列研究为高效、低成本、绿色制备纳米纤维素以及相关高性能复合材料开发和产业化的应用提供了新的思路,相关成果综述发表在《化学进展》(ProgressinChemistry,2018,30,448)杂质上,并被推荐为热点文章。   相关系列研究获得了国家自然科学基金、国家十二五科技支撑计划、山东省重点研发计划、山东省自然科学基金等的资助。   相关成果发表:   1.QingboWang,HaishunDu,FangZhang,YuedongZhang,MeiyanWu,GuangYu,ChaoLiu*,BinLi*,HuiPeng.Flexiblecellulosenanopaperwithhighwettensilestrength,hightoughnessandtunableultravioletblockingabilityfabricatedfromtobaccostalkviaasustainablemethod.JournalofMaterialsChemistryA,2018,DOI:10.1039/C8TA01986J.   2.杜海顺,刘超,张苗苗,孔庆山,李滨*,咸漠.纳米纤维素的制备及产业化,化学进展,2018,30(4),448-462.   3.HaishunDu,ChaoLiu,YuedongZhang,GuangYu,ChuanlingSi*,BinLi*.Preparationandcharacterizationoffunctionalcellulosenanofibrilsviaformicacidhydrolysispretreatmentandthefollowedhigh-pressurehomogenization.IndustrialCropsandProducts,2016,94,736-745.   4.HaishunDu,ChaoLiu,XindongMu,WenboGong,DongLv,YimeiHong,ChuanlingSi*,BinLi*.PreparationandcharacterizationofthermallystablecellulosenanocrystalsviaasustainableapproachofFeCl3-catalyzedformicacidhydrolysis.Cellulose,2016,23(4),2389-2407.   5.ChaoLiu#,BinLi#,HaishunDu,WenboGong,DongLv,XindongMu*,HuiPeng*.Propertiesofnanocelluloseisolatedfromcorncobresidueusingsulfuricacid,formicacid,oxidativeandmechanicalmethods.CarbohydratePolymers,2016,151,716-724.   6.BinLi,WenyangXu,DennisKronlund,AnniM??tt?nen,JunLiu,Jan-HenrikSm?tt,JoukoPeltonen,StefanWillf?r,XindongMu,ChunlinXu.CellulosenanocrystalspreparedviaformicacidhydrolysisfollowedbyTEMPO-mediatedoxidation.CarbohydratePolymers,2015,133,605-612.   7.YefeiLiu,HaisongWang,GuangYu,QingxueYu,BinLi*,XindongMu*.Anovelapproachforthepreparationofnanocrystallinecellulosebyusingphosphotungsticacid.CarbohydratePolymers,2014,110,415-422.   8.一种制备纳米纤维素的方法.中国发明专利,专利号:2013104830736.(授权日:2017-06-06)   9.一种金属盐催化甲酸水解制备纳米纤维素的方法.中国发明专利.专利号:201510680481.X.(授权日:2017-07-04)   一步法纳米纤维素——二甲基乙酰胺中表面分子溶解——重结晶——得到致密纳米结构纤维素纳米纸   青岛能源所制备出高湿强、高韧性兼具紫外屏蔽功能的纤维素纳米纸

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  5月7日,欧洲分子生物学组织旗下学术期刊EMBOReports在线发表了中国科学院生物化学与细胞生物学研究所惠静毅研究组与北京大学分子医学研究所汪阳明研究组合作的题为OpposingrolesofmiR-294andMBNL1/2inshapingthegeneregulatorynetworkofembryonicstemcells的最新研究成果。该论文揭示了miRNA与剪接调控因子之间的相互作用调控胚胎干细胞自我更新和分化的重要功能。   胚胎干细胞具有无限自我更新和广谱分化为所有体细胞的能力,因此可以为修复和替换坏死组织提供大量的细胞材质,在再生医学方面具有巨大的应用前景。理解调控胚胎干细胞自我更新和分化过程的分子机制,对于促成其在临床中的应用至关重要。近年来的研究发现,基因的可变剪接,即同一个基因选择不同遗传信息片段组装表达出不同蛋白质产物的现象,在胚胎干细胞中具有重要的调控作用。如转录因子Foxp1有两种剪接产物,其中一种在干细胞中特异表达,帮助维持胚胎干细胞的干性,而另一种在分化细胞中表达,促进分化相关基因的表达。然而,一个目前尚未解决的关键问题是,胚胎干细胞特有的可变剪接是如何被调控的?   该项研究发现在胚胎干细胞中miRNA介导调控了近六百个可变剪接事件,其中大部分是由miR-294所调控,包括Foxp1的可变剪接。结合RNA干扰和高通量测序发现,miR-294主要通过抑制剪接调控因子Muscleblind-like蛋白(Mbnl1/2)的表达来起作用的。有趣的是,分化过程中,Mbnl1/2蛋白反过来结合并上调一些miR-294的关键靶标基因,从而拮抗miR-294对胚胎干细胞增殖、凋亡及上皮-间充质转化等过程的控制作用,形成一个复杂的调控网络。该研究的另一个亮点在于揭示了miRNA对于其靶标的调控可以在多个层次协同进行,发现miR-294通过调控染色质修饰和转录后降解的双重机制协同抑制Mbnl1/2基因的表达,以及通过调控可变剪接和降解的方式抑制在干细胞糖酵解代谢中具有重要功能的Mbd2长异构体mRNA的表达。不同于以往的认知,这说明miRNA对于部分靶标的调控可以是极其显著且严格的。总结起来,这项研究发现在胚胎干细胞中miRNA和剪接调控因子及其网络有深入而复杂的相互作用,这些相互作用塑造了胚胎干细胞自我更新和分化过程中的基因表达谱,使得相关生物学过程协调进行,不出差错。该研究成果对于研究RNA和RNA结合蛋白调控干细胞命运决定和发育有重要启示。   惠静毅与汪阳明为该论文的共同通讯作者。该研究工作获得科技部国家重点研发计划和国家自然科学基金委项目的资助。相关数据收集工作得到生化与细胞所公共技术服务中心的支持。miR-294与Mbnl1/2相互拮抗调控胚胎干细胞自我更新和分化过程 

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