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來源 |?iNature、學之策

自2021年以來（截至2021年11月16日），以中國科學技術大學作為通訊單位的研究團隊在Cell ，Nature 及Science 發表了13項研究成果，在物理學，化學，生命科學等領域取得重大進展，iNature系統盤點這些研究成果：

【1】2021年11月10日，斯坦福大學Dillon Cogan和中國科學技術大學張凱銘共同通訊在Science發表了題為“Mapping the catalytic conformations of an assembly-line polyketide synthase module”的研究論文，該研究解析了Saccharopolyspora erythraea”生產紅霉素裝配線6-deoxyerythronolide B 合酶（DEBS）的冷凍電鏡結構，揭示了其如何推動分子鏈的不斷組裝增長的理論支持。

【2】2021年11月4日，中國科學技術大學李微雪團隊在Science 在線發表題為“Sabatier principle of metal-support interaction for design of ultrastable metal nanocatalysts”的研究論文，該研究報告了基于 323 個金屬-載體對的動力學模擬，使用來自 1252 個能量學數據的比例關系，金屬-載體相互作用的 Sabatier 原理，用于穩定金屬納米催化劑以防止燒結。

【3】2021年10月22日，中國科學技術大學梁海偉，林岳及北京航空航天大學水江瀾共同通訊在Science?在線發表題為“Sulfur-anchoring synthesis of platinum intermetallic nanoparticle catalysts for fuel cells”的研究論文，該研究發展了一種高溫硫錨定合成方法學，實現了小尺寸金屬間化合物（intermetallic compounds，簡寫為IMCs）燃料電池催化劑的普適性合成，成功構建出由46種Pt基二元和多元IMCs催化劑組成的材料庫，并基于該材料庫發現了IMCs電催化氧還原活性與其二維晶面應力之間的強關聯性。

【4】由于單光子在光纖傳輸中的指數級損耗問題，量子態在光纖中傳輸的距離被限制在百公里量級。為了建立起全國乃至全球的量子網絡，需要采用量子中繼方案。其基本思路是把長程糾纏傳輸的任務分解為多段短距離的基本鏈路，在基本鏈路上建立量子存儲器之間的可預報糾纏，然后利用糾纏交換技術把量子糾纏擴展至目標距離。

國際上已有的量子中繼基本鏈路均基于發射型量子存儲器構建，其糾纏光子是由存儲器本身發射出來的。這種架構難以同時支持確定性光子發射和多模式復用存儲，從根本上限制了糾纏分發的速率。理論研究表明，基于吸收型量子存儲器的量子中繼架構可以解決這一問題。這一架構把量子存儲器和量子光源分離開來，故能同時兼容確定性光子源和多模式復用，是目前理論上通信速率最優的量子中繼方案。

2021年6與月2日，中國科學技術大學李傳鋒及周宗權共同通訊在Nature?在線發表題為“Heralded entanglement distribution between two absorptive quantum memories”的研究論文，該研究利用固態量子存儲器和外置糾纏光源，首次實現兩個吸收型量子存儲器之間的可預報量子糾纏，演示了多模式量子中繼。該成果為量子中繼的發展研究開創了一個可行的方向，為實用化高速量子網絡的構建打下基礎。

【5】2021年4月16日，中科大潘建偉、陳帥和北京大學劉雄軍共同通訊在Science?在線發表題為“Realization of an ideal Weyl semimetal band in a quantum gas with 3D spin-orbit coupling”的研究論文，該研究通過對超冷原子進行3D自旋軌道耦合工程實現的IWSM波段的實驗。通過平衡狀態下的虛擬切片成像技術可以清楚地測量拓撲Weyl點，并在淬滅動力學中進一步解析。?IWSM波段的實現為研究固體中難以接近的各種奇異現象開辟了一條途徑。

【6】2021年3月21日，中國科學技術大學田志剛、彭慧、孫汭及法國馬賽大學EricVivier 共同通訊在Science?發表題為“Liver type 1 innate lymphoid cells develop locally via an interferon-γ-dependent loop”的研究論文，該研究發現成年肝臟造血前體細胞向1型天然淋巴細胞（肝臟ILC1，即肝臟定居NK細胞）的分化潛能及調控機制，揭示天然淋巴細胞的骨髓外發育新路徑。

【7】2021年3月4日，中國科學技術大學汪義豐及利福尼亞大學洛杉磯分校Kendall N. Houk共同通訊在Science?在線發表題為“Sequential C–F bond functionalizations of trifluoroacetamides and acetates via spin-center shifts“的研究論文，該研究發展了一種三氟甲基逐級可控脫氟官能團化反應。該反應從廉價易得的三氟乙酸衍生物出發，通過spin-center shift的過程，選擇性切斷一個和兩個碳-氟鍵，然后轉化為結構多樣的功能性雙氟和單氟產物。該方法以廉價易得的三氟乙酸或者三氟乙酸酐為起始原料，為制備功能性的單氟和雙氟化合物提供了更為經濟實用的途徑。

【8】2021年2月26日，中國科學技術大學王興安教授課題組與中國科學院大連化學物理研究所孫志剛研究員和楊學明院士課題組合作在Science?在線發表題為“Quantum interference between spin-orbit split partial waves in the F + HD → HF + D reaction”的研究論文，該研究報告了有關電子自旋和軌道角動量在F + HD→HF + D反應中的影響的實驗和理論研究的組合。使用高分辨率成像技術，該研究在前向散射方向周圍的產品旋轉狀態分辨的微分截面中觀察到了特殊的馬蹄鐵形圖案。當考慮到完整的自旋軌道特性時，只有通過高精度的量子動力學理論才能正確解釋這種異常的動力學模式。理論分析表明，馬蹄鐵形很大程度上是自旋軌道分裂-部分波共振具有正負平衡的量子干擾的結果，這提供了自旋軌道相互作用如何有效影響反應動力學的獨特例子。

【9】2021年2月19日，中國科學技術大學侯建國，王兵及譚世倞共同通訊在Science?在線發表題為”Determining structural and chemical heterogeneities of surface species at the single-bond limit“的研究論文，該研究結合了掃描隧道顯微鏡（STM），非接觸原子力顯微鏡（AFM）和尖端增強拉曼散射（TERS）來表征假定的非活性體系，即Ag（110）表面上的并五苯。?該研究能夠通過特定的碳氫鍵斷裂，明確關聯三種并五苯衍生物的結構和化學異質性。STM-AFM-TERS聯合策略為確定廣泛存在于表面催化，表面合成和二維材料中的化學結構提供了全面的解決方案。

【10】2021年2月3日，北京大學，中國科學技術大學，海軍軍醫大學，首都醫科大學等40多家單位聯手合作，張澤民，周鵬輝，蔣慶華，黃志偉，貝錦新，卞修武，劉新東，程濤，趙平森，王福生，蘇冰，王紅陽，張政，瞿昆，王曉群，陳捷凱，金榮華等共同通訊在Cell?在線發表題為“COVID-19 immune features revealed by a large-scale single cell transcriptome atlas”的研究論文，該研究對來自196名COVID-19患者和對照的284個樣品應用了單細胞RNA測序，并創建了一個擁有146萬個細胞的全面免疫環境。大型數據集能夠確定不同的外周免疫亞型變化與COVID-19的年齡，性別，嚴重性和疾病階段等不同的臨床特征有關。SARS-CoV-2 RNAs存在于多種上皮和免疫細胞類型中，并伴隨病毒陽性細胞內的轉錄組顯著變化。S100A8 / A9的系統性上調主要由外周血中的巨核細胞和單核細胞引起，可能導致重癥患者中頻繁觀察到的細胞因子風暴。該研究數據為了解COVID-19的發病機理和制定有效的治療策略提供了豐富的資源。

【11】2021年1月6日，中國科學技術大學潘建偉，彭承志及陳宇翱共同通訊在Nature?在線發表題為”An integrated space-to-ground quantum communication network over 4,600 kilometres“的研究論文，該研究演示了一個集成的空對地量子通信網絡，該網絡結合了包含700多個光纖QKD鏈路和兩個高速衛星對地面自由空間QKD鏈路的大規模光纖網絡。使用可靠的中繼結構，地面上的光纖網絡覆蓋了2,000多公里，為實際設備的缺陷提供了實用的安全性，并保持了長期的可靠性和穩定性。對于典型的衛星通行證，衛星對地面QKD可以實現平均47.8 kb / s的平均密鑰速率，比以前的速率高40倍以上。此外，其信道損耗可與對地靜止衛星和地面之間的信道損耗相比，從而使通過地球同步衛星構建更通用和超長的量子鏈路成為可能。最后，通過集成光纖和自由空間QKD鏈路，QKD網絡擴展到了2600公里以外的遠程節點，使網絡中的任何用戶都可以與其他任何用戶進行通信，總距離可達4600公里。

【12】2021年5月6日，中國科學技術大學潘建偉及朱曉波共同通訊在Science?在線發表題為“Quantum walks on a programmable two-dimensional 62-qubit superconducting processor”的研究論文，該研究設計和制造了一個由62個功能性量子位組成的8×8二維方形超導量子位陣列。?該研究使用此設備演示了高保真單粒子和兩個粒子的量子步態。此外，由于量子處理器的高度可編程性，該研究實現了一個Mach-Zehnder干涉儀，其中量子步進器在干涉和射出之前相干地沿兩條路徑運動。通過調整進化路徑上的障礙，該研究觀察到了單行和雙行的干擾條紋。該研究的工作是該領域的重要里程碑，使未來的大規模量子應用更接近在這些嘈雜的中型量子處理器上實現。

【13】2021年10月21日，中國科學技術大學朱書及哈佛醫學院吳皓共同通訊在Cell?在線發表題為”Phase separation drives RNA virus-induced activation of the NLRP6 inflammasome“的研究論文，該研究表明 NLRP6 在體外和細胞中與雙鏈 RNA (dsRNA) 相互作用后經歷液-液相分離 (LLPS)，并且 NLRP6 的內在無序聚賴氨酸序列 (K350-354) 對多價相互作用、相分離和炎癥小體激活至關重要。Nlrp6 缺陷或 Nlrp6K350-354A 突變小鼠在小鼠肝炎病毒或輪狀病毒感染時顯示炎癥小體激活減少，表明 NLRP6 LLPS 參與抗微生物免疫。通過螺旋組裝招募 ASC 固化了 NLRP6 凝聚物，并且 ASC 進一步招募和激活 caspase-1。脂磷壁酸是一種已知的 NLRP6 配體，也促進 NLRP6 LLPS，而 DHX15（NLRP6 誘導的干擾素信號傳導中的解旋酶）與 NLRP6 和 dsRNA 共同形成縮合物。因此，這些發現表明 NLRP6 的 LLPS 可能賦予 NLRP6 多功能性以響應多種配體和/或使下游途徑多樣化，并闡明炎癥小體中 PRR 的感覺和激活模式以及其他免疫信號通路。

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