科研进展-凯发88
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陨硫钙石（cas）通常被认为是由太阳星云气凝结而成。顽火辉石陨石是陨硫钙石最重要的储存库之一，也是最还原的一类陨石，其是形成早期地球的代表性物质。因此，陨硫钙石对深入了解太阳星云、陨石、地球起源和地球的c-o-s-ca循环具有重要意义。
陨硫钙石（cas）通常被认为是由太阳星云气凝结而成。顽火辉石陨石是陨硫钙石最重要的储存库之一，也是最还原的一类陨石，其是形成早期地球的代表性物质。因此，陨硫钙石对深入了解太阳星云、陨石、地球起源和地球的c-o-s-ca循环具有重要意义。
深海极端模拟研究实验室联合南方科技大学前沿与交叉科学研究院、中国地调局西安地调中心、内华达大学拉斯维加斯分校，利用活塞圆筒压机和多面顶压砧进行的实验岩石学研究发现：在上地幔和下地壳（1.5 gpa/1510 k、0.5 gpa/1320 k 和 0.3 gpa/1273 k）含硫化物的玄武质岩浆与碳酸钙反应可生成陨硫钙石（cas），这扩展了cas在太阳系存在的范围(图1)。前人认为陨硫钙石主要存在于(1)水星轨道内部的顽火辉石陨石、(2)水星表面大量分布、（3）月球陨石坑的月壤中。本研究结果证明其可以在地幔存在。
图1. 太阳系中陨硫钙石cas的主要分布区域(liu et al., 2023)
文章定义了2个氧逸度计:cas-cao-s平衡时的氧逸度(ols氧逸度计)、cas-caso4平衡时氧逸度(oa氧逸度计)。在0.5 gpa/1320 k, oa = fmq 2.21= iw 6.05 (lgfo2 = –7.83), ols = fmq – 0.52 = iw 3.30 (lgfo2 = –10.57)，其本质上确定了s2-/s0平衡时和s2-/s6 平衡时的氧逸度，为行星硫循环和矿床学研究提供了重要的便利。岩浆低氧逸度、大气极低氧含量、无大量液态水是cas可在水星、月球表面较广泛存在的3个条件，否则caso4将大量存在，如地球上和火星上表面大量的硫酸钙或石膏。
图2. 0.5gpa条件下，代表性氧逸度缓冲对与温度的关系图（liu et al., 2013及参考文献）
文章首次指出陨硫钙石可能在洋中脊下覆地幔存在，其可能是黑烟囱部分硫酸钙的前体（图3），该机制是对bischoff and seyfried (1978）认为洋中脊硫酸盐是由于ca和so42-在海水中的溶解度随着温度的升高而降低机制的补充。
图3. 洋中脊下陨硫钙石cas存在的可能区域
stagno et al.,2013--nature; liu et al.,2023--nsr中的附件
在大氧化事件（goe）之前，地球大气层最初不含氧气 (lee et al. , 2016, lyons et al. , 2014)。大约24.6？18.5亿年前，氧气从现在的大气水平（pal）的＜10–7.1–10–5.1（lgfo2<–7.6至–6.0，图2）上升到lgfo2=–5.3至–2.7(kanzaki and murakami, 2016)，称为goe。goe之前的无氧或缺氧环境可能和cas是有关系的。goe之前地球大气的lgfo2范围的上限为-7.6至-6.0（图2）(kanzaki and murakami, 2016)，与陨硫钙石稳定场部分重叠。此外，早期地球岩浆海的lgfo2值在2173k时为iw 0.5(sossi et al. , 2020)(图2）。故大气氧逸度和岩浆氧逸度都满足陨硫钙矿存在的条件。本研究推算地球早期的陨硫钙石cas的质量在4.30×1021？7.58×1021 kg，如果这些cas如全部转换为caso4可以消耗3.82×1021？6.74×1021 kg 氧气，而现代地球大气中的氧气总量仅为1.246×1018 kg，可见cas可能是地球早期缺氧的诱因。
二叠纪-三叠纪界线（ptb）大灭绝是过去5亿年来最严重的生物危机(xie et al. , 2005, yin et al. , 2012), 在ptb时伴随着大气co2的急剧升高(retallack, 2001)和大气o2含量的急剧降低(berner, 2006)，大多学者认为西伯利亚大火成岩省（slip）的地幔岩浆与地壳岩石的相互反应是大气变化的一个重要原因(sobolev et al. , 2011)。本研究中，cas的形成伴随着co2的释放，而cas的氧化则是氧气消耗的过程，且含硫化物的玄武质岩浆与碳酸盐反应过程可以很好的反映slip岩浆与地壳碳酸盐的反应过程，更为重要的一点是slip岩浆以低氧逸度(fmq–1.5，低于ols, sobolev et al. 2009)区别于其他冰岛、夏威夷等地幔柱，这为cas存在提供了条件，故有理由推测cas的短暂存在是ptb大气成分变化的一个因素之一。
文章信息：
yuegao liu（刘月高）, i-ming chou（周义明）, jiangzhi chen(陈姜智，共一), nanping wu（吴南平）, wenyuan li（李文渊）, leon bagas, minghua ren（任名华）, zairong liu（刘在荣）, shenghua mei*（梅升华, 通讯）, liping wang*（王李平, 通讯）. oldhamite: a new link in upper mantle for c-o-s-ca cycles and an indicator for planetary habitability. nsr, 2023, https://doi.org/10.1093/nsr/nwad159
2023-06-29
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深圳先进院袁曙光团队与东北农业大学合作发现临床超级耐药菌mrsa的新靶点。
6月28日，深圳先进院袁曙光团队与东北农业大学合作发现临床超级耐药菌mrsa的新靶点。团队通过生物计算的方法筛选对抗mrsa的高活性分子并阐述其多重信号通路调节分子机理。相关工作于在线发表在化学类国际顶级advanced science上。
在全球范围内，每年有70万人死于抗生素无法抵抗的感染。如果我们不能找到针对性的疗法，到2050年，全球由超级细菌导致的死亡人数可能达到2000万人。耐甲氧西林金黄色葡萄球菌是临床上常见的毒性较强的细菌，自从上世纪40年代青霉素问世后，金黄色葡萄球菌引起的感染性疾病受到较大的控制。但随着青霉素的广泛使用，有些金黄色葡萄球菌产生青霉素酶，能水解β-内酰胺环，表现为对青霉素的耐药。科学家研究出一种新的能耐青霉素酶的半合成青霉素，即甲氧西林(methicillin)。
1959年应用于临床后曾有效地控制了金黄色葡萄球菌产酶株的感染，可英国的jevons就首次发现了耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(mrsa)，mrsa从发现至2021年感染几乎遍及全球，已成为院内和社区感染的重要病原菌之一。mrsa除对甲氧西林耐药外，对其它所有与甲氧西林相同结构的β-内酰胺类和头孢类抗生素均耐药，mrsa还可通过改变抗生素作用靶位，产生修饰酶，降低膜通透性产生大量paba等不同机制，对氨基糖苷类、大环内酯类、四环素类、氟喹喏酮类、磺胺类、利福平均产生不同程度的耐药，唯对万古霉素和利奈唑胺敏感。然而古霉素和利奈唑胺的巨大毒性，也限制了其临床的使用。临床上迫切需要发现新的超级抗生素来应对超级细菌的威胁。
团队通过生物计算的方法，发现mrsa的代谢通路的新靶点脯氨酸羧基脱氢酶（p5cdh)，并利用计算机针对该靶点筛选出一系列对抗临床多重耐药的mrsa-usa300。该工作的发现为超级细菌mrsa的药物发现提供了新的靶点与研发思路。
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图1. 团队发现对抗临床超级耐药菌mrsa-usa300 的多重条件药理学原理
参考文献
zhongwei yuan, jun wang, qianwei qu, zhenxin zhu, marc xu, mengmeng zhao, chongxiang sun, haixin peng, xingyu huang, yue dong, chunliu dong, yadan zheng, shuguang yuan*, yanhua li*. celastrol combats methicillin-resistant staphylococcus aureus by targeting δ1-pyrroline-5-carboxylate dehydrogenase. (2023) advanced science, doi:10.1002/advs.202302459
2023-07-03
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富含木质素的生物质中含有丰富的甲氧基(-och 3)，其稳定碳、氢同位素是重建古气候的重要指标，但生物质中甲氧基的含量随沉积演化作用快速减少，准确评价生物质中甲氧基的含量是开展其稳定同位素分析的基础。目前常用的甲氧基定量方法基于zeisel法（利用氢碘酸将生物质中的甲氧基转化为碘甲烷）直接测定生成的碘甲烷、或利用碘甲烷试剂建立外标定量曲线，但总体上存在误差大、耗时长、需要进行一系列处理等问题。
针对上述问题，中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室研究生黄敏在导师廖泽文研究员的指导下，选择苯甲醚标准试剂与氢碘酸反应，建立用于所研究样品中甲氧基定量的外标曲线，并在褐煤样品中进行了初步应用。
该方法主要流程包括：利用苯甲醚标准试剂（图1a）与氢碘酸反应，建立甲氧基定量的标准曲线，在保障苯甲醚完全反应的基础上，甲氧基定量外标曲线具有较好的相关性(r 2 = 0.9523) （图1c）；在此基础上针对褐煤样品中甲氧基开展定量评价，其结果与文献中报道的含量范围一致（图1d）。
图1 含木质素生物质中甲氧基定量方法的建立及其初步应用。
本工作建立了相对简便可靠的含木质素生物质中甲氧基的定量评价方法，该方法步骤少，耗时短，所需试剂量小，定量评价结果可靠。本工作得到国家自然科学基金面上项目（42072145）的资助，相关研究成果近期发表在organic geochemistry上。
论文信息：huang, m.,（黄敏）wang, h.,（王浩哲）zhao, g.,（赵冠宇）wang, q.,（王强）cheng, b.,（程斌）liao, z.,*（廖泽文）2023. anisole-based assessment for the quantification of methoxyl groups in lignin-rich biomass. organic geochemistry 179, 104601. doi: 10.1016/j.orggeochem.2023.104601.
论文链接
2023-06-30
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自20世纪以来，由于工业的发展和农牧业的扩张，大气氮排放量远超过自然生物固氮量，导致大气氮沉降水平迅速上升。过量的氮输入深刻影响并改变了植物凋落物向土壤有机碳的转化过程，进而调控热带土壤有机碳的动态和固持。真菌是凋落物的主要分解者，驱动植物源碳向土壤的转运，因此，弄清真菌群落对氮沉降的响应有助于理解热带森林土壤有机碳动态变化的机制。依据不同生态功能，真菌群落可划分为不同生态功能群（ guilds ） 。这些功能群通常对相同的环境变化有截然不同的反应，但是，关于在氮沉降背景下，热带森林土壤中不同生态功能群与相关功能潜力的变化及其与土壤有机碳动态的关系等认识仍不清晰。氮沉降下真菌群落及功能的响应示意图。
自20世纪以来，由于工业的发展和农牧业的扩张，大气氮排放量远超过自然生物固氮量，导致大气氮沉降水平迅速上升。过量的氮输入深刻影响并改变了植物凋落物向土壤有机碳的转化过程，进而调控热带土壤有机碳的动态和固持。真菌是凋落物的主要分解者，驱动植物源碳向土壤的转运，因此，弄清真菌群落对氮沉降的响应有助于理解热带森林土壤有机碳动态变化的机制。依据不同生态功能，真菌群落可划分为不同生态功能群（guilds）。这些功能群通常对相同的环境变化有截然不同的反应，但是，关于在氮沉降背景下，热带森林土壤中不同生态功能群与相关功能潜力的变化及其与土壤有机碳动态的关系等认识仍不清晰。
基于华南植物园小良研究站长期模拟氮沉降试验样地，相关研究探讨了氮沉降对热带森林真菌群落、功能潜力和土壤碳组分的影响。研究发现，施氮土壤的总有机碳、溶解性有机碳、颗粒态有机碳和真菌残体碳均高于对照组土壤。真菌群落分析发现，施氮土壤的真菌群落以多面手腐生菌（generalist saprotrophs）占优，其中，叶片腐生菌比对照组增加近93倍。这些变化伴随着木质纤维素分解酶丰度的增加，表明植物源碳的降解潜力加剧（图1）。此外，与对照组相比，施氮促使土壤中催化氨基糖（真菌残体标记物）生物合成的壳聚糖酶丰度提高1.37倍，增强了真菌残体碳对有机碳库的贡献（提高1.42倍），这些均与土壤中较高的ca2 、溶解性有机碳含量和参与有机酸合成的腐生菌丰度密切相关。这些结果表明，长期氮沉降输入可增强腐生菌的丰度和活性，提高土壤有机酸产量，通过释放养分和溶解性有机碳直接或间接地支持真菌生长，从而导致更多的真菌残体碳贡献于土壤有机碳库，提高土壤有机碳的固持能力（图2）。研究结果强调了真菌生态功能群及功能潜力变化在解析土壤有机碳动态变化的重要性。
相关研究成果已近期发表在国际生态学专业期刊functional ecology（《功能生态学》）上。中国科学院华南植物园生态中心卢哲副研究员为论文的第一作者，王法明研究员为论文通讯作者。该项研究得到广东省重点研发计划、国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、中科院青年创新促进会和国家重点研发计划等项目的共同资助。全文链接：https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/share/agzewu4mqz53iismy5fz?target=10.1111/1365-2435.14380
图1.氮沉降下不同真菌功能群及其对不同植物源碳底物降解潜力的变化
图2.氮沉降下真菌群落及功能的响应示意图
2023-06-30
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该技术可以实现紫外波段自体荧光的有效激发与探测，极大地拓展了双光子成像技术的应用范围，为无创观测生物样品及生命过程提供了一种新的研究工具。
中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所研发世界首款短波长激发时间与光谱分辨新型双光子显微镜，该显微镜创新性地采用中心波长为520 nm的锁模飞秒光纤激光器作为双光子激发光源，可以有效地激发短波长波段荧光团，利用连接光谱仪的时间相关单光子计数(tcspc)模块，可以实现荧光光谱和荧光寿命的同时检测。该技术可以实现紫外波段自体荧光的有效激发与探测，极大地拓展了双光子成像技术的应用范围，为无创观测生物样品及生命过程提供了一种新的研究工具。
在生物体中，普遍存在着内在的一些生物分子具有内源性荧光团，内源性荧光团的三维成像可以在不干扰生物环境的情况下对重要生物过程进行无创体内检查，如代谢变化、形态改变和疾病进展，是组织成像和跟踪细胞代谢过程的有力工具。另一方面，双光子显微镜具有天然的光学切片能力，即无需物理切割就可以实现生物组织的三维高分辨成像。双光子显微镜跟内源性荧光团的结合可以实现活体生物组织无标记成像，对很多生命活动的研究具有非常重要的意义。遗憾的是，传统双光子显微镜都是用钛宝石激光器作为光源，只能对可见光波段的内源性荧光团进行探测，对于信息更丰富的短波长荧光团则无能为力。
中国科学院深圳先进技术研究院郑炜研究员团队首创采用520nm超快激发源搭建光谱分辨的双光子荧光寿命成像系统，可以有效激发和探测传统双光子显微系统无法成像的一系列短波长荧光团，比如作为细胞内代谢相关酶和蛋白质基本组成部分的色氨酸（单光子吸收峰~280 nm），作为血液主要成分的血红蛋白(双光子最佳激发波长<600 nm)，作为人体重要神经递质的血清素(单光子吸收峰~280 nm)等等。为了探索该系统的实用性，研究团队首先系统地评估了生物组织中典型的短波内源性荧光团纯化学样品在520nm激发下的荧光寿命和光谱特性，包括荧光分子酪氨酸、色氨酸、血清素(5-ht)、烟酸(维生素b3 (vb3))、吡哆醇(维生素b6 (vb6))和nadh，以及角蛋白、弹性蛋白和血红蛋白。
随后，研究团队对不同的生物组织进行了成像，包括离体大鼠食管组织和离体大鼠口腔面颊组织。结果表明，该系统可以在不需要任何外加造影剂的情况下为生物系统提供高分辨率的三维形态信息和物理化学信息。该研究工作探索了短波长的内源性荧光团在食管壁中的分布。研究结果表明，该系统可以很清晰的看到食管的不同分层结构：上皮细胞（ke、se）、固有层(lp)、粘膜层(sm)、外纵肌(mp)、纤维膜(fb)。而食管癌主要就发生在食管内部上皮细胞、固有层和粘膜层这些地方。结合寿命和光谱信息，系统可以明确识别食管内部多层结构的不同信号来源，定量区分不同组织成分在食管壁的位置和数量，区分食管分层结构。
最后，研究团队进一下对小鼠皮肤进行了活体三维扫描成像，并基于短波内源荧光团在体内捕获了小鼠耳廓内白细胞的迁移，实现了典型免疫反应(脂多糖注射或机械创伤)微环境中白细胞募集和变形运动的动力学过程可视化以及随时间的荧光寿命测量。荧光强度图像可以显示亚细胞结构，色氨酸和血红蛋白的荧光寿命信息可以区分红细胞和白细胞，以及伤口和正常组织的位置。这些结果进一步验证了该研究工作开发的系统在天然组织环境中监测免疫反应的能力。
该工作以题为《short-wavelength excitation two-photon intravital microscopy of endogenous fluorophores》发表在生物医学光学领域知名期刊biomedical optics express上，中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所助理研究员吴婷为文章第一作者，中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所郑炜研究员、李慧副研究员，北京大学物理学院施可彬研究员为共同通讯作者。该工作获得了国家重点研发计划项目，国家自然科学基金仪器项目、面上项目、培育项目、青年项目，中国科学院科学仪器创新团队项目，深圳市基础研究计划等项目的支持。
图1.生物组织中典型的短波内源性荧光团纯化学样品的荧光寿命和光谱特性
图2.短波长内源性荧光团在食管壁中的三维定量分布
图3.小鼠皮肤的活体三维无创自体荧光成像：强度图像(上)，彩色编码光谱图像(中)，彩色编码寿命图像(下)
图4 在体、无标记、无创地观察(a)体外注射lps药物刺激后小鼠皮肤微循环变化和(b)针刺损伤后免疫白细胞典型的变形虫爬行方式及其折叠、变形和相互作用等炎症反应行为
文章链接
pi与课题组简介：
郑炜，研究员，博士生导师，中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所副所长，生物医学光学与分子影像研究中心主任，广东省生物医学光学影像技术重点实验室主任。国自然优秀青年基金获得者，广东省特支计划科技创新领军人才，深圳市杰出青年基金获得者。
郑炜研究员及其团队一直从事双光子显微成像技术研究，带领团队研发了双光子激发结构光照明超分辨成像技术，短波长激发、荧光寿命和荧光光谱探测的无标记双光子成像技术，双光子多帧超分辨成像技术等多种新型双光子显微成像技术，在成像分辨率、成像深度、成像视野及成像信息丰富程度上都有显著突破。研究成果发表在《nature methods》、《iscience》、《photonics research》、《optics letters》等生物光学领域国际著名期刊上，被包括《science》、《nature》、《nature methods》、《pnas》在内的期刊引用1400余次。
课题组长期招收新型光学显微技术及仪器研发、生物医学光子学相关机理研究方向硕士研究生/博士研究生/实习生/博士后，请感兴趣的同学直接联系：zhengwei@siat.ac.cn，简历及邮件标题注明“应聘岗位-学校名称-专业-姓名”。
2023-06-28
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栖息地退化和丧失是导致生物多样性下降的全球性问题，威胁生态系统健康和完整性。湿地是水鸟的重要栖息地，水鸟则是湿地生态系统健康状况的“指示器”，对湿地生境变化响应敏感。三峡工程的运行对下游湿地生态系统产生了重要影响，进而影响水鸟适宜栖息地分布状况。洞庭湖是东亚-澳大利西亚候鸟迁徙路线上的全球重要越冬地，拥有三处国际重要湿地，也是长江中下游地区受长江来水影响最大的湖泊之一。然而，有关变化水情下洞庭湖湿地水鸟栖息地分布动态的相关研究还十分欠缺，因此，有必要对栖息地质量进行科学评估，认知栖息地格局时空变化规律，这也是开展针对性保护修复工作的基础和前提。
栖息地退化和丧失是导致生物多样性下降的全球性问题，威胁生态系统健康和完整性。湿地是水鸟的重要栖息地，水鸟则是湿地生态系统健康状况的“指示器”，对湿地生境变化响应敏感。三峡工程的运行对下游湿地生态系统产生了重要影响，进而影响水鸟适宜栖息地分布状况。洞庭湖是东亚-澳大利西亚候鸟迁徙路线上的全球重要越冬地，拥有三处国际重要湿地，也是长江中下游地区受长江来水影响最大的湖泊之一。然而，有关变化水情下洞庭湖湿地水鸟栖息地分布动态的相关研究还十分欠缺，因此，有必要对栖息地质量进行科学评估，认知栖息地格局时空变化规律，这也是开展针对性保护修复工作的基础和前提。
为探究洞庭湖不同水文情势下的栖息地时空动态，进而提出针对性的栖息地保护和修复建议，中国科学院亚热带农业生态研究所谢永宏研究员团队以洞庭湖湿地越冬水鸟为研究对象，结合地面调查、遥感反演、物种分布模型模拟等手段方法，基于三个连续的、但水情差异较大的越冬期的环境数据和越冬水鸟分布数据，对三种典型水鸟类群的栖息地适宜性进行模拟分析。结果表明，草洲面积、水体面积和距水源距离是影响越冬水鸟栖息地适宜性的关键环境变量。水鸟栖息地适宜性的空间格局在不同水文情势、不同水鸟类群之间均存在明显差异。在正常退水情况下，食草-块茎类水鸟和食无脊椎动物类水鸟的适宜栖息地面积最大，而提前退水情况下的适宜栖息地面积最小。食鱼-食杂类水鸟在推迟退水情况下的适宜栖息地面积最大。总体而言，食无脊椎动物类水鸟的栖息地受水情变化影响最大。
基于适宜栖息地在不同水情下的空间变化，该研究还识别了各类群水鸟栖息地的关键保护区域和潜在修复区域。其中，食草-块茎类水鸟的关键保护区域面积最大，食无脊椎动物类的潜在修复区域面积大于其关键保护区域面积，表明该类群水鸟对环境变化最为敏感。研究结果还表明了近年来东洞庭湖实施的三处栖息地修复工程（大西湖、丁字堤及蒸钵湖生态修复工程）的有效性。基于关键保护区域的栖息地特征，本研究提出了有利于三种水鸟类群保护的最佳淹水时间（自9月1日起）分别为食草-块茎类52±7天、食无脊椎动物类68±18天、食鱼-食杂类132±22天。因此，洞庭湖10月中旬开始逐渐退水将对越冬水鸟栖息地最为有利。本研究可用于指导洞庭湖水鸟栖息地的保护和修复工作实践，并强调了在高度动态的湿地中开展管理工作时，应充分考虑栖息地在不同水情条件下的时空变化。
该研究成果近期以integrating suitable habitat dynamics under typical hydrological regimes as guides for the conservation and restoration of different waterbird groups为题，发表在journal of environmental management上。该研究得到国家自然科学基金区域创新与发展联合基金[u22a20563, u21a2009]、国家重点研发计划[2022yfc3204103] 、湖南省自然科学基金[2022jj30642]等项目的支持。
论文链接
不同水文情势、不同水鸟类群的栖息地适宜性时空格局
(a, b)三种水鸟类群的关键保护栖息地和潜在修复栖息地. (c) 最佳淹水时间
2023-06-29
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这一研究揭示了基于穿戴无创设备解析血糖变化的适用性，有望应用于糖尿病慢病管理、高风险人群评估等。
近日，中国科学院深圳先进技术研究院医工所微创中心聂泽东研究员团队在基于生理信息的无创血糖监测技术方面取得新进展，相关研究成果以“noninvasive blood glucose monitoring using spatiotemporal ecg and ppg feature fusion and weight-based choquet integral multimodel approach”为题发表在人工智能领域国际顶级期刊ieee transactions on neural networks and learning systems（中科院1区，if=14.25）。这是继团队在ieee journal of biomedical and health informatics、knowledge-based systems等发文研究基于生理信息的血糖监测/糖尿病管理的可行性后，在基于多模融合的无创血糖监测方面的又一重要进展。这一研究揭示了基于穿戴无创设备解析血糖变化的适用性，有望应用于糖尿病慢病管理、高风险人群评估等。
随着人们生活水平的提高和我国人口老龄化进程的加快，糖尿病患病率逐年攀升。主动血糖监测是有效减少糖尿病和延缓并发症的重要手段之一。目前，血糖监测主要通过指尖采血或者基于电化学检测技术的植入式血糖监测设备（cgms），然而，这些方法存在疼痛、使用寿命短、成本高等缺点，限制了患者的依从性。因此，研发一种非侵入式、舒适便捷的无创监测技术对促进血糖监测具有重要的意义和临床价值。
相关研究表明，血糖浓度的变化会刺激人体自主神经系统，引起心电（ecg）、光电容积脉搏波（ppg）等生理信息的改变，同时考虑到ecg、ppg可通过智能可穿戴设备获取，具有使用快捷、成本低等优势，如图所示，研究人员提出了一种基于ecg及ppg多模态融合的无创血糖监测技术，通过采用数值计算方法及深度学习算法获取上述生理信息的时空特征信息，并采用基于可变权重的choquet积分算法，实现不同模态的决策融合。通过获取21名志愿者共103天数据，在10折交叉验证中，所提出的多模融合算法在血糖监测中的mard值达到13.42%，一致性误差网格的a b区＞99%。上述研究成果为基于穿戴健康设备和家庭用健康设备实现无创血糖监测提供了重要的理论基础与技术支撑，具有广阔的应用前景。
李景振助理研究员为论文第一作者，聂泽东研究员为论文通讯作者。该研究得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金、中科院sts-黄埔专项、中科院健康信息重点实验室的支持。
论文链接
图（a）ecg/ppg的时空特征提取流程图；（b）实验测量场景；（c）实验结果评估
2023-06-27
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稳定nd同位素是近年来新兴的非传统稳定同位素体系，已经在高温岩浆分异、早期地球演化和太阳系冷凝历史等方面的研究中显示出良好的应用潜力。然而，目前在低温地球化学过程会造成多大程度的稳定nd同位素分馏、什么因素控制着稳定nd同位素分馏以及稳定nd同位素分馏与传统放射成因同位素143nd/144nd有什么关系等一系列问题的认知几乎还处于空白。
针对这一科学问题，中国科学院广州地球化学研究所稳定同位素地球化学学科组白江昊博士生在韦刚健研究员、马金龙正高级工程师、王志兵副研究员、张乐高级工程师和严爽副研究员等老师的指导下，与广东省科学院生态环境与土壤研究所钟松雄博士合作，选取了经历强烈化学风化的海南新生代玄武岩风化剖面hk06开展系统的研究。该剖面的基础数据非常齐全，具有详细的矿物组成、主微量元素含量、以及mg- fe-cu-mo -zn-ti等稳定同位素组成的结果，是探索低温化学风化过程中稳定nd同位素分馏行为非常理想的研究对象。除开展全岩样品的分析，本论文还对风化产物进行了化学分相提取，分别测定各相态的稳定nd同位素组成，以便揭示不同赋存状态nd的稳定同位素组成特征。
图1 hk06玄武岩风化剖面位置图
结果表明，该风化剖面整体τ th,nd值的变化幅度为456 %，相应的δ 146/144nd值变化幅度为0.21‰，说明化学风化过程中会发生明显的nd元素迁移并伴随着显著的稳定nd同位素分馏。剖面3 m以下，τ th,nd值和全岩δ 146/144nd值均相对于未风化的基岩偏高，这可能是由于三水铝石优先吸附了重质量数同位素 146nd或者铁氧化物从富集重质量数 146nd的相态中发生了吸附或者共沉淀作用，从而导致了稳定nd同位素的分馏。相反，在剖面3 m以上，τ th,nd值和全岩δ 146/144nd值均低于未风化的基岩，并向地表呈现逐渐减小的趋势，这可能是由于高岭石优先解吸了重质量数同位素 146nd或者高岭石形成过程中优先并入了轻质量数同位素 144nd进入其晶格中所导致的。剖面上部偏低的τ th,nd值和δ 146/144nd值，进一步表明大陆风化释放的重质量数nd同位素（ 146nd）进入河流，然后被转运进入海洋，最后沉淀在海洋沉积物的自生组分中。
图2 玄武岩风化残积土及其各相态稳定nd同位素组成
图3 次生矿物对稳定nd同位素的影响
此外，本文对同一套样品的稳定和放射成因nd同位素组成的同时测试提供了绝佳的机会来评估稳定nd同位素分馏与放射成因 143nd/ 144nd比值的关系。最终结果表明，放射成因 143nd/ 144nd比值是示踪物质来源非常有效的指示剂，而稳定nd同位素提供了在放射成因nd同位素研究中被消除的地质过程信息。因此，后续的研究应该同时测试稳定nd和放射成因同位素 143nd/ 144nd比值，从多维度来揭示物质来源和地质过程的信息，综合限定自然界中叁钕同位素的行为，以完善nd同位素体系并提高对全球稀土循环的认识。
图 4 低温过程中nd同位素的传输模式图
相关成果发表在地球科学领域顶级期刊《earth and planetary science letters》，该研究受到国家重点研发计划项目（2022yff0800501）、国家自然科学基金项目（41991325；42021002；42203005；42207052）、广东省基础与应用基础研究重大项目（2019b030302013）和广州地化所所长基金（2021szjj-2）等联合资助。
论文信息：bai j.h.,(白江昊) luo k.,(雒恺) wu c.,(吴超) wang, z. b., (王志兵) zhang l.,(张乐) yan s.,(严爽) zhong s.x., (钟松雄) ma j. l.,(马金龙) wei g.j.,* (韦刚健) 2023. stable neodymium isotopic fractionation during chemical weathering[j]. earth and planetary science letters. 617, 118260.
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2023-06-26
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铁被认为是人体中极其重要的微量元素，可广泛参与代谢过程，包括细胞发育和分化，并参与各种疾病的诱导。由于铁对包括致病菌在内的大多数微生物的增殖至关重要，且会加重肠道炎症性疾病，因此它们在抗感染免疫中的作用经常被低估。
铁被认为是人体中极其重要的微量元素，可广泛参与代谢过程，包括细胞发育和分化，并参与各种疾病的诱导。由于铁对包括致病菌在内的大多数微生物的增殖至关重要，且会加重肠道炎症性疾病，因此它们在抗感染免疫中的作用经常被低估。
近期，中国科学院亚热带农业生态研究所畜禽健康养殖与农牧复合生态研究中心印遇龙院士团队在微量元素铁促进肠道黏膜免疫研究方面取得新成果。相关结果以题为dietary iron regulates intestinal goblet cell function and alleviates salmonella typhimurium invasion in mice的论文于2023年6月16日正式发表在science china life sciences杂志(if 10.38)。
为了评估足够的膳食铁摄入是否有助于抵御病原性细菌感染，给小鼠饲喂缺铁(2 mg fe/ kg饲料)、铁充足(35 mg fe/ kg饲料)或铁富集饲料(350 mg fe/ kg饲料)12周，随后将鼠伤寒沙门氏菌以灌胃方式感染小鼠。研究结果表明，膳食铁的摄入量可改善肠道黏液层的功能，并减缓了鼠伤寒沙门氏菌的入侵。小鼠的血清铁浓度与杯状细胞数量及黏蛋白表达呈正相关。肠道中未吸收的铁可影响肠道微生物群的组成，并且拟杆菌muribaculace丰度与黏蛋白表达呈正相关。然而，抗生素处理小鼠的结果表明，膳食铁调节黏蛋白层功能不是微生物依赖性的。此外，体外研究表明，微量元素铁可以直接诱导回肠和结肠类器官中杯状细胞黏蛋白的表达。由此可见，膳食铁摄入可提高血清铁水平，调节杯状细胞增殖和黏蛋白层功能，对病原菌的入侵起到了积极的防御作用。
本研究的主要完成人、第一作者为中国科学院亚热带农业生态研究所博士研究生刘栓。本文的通讯作者为中国科学院亚热带农业生态研究所印遇龙院士与万丹副研究员。
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2023-06-25
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近日，中国科学院广州能源研究所在氢燃料电池汽车整车热管理技术领域取得重要进展，创造性地提出了“时变”(time-dependent)热管理方法，并开发出了一种具有热峰调节器的新型热管理系统。相关研究以a novel thermal management system with a heat-peak regulator for fuel cell vehicles为题发表于能源类学术期刊journal of cleaner production（jcr一区）。
近日，中国科学院广州能源研究所在氢燃料电池汽车整车热管理技术领域取得重要进展，创造性地提出了“时变”(time-dependent)热管理方法，并开发出了一种具有热峰调节器的新型热管理系统。相关研究以a novel thermal management system with a heat-peak regulator for fuel cell vehicles为题发表于能源类学术期刊journal of cleaner production（jcr一区）。
热管理问题一直是氢燃料电池汽车面临的重大技术挑战，该技术难题主要来源于以下几个因素：（1）氢燃料电池电堆产生的废热量较大，这类废热在行车过程中既无法被有效利用，也无法像传统内燃机那样随尾气排放，只能通过热管理系统的冷却回路排出；（2）受限于氢燃料电池较低的运行温度（70-80°c），其冷却回路可利用的换热温差较小，导致散热器的散热能力严重不足；（3）除了氢燃料电池电堆，电机、电控、空压机、车舱等也有各自不同的热管理需求，增加了热管理的难度和系统复杂性；（4）热管理系统可利用空间有限，电堆散热器、pcu散热器、空调冷凝器都需要堆集在车头迎风处，无法通过增加换热面积来提升散热能力。
为了解决氢燃料电池汽车的整车热管理技术难题，国内外学者主要从开发耐高温质子交换膜和高效散热器两个方面展开，但尚未取得实质性进展。目前，热管理问题已成为制约氢燃料电池汽车功率提升和发展应用的一大障碍。先进能源系统研究室蒋方明研究员团队根据汽车交通行驶过程中功率及产热波动性特征，提出从时间维度考虑解决热管理难题，其核心技术思路是：在热管理系统中增设一种自主开发的具有蓄热功能的热峰调节器（如图1所示）；当电堆产热过大且散热器能力不足时，将过余热量储存在热峰调节器中；在非高峰产热阶段，热峰调节器将热量逐渐导入空调回路，通过空调冷凝器完成排放（如图2所示）。研究表明，该技术思路和新型热管理系统可以取得良好效果，有望解决氢燃料电池汽车的热管理难题。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.137712
图1 具有热峰调节器（heat-peak regulator）的氢燃料电池汽车整车热管理系统
图2 “时变“(time-dependent)热管理思路原理图
2023-06-20