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2025 10.03

科学岛团队在膜蛋白表面等离子共振分析方面取得新进展

近日，中国科学院合肥物质院强磁场中心王俊峰研究员课题组开发了一种膜蛋白表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）传感器芯片表面固定新方法，有效克服了膜蛋白SPR分析中的关键技术瓶颈。相关成果发表在国际期刊《分析化学》(Analytical Chemistry)上。膜蛋白约占人体蛋白质的三分之一，在细胞信号转导、物质运输等关键生命过程中发挥核心作用，也是药物研发的主要靶标。据统计，约60%的现代药物以膜蛋白为作用靶标，例如G蛋白偶联受体（GPCR）和离子通道等。因此，精确定量表征膜蛋白与蛋白质、小分子药物等各类配体间的相互作用，对于膜蛋白的功能机制解析以及创新药物开发至关重要。SPR是一种基于光学原理的表面分析技术，能够实时监测生物分子间相互作用，并精确测定其亲和力和动力学参数。该技术具有灵敏度高、免标记等优势，被广泛应用于生命科学基础研究和药物开发等领域。SPR技术被誉为生物分子互作研究的“金标准”,并已于2016年和2020年分别被列入美国药典和中国药典。尽管SPR技术在可溶性蛋白研究方面已相当成熟，其在膜蛋白领域的应用仍面临挑战。主要技术瓶颈在于
2025 10.03

科学岛团队利用天然电子供体协同表面重构策略实现退役磷酸铁锂正极材料再生

近期，中国科学院合肥物质院固体所与清华大学深圳国际研究生院和苏州工学院合作，在退役磷酸铁锂正极再生利用领域取得新进展，提出了一种体相/表面一体化修复策略，实现再生退役动力电池磷酸铁锂正极。相关研究成果发表在Advanced Materials上。作为新能源汽车的关键和核心部件，锂离子电池的使用和消耗近年来增长迅猛。随之而来的大规模锂离子电池退役潮，将导致严重的环境污染和资源问题，因此亟需开发退役锂离子电池高效回收再利用技术。传统的锂离子电池回收方法主要包括湿法冶金和火法冶金两种，这两种方法只能从退役锂离子电池正极材料中提取有价金属元素，而对只含单一有价金属元素的退役磷酸铁锂正极而言，此类回收方式并不具备经济性。另外，冶金法回收退役电池材料能耗巨大、流程繁琐，并存在二次污染的风险。相对来说，通过直接修复技术实现退役磷酸铁锂电池的再生利用更高效、更节能，在退役锂离子电池回收领域具有更高的经济性和可行性。基于此，研究人员采用天然提取的茶多酚作为电子供体，利用其羟基电子供体与补充锂盐的共同作用，不仅将退役磷酸铁锂中衰退的FePO4相高效转化为LiFePO4，还可以有效减少材料中的有害Li-Fe
2025 10.03

金属所在固态锂电池界面调控研究取得新进展

固态锂电池因具有高安全性和高能量密度，被视为下一代储能体系的重要发展方向。在传统固态电池中，“离子传导”与“离子储存”功能分别由电解质和电极材料承担，导致电极/电解质界面阻抗大、离子传输效率低。为解决上述界面难题，中国科学院金属研究所科研人员创新性地在聚合物体系中实现了具有分子尺度界面的一体化电极-电解质材料。在聚合物骨架中，通过共价键方式同时引入了电位调控的快离子传输通道与可逆离子储存位点，实现了离子传导与存储的功能融合，改变了界面存在形态，为提升固态电池电化学性能提供了新方案（图1）。相关研究成果近期以“Potential-gated polymer integrates reversible ion transport and storage for solid-state batteries”为题，发表于Advanced Materials。在前期对富硫聚合物电极材料（Adv. Funct. Mater.2024,34,2405122;Energy Storage Mater.2022,45,1144;Energy Environ. Sci.2020,13,1076.）和聚合物
2025 10.03

金属所抗热腐蚀高温合金成功应用于“太行110”重型燃气轮机

9月8日，国内功率最大的国产商业投运重型燃气轮机“太行110”首台套商业机组在中国航发燃机制造装试基地出厂，这标志着我国自主研制的110兆瓦级重型燃气轮机正式迈入商业化应用新阶段。该燃机采用了金属所高温合金研究部周兰章研究员团队研制的、具有自主知识产权的多种抗热腐蚀镍基高温合金材料用于制造其关键热端部件。“太行110”是中国航空发动机集团有限公司研制的国内功率最大的国产110兆瓦级重型燃气轮机，是国家能源局首批燃气轮机创新发展示范项目。金属所多种抗热腐蚀镍基高温合金成功应用于“太行110”全部的四级涡轮导向叶片、四级工作叶片以及涡轮整流支柱等关键热端部件，并已通过单台机组累计7000余小时的运行考核，展现出优异的耐高温、抗热腐蚀性能和长期组织稳定性。在工程化应用过程中，周兰章科研团队攻克了多项关键技术难题：包括高铬钨钼合金化基体在高温条件下组织失稳导致的长时力学性能下降问题；熔体浇注过程中多元复合稀土易氧化造成的铸件夹杂物超标（“满天星”现象）；以及大尺寸复杂空心结构导致的显微疏松严重、合格率低等制造瓶颈。团队还创新性地将平均电子空位数临界值Nv纳入国内等轴晶镍基高温合金技术标准，从材
2025 10.03

科学岛聚变堆遥操作系统测试平台研制成功

9月15日，由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所牵头承担的聚变堆主机关键系统综合研究设施（CRAFT）遥操作系统测试平台通过专家组测试与验收。经实验现场测试鉴定，该系统包层维护机器人负载60吨，环向转运精度正负3.1毫米，垂直吊运精度正负3.8毫米；重载机械臂负载2.5吨，灵巧双臂末端重复定位精度正负0.01毫米，是目前聚变领域综合参数水平一流的遥操作系统。包层和偏滤器等堆芯部件在运行过程中受高热负荷、强磁场和中子辐照等极端工况耦合作用，容易出现损伤，必须借助机器人系统进行远程维护。尽管工业机器人技术发展迅速，但无法同时满足耐辐照、超大负载、高精度和灵活作业等堆芯部件维护需求。该遥操作系统测试平台的建设，旨在解决聚变堆强辐射和狭小空间下超大部件高精度检修维护这一技术瓶颈，为未来聚变堆稳定运行与商用化推进提供了核心工程验证平台。针对堆芯部件快速维护这一技术挑战，项目团队在材料、结构、感知、控制和可靠性等方面进行技术攻关，解决了极端环境下大型机器人结构复杂、变形大，与聚变堆高可靠性、高精度维护需求之间矛盾，首次验证了大模块包层高精度快速更换和偏滤器靶板正面维护的工程可行性，进一
2025 10.03

苏州纳米所在尼龙气凝胶制备与热机械加工领域取得重要突破

气凝胶作为一种超轻、高孔隙率、优异隔热性能的多孔材料，在能源、环境、航空航天等领域具有广阔应用前景。然而，传统气凝胶材料（如无机、碳基、芳纶等）虽具备优异的力学与热学性能，却因骨架刚性高、缺乏热塑性，难以进行热切割、热焊接、热封装、热压印等热机械加工，极大地限制了其结构设计与功能化应用。能否开发出一种既具备高性能又具有良好热塑性的气凝胶材料，成为该领域亟待解决的关键科学问题。针对这一挑战，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张学同团队联合上海大学张阿方团队提出了一种溶解度-pKa耦合效应（Solubility-pKa Coupling Effect）新策略，成功制备出一系列高性能热塑性尼龙气凝胶，并实现了其多功能热机械加工。该工作以Solubility-pKa Coupling Effect Tailored Nanoporous Nylon Aerogel Family with Multiple Thermomechanical Processes为题发表在Advanced Materials上。示意图：基于溶解度参数-pKa耦合效应构建的纳米多孔尼龙气凝胶家族示意图，展示其热塑
2025 10.03

科学岛团队在梯度浓度激光晶体元件制备及激光性能方面取得新进展

近期，中国科学院合肥物质院安光所张庆礼研究员团队与江海河研究员团队合作，在梯度浓度激光晶体研究中取得新进展。团队创新设计了高对称性梯度浓度激光晶体元件，为双端泵浦激光技术提供了新型增益介质，有效改善了热效应，优化了激光性能。相关研究成果以《用于双端泵浦的高对称性梯度浓度0.17-0.38-0.17 at% Nd:YAG晶体元件》为题，发表在光学领域国际知名期刊Optics Express上。在固体激光技术中，激光增益介质的热效应是限制激光性能提升的技术瓶颈之一。激光运转过程中晶体元件温度分布不均匀是产生热效应的主要原因。目前，改善激光晶体热效应的方法主要包括优化晶体形状、调整泵浦模式以及改进冷却方式等。研究团队前期通过类泡生方法生长了不同梯度浓度Nd3+掺杂的激光晶体，并对单端泵浦的梯度浓度晶体进行了激光性能和光谱性能研究，研究结果证实梯度浓度激光晶体可有效提高泵浦吸收的均匀性，改善热效应。为了进一步优化热效应，本研究创新研制高对称性梯度浓度晶体元件，结合双端泵浦方式，实现晶体元件的温度均匀性和激光性能的提升。高对称性梯度浓度晶体元件是由两支浓度变化率相同的元件通过高温键合而成，元件的
2025 10.03

苏州医工所在高灵敏度多光谱功能光声显微镜研制中取得新进展

光学分辨率光声显微镜（OR-PAM）凭借光/声共聚焦实现细胞级、无标记活体成像，但长期受制于“光源昂贵、红光信号弱、声光耦合效率低”三大问题，限制了其在更深、更快、更广谱成像中的应用。具体如下：（1）在光源部分，≥kHz高重频、≥百纳焦能量、可多波长切换的商业化激光器稀缺且成本高；（2）在红光谱区灵敏度方面，600 nm 血红蛋白与常用染料吸收下降，导致信噪比与成像深度受限；（3）在声光耦合方面，传统耦合器要么装配复杂、要么灵敏度不足，难以兼顾带宽与数值孔径。基于以上问题和挑战，中国科学院苏州生物医学工程技术研究所张雅超研究员团队推出高灵敏度多光谱光学分辨率光声显微镜（MW-OR-PAM），以“光源—探头—对比增强”三位一体设计，针对性化解瓶颈。包括（1）研制多波长高速切换光源（SRS-Fiber Laser Source）。基于保偏光纤的受激拉曼散射（SRS），以一台 532 nm 纳秒激光器扩展至 532–620 nm 可调输出，用于血氧成像的波长切换 1 µs（亚微秒级），重频上限达MHz，覆盖高速活体成像需求。以通用绿光泵浦替代多台专用多谱段激光器，显著降低成本。（2）研制高灵
2025 09.11

科学岛团队在重载机械臂研发及智能控制算法研究方面取得系列进展

近日，中国科学院合肥物质院等离子体所团队在聚变堆重载机械臂研发、智能控制算法研究方面取得多项进展，相关成果发表于中国科学院一区Top期刊上。针对聚变堆内部部件维护的大负载和高精度要求，程羊等人等提出了一种专为重型机器人设计的新型高扭矩关节，其核心创新在于取消太阳齿轮的行星传动系统。为突破传统空心齿轮箱因动力线缆与控制线缆中央空间不足的局限，该设计通过移除太阳齿轮并重新布局电机轴线，最大限度扩展了中央通道。该三阶段传动系统以13806：1的超高传动比为特点，在保证紧凑结构的同时满足扭矩需求。通过集成优化模型成功实现了传动比、效率（最高达58.0%)及应力分布的全面优化，构建出完整的系统设计工具箱。关节认证件测试验证了该方案可行性，不仅输出扭矩达到139千牛米，弹性反冲值也低至4.86角分。实验结果证明该设计在高扭矩密度、精准控制和高效线缆布局方面具有显著优势，这些特性对于先进重型载荷机器人而言至关重要。传统轴孔装配方法仅依赖光学或力/力矩传感器，存在精度有限或对准效率低的问题。殷若尘等人提出一种基于深度强化学习的多传感器融合方法，结合二维相机与力/力矩传感器数据，模拟人类手眼协调机制，以
2025 09.11

科学岛团队利用光热空气集水实现高效自驱动生产绿氢

绿色氢能被认为是实现“碳中和、碳达峰”目标的重要能源形式。近期，中国科学院合肥物质院固体所尹华杰研究员团队在光热空气集水自驱动生产绿色氢能领域取得新进展。相关研究成果发表在Advanced Materials上。质子交换膜电解水（PEMWE）技术是生产绿氢的主要技术路线之一，因其高效率和高纯度氢气输出而备受关注。然而，PEMWE过程严重依赖高纯水作为反应原料，在缺水地区限制了其应用。空气集水（Atmospheric Water Harvesting, AWH）作为获取纯净水的新兴途径，有望为绿氢生产过程中的水源短缺问题提供可行解决方案。基于此，研究人员提出了一种光热空气集水-质子交换膜电解自驱动系统（图1）。该系统以有序多级孔碳为空气集水吸附剂，与改装的电解槽耦合，实现空气集水-光热蒸发-光驱动电解过程。吸附剂的多级孔结构（微孔-介孔-大孔）通过模板法与高温煅烧构建，再通过表面氧化增强亲水性。在40%相对湿度下实现0.49升/千克吸附剂/小时的吸水量，即便在20%相对湿度的干旱环境中，仍能保持稳定的吸湿与光热蒸发性能（图2a）。在室内模拟条件下（40%相对湿度），该系统在1.65V恒电

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