• 快讯 1.3GHz超导腔研发获新进展

    来源专题:中科院亮点监测
    编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
    发布时间:2019-04-06
    在北京先进光源技术研发与测试平台(PAPS)与上海硬X射线自由电子激光装置(SHINE)的关键样机研制中,中国科学院高能物理研究所在高性能(高Q值、高梯度)超导腔的研发上持续攻关。经过深入细致优化超导腔的加工工艺及流程和制造环节、完善超导腔表面处理及测试技术,在2018年年末之际,1.3GHz 9-cell超导腔(细晶串腔)及1.3GHz 1-cell超导腔(细晶单腔)的研制再获新进展。   研制完成的两只1.3GHz 9-cell超导腔,经2.0K垂测,均达到了SHINE关键样机的非掺氮超导腔的技术指标上限。其中,1300-N001超导腔加速梯度Eacc达到18.5MV/m,在16MV/m的加速梯度下,Q0达到1.5×1010,较高能所研制的1.3GHz 9-cell超导腔的品质因数提高了约50%。此外,两只超导腔垂直测试中均无明显辐射剂量,标志着洁净间组装技术达到国际先进水平。   同时,对1.3GHz 1-cell超导腔进行了掺氮(N-doping)实验,垂测结果达到3.3 ×1010@18MV/m,Q值比掺氮前提高了1倍。这是国产超导腔(细晶单腔)第一次达到SHINE的设计指标(2.7×1010@16MV/m)。此外,测试过程中观察到了明显的anti-Q-slope现象,即超导腔的Q值随加速梯度Eacc的升高而变大,这是1.3GHz超导腔进行掺氮后的典型现象。   下一步将总结和进一步优化研制工艺步骤并固化流程,同时采取EP及掺氮等手段进一步提高1.3GHz 9-cell超导腔的Q值及加速梯度,以最终达到工程的大批量、高性能需求。
  • 快讯 【光明日报】中国科大发现廉价简洁可见光催化体系 有望促进有机合成新药规模化生产

    来源专题:中科院亮点监测
    编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
    发布时间:2019-04-06
    脱去羧基,将自由基片段从羧基的紧密束缚中释放出来,是有机合成尤其是新药合成领域最受关注和最有前景的方向之一。全世界科学家们设计各种催化剂来尝试挑战,中国科大的青年科学家团队独辟蹊径,发明了一种廉价简洁的催化剂体系,成果以研究长文的形式日前在线发表在国际权威期刊《科学》上。   羧酸化合物在生活和生产中占据着重要地位,我们身边很多耳熟能详的物质都是羧酸化合物,比如构成蛋白质的基本物质氨基酸、食用醋的重要成分乙酸等。   将羧酸化合物中的羧基脱去,产生的自由基片段,在材料、制药等行业中都有重要用途。传统的脱羧方法往往是在高温下进行,这种方法会产生数量众多、种类不明的各种副产品,导致最终产品无法在产业中方便使用。   近年来,科学界尝试使用光催化反应的手段实现脱羧转化,利用光照来激发电子跃迁,进而通过电子转移过程产生自由基片段,实现在温和条件下化学键的断裂与重组。相比于传统的加热反应,具有操作简单、易于控制和节能环保等优点。光催化体系已成功应用于多种复杂功能分子的合成,展现出突出的催化合成价值和工业应用潜力。   然而,目前光催化剂的类型主要为贵金属配合物(如铱、钌等)或有机染料,结构复杂且价格昂贵。这使得光催化工业体系成本高昂,流程复杂,控制难度大。因此,开发新型廉价多功能的光催化体系已经成为未来发展的重要方向。   中国科大研究团队首次提出了基于可见光激发的分子间电荷转移用于光氧化还原催化的新概念,发现了一种简单易得、高效环保的非金属阴离子复合物光催化体系,仅仅使用廉价的碘化钠、三苯基膦(彩色胶卷显象的抗氧剂)和羧酸酯原料的三者的协同反应,成功实现了脂肪羧酸衍生物脱羧反应。   该催化体系可以驱动氧化还原循环,简化光催化体系,降低光催化剂成本。利用该体系,中国科大傅尧和尚睿研究团队成功将多种天然、非天然氨基酸脱去羧基官能团,该反应在产量达到克级规模时仍可保持较高的催化效率,这也意味着产业化的可行性。   这种新型光催化体系大大降低了催化剂成本,成功实现了温和条件下一系列重要的脱羧脱胺偶联反应,突破了传统反应的限制,解决了过渡金属在功能化合物和药物合成中残留等问题,为生物质羧酸分子转化、手性药物合成和多肽修饰提供了新的手段,具有重要的合成化学价值和良好的工业应用前景。   该工作得到《科学》审稿人的高度评价:“这个工作可能会在光氧化还原催化领域引发新的研究方向,基于盐、膦以及电子受体的三组份组成氧化还原活性配合物,从而避免传统的过渡金属或者复杂的染料催化剂。”“这项工作给我们提供了一个非常有趣的概念:在不需要昂贵的过渡金属或者有机染料的作用下实现脱羧烷基化转化的方法,这对许多合成化学家来说可能是个好消息,催化体系非常简单、具有很好的应用前景,许多化学家将很快会使用该方法解决一些合成上的问题。”
  • 快讯 上海有机所在活细胞内的光催化生物相容反应研究中取得进展

    来源专题:中科院亮点监测
    编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
    发布时间:2019-04-06
    实时调控细胞生命活动对研究细胞的生理功能具有重要价值。由于光优异的时空分辨率,生物相容的光引发化学工具可用于原位实时调控动态的生命过程。传统的光去笼方法通过直接光照射底物分子切断化学键从而释放生物活性分子,光去笼方法近年来的新发展希望实现如下重要新特质:一、通过廉价易得的可见光光源实现更好的生物穿透性;二、底物具有光稳定性从而无需当场制备;三、可定位的特异性光去笼。相比于直接光照射方法,光催化氧化还原反应使用能量较低的可见光,底物在不存在光催化剂时对光惰性因而便于贮存。但目前将光催化氧化还原反应应用于细胞存在以下困难:一、常用的过渡金属光催化剂具有潜在的细胞代谢毒性,会使其应用受到限制;二、细胞内广泛存在的氧气及各种抗氧化剂会影响自由基活性物种寿命及光催化氧化还原反应效率。   中国科学院上海有机化学研究所生命有机化学国家重点实验室陈以昀课题组致力于发展新的生物相容光化学方法用于化学及生物学的研究,主要研究内容包括新型光反应发现及新型光化学生物学工具的发展。课题组前期研究工作中建立了可见光引发氧化及还原反应的生物大分子相容性(J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 2280; Chem. Comm. 2015, 51, 5275),并发展了水相条件下生物活性小分子的可见光释放方法(Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 1881; Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 7872)。近日与上海交通大学医学院徐天乐课题组合作,首次报道了将常用于荧光成像的有机荧光分子荧光素或罗丹明衍生物作为生物相容的光催化剂,在细胞内利用氧气及抗氧化剂通过光催化氧化还原反应产生过氧化氢,进而进行脱硼羟基化反应去笼释放生物活性分子(Angew. Chem. Int. Ed. 2018, DOI: 10.1002/anie.201811261),文章第一作者为上海有机所博士研究生王浩岩。该反应使用家用CFL或低能量蓝色LED灯作为光源,在中性水溶液中可以对含有酚、羟基、氨基的生物活性分子实现高效的光去笼释放。该方法可以通过光释放异丙基-β-D-硫代半乳糖苷分子来光调控大肠杆菌中的蛋白表达,并且可以通过光释放巴氯芬药物分子有效调控GABAB受体功能,进而对小鼠脑片中的神经细胞膜电位进行高时空分辨率的光调控。最后使用线粒体定位罗丹明衍生物染料作为具有定位效应的光催化剂,借助于过氧化氢在细胞内的有限自由扩散,实现了亚细胞定位的选择性小分子可见光去笼。该研究展示了光催化氧化还原反应在细胞及生命体系研究中的广阔应用前景,并提出了有机荧光染料具有示踪与调控生命过程的双重功能,对相关领域的研究具有重要启示。   上述研究工作得到国家重大科学研究计划、国家自然科学基金委、中科院战略性先导科技专项(B类)、上海市重点项目、生命有机化学国家重点实验室及中科院的资助。
  • 快讯 上海有机所等发现延缓受损神经退化新机制

    来源专题:中科院亮点监测
    编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
    发布时间:2019-04-06
    2月13日,国际学术期刊《科学进展》(Science Advances)发表了由中国科学院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心方燕姗课题组联合香港科技大学、暨南大学研究团队的最新研究成果“Rapid depletion of ESCRT protein Vps4 underlies injury-induced autophagic impediment and Wallerian degeneration”。该工作首次发现了Vps4蛋白在神经损伤中的重要作用,揭示了Vps4和内吞体分选转运复合物 (endosomal sorting complexes required for transport, ESCRT) 具有调控神经束中自噬水平的功能,并运用多种神经损伤模型充分证明了提高神经元中Vps4水平可以明显延缓受损神经的退化,为治疗神经损伤和神经退行性病变带来了新希望。   神经轴突退化 (axonal degeneration) 是急性神经损伤和多种慢性神经退行性疾病的重要病理变化之一。特别是神经损伤中,远离神经元胞体的神经纤维会逐渐发生肿胀,继而发生串珠样、碎片样改变,并最终被周围的神经胶质细胞和巨噬细胞吞噬清理,这一过程被称为沃勒变性 (Wallerian degeneration)。神经轴突的沃勒变性是一个主动的、在细胞和分子水平上受到高度调控的“自我毁灭”过程。近二三十年的研究对于沃勒变性分子机制的认识有了长足进步,特别是关于调控NAD+代谢相关的基因如NAD+合成酶Nmnat和NAD+水解酶Sarm1以及它们的上下游通路。然而,神经损伤引发的是一系列复杂、多因素参与的细胞和分子反应,哪些未知的关键基因和分子机制介导了神经损伤中“死亡”信号的转导并最终导致神经轴突沃勒变性的发生是神经损伤领域的重要科学问题。   在这项由沪港粤三地研究团队联袂合作的工作中,研究人员首先通过基于果蝇模式动物的大规模遗传学筛选实验发现了一个全新的、从未被报道过的维持神经轴突完整性的关键基因——ESCRT复合物基因Vps4。进一步的研究表明,神经损伤引起Vps4蛋白水平迅速下降,造成ESCRT复合物功能异常,导致神经轴突自噬清理障碍。自噬是细胞通过溶酶体将细胞中错误折叠蛋白、受损细胞器等进行吞噬、清理和降解的过程,对于维持神经元生存和正常功能至关重要,并且与多种人类神经退行性疾病密切相关。此项研究则明确显示,神经损伤中自噬小体在神经纤维中的堆积导致或加剧了沃勒变性的发生。进而,研究人员在包括果蝇翼神经束、小鼠原代神经元以及小鼠视神经等多种不同的神经损伤模型中提高Vps4蛋白的表达水平,该方法不仅显著减轻神经损伤引起的自噬清理障碍而且有效延缓受损神经的退化。   Vps4新机制的发现,打破了过往认为只有Nmnat酶和NAD+相关通路可以有效阻止受损神经退化的论断,是理解神经轴突沃勒变性分子调控机制的重要发现。目前通过提高Vps4表达量的实验可以延缓受损神经退化3天左右,未来的研究中继续寻找阻止Vps4蛋白迅速降解的有效方法有望获得更强的神经保护作用。此外,该研究还指出,神经损伤中所谓的自噬水平“升高”并非简单的自噬被诱导激活,而是更多归结于Vps4蛋白下降造成的自噬清理障碍、自噬小体堆积。这也解释了为什么在神经损伤的应对策略中,阻遏自噬发生不如增强自噬清理——犹如“大禹治水,疏胜于堵”。   上述工作由上海有机所研究员方燕姗、香港科技大学教授刘凯和暨南大学副研究员李昂为共同通讯作者,上海有机所生物与化学交叉研究中心博士生王海琼为第一作者。经费支持主要来自科技部“863”计划青年科学家专题、国家重点研发计划项目、国家自然科学基金委、国家青年***、中科院和上海市科委等的资助。
  • 快讯 上海硅酸盐所在柔性应变敏感材料研究中取得进展

    来源专题:中科院亮点监测
    编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
    发布时间:2019-04-06
    随着柔性电子学的发展,轻、薄、柔的便携式、可折叠、可穿戴的柔弹性器件逐渐成为一大研究热点。其中,柔性传感器是应用最为广泛的柔性电子器件,在运动感应、健康监测、医疗诊断等方面均有广泛的应用前景。应变传感器的基本原理是将器件的应变变化转化为电信号进行输出,从而用于监测引起应变的应力信号,其最主要的性能参数包括灵敏度(通常用Gage factor(GF)、相对电阻变化与应变变化的比值来表征)、应变感应范围、检测下限、循环稳定性等。其中,灵敏度和应变感应范围是最重要的两个性能参数,如何兼具高灵敏度和大的应变响应范围是柔性传感器发展中面临的重要挑战。然而获得高灵敏度需要器件在小的应变下发生显著的结构变化,而大的工作范围则要求器件在大应变下仍能保持导电结构的连通性,通常这二者互为矛盾,难以兼得。目前,制作出同时具有较大应变感应范围(大于50%)和高灵敏度(全应变范围内灵敏度大于100)的柔性电子传感器存在一定困难。   最近,中国科学院上海硅酸盐研究所研究员孙静带领的科研团队以MXene材料——Ti3C2Tx为研究对象,通过对Ti3C2Tx进行材料微结构设计,成功研制了基于Ti3C2Tx纳米颗粒-纳米片混合网络结构的高性能柔性应变传感器。利用纳米颗粒-纳米片的协同运动,该柔性应变传感器同时实现了高灵敏度及宽响应范围,在整个应变感应范围内(53%)的灵敏度高于100(GF>178.4),并具有极低的检测限(0.025%)和高循环稳定性等优势,能够精准检测呼吸、脉搏等生理信号。该研究首次提出了限制式裂纹增值感应新机制,为高性能柔性应变传感器的设计提供了新思路。相关研究成果发表于《先进功能材料》(Advanced Functional Material 2019, 1807882),上海硅酸盐所在读博士生杨以娜为文章第一作者,副研究员王冉冉和研究员孙静为文章共同通讯作者。   相关研究工作得到国家自然科学基金面上项目、上海市基础重点项目、上海市青年科技启明星项目等的资助。