科研进展

首页科研进展

2022 04.18

中科院苏州医工所缪鹏课题组在ctDNA高灵敏检测方面取得进展

核酸检测的应用主要包括病原体分析、遗传疾病鉴定、肿瘤早期诊断、酶活分析等。例如，循环肿瘤DNA(circulating tumor DNA, ctDNA)是一种来源于恶性细胞的游离DNA片段，携带肿瘤特异性序列改变。ctDNA释放的确切机制目前仍未知，推测可能与濒死细胞的凋亡或坏死有关。通过对ctDNA的定量分析可以获得一系列肿瘤病灶的信息，包括基因点突变、基因组完整程度等。因此ctDNA是一种个性化的肿瘤标志物，在癌症诊断和恶性程度评估等方面能够起到关键作用。近期，苏州医工所缪鹏研究员课题组发展了一种基于环状双足DNA步行反应的电化学纳米机器，用于ctDNA等核酸指标的高灵敏分析。首先通过序列设计在DNA探针A与B之间搭建pH可控调节的分子间三螺旋DNA纳米结构，构建出可再生的修饰电极界面。随后，设计了一种简单有效的链置换策略来放大目标核酸序列的信息。通过将引物与模板序列进行一体化设计，整合于单条发夹结构DNA探针中，有效提升了反应速率，在目标核酸序列存在条件下可生成大量包含目标序列的单链DNA用于下游反应。接着，发展了环状双足DNA步行反应策略。设计的哑铃结构DNA探针环部分包含有
2022 04.15

中科院紫金山天文台在太阳射电爆发辐射机制的研究方向取得重要进展

太阳射电爆发现象是太阳高能电子活动最直接的物理表现，也是诊断太阳活动区物理状态和高能电子加速与传播过程最重要的观测手段。确定和建立正确的爆发辐射机制，是进行准确诊断的物理前提和理论基础。自上世纪50年代末以来，在太阳射电爆发辐射机制的研究中，“等离子体辐射”和“电子回旋脉泽辐射”这两种机制的长期争议一直是困扰太阳射电爆发辐射和诊断研究的主要难题。最近，中国科学院紫金山天文台“太阳和太阳系等离子体”研究团组在攻克这一难题的研究上取得了重要进展。该研究团组利用全动力论PIC数值模拟代码技术（ACRONYM），深入研究了具有低能截止幂律能谱的高能电子束在不同背景磁化等离子体参数条件下，对辐射电磁波的激发效率和相应的非线性饱和水平。研究结果显示，具有低能截止幂律能谱的高能电子束可同时有效地激发朗缪尔波和电子回旋脉泽不稳定性，该两种不稳定性分别是产生等离子体辐射和电子回旋脉泽辐射的基础。但是，在电子回旋脉泽辐射机制起主导作用的强磁化等离子体中，辐射电磁波的饱和水平远远高于等离子体辐射机制起主导作用的弱磁化等离子体中的饱和水平（见图1）。这一结果意味着，基于等离子体线性不稳定性直接放大的电子回旋脉
2022 04.15

中科院苏州医工所杨晓冬团队提出一种用于经颅磁刺激的铁芯线圈优化设计

经颅磁刺激现已广泛应用于心理认知科学、神经精神类疾病等领域的临床实验和研究中。经颅磁刺激设备中，刺激线圈的设计在颅内电场的形成过程中起着至关重要的作用。磁刺激线圈在大脑中产生的诱发电场需要达到一定的阈值才能达到刺激的目的。由于线圈表面磁场随着离线圈距离的变大迅速衰减，为了保证靶区电场刺激强度，线圈需要通以大电流，一般在数千个安培以上。在线圈中引入铁磁材料可辅助提高线圈诱发电场值，降低电流需求，但在实际使用过程中，铁芯带来的线圈的重量是一个不可忽视的问题，且位置对电磁场分布的影响也需要进一步探讨。目前铁芯大小、位置对于刺激线圈性能的影响尚未有文献研究。针对此需求，苏州医工所杨晓冬桌面磁共振波谱组提出一种基于铁芯改进的经颅磁刺激线圈结构。针对最常用的8字形线圈及slinky线圈引入铁芯，分析铁芯位置、大小对结构线圈的性能改善，通过改变线圈中铁芯的填充因子及铁芯在线圈中的位置，得出铁芯线圈诱发电场最大值、刺激深度、聚焦性及铁芯功耗的比较结果，为不同情况下在线圈中添加铁芯的方法给出参考。根据合成的品质因数，填充系数为0.4，铁芯靠近线圈的内侧时，两种铁芯线圈的总体性能最佳。最后加工设计的三个线
2022 04.11

中科院合肥物质科学研究院科学岛团队设计开发高效光催化剂可治理持续性水体污染物

近期，中科院合肥研究院智能所吴正岩和张嘉团队在光催化治理水体有机污染物方面取得重要进展，该工作为解决水体环境中持续性的有机污染物提供了一种高效的解决方案。相关成果已被纳米材料领域权威期刊ACS Applied Nano Materials接收发表。近年来，由于各种有机污染物的大量使用导致水体环境污染加剧。针对此类污染，课题组设计并开发了一种高效的碲化镉量子点/钨酸铋纳米片复合半导体材料作为光催化剂，用于治理有机污染物。项目团队通过在材料内部构建内置电场作为内在驱动力，促进材料内光生电子-空穴等转移，从而提高对苯酚、罗丹明B、四环素的降解效率，并且在短时间内基本实现降解。该催化剂直接利用太阳光作为光催化的驱动力，同时展现出良好的循环利用率，多次催化后仍可保持较高的光催化效率，在水体污染物治理方面展现出一定的应用前景。该研究工作得到安徽省高校协同创新计划项目、安徽省科技重大专项的资助与支持。文章链接：https://doi.org/10.1021/acsanm.2c00155污染物光催化降解机理图
2022 04.11

中科院合肥物质科学研究院钙钛矿氧化物铁电隧道结的界面调控研究取得新进展

近期，中科院合肥研究院固体所计算物理与量子材料研究部郑小宏研究员课题组在钙钛矿氧化物铁电隧道结输运性质的界面调控研究中取得新进展，通过在对称Pt/BaTiO3/Pt铁电隧道结一侧界面处掺杂引入负的极性界面，可以获得高达105%的巨隧穿电致电阻（TER）比率，相关结果发表在Physical Review Applied上。铁电隧道结是在两侧金属电极之间通过嵌入铁电薄膜作为隧穿势垒而形成的隧道结。由于铁电隧穿势垒的极化方向可以通过调节外电场的方向而发生反转，并伴随高低两种不同的电阻态，在存储器中可以分别表示“0”和“1”两个逻辑态，因此铁电隧道结在非易失性随机存储器中具有重要应用。作为新一代存储器件的重要候选者，铁电隧道结由于其数据存储密度高、读写速度快、功耗低等特点，近年来激发了人们的广泛研究兴趣。在针对铁电隧道结的研究中，高低两个电阻态的差异通常由TER比率来衡量，如何得到高的TER比率是实现高性能数据存储需要解决的核心问题之一。郑小宏研究员课题组在钙钛矿氧化物铁电隧道结Pt/BaTiO3/Pt的研究中提出，如果在隧道结的一侧界面引入负的极性界面，其引起的库伦势随距离的衰减将对铁电势垒
2022 03.22

中科院合肥物质科学研究院科研团队开发出一种血清中抗癌药物定量检测的表面增强拉曼光谱新方法

近日，中科院合肥研究院健康所杨良保研究员团队、王宏志研究员团队与中科院合肥肿瘤医院药学中心合作，在抗肿瘤药物血药浓度的定量检测方面取得进展。科研团队利用收缩组装的液态3D热点矩阵作为微反应器，建立了高稳定、高灵敏的表面增强拉曼光谱（SERS）定量检测血药浓度新方法。该成果发表在国际分析领域TOP期刊Analytical Chemistry上。表面增强拉曼光谱（SERS）是一种分子光谱，具有快速、高灵敏和指纹识别的特性。杨良保研究员团队一直从事SERS方法原理与检测应用方面的研究工作，并取得了一系列研究成果。定量检测是SERS方法的终极目标之一，但在控制热点的均匀性和使目标分子进入热点区域等方面一直存在难题。在本研究工作中，利用液体三相平衡原理控制液滴的收缩，不仅形成高密度、高稳定的液态3D热点矩阵（图1），而且使抗肿瘤药物能够自主进入热点区域。结合该团队自主研发的手持式拉曼光谱仪，能够实现对肿瘤病人血清中抗癌药物在线定量检测（图2）。该方法对抗癌药物5-氟尿嘧啶表现出50 ppb灵敏度和50-1000 ppb的定量检测范围（图2）。与传统的固体纳米阵列和胶体聚集SERS方法相比，收缩组
2022 03.22

中科院苏州纳米所刘欣研究员、周扬帆等在深度学习优化算法研究方面取得进展

近年来，在材料科学、人工智能芯片等前沿领域，深度学习（Deep Learning）受到广泛的研究和应用。具体来说，深度学习通过学习样本数据的内在规律和表示层次实现机器像人一样具有分析和学习的能力，因而在材料科学研究中可以帮助分析高维、非线性的特征数据；在人工智能芯片研发中可以提供高效、通用的网络模型。区别于传统的浅层学习，深度学习一般具有深层的神经网络模型结构，比如目前最复杂的深度模型BERT含有1亿个以上的参数。因此，深度模型的训练（也就是求解模型的参数）一直是一项具有挑战性的任务。一般来说，求解深度模型参数的训练算法具有两个重要的性能指标：算法的收敛速度和泛化能力。目前，应用较广泛的训练算法是随机梯度下降算法（SGD）和学习率自适应的随机梯度下降算法（如Adam和AdaBelief），其中SGD具有良好的泛化能力，但是收敛速度缓慢；Adam和AdaBelief具有较快的收敛速度，但是泛化能力不如SGD。因此，使优化算法同时具备良好的泛化能力和快速的收敛速度一直是深度学习领域内的研究热点之一。中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所刘欣研究员、周扬帆等针对学习率自适应的随机梯度下降算法
2022 03.22

中科院苏州医工所董建飞课题组在数据驱动的学习控制方面取得研究进展

随着机器学习技术的飞速发展，各种学习方法被提出并成功应用于图像识别、学习控制等领域。其中，学习控制的典型方法包括迭代学习控制（ILC）、高斯混合学习控制、强化学习控制等。比如，迭代学习控制方法常被用于控制许多批处理模式的动态过程，并已被成功应用于化工生产和工业机器人等。然而，理论界之前尚未研究这种控制方法针对从数据中获取的参数的随机误差的鲁棒收敛性问题。在其经典理论中，迭代学习控制基于一个有限维的输出信号预测方程来计算每一次迭代的输出信号轨迹，其中的参数矩阵是由系统的有限冲击响应系数（即马尔可夫参数）决定的。传统的方法需要根据系统的状态空间模型或传递函数来计算这些马尔可夫参数。当参数中存在不确定性时，鲁棒迭代学习控制方法首先需要对这些参数的不确定性进行建模，或者建立包络其不确定域的凸集；进而根据经典的鲁棒控制方法（如H无穷控制）分析其鲁棒单调收敛性（robust monotonic convergence，简写为RMC）。尽管文献中已经报道了不少基于模型的鲁棒ILC设计方法，并证明了其RMC特性，但尚无针对系统辨识得到的参数中的随机误差进行鲁棒设计的方法研究。针对这一问题，董建飞研究员
2022 03.18

中国科学院金属研究所 MXene晶圆级光电探测器取得新进展

二维过渡金属碳化物和氮化物MXene被公认为在电子和光电器件中具有重要应用潜力。然而，已报道的MXene薄膜的图案化方法难以兼顾效率、分辨率和与主流硅工艺的兼容性。例如，电子束光刻法可以实现较高的图案分辨率，但效率较低，不适用于大面积图案化；直接写入、激光蚀刻和喷墨印刷等其他图案化方法速度较快，但通常缺乏足够的分辨率。中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心的科研人员与国内多家单位科研团队合作，通过设计MXene材料的离心、旋涂、光刻和蚀刻工艺，提出了一种具有微米级分辨率的晶圆级MXene薄膜图案化方法，并构筑了1024高像素密度光电探测器阵列。该阵列具有优异的均匀性、高分辨率成像能力、迄今为止最高的MXene光电探测器的探测度。研究成果于2022年2月28日在《先进材料》（Advanced Materials）在线发表，题为“Patterning of wafer-scale MXene films for high-performance image sensor arrays”。科研人员在对Ti3C2Tx溶液离心工艺和衬底亲水性进行优化后，采用旋涂法制备了4英寸MXene薄膜
2022 03.18

中国科学院合肥物质科学研究院聚合物中子屏蔽材料研制取得新进展

近日，中科院合肥研究院核能安全所黄群英研究员课题组在含钐环氧树脂中子屏蔽材料研制方面取得新进展。由于目前现有轻型屏蔽材料存在耐热性差的问题，研究人员利用APTES对Sm2O3颗粒进行化学改性并与耐高温基体AFG-90H环氧树脂物理共混的方式，制备出具有高热稳定性的复合中子屏蔽材料Sm2O3-APTES/AFG-90H的方法。相关成果发表在国际聚合物领域期刊Polymers上。先进核能系统对中子屏蔽材料提出了更高的热稳定性、机械性能和高效中子屏蔽性能要求，填料在聚合物中的弥散分布和良好相容性可确保环氧树脂复合材料的综合性能。为了研发具有更高性能的中子屏蔽材料，研究人员采用新型高性能环氧树脂AFG-90H和Sm2O3分别作为基体和填料，通过使用本所自主研发的蒙特卡罗粒子输运软件对屏蔽材料进行成分优化设计，并在此基础上采用APTES化学改性工艺对Sm2O3颗粒进行表面处理，改善了填料在树脂中的分散性及相容性。研究结果表明，当Sm2O3-APTES的添加量为30 wt%时，复合材料的初始热分解温度、玻璃化转变温度和杨氏模量较基体均有明显提升。通过分析复合材料拉伸断面形貌，该研究阐明了复合材料强

每页 10 记录总共 743 记录
第一页 <<上一页下一页>> 尾页
页码 47/75 跳转到