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2023 05.12

中科院合肥研究院科学岛团队在单颗粒纳米腔中真实近场增强分布的定量探测研究方面取得新进展

近日，中科院合肥物质院健康所医学物理与技术中心室杨良保研究员课题组在单颗粒纳米腔中真实近场增强分布的定量探测取得进展，相关成果发表在国际顶级期刊The Journal of Physical Chemistry Letters上。杨良保研究员团队一直从事表面增强拉曼光谱（SERS）检测方法的研究，取得了一系列研究成果。由于SERS检测技术强烈依赖于等离子体场强，在不断创新和发展SERS检测技术过程中，发现纳米尺度下的纵向近场强度分布不均(Siyu Chen, Liangbao Yang et. al., J. Am.Chem. Soc., 2022, 144,29,13174-13183）。在此研究基础上，团队发现SERS强度由于与近场强度之间的定量关系不明确，仍旧无法反应真实的近场分布。为实现对近场场强分布的全面理解，开展定量探测到真实的近场增强分布非常有必要。鉴于此，杨良保研究员课题组首次利用Stark位移而非SERS强度定量揭示单颗粒纳米腔内真实的横向近场的不均匀分布（图1左）。该研究设计并构筑了自组装单层对巯基苯甲腈分子层(SAM MBN)作为间隔层的单个纳米腔体系，通过SER
2023 04.21

中科院苏州医工所杨晓冬课题组X射线成像团队在低剂量CT成像方向取得重要进展

深度重建是目前前沿的CT成像领域，它充分利用了“深度学习+大数据+并行计算”实现了高质量、低辐射和高速度重建。在公开仿真的AAPM（美国医学物理协会）数据集上，深度学习成像方法的性能在不断取得突破的同时也在日趋饱和，其发展正逐渐面临来自真实临床成像场景应用的挑战。考虑到深度学习方法是一种数据驱动的方法，其非常依赖于训练数据与测试数据特征分布的一致性，然而，现有网络模型的构建多基于仿真的公开数据集，其噪声水平和特征分布相对单一，与复杂的临床场景相差较大，故采用仿真数据训练的模型，很难泛化到真实的临床应用。　　为解决上述的域泛化成像问题，针对不同数据间的语义和噪声分布呈现的互补特性，苏州医工所医学影像室杨晓冬课题组团队设计了基于互补学习和迁移学习的网络框架，如图1所示，将无监督的图像合成任务转化为两阶段的有监督的子训练任务，实现高质量的临床数据合成。　　利用合成的图像数据开展真实临床场景的域泛化成像实验，所提的方法可以大幅度提升现有深度学习方法在目标域的成像表现，进而验证了开展域泛化成像的必要性与可行性，具体结果如图2和表1所示。该项工作的实现有望突破现有深度重建方法的局限性，为深度跨域
2023 04.21

中科院苏州医工所康复室青年团队在Cybathlon挑战赛中获得冠军

3月29日，全球半机械人奥运会挑战赛（Cybathlon Challenge 2023）举行。作为中国的唯一参赛方，中科院苏州医工所设立线下分会场，与在美国、德国、法国、意大利、瑞士、印尼等国家的线下分会场同步直播竞技。苏州医工所康复工程室青年团队在挑战赛中获上肢假肢组别冠军。参加本次挑战赛的团队成员中，包含技术人员4人、比赛残疾人选手1人。其中参赛选手是来自苏州高新区狮山街道何山社区残疾人之家的管理员徐敏，肢体三级残疾。其他技术人员均来自苏州医工所康复室的90后年轻科技工作者，其中副研究员1人，博士后2人，博士研究生1人，负责人为博士后胡旭晖。在本次比赛中，技术团队开发了具有手部与腕部双自由度的假肢手，其依靠精确的体驱控制系统实现了对假肢手多自由度的同步快速控制，在完成竞赛中规定的抓取重物、灵巧操作等任务时，提升了任务完成速度和成功率，最终从全球7支队伍中脱颖而出，以1分45秒的成绩0失误完赛，获得第一名。CYBATHLON是苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)组织的大型国际性助残康复竞赛项目（又称半机械人仿生奥运会），旨在向全球科研机构展示最新研究成果，鼓励和支持来自世界各地
2023 04.21

中科院苏州纳米所张凯团队等Nature Materials：黑磷及其合金单晶薄膜生长

近期，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张凯研究员与合作者在高质量黑磷薄膜的生长制备研究中取得重要进展，首次实现了在介质衬底上黑磷及其合金的高质量单晶薄膜制备。相关研究成果以Growth of single-crystal black phosphorus and its alloy films through sustained feedstock release为题，在《自然·材料》（Nature Materials）期刊在线发表。黑磷以其高载流子迁移率、宽广可调的直接带隙、原子层范德华集成等独特性质，成为了继硅等半导体材料之后，面向下一代电子、光电子应用的重要备选材料之一。与硅基芯片依赖于高质量单晶硅的制备类似，大面积高质量黑磷二维原子晶体薄膜的制备是其走向规模化集成应用的基础。由于黑磷晶相苛刻的形成条件，薄膜生长过程中成核与成核密度难以控制，现有方法制备的黑磷薄膜普遍为多晶结构，其晶体质量难以满足高性能器件的应用需求。近年来，尽管已有一些阶段性的进展被报道，包括张凯研究员团队对黑磷薄膜生长进行了持续探索，此前通过相变诱导成核的设计成功实现了介质衬底上黑磷薄膜的成核与异质外延
2023 04.21

中科院苏州纳米所赵志刚团队AM综述：共振腔增强的电致变色材料及器件

电致变色是电致变色材料的光学特性（透射率，反射率或吸收率）在电流或电压刺激下发生稳定、可逆变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。由于其独特的低能耗和光开关特性，广泛应用于显示器、智能窗户、防眩光后视镜以及电可调光学元件等领域。然而，传统的电致变色材料和器件通常存在着诸多缺陷，比如单调的颜色变化、较长的响应时间、复杂的器件结构和较差的循环寿命等，这限制了它们在更广泛领域应用中的发展。　　光学谐振腔在现代光子学中发挥着无处不在的作用，它们具有独特的能力，可以提供强大的光学约束和巨大的光-物质相互作用。近年来，多种类型的光学谐振腔，包括等离子体腔、米氏谐振腔、法布里-珀罗腔、光子晶体腔和混合腔，被引入电致变色材料和器件中以解决传统材料及器件的固有难题。它们可以在超薄的电致变色层中产生强烈的电磁近场增强，可以将电致变色材料在电致变色过程中微小的光学常数变化转化为高对比度的颜色变化，以此实现电致变色材料及器件的多色甚至全色调谐。然而，随着多彩电致变色技术的快速发展，仍然缺乏对这些新兴的共振腔增强的电致变色材料和器件的全面概述。因此，在这篇综述中，研究者重点介绍了基于不同类型光学谐振腔
2023 04.21

中科院合肥研究院科学岛团队在高压调控CrSiTe3结构和层间耦合方面取得新进展

近期，中科院合肥物质院固体所计算物理与量子材料研究部丁俊峰团队联合南开大学王维华教授等，实现了二维磁性材料CrSiTe3的高压结构及层间耦合调控，并利用超低频高压拉曼光谱阐明了其高压相的空间群信息。相关结果发表在Journal of Physical Chemistry Letters上。二维磁性材料因具有高度可调的物理性质以及在自旋电子学中的潜在应用价值，近年来引起了研究者的广泛关注。二维层状材料由于层间只靠微弱的范德瓦耳斯力(vdW)作用连接,可通过机械剥离法将其减薄至原子级厚度。具有磁各向异性的二维磁性材料,其物理性质与层数、堆叠形式等密切相关且可被多种外场调控。其中，CrSiTe3作为一种二维铁磁半导体，由CrTe6八面体单元形成六角蜂窝晶格,剥离后仍能保持长程磁序等诸多优异的物理性能，同时也是一种带隙可调的拓扑磁性材料。虽然，已有研究发现了CrSiTe3中压致超导电性和磁性的增强，但是其高压结构尚不清楚，这不利于分析和理解压力诱导的新奇现象和机制。为了解决这一难题，研究团队结合超低频高压拉曼光谱实验和第一性原理计算，明确了高压下CrSiTe3的结构。研究团队采用机械剥离法获得
2023 04.21

中科院合肥研究院科学岛团队发现同时携带APC和MLH1胚系突变的结直肠癌体细胞突变特征

近日，中国科学院合肥肿瘤医院肿瘤转化医学研究中心与安徽医科大学第二附属医院普外科合作发现一例罕见的同时携带APC和MLH1胚系突变的结直肠癌患者，并且研究了其肿瘤的体细胞突变特征，相关研究结果发表在遗传学领域知名期刊Genes Diseases。大约10%的结直肠癌是由于遗传的癌症易感基因突变导致。最常见的遗传性结直肠癌是家族性腺瘤性息肉病（Familial adenomatous polyposis）和遗传性非息肉性结直肠癌（Hereditary nonpolyposis colorectal cancer）。它们分别是由APC基因和错配修复基因（MLH1，MSH2，MSH6和PMS2）胚系突变引起，APC基因突变和错配修复基因突变同时遗传非常罕见。在这项研究中，项目合作团队在一个结直肠癌家族中通过全外显子组测序发现了一例20岁患有结直肠癌和多发性息肉病的患者同时携带APC和MHL1基因胚系突变。研究团队进一步解析了该患者结直肠癌体细胞突变的特征，该患者肿瘤表现出高度的体细胞突变负荷（TMB），主要是碱基C-T的转换和5碱基的InDels。由于肿瘤体细胞突变特征与年龄相关，因此推论
2023 04.21

中科院合肥研究院科学岛团队发展双模态传感策略用于氨基甲酸酯类农残可视化快速检测

近期，中科院合肥物质院固体所蒋长龙研究员团队在可视化检测环境中的西维因检测研究方面取得新进展。相关研究成果作为主封面发表在国际著名期刊ACS Sustainable Chemistry Engineering上。西维因作为一种有效的广谱氨基甲酸酯杀虫剂，已广泛用于防治农作物害虫。然而，过量使用或错误的使用方式会导致西维因残留，西维因在土壤、水果、粮食等介质中留存时间长，且易通过呼吸道和皮肤接触进入人体内，会对人体造成严重危害。因此，西维因残留的检测研究引起了极大的关注。近年来，农药残留的定性定量检测仍然侧重于仪器检测，如表面增强拉曼光谱、电化学分析、色谱等，但这些技术由于检测耗时长和复杂的样品预处理，不能满足现场快速检测需求，限制了它们的实际应用。因此，开发便携式和可靠的实时分析方法来检测西维因残留，对环境污染物监测和农业食品安全具有重要意义。为此，研究人员利用氨基修饰的金纳米颗粒、硅量子点和碲化镉量子点作为传感中心，设计了一种双模态（比色-比率荧光）传感体系，能够可视化定量检测痕量西维因残留。当西维因进入传感体系后，会通过静电效应触发金纳米颗粒团聚，导致紫外可见吸收光谱变化，伴随着
2023 04.21

中科院广州能源所在过冷解除过程中冰晶演化规律研究方面获得进展

近日，中国科学院广州能源研究所储能技术研究室冯自平研究员团队在中科院先导专项课题等支持下，在过冷解除过程中冰晶演化研究方面取得进展。相关成果以Investigation on the evolution of ice particles and ice slurry flow characteristics during subcooling release为题发表于传热传质领域国际学术期刊International Journal of Heat and Mass Transfer。冰浆（ice slurry）是一种由冰晶和水或水溶液组成的二元溶液，具有良好的换热特性和独特的流动特性，在冷能储存和运输方面具有显著优势。可控过冷相变技术是实现高效快速连续制冰浆的关键，本研究创新地采用数值模拟的方式研究过冷驱动下冰浆中冰晶粒径的演化规律。储能技术研究室基于该研究搭建的过冷式冰浆实验平台，能够实现高效连续制取冰浆。研究基于计算流体力学，将数群平衡模型（Population Balance Model, PBM）与Euler-Euler两相流模型耦合，探究了过冷水冰浆在水平直管中的冰粒演化及
2023 04.21

中科院广州能源研究所超长重力热管产出蒸气直驱地热发电系统试车成功

近期，中国科学院广州能源研究所蒋方明团队在中科院先导专项课题等支持下，完成了世界首创热管产出蒸汽直驱汽轮机地热发电系统的设计，在河北省雄安新区安新县开展了超长重力热管蒸气直驱地热能发电系统的场地实验研究，并于3月23日至26日成功进行了72小时发电试车。地热能稳定可靠，不受气候变化和昼夜交替等的影响，可用作电力系统的基础负荷。目前主要的地热发电技术手段限于地热水闪蒸式发电或有机朗肯循环（ORC）发电两种方式，但地热水闪蒸和有机工质蒸发过程均会导致损失，且地热卤水容易在闪蒸器、ORC蒸发器中结垢。相较于传统技术，蒋方明团队原创技术成果超长重力热管SLGHP（中）深层地热开采系统产出的饱和蒸气，可用于直接驱动汽轮机进行发电，能够有效避免中间过程的损失及腐蚀结垢问题。超长重力热管中（深）层地热开采系统已在多地成功开展了场地实验或示范。河北省雄安新区的场地示范为蒋方明团队联合中国地质科学院水文地质环境地质研究所王贵玲团队共建，2021年至2022年期间完成了目前世界最长（4150米）热管的研发和地热开采系统建设，产出地层平均温度约81℃、地面获得最高温度78℃的氨蒸汽；长时平均采热量可以超过1

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