科大资讯｜近期科研成果速览（下）

本期目录

中国科大研制出初步实现智能化学范式的机器化学家

中国科大及合作者首次实现谷光子的长距离保真传输与定向分发

中国科大在矿物基结构材料的仿生矿化制备领域取得系列进展

中国科大在二维材料固态自旋色心研究中取得新进展

中国科大解析人源m6A甲基化酶复合物冷冻电镜结构

全自动月壤资源化利用实现高效地外燃料和氧气供应

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中国科大研制出初步实现智能化学范式

的机器化学家

   在中国科学院“数据驱动的化学、材料和生物科学的机器科学家”青年团队计划和国家自然科学基金委项目（批准号：22025304, 22033007)的资助下，中国科学技术大学化学与材料科学学院罗毅、江俊教授团队与自动化系尚伟伟等合作，通过开发和集成移动机器人、化学工作站、智能操作系统、科学数据库，研制出数据智能驱动的全流程机器化学家（图1，视频链接：https://faculty.ustc.edu.cn/jiangjun1/en/zdylm/661330/list/index.htm）。相关研究成果于2022年9月发表在《国家科学评论》（Natl. Sci. Rev.）上。

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图. 全球首个数据智能驱动的全流程机器化学家

   国际审稿人评价该成果的“机器人系统、工作站和智能化学大脑都是最先进的”，“将对化学科学产生巨大影响”。该工作脱离了传统试错研究范式的限制，展现了“最强化学大脑”指导的智能新范式的巨大优势，引领化学研究朝着知识理解数字化、操作指令化、创制模板化的未来趋势前进，确立了我国在智能化学创新领域的全球领跑地位。

新闻链接：

http://news.ustc.edu.cn/info/1048/80550.htm

论文链接：

https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwac190/6694008。

2

中国科大及合作者首次实现谷光子的长

距离保真传输与定向分发

   近日，由中国科大陈杨研究员、吴东教授、褚家如教授课题组，华中科大王凯教授、陆培祥教授课题组与新加坡国立大学仇成伟教授课题组组成的联合团队在谷电子学与微纳光子学交叉领域取得重要进展，首次实现了基于混合纳米波导的WS2谷光子的长距离保真传输与定向分发。研究成果以“Chirality-dependent, unidirectional routing of WS2 valley photons in a nanocircuit”为题于2022年10月3日发表在Nature Nanotechnology上。

   这项研究首次实现了能谷信息的长距离保真传输与定向分发，虽然展示的能谷器件功能仍处于初级阶段，但其为下一步搭建大规模谷电子器件网络提供了方案。更重要的是，这种谷电子-光子混合器件为在芯片上同时集成谷电子器件、自旋电子器件与片上光子器件，构建自旋-能谷-光子混合系统提供了新思路。

   该论文的第一作者是中国科大的陈杨研究员和华中科大的博士生钱树航，通讯作者是华中科大的王凯教授、陆培祥教授和新加坡国立大学的仇成伟教授，其中新加坡国立大学的仇成伟教授主导了这项工作的进行，华中科大的陆培祥教授团队在实验中付出了全力支持，中国科大的吴东教授和褚家如教授也在研究过程中给予了重要指导。

新闻链接：

http://news.ustc.edu.cn/info/1048/80561.htm

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41565-022-01217-x

3

中国科大在矿物基结构材料的仿生矿化

制备领域取得系列进展

   矿物基结构材料探究源自生物矿物材料的结构设计原理无疑将为人工矿物基新材料的研发提供重要启发和依据，然而如何在人工材料中设计和制造这些复杂结构，一直是困扰科学界的难题。是一类用量极大、用途极广的材料，这些材料性能的提升无疑将显著推动工业制造业的发展。

   近日，中国科学技术大学俞书宏院士团队应邀在美国化学会Journal of the American Chemical Society上发表了题为“Matrix-D irected Mineralization for Bulk Structural Materials”的Perspective综述论文，提出了一种受生物矿物体内生长过程启发的制造策略，通过学习生物矿物在预结构化模板诱导下的受控生长，实现具有多级次结构的矿物基仿生新材料的可控制备。

图. 基于框架诱导矿化策略构筑的复杂多级次结构人工矿物基结构材料。(a) “框架诱导矿化”法制备人工珍珠母；(b)人工珍珠母的精细结构调控及性能

   合肥微尺度物质科学国家研究中心茅瓅波副研究员为该论文的第一作者。本工作受到国家重点研发计划项目和国家自然科学基金重点项目的资助。

新闻链接：

http://news.ustc.edu.cn/info/1048/80552.htm

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c07296

4

中国科大在二维材料固态自旋色心研究

中取得新进展

   我校郭光灿院士团队在二维范德瓦尔斯材料固态自旋色心领域取得重要进展。该团队李传锋、唐建顺研究组与匈牙利魏格纳物理研究中心AdamGali教授等人合作，实验研究并理论解释了六方氮化硼（hexagonalboronnitride，hBN）中带负电硼空位（VB-）色心受磁场调制的自旋相干动力学行为，揭示了hBN中VB-色心电子自旋与核自旋之间的相干耦合和弛豫机制，对发展基于二维范德瓦尔斯材料的相干自旋系统及低维量子器件具有重要意义。该成果9月29日发表在国际知名期刊《Nature Communications》上。

图. (a)VB-色心的原子结构示意图；(b)VB-色心的电子自旋能级结构；(c)不同磁场下VB-色心的ODMR信号；(d)不同磁场下VB-色心的Rabi振荡信号。

   该工作从实验和理论上揭示了VB-色心中存在显著的电子和最近邻14N核自旋相干耦合，以及多体11B核自旋环境导致的VB-色心自旋弛豫。该工作为将VB-相干操控自旋拓展至核自旋以及发展相关低维固态量子系统奠定了基础。

   中科院量子信息重点实验室博士后刘伟和德国马克斯-普朗克研究所ViktorIvády博士为该论文共同第一作者。中科院量子信息重点实验室李传锋教授、唐建顺教授、王轶韬特任副研究员和匈牙利魏格纳物理研究中心AdamGali教授为该论文共同通讯作者。该工作得到了科技部、国家自然科学基金、中国科学院和合肥国家实验室的支持。唐建顺感谢中科院青促会和之江实验室开放课题的支持。

新闻链接：

http://news.ustc.edu.cn/info/1048/80553.htm

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-33399-2

5

中国科大解析人源m6A甲基

化酶复合物冷冻电镜结构

   2022年9月27日，中国科学技术大学生命科学与医学部张凯铭团队与复旦大学生命科学学院麻锦彪团队和合作在Cell Research杂志在线发表了题为《Cryo-EM structures of human m6A writer complexes》的文章，该研究首先体外获得了MACOM和MAC复合物（图1b-c），然后通过冷冻电镜解析了两套分辨率在3.0 Å的人源m6A甲基化酶调控亚基复合物MACOM的核心区域原子水平结构（图1f-g），以及整体分辨率为4.4 Å的人源m6A甲基化酶MAC-MACOM复合物整体结构。研究团队结合蛋白质-蛋白质和蛋白质-RNA交联质谱以及pull-down等生化实验与结构分析，阐明了MACOM复合物结构核心区域的组成及结构细节，并提出了MAC-MACOM甲基化修饰RNA的合理模型。

图. MAC-MACOM的活性测试及MACOM复合物的整体结构

   该研究首次解析了m6A修饰过程中其重要调控作用的MACOM复合物的高分辨冷冻电镜结构和全酶复合物（MAC+MACOM）核心结构模型，并进一步提出了合理的m6A甲基化酶复合物修饰RNA底物的作用模型。由此为开发针对m6A修饰的抑制剂或药物提供了除MAC催化亚基复合物以外的新靶点的结构基础，以实现对RNA m6A修饰相关癌症等人类疾病的潜在治疗目的。

   复旦大学生命科学学院的苏世晨博士、中国科学技术大学生命科学与医学部的李珊珊副研究员以及复旦大学生命科学学院的博士生邓婷为本文共同第一作者，复旦大学生命科学学院和遗传工程国家重点实验室麻锦彪教授与中国科学技术大学生命科学与医学部张凯铭研究员为本文的共同通讯作者。中国科学技术大学细胞动力学重点实验室和冷冻电镜中心为数据收集与处理提供了支持，复旦大学生命科学学院和遗传工程国家重点实验室的电镜平台为样品初筛提供了支持。该项研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科大科研启动经费和中科院率先行动引才计划择优经费的资助。

新闻链接：

http://news.ustc.edu.cn/info/1048/80507.htm

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41422-022-00725-8

6

全自动月壤资源化利用实现高效地外燃

料和氧气供应

   可持续的燃料和氧气供应是人类在月球建立地外定居点的必要条件。近年来随着月球探测的快速进步，研究人员发现月球表面具有可观的二氧化碳和水储量，进一步证实了该设想的可行性。然而，目前缺乏有效的催化剂、复杂的催化剂合成工艺等因素使得电催化CO2转化似乎只能在地外空间以实验室规模进行，所得燃料和氧气产率太低，远远无法满足人类的需求。

   2021年，南京大学作为中国空间技术研究院牵头的联合团队组成单位之一，获得第一次发放的月球样品。针对以上目标，近日我校熊宇杰教授/龙冉教授等作为协作团队，与南京大学邹志刚院士/姚颖方教授团队紧密协作，发现“嫦娥五号”取回的月壤可以进行原位资源化利用（ISRU），作为电催化剂驱动地外燃料和氧气的生产。他们与我校江俊教授、罗毅教授和杨金龙院士合作，进一步展示了利用机器人实现从催化剂制备到地外燃料和氧气生产的全过程无人化操作。这种高效的地外燃料和氧气生产系统有望推动人类文明向地外定居点发展。这项研究由中国科学技术大学、南京大学、中国空间技术研究院合作完成，相关成果发表在国际学术期刊《国家科学评论》(National Science Review)上。

图. 电催化CO2转化系统中催化剂制备到地外燃料和氧气生产的全过程无人操作

   我校熊宇杰教授、江俊教授、龙冉教授与南京大学邹志刚教授、姚颖方教授为该论文的共同通讯作者。我校博士研究生钟元、刘敬祥特任副研究员与朱青特任副研究员为该论文共同第一作者。该项目得到了由中国空间技术研究院牵头的联合团队汪卫华院士和姚伟研究员的大力支持，得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委的资助。

新闻链接：

http://news.ustc.edu.cn/info/1048/80508.htm

论文链接：

https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwac200/6712344

信息来源：中国科大新闻网

本期编辑：刘雨嫣