科創(chuàng)中國(guó)·成果

數(shù)字3D重構(gòu)首個(gè)完整人類原腸胚模型

中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所、北京干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)研究院以及中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)的研究人員，首次用數(shù)字3D重構(gòu)了首個(gè)完整人類原腸胚模型。4月23日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《細(xì)胞》雜志上。

研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)人類原腸胚的3D重構(gòu)，可以精確地看到每一種細(xì)胞在胚胎中的相對(duì)分布位置。研究將空間位置信息與細(xì)胞類群信息、基因表達(dá)信息相結(jié)合，可以更加精確地定義不同的細(xì)胞類型，并分析其與周圍細(xì)胞的作用關(guān)系。以中胚層細(xì)胞的形成為例，該研究借助3D重構(gòu)胚胎并依據(jù)空間位置和特征基因進(jìn)行分析表明中胚層可能在尚未遷出原條時(shí)便已發(fā)生細(xì)胞命運(yùn)決定，并依據(jù)決定好的命運(yùn)遷移到相應(yīng)位置上。此項(xiàng)研究成果填補(bǔ)了原腸胚階段人類胚胎各細(xì)胞譜系發(fā)育知識(shí)空白。

出于生命倫理的考慮，人類胚胎的體外培養(yǎng)被限制在14天內(nèi)，即“14天規(guī)則”。而人類原腸運(yùn)動(dòng)發(fā)生在受精后14～21天，被認(rèn)為是人類發(fā)育的“黑匣子”。基于多能干細(xì)胞體外構(gòu)建的類胚胎結(jié)構(gòu)能夠在一定程度上幫助科學(xué)家認(rèn)識(shí)這一過(guò)程，但受到技術(shù)的限制，目前類胚胎尚不能完全真實(shí)地反映胚胎發(fā)育軌跡。

因此，研究自然情況下胚胎原腸運(yùn)動(dòng)發(fā)育景觀，對(duì)探討早期胚胎發(fā)育異常導(dǎo)致的流產(chǎn)和胎兒疾病的發(fā)病機(jī)制具有重要的臨床意義，并有望為構(gòu)建體外類胚胎模型提供藍(lán)圖。

我國(guó)推力最大液體動(dòng)力點(diǎn)火試驗(yàn)圓滿成功

4月28日，由中國(guó)航天科技集團(tuán)六院自主研制的130噸泵后擺液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)完成四機(jī)并聯(lián)點(diǎn)火試驗(yàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)總推力超500噸，這是我國(guó)液體動(dòng)力發(fā)展史上推力最大、系統(tǒng)最為復(fù)雜的一次發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火試驗(yàn)，是首次大推力液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)四機(jī)并聯(lián)點(diǎn)火試驗(yàn)，對(duì)四機(jī)并聯(lián)方案進(jìn)行了“全面體檢”，為今年新型火箭首飛奠定了堅(jiān)實(shí)的動(dòng)力基礎(chǔ)。

六院研制團(tuán)隊(duì)突破高溫高壓大流量富氧燃?xì)鈸u擺裝置等關(guān)鍵技術(shù)，并進(jìn)一步優(yōu)化了泵后擺發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)方案，解決了大功率旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)控制等難題。六院研制團(tuán)隊(duì)還通過(guò)深入的機(jī)理分析和大量的數(shù)字仿真，攻破了起動(dòng)同步性、復(fù)雜力熱耦合環(huán)境、故障識(shí)別與處置、垂直裝配與整體交付、試驗(yàn)及測(cè)控等多項(xiàng)技術(shù)難題，確保了發(fā)動(dòng)機(jī)和四機(jī)并聯(lián)方案的穩(wěn)妥可靠。

試驗(yàn)后，發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)檢測(cè)處理，將交付飛行應(yīng)用。

地表最強(qiáng)“空氣充電寶”來(lái)了

4月30日，中國(guó)科學(xué)院研發(fā)的國(guó)際首套300兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能國(guó)家示范電站在山東肥城首次并網(wǎng)發(fā)電成功。這是目前國(guó)際上規(guī)模最大、效率最高、性能最優(yōu)、成本最低的新型壓縮空氣儲(chǔ)能電站。

據(jù)介紹，該電站建設(shè)規(guī)模為300兆瓦/1800兆瓦時(shí)，采用中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所自主研發(fā)的先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)，利用山東肥城市豐富的地下鹽穴資源，通過(guò)空氣為介質(zhì)在電網(wǎng)側(cè)進(jìn)行大規(guī)模電力儲(chǔ)能，具有規(guī)模大、效率高、壽命長(zhǎng)、清潔無(wú)污染、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，并可實(shí)現(xiàn)連續(xù)放電6小時(shí)，年發(fā)電約6億千瓦時(shí)，可有效提升區(qū)域電網(wǎng)的調(diào)峰能力，促進(jìn)風(fēng)電、光電等新能源消納，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約18.9萬(wàn)噸，減少二氧化碳排放約49萬(wàn)噸。

“香山”開(kāi)源“芯”貢獻(xiàn)

4月29日下午，2024中關(guān)村論壇年會(huì)重大成果專場(chǎng)發(fā)布會(huì)在中關(guān)村國(guó)際創(chuàng)新中心舉辦。會(huì)上發(fā)布由中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所、北京開(kāi)源芯片研究院開(kāi)發(fā)的第三代“香山”開(kāi)源高性能RISC-V處理器核，是國(guó)際上首次基于開(kāi)源模式、使用敏捷開(kāi)發(fā)方法、聯(lián)合開(kāi)發(fā)的處理器核。

第三代“香山”主頻達(dá)到3GHz@7nm，SPECINT2006評(píng)分為15分/GHz，性能水平已進(jìn)入全球第一梯隊(duì)，可廣泛應(yīng)用于服務(wù)器芯片、AI芯片、GPU、DPU等高端芯片領(lǐng)域，為先進(jìn)計(jì)算生態(tài)提供開(kāi)源共享的共性底座技術(shù)支撐。

中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所副所長(zhǎng)、北京開(kāi)源芯片研究院首席科學(xué)家包云崗進(jìn)一步介紹稱，“目前香山已經(jīng)初步形成了一種應(yīng)用態(tài)勢(shì)，預(yù)計(jì)2025年會(huì)有一批基于‘香山’的高端芯片進(jìn)入市場(chǎng)進(jìn)而被應(yīng)用。”

光子的分?jǐn)?shù)量子反常霍爾態(tài)實(shí)現(xiàn)

日前，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士團(tuán)隊(duì)，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了光子的分?jǐn)?shù)量子反常霍爾態(tài)，為高效開(kāi)展更多、更新奇的量子物態(tài)研究提供了新路徑，助力推進(jìn)“第二次量子革命”。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《科學(xué)》雜志。

人工搭建的量子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰、靈活可控，是一種“自底而上”研究復(fù)雜量子物態(tài)的新范式。“這種方法的優(yōu)勢(shì)在于它提供了更高的靈活性和可控性，研究者可以精確地控制每一個(gè)組件，從而更好地理解和操縱量子系統(tǒng)。”論文共同通訊作者、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授陸朝陽(yáng)說(shuō)，這類技術(shù)被稱為量子模擬，是“第二次量子革命”的重要內(nèi)容，有望在近期應(yīng)用于模擬經(jīng)典計(jì)算困難的量子系統(tǒng)并達(dá)到“量子計(jì)算優(yōu)越性”。

可批量制造的新型光學(xué)“硅”與芯片技術(shù)誕生

5月8日，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員歐欣團(tuán)隊(duì)在鉭酸鋰異質(zhì)集成晶圓及高性能光子芯片制備領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然》雜志上。

鈮酸鋰有“光學(xué)硅”之稱，以硅光技術(shù)和薄膜鈮酸鋰光子技術(shù)為代表的集成光電技術(shù)近年來(lái)備受關(guān)注。據(jù)歐欣介紹：“相較于薄膜鈮酸鋰，薄膜鉭酸鋰更易制備，且制備效率更高。同時(shí)，鉭酸鋰薄膜具有更寬的透明窗口、強(qiáng)電光調(diào)制、弱雙折射、更強(qiáng)的抗光折變特性，這種先天的材料優(yōu)勢(shì)擴(kuò)展了鉭酸鋰平臺(tái)的光學(xué)設(shè)計(jì)自由度。”

歐欣團(tuán)隊(duì)采用基于“萬(wàn)能離子刀”的異質(zhì)集成技術(shù)，通過(guò)氫離子注入結(jié)合晶圓鍵合的方法，制備了高質(zhì)量硅基鉭酸鋰單晶薄膜異質(zhì)晶圓。進(jìn)一步，與合作團(tuán)隊(duì)瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院開(kāi)發(fā)了超低損耗鉭酸鋰光子器件微納加工方法，使對(duì)應(yīng)器件的光學(xué)損耗降低至5.6dB·m-1。該研究結(jié)合晶圓級(jí)流片工藝，探討了鉭酸鋰材料內(nèi)低雙折射對(duì)于模式交叉的有效抑制，并驗(yàn)證了可以應(yīng)用于整個(gè)通信波段的鉭酸鋰光子微腔諧振器。鉭酸鋰光子芯片展現(xiàn)出與鈮酸鋰薄膜相當(dāng)?shù)碾姽庹{(diào)制效率，同時(shí)基于鉭酸鋰光子芯片，該研究首次在X切型電光平臺(tái)中產(chǎn)生了孤子光學(xué)頻率梳，結(jié)合電光可調(diào)諧性質(zhì)，有望在激光雷達(dá)和精密測(cè)量等方面實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。