世界一流科技期刊文章精選

NLRP3炎性小體的激活驅動tau蛋白病理發(fā)生

nature封面：tau蛋白（藍色）在神經元內的聚集。nature雜志第7784期封面文章報道了NLRP3炎性小體的激活驅動tau蛋白病理發(fā)生。NLRP3炎性小體是一種參與人體天然防御的蛋白復合物，其在小膠質細胞內的激活對于β淀粉樣蛋白斑塊的形成至關重要。NLRP3炎性小體也會幫助驅動tau纏結的形成。研究表明，tau纏結在β淀粉樣蛋白激活小膠質細胞和NLRP3炎性小體后形成，這驗證了阿爾茨海默病的淀粉樣蛋白級聯(lián)假說。研究人員還發(fā)現(xiàn)，tau蛋白本身可促進該炎性小體的激活，這有望為理解其他神經退行性疾病帶來重要啟示。

亞洲10萬人類基因組測序項目——基于亞洲人的人類遺傳學研究

nature封面：來自亞洲的基因組。nature雜志第7785期封面文章報道了基于亞洲人的人類遺傳學研究成果。人類遺傳學研究主要以歐洲人為研究對象，這意味著遺傳數據集中的個體多樣性是有限的。研究聯(lián)合體報告了該項目試驗階段的數據：覆蓋亞洲64個國家或地區(qū)219個種群組的1739名個體的全基因組參考數據集。研究人員利用該數據劃分遺傳變異、種群結構和疾病關聯(lián)。他們還發(fā)現(xiàn)亞洲具有相當大規(guī)模的奠基者種群，即一些群組從原始種群中分離形成新的種群。研究人員認為進一步開展這類研究或有助于鑒定與罕見疾病相關的基因。

帕克太陽探測器團隊公布首批結果

nature封面：美國國家航空航天局（NASA）的帕克太陽探測器與太陽“同框”的藝術想象圖。nature雜志第7786期封面文章報道了帕克太陽探測器首批任務結果，為年輕太陽風的起源和動態(tài)、高能粒子物理學帶來了新見解。Stuart Bale等人發(fā)現(xiàn)，太陽的磁場方向會在各種時間尺度上發(fā)生快速且大規(guī)模的倒轉現(xiàn)象。David McComas等人分析了在太陽附近測量到的由爆發(fā)現(xiàn)象產生的高能離子和電子，促進了對星體附近粒子激發(fā)和加速的認識。此外，還報道了Justin Kasper等人及Russell Howard等人的研究成果。

2019年《自然》雜志評選出的10位科學家

nature封面：1年10個故事。nature雜志第7787期封面文章報道了2019年《自然》雜志評選出的10位科學家。他們是，中國CRISPR基因編輯科學家鄧宏魁，美國物理學家John Martinis，美國神經科學家Nenad Sestan，巴西物理學家Ricardo Galv?o，加拿大天體物理學家Victoria Kaspi，阿根廷生態(tài)學家Sandra Díaz，剛果國家生物醫(yī)學研究所所長Jean-Jacques Muyembe Tamfum，埃塞俄比亞古人類學家Yohannes Haile-Selassie，瑞典氣候少女Greta Thunberg，澳大利亞生物倫理學家Wendy Rogers等。

（本頁期刊封面圖來自nature官網）

巖漿流入裂縫時破火山口就會崩塌

Science封面：Halema'uma'u火山口熔巖湖。Science雜志第6470期封面文章利用衛(wèi)星和地面監(jiān)測手段，對2018年峰頂火山噴發(fā)和破火山口崩塌進行了監(jiān)測。這些監(jiān)測結果對長達幾個月的火山噴發(fā)的實時危害評估和應對具有重要意義。火山噴發(fā)的主要巖漿導致火山大廈倒塌，可形成長數千米深數百米的火山口。在重大爆炸性噴發(fā)期間，當巖漿從束縛火山口的環(huán)形斷層破裂時，會形成許多火山口。文章報道的這兩個事件都是火山口逐漸塌陷，巖漿長距離流入遠離火山頂的裂谷而發(fā)生的。與坍塌有關的破火山口環(huán)狀斷層僅在大巖漿撤入裂谷帶后才開始運動。

鯨類為何體型巨大：海洋巨物時代的生理驅動和生態(tài)極限

Science封面：鯨魚。Science雜志第6471期封面文章報道了斯坦福大學科學家們的最新研究成果。他們根據長時間收集的不同類型鯨類的進食及運動數據，并計算鯨類的能量獲取率，從而發(fā)現(xiàn)鯨類體型增長有助于食物捕獲的結果。此外，研究還發(fā)現(xiàn)海洋動物體型的增長似乎僅受食物供應量的限制。像座頭鯨這樣的鯨魚代表了巨型濾食性動物的最新輻射，并躋身有史以來最大的動物之列。研究人員通過直接測量飼養(yǎng)性能和獵物質量，來確定鯨魚在極大體形下遇到的能量驅動因素和極限。

2019年《科學》雜志認定的年度突破

Science封面：事件視界望遠鏡（EHT）拍攝了圍繞M87星系超大質量黑洞的超熱物質。Science雜志第6472期封面文章報道了2019年《科學》雜志的年度突破。黑洞體積龐大，無處不在，在某些情況下甚至和我們的太陽系一樣大。科學家一直在追蹤它們的重力是如何影響周圍物體的。一個國際射電天文學家小組發(fā)布了一張令人震驚的黑洞“陰影”的特寫圖像，顯示了一顆黑暗的星周圍環(huán)繞著一圈光，這些光是由繞著它旋轉的光子產生的。為了產生這種喚起記憶的圖像，需要世界各地的射電望遠鏡同時進行觀測和2年的數據處理。

食肉植物的葉片通過基因表達的簡單遷移來實現(xiàn)從平面到捕食陷阱的進化

Science封面：水生食肉植物絲葉貍藻Utricularia gibba（寬度約200μm）的未成熟陷阱。Science雜志第6473期封面文章揭示了植物不同葉形演變的秘密。研究表明，在貍藻葉片的陷阱中，葉片上表面（近軸端）被限制在葉原基的一個很小的區(qū)域中，從而構成了陷阱的內表層，這對于陷阱的形成至關重要。在葉片發(fā)育早期改變葉片上表面發(fā)育相關特定基因的表達，會阻礙葉片杯狀陷阱的形成，并產生輻射化的葉子。葉片上表面和下表面（遠軸端）的基因表達網絡形成了能夠控制葉片定向生長的極性場。在此研究基礎上，研究者建立了計算模型。

（本頁期刊封面圖來自Science官網）

基于醫(yī)保系統(tǒng)大數據構建“癌癥發(fā)病監(jiān)測”新模式

北京大學腫瘤醫(yī)院遺傳學研究室柯楊教授課題組和來自汕頭大學醫(yī)學院附屬腫瘤醫(yī)院、河南省滑縣醫(yī)保局的研究者合作，利用南、北方地區(qū)2012—2019年醫(yī)保系統(tǒng)報銷數據，專門針對“癌癥新發(fā)病例識別”構建了一整套數據脫敏、清洗、質控、判定、分析、報告的流程標準，最終通過建立MIS-CASS（Medical-Insurance-System-based Cancer Surveillance System）模式對兩地癌癥發(fā)病率進行動態(tài)監(jiān)測與報告。研究論文發(fā)表于《柳葉刀》子刊EClinical Medicine。依托該模式，報告了兩地2014—2018年度惡性腫瘤發(fā)病率、發(fā)病順位及主要瘤種的時間變化趨勢，為明確地方癌癥疾病負擔，因地制宜地建立健全惡性腫瘤防控體系提供了科學依據。

2018年廣東省汕頭市食管癌發(fā)病率地域分布特征（MIS-CASS報告顯示，汕頭市整體食管癌發(fā)病水平不高，但內部地域差異明顯，地處東北、四面環(huán)海的南澳島為高發(fā)區(qū)域，西南方向漸呈下降趨勢）（圖片來源于北京大學新聞網）

2012-2018年河南省滑縣與廣東省汕頭市參保全人群的年齡分布（高參保率及穩(wěn)定、翔實的人口分布數據使MISCASS實現(xiàn)“全人群覆蓋”）（圖片來源于北京大學新聞網）

揭示新冠肺炎和甲型流感所致ARDS的異同點

首都醫(yī)科大學附屬北京朝陽醫(yī)院呼吸科與武漢肺科醫(yī)院攜手合作，揭示了新冠肺炎和H1N1甲流肺炎所致的急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）的異同點，為個體化治療提供新思路，施煥中、彭鵬、孫兵是通訊作者。研究論文發(fā)表于Chest。該研究是一項回顧性病例對照研究，新冠肺炎隊列是2019年12月24日至2020年2月7日來自武漢肺科醫(yī)院符合ARDS診斷標準的73例患者，H1N1隊列是2016年3月至2019年12月來自北京朝陽醫(yī)院呼吸科的75例患者。研究結果顯示，新冠肺炎和H1N1甲流所致ARDS患者的臨床表現(xiàn)存在明顯差異，與甲流H1N1組相比，新冠肺炎組表現(xiàn)為較低的危重癥評分和SOFA評分校正的病死率。

機器人在管理公共衛(wèi)生和傳染病中的作用

上海交通大學醫(yī)療機器人研究院楊廣中院長與其他12位國外學者闡述機器人對新冠肺炎等公共傳染病管理的作用。相關文章發(fā)表于Science Robotics。機器人可用于消毒、運送物料、測量生命體征等場景。隨著傳染病升級，機器人技術的潛在作用會越來越明顯。就臨床護理而言，疾病預防、診斷和篩查以及患者護理和疾病管理等方面都是至關重要的。機器人可監(jiān)測高風險區(qū)域，并可持續(xù)對高接觸表面進行消毒。在診斷和篩查方面，移動機器人已成熟地應用于公共區(qū)域和入口溫度測量。若能廣泛采用機器人輔助進行采樣和檢測等操作，可一定程度上降低醫(yī)務人員感染風險。

腸道微生物組有效鑒別重性抑郁障礙及雙相情感障礙

首都醫(yī)科大學附屬北京安定醫(yī)院王剛教授團隊聯(lián)合重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院謝鵬教授以及浙江大學附屬第一醫(yī)院胡少華教授團隊通過比較重性抑郁障礙患者（MDD）、雙相情感障礙患者（BD）及健康人的糞便腸道微生物組，揭示了兩種疾病中共有及特有的腸道微生物紊亂機制，為疾病鑒別診斷提供了潛在新策略。研究論文發(fā)表于Advanced Science。研究發(fā)現(xiàn)三組人群的腸道微生物組成顯著不同，三組間共鑒定出26個差異OTUs，其主要屬于毛螺菌科、擬桿菌科、假單胞菌科和瘤胃菌科。這些OTUs組合后可以有效地區(qū)分三組人群，其中4個OTUs（主要屬于毛螺菌科）還可反映抑郁或雙相情感障礙的癥狀嚴重程度。

腫瘤免疫治療研究進展

中山大學附屬孫逸仙紀念醫(yī)院蘇士成團隊發(fā)現(xiàn)了補體調控腫瘤B細胞雙向作用的機制，挖掘了腫瘤相關B細胞的表型、功能及形成機制，為判斷化療誘導的抗腫瘤免疫及患者的療效預后提供了有應用前景的標志物。研究論文發(fā)表于Cell。該研究收集了乳腺癌患者化療前后的腫瘤組織，從中分離出B細胞進行單細胞測序，發(fā)現(xiàn)化療后出現(xiàn)了一群以ICOSL+CR2highIL-10-CD20+CD38+CD27+IgA-IgD-為特征的B細胞。研究發(fā)現(xiàn)ICOSL+B細胞傾向于定位在化療后形成的三級淋巴樣結構中，并且它們的浸潤數目與患者的長期生存時間呈正相關。

主要研究設計示意圖（圖片來源于中山大學新聞網）

痰液病載有助于評估新冠肺炎疾病進程

首都醫(yī)科大學附屬北京地壇醫(yī)院張福杰教授團隊，基于清華大學郭永研究員團隊研發(fā)的微液滴數字PCR（ddPCR）技術，比較了ddPCR與實時熒光定量PCR（RT-PCR）在新冠病毒檢測中的應用，并利用ddPCR評估了SARS-CoV-2病毒載量在不同樣本中的差異以及在疾病進程中的動態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)痰標本能反映體內病毒復制水平，定量監(jiān)測下呼吸道樣本的病毒載量有助于評估疾病進程。研究論文發(fā)表于Clinical Infectious Diseases。發(fā)現(xiàn)痰標本的平均病毒載量（17429±6920 copies/test）顯著高于咽拭子（2552±1965 copies/test，p＜0.001）和鼻拭子（651±501copies/test），表明痰更能反映體內病毒復制水平。

2019新型冠狀病毒RNA依賴的RNA聚合酶結構，一個主要的抗病毒藥物靶點

上海科技大學免疫化學研究所研究員王權、清華大學教授婁智勇、清華大學教授兼上海科技大學免疫化學研究所特聘教授饒子和院士等組成“清華大學-上海科技大學抗新冠病毒聯(lián)合攻關團隊”，率先在國際上成功解析新型冠狀病毒“RdRp-nsp7-nsp8”復制機器2.9埃的冷凍電鏡結構。研究論文預印本已在BioRxiv上發(fā)表。該研究首次勾勒出新型冠狀病毒“RdRp-nsp7-nsp8”復制機器的內部構造，并為瑞德西韋的效應分子如何精確靶向復制機器的核心元件——病毒RNA聚合酶藥物的機制提出了合理解釋，這為深入研究新型冠狀病毒復制的分子機理奠定了重要的理論基礎，并為開發(fā)抗新冠肺炎的特效藥開辟了新途徑。

人類生活環(huán)境的變化可以持續(xù)塑造人體腸道菌群和耐藥基因組

華南農業(yè)大學獸醫(yī)學院劉雅紅教授團隊與合作者報道了腸道菌群和耐藥基因組受到居住環(huán)境的影響，人體和環(huán)境間存在廣泛的菌株和基因交換，環(huán)境對人體腸道菌群的影響可能持續(xù)4～6個月。研究論文發(fā)表于Nature Communications。研究發(fā)現(xiàn)豬場的職業(yè)暴露會影響人的腸道微生物組，從而導致潛在動物病原菌和抗生素耐藥基因在腸道內的富集。通過比較學生與豬場工人及豬場環(huán)境的宏基因組樣本，發(fā)現(xiàn)在學生、工人和環(huán)境間普遍存在菌株和耐藥基因交換。通過動態(tài)貝葉斯網絡建模預測，觀察到學生腸道菌群的變化會在返回學校后4～6個月的時間內部分逆轉，但是部分耐藥基因仍然會存留在人體腸道。

一種基于“磁扭電”效應的新型磁場傳感器

西安交通大學電子科學與工程學院劉明教授課題組設計了一種基于“磁扭電”效應的新型磁場傳感器，該傳感器采用了一種全新的力-電耦合結構，能夠將磁扭矩轉化成應力，并施加在壓電材料上，實現(xiàn)了磁場作用下電信號的輸出。相關研究成果發(fā)表于IEEE Transactions on Industrial Electronics。該器件的結構通過有限元仿真軟件優(yōu)化后，可有效去除干擾信號，提高輸出信號的純度；力-電耦合結構可顯著改善輸出信號對探測方向的敏感性。基于“磁扭電”效應，課題組開發(fā)了可用于二維平面磁場大小和方向探測的磁電羅盤，該傳感器可同時測量面內交流磁場的強度和方向。

磁場傳感器研究進展（圖片來源于西安交通大學新聞網）

激光程控形狀記憶光子晶體的無墨彩寫與復印

中國科學院深圳先進技術研究院納米調控與生物力學研究中心研究員杜學敏團隊實現(xiàn)了激光程控形狀記憶光子晶體的無墨彩寫與復印：利用激光即可在光子晶體智能材料上實現(xiàn)無墨彩色直寫和復印功能。研究結果發(fā)表于Materials Horizons。研究團隊將光子晶體反蛋白石多孔結構設計到共價交聯(lián)的聚苯乙烯/聚丙烯酸正丁酯形狀記憶材料中，該材料可擁有多個臨時形狀，且均能在室溫穩(wěn)定維持。采用近紅外光照射（光熱效應），可實現(xiàn)形狀記憶光子晶體材料臨時形狀在納米尺度上的快速精準回復，由此改變光子晶體晶格間距，從而帶來肉眼可見的顏色變化。而且，通過改變光照時間便可控制形狀回復程度，進而可以程控顏色變化。

石墨烯體系中的陽離子-π相互作用

清華大學材料學院朱宏偉教授團隊系統(tǒng)總結了石墨烯體系中的陽離子-π相互作用在水處理（膜分離、吸附）、新材料合成、納米發(fā)電、能量存儲及溶液/復合材料分散等應用中所發(fā)揮的關鍵作用，分析了陽離子-π相互作用的影響機理，綜述了現(xiàn)階段相關理論工作進展，討論了石墨烯體系中的陽離子-π相互作用研究中存在的問題，展望了潛在研究方向。該綜述論文發(fā)表于Advanced Materials。陽離子-π相互作用是一種非共價相互作用。陽離子和石墨烯中離域π電子之間的相互作用會引起陽離子在石墨烯表面的富集、溶液中離子及石墨烯結構中電子的重新分布，進而影響石墨烯材料的本征性質及基于石墨烯的器件的性能。

反諧振空芯光纖材料損耗理論研究進展

中國科學院上海光學精密機械研究所高功率激光單元技術實驗室研究團隊在中紅外波段反諧振空芯光纖基礎研究中取得新進展。相關論文發(fā)表于Optics Express。他們基于光纖材料吸收引發(fā)空芯光纖傳輸損耗這一光波導基本問題開展了理論研究，建立了首個空芯光纖材料損耗的解析模型，并利用該模型預測了石英基玻璃材料在4微米中紅外波段的損耗極限。研究將半解析表達式計算結果與有限元方法數值計算系統(tǒng)比較，證明了該模型的精確性與有效性。此外，他們還系統(tǒng)探討了高材料吸收條件下低損反諧振空芯光纖的優(yōu)化設計原則，對中紅外波段石英基反諧振空芯光纖的傳輸極限進行了預測。

利用印刷技術制造三維光探測器

中國科學院化學研究所宋延林研究員等通過操控液滴三維成型，印刷制造了具有非對稱共振結構的立面型光探測器，實現(xiàn)了空間全向角度的有效探測，驗證了結構與功能一體化印刷制造新策略。相關研究成果發(fā)表于Advanced Materials。該研究實現(xiàn)了結構與功能一體化的印刷制造。陣列中每個Au/PBDB-T:ITIC/Au結構構成一個獨立的立面型光探測器單元。（如圖a）立面上光吸收強度隨入射光角度的變化發(fā)生明顯改變。（如圖b）進一步將印刷微模板設計成“叉狀”結構。（如圖c和d）對組合中三個立面探測器的光電流數據分析結果表明，這種三維“叉狀”立面探測器實現(xiàn)了空間全向角度的有效探測。

a) 立面型光探測器示意圖。b) 立面上光吸收強度隨入射光角度的變化發(fā)生明顯變化。c) “三叉”型三維光探測器。d) 角度探測數據分析。（圖片來源于中國科學院化學研究所網站）

超低功耗二維柔性神經形態(tài)器件光電協(xié)同調制新策略

復旦大學微電子學院孫清清研究員等利用二維層狀MoS2制備具有光電協(xié)同調制功能的可穿戴仿人腦神經形態(tài)器件，實現(xiàn)可穿戴仿生神經突觸器件的aJ級別超低功耗，遠低于生物功耗水平，開拓了超低功耗、多端調制的可穿戴式類腦計算器件的新應用。研究結果發(fā)表于Advanced Science。研究團隊設計了一種基于柔性二維MoS2的異質突觸，實現(xiàn)生物體內的長時程可塑性，將長時程增強（LTP）和長時程抑制（LTD）過程中的能耗降低至18.3aJ/脈沖和28.9aJ/脈沖，為神經形態(tài)計算系統(tǒng)提供了一條比人腦更出色的處理信息的途徑。通過實現(xiàn)復雜的多端調制，對于揭示突觸之間的協(xié)作機制和構建神經網絡具有重要意義。

石墨烯和孔石墨烯材料的化學和應用前景

中國科學院大連化學物理研究所二維材料與能源器件研究組研究員吳忠?guī)浐椭袊茖W院金屬研究所、清華-伯克利深圳學院成會明合作，撰寫石墨烯和孔石墨烯材料的化學和應用前景的綜述論文。文章發(fā)表于Advanced Functional Materials。該綜述首先詳細介紹了石墨烯的表界面化學、組裝化學和功能化學，重點總結了不同孔石墨烯材料的構筑方法，揭示了不同孔結構的調控機制和表面化學修飾的重要性。其次，討論了不同石墨烯和孔石墨烯材料在超級電容器、二次電池、電催化、海水淡化、氣體分離等重要應用中的構效關系，強調了多孔石墨烯材料具備石墨烯和多孔材料雙重優(yōu)勢。最后，簡要討論了發(fā)展方向。

可穿戴織物傳感器研究進展

北京大學信息科學技術學院電子學系、納米器件物理與化學教育部重點實驗室胡又凡研究員課題組與香港理工大學紡織及制衣學系鄭子劍教授課題組針對新型可穿戴織物壓力傳感器展開合作研究，實現(xiàn)了可洗滌的基于納米摩擦發(fā)電機的織物壓力傳感器。相關論文發(fā)表于Nano Energy。采用聚合物輔助沉積法得到表面鍍銅的聚丙烯腈紗線和以此為內芯表面覆蓋聚對二甲苯的紗線，利用傳統(tǒng)紡織方法，通過紡織機器加工實現(xiàn)了刺繡、編織和針織3種結構的基于納米摩擦發(fā)電機的織物壓力傳感器，所得到的器件具有優(yōu)異的透氣性和其他相關性能，并演示了該類織物電子器件能夠有效地監(jiān)測人體手勢動作。