科研进展--中国科学院广州分院

化学交换饱和转移（chemical exchange saturation transfer, CEST）磁共振成像能够无创探测体内低浓度代谢物和大分子信息，在肿瘤、脑卒中、神经退行性疾病等多类疾病评估中具有重要应用潜力。然而，三维CEST成像通常需要在多个饱和频率偏移下采集大量数据，扫描时间长、空间分辨率受限，严重制约了其临床推广应用。尤其在高分辨率成像条件下，如何兼顾扫描速度、图像质量和代谢信号定量精度，是当前磁共振CEST成像领域面临的重要挑战。近日，中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称“深圳先进院”）生物医学与健康工程研究所、医学成像科学与技术系统全国重点实验室吴垠研究员、王海峰研究员等，联合上海科技大学胡鹏教授团队，提出了一种面向5T磁共振系统的超快速高分辨率三维CEST MRI的快速采集新方法Wave-Co-CAIPI。该方法融合Wave-CAIPI波编码、中心向外k空间重排序和keyhole采样策略，可在保持CEST对比度的同时实现1mm各向同性高分辨率的超快速三维成像。研究成果以"Highly Accelerated 1-mm Isotropic 3D Chemical Exchange Saturation Transfer MRI Using Wave-Co-CAIPI at 5 Tesla"为题发表于生物医学工程领域的权威期刊IEEE Transactions on Biomedical Engineering上。该研究围绕三维化学交换饱和转移成像“高分辨率与长扫描时间难以兼顾”的核心瓶颈，构建了从序列设计、采样策略到图像重建的完整技术框架。研究表明，Wave-Co-CAIPI技术在超高场5T的高加速条件下仍能保持良好的结构细节，空间分辨率达1mm各向同性。通过多种图像质量分析表明，与传统2D-CAIPI相比，该方法在9倍加速时显著减轻图像模糊和混叠伪影，使酰胺质子加权和谷氨酸加权图像呈现更均匀、更符合预期的图像对比度。在健康志愿者实验中，白质和灰质区域的酰胺质子加权及谷氨酸加权信号测量具有较低的个体间变异，显示了该方法在超高场三维化学交换饱和转移成像中的稳定性和可重复性。三维 CEST 高分辨率成像实现图像质量、扫描速度双重跃升，有助于分辨大脑细微代谢变化。该方法同时具备良好的可复现性和跨设备泛化性，在落地临床诊疗方面具备广阔应用前景。深圳先进院生物医学与健康工程研究所、医学成像科学与技术系统全国重点实验室吴垠研究员、王海峰研究员，上海科技大学胡鹏教授为论文共同通讯作者，上海科技大学生物医学工程硕士生谢琢成为论文第一作者。该研究获得国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项，以及广东省、深圳市等省市科研项目支持。图1：文章上线截图图2：三维Wave-Co-CAIPI CEST成像序列图图3：基于三维Wave-Co-CAIPI技术的APTw和gluCEST图

2026-10-19

深圳先进院 | 告别病理薄片新型探针看清肿瘤组织三维全貌

传统的病理诊断，依赖于将肿瘤组织切成仅有几微米厚的薄片进行观察。这就像把一颗完整的洋葱一层层剥开，虽然能看到局部细节，却永远失去了它原本立体的、完整的结构。肿瘤内部复杂的“社会关系”——癌细胞如何与周围的基质、免疫细胞相互勾结或对抗——这些决定肿瘤恶性程度和治疗成败的关键信息，往往就在切片过程中被“腰斩”了。现有的三维成像技术，又普遍受困于组织内部的光散射、信号衰减，难以看透深处，且无法同时对多个关键靶标进行“合影”。如今，这一痛点有了全新的解决方案！近日，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、医学成像科学与技术系统全国重点实验室秦文健研究员联合国家高性能医疗器械创新中心、南京医科大学附属明基医院和南京工业大学研究团队针对上述痛点，构建光谱编码荧光等离激元免疫传感探针，实现了对毫米级临床肿瘤组织的无切片、多重荧光三维成像，在工程技术领域的权威期刊Chemical Engineering Journal发表研究成果"Plasmonic immunosensing enables spectrally coded fluorescence avatars to resolve depth-resolution challenges in three-dimensional molecular profiling of millimeter-scale biopsies"。该研究工作为临床活检样本实现无切片三维分子表型分析提供全新技术方案，有望破解传统病理仅能依靠薄切片、丢失肿瘤三维空间异质性信息的现实难题。这项技术的核心，是一枚神奇的“智能探针”。这枚探针以拥有“局域表面等离激元共振效应”的金纳米星为核心，就像一个自带“聚光灯”的信号放大器。它能将荧光信号增强1.6至2.1倍，让那些含量极低的“狡猾”肿瘤标志物也无处遁形。更重要的是，它不仅能精准识别目标，还极其“温和”——即使在高达200μg/mL的浓度下，细胞存活率依然保持在90%以上，生物安全性卓越。在二维层面的验证中，该探针已经展现出惊人的实力：精准狙击：能在乳腺癌临床切片上实现亚细胞级别的精确定位，不同荧光通道几乎没有串扰。火眼金睛：荧光信号的强弱与肿瘤标志物的表达丰度完美对应，能清晰区分不同乳腺癌亚型的分子差异，实现多靶标同步定量检测。真正的突破在于“三维”。研究团队将等离激元免疫探针与肉桂酸乙酯（ECi）组织透明化流程耦合，建立一套完整的厚组织三维成像工作流，无需制作物理切片，直接对整块毫米级乳腺癌活检组织开展多标志物三维分子轮廓测绘。经过免疫染色、梯度脱水、折射率匹配透明化处理后，组织保持原有病理形态，不会发生明显收缩、肿胀、结构崩解。依托该成套技术取得令人振奋的结果：看得更深：临床样本的有效成像深度最高可达 6-7毫米，足以完整覆盖一块典型的活检组织，可完整捕获组织块内部目标分子的三维空间分布信息。看得更清：在如此深的组织中，依然保留了亚细胞级别的成像精度，可以完整描绘出目标分子在组织内部的立体分布图谱。洞悉机制：研究发现，决定探针能否深入组织的关键，并非染料的颜色，而是组织本身的“体质”——血管丰富、结构疏松的组织，探针更容易渗透；而细胞排布致密、间质紧凑样本，探针渗透会受到扩散阻力限制。这一机制发现，为后续面向不同类型组织优化探针与染色方案提供重要参考。相较于光片显微镜、多光子显微镜等主流三维成像方案，这套新方法兼具了“多靶标同步标记”和“大体积组织深度成像”两大优势。可解析肿瘤内部浸润免疫细胞、肿瘤细胞、基质的原位空间互作关系，弥补传统二维切片丢失三维空间信息的短板。该技术搭建起一套具备临床转化潜力的无切片三维病理成像平台，能够实现肿瘤异质性的高精度三维分子表型解析，未来有望助力肿瘤精准病理分型、免疫微环境评估，为肿瘤预后判断与治疗方案选择提供全新技术工具。研究团队也表示，下一步将继续推进更大规模的样本验证，完善探针的一致性和标准化流程，向着真正的临床应用大步迈进。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、医学成像科学与技术系统全国重点实验室秦文健研究员，国家高性能医疗器械创新中心赫家烨研究员，南京医科大学附属明基医院施晓雷教授为论文共同通讯作者，南京工业大学刘佳副教授为论文第一作者。该研究获得国家重点研发青年科学家项目支持。图1：文章上线截图图2：多重免疫荧光探针在临床厚组织中三维显微成像示意图图3：多重免疫荧光探针在细胞及二维组织层面的应用情况图4：多重免疫荧光探针在临床厚组织中的应用情况

2026-10-19

华南植物园探索加快博罗红豆枝条高压繁殖时间取得成功

自2024年成功开展博罗红豆（Ormosiaboluoensis）枝条高压繁殖工作以来，广东象头山国家级自然保护区管理局继续联合中国科学院华南植物园等研究工作人员对这一国家重点保护植物的繁育开展了研究，摸索了不同季节进行高压繁殖的可能性，把以往需要9个月的繁育工作缩短到了3个月内，加快了其繁育时间，为采用多种方法进行这一濒危植物繁育提供了新的参考与指导。红豆属（Ormosia）属于豆科（Fabaceae），全球约有130种，分布于亚洲、澳洲、美洲和非洲的热带亚热带地区，呈特殊的亚洲——美洲间断分布形式，这一分布形式对于了解植物的起源和演化具有重要意义。我国约有红豆属植物37种，2021年我国将该属所有物种列为国家重点保护野生植物，其中小叶红豆（O. microphylla）为一级重点保护野生植物，其余为二级重点保护野生植物。广东省是红豆属植物主要分布区，有17种，其中博罗红豆（O. boluoensis）是广东省特有。博罗红豆是1995年发表的新物种，为常绿灌木至小乔木。博罗红豆与其他红豆属植物的区别是红豆属植物叶为羽状复叶，而只有博罗红豆和单叶红豆（O. simplicifolia）为单叶。博罗红豆与单叶红豆也有3个明显的区别：首先，叶不同。博罗红豆叶为厚革质，叶柄长，长椭圆形，而单叶红豆叶为革质，叶柄短，也为长椭圆形或披针形；第二，花色不同，博罗红豆花冠白色，单叶红豆花冠为玫瑰红色；第三，子房不同，博罗红豆的子房密被短毛而单叶红豆的子房则无毛。野外调查表明，博罗红豆只在广东象头山国家级自然保护区和广东龙门南昆山省级自然保护区有分布，海拔600-800m之间，但在广东龙门南昆山省级自然保护区的博罗红豆种群个体数量少，广东象头山国家级自然保护区是其主要分布区。然而野外调查表明，博罗红豆两个地种群数量不足1000株。博罗红豆繁育障碍在于其种子数量少和生长缓慢。其开花期与雨季重合，雨季阴雨天气影响传粉昆虫活动，如遇极端台风暴雨等也易影响花量，从而导致种子量减产；之后其种子生长期间极易受霉变和虫蛀，导致可健康成熟的种子数量少；成熟后的博罗红豆种子传播、扩散能力差，其坚硬厚实的种皮影响萌发，同时由于其幼苗生长缓慢，导致竞争力弱，使得博罗红豆自然更新速度慢，种群小。广东象头山国家级自然保护区管理局自2019年开展了博罗红豆长期监测研究，结果表明自2019年以来保护区内博罗红豆种子数量不及500粒，使它们处于濒危状态，而当前气候变化使得其受威胁程度增加。因此，保护区内博罗红豆种群通过自身种子繁育来维持种群长期稳定有较大困难，只有通过人工辅助繁育的方式，才能促进种群稳定和健康，以利于它们种群更新和复壮。为此，广东象头山国家级自然保护区长期联合多家科研机构开展博罗红豆以及其它濒危物种的繁育保护工作，取得了卓有成效的成绩。本项研究工作的参与人员，中国科学院华南植物园王峥峰研究员，作为广东省野生动植物保护协会植物保育专业委员会主任委员，介绍说博罗红豆高压繁殖的时间缩短，更有利于这一珍稀濒危植物的种群保护、恢复，为其进一步开发利用提供种质资源材料，以建立保护和利用的良性循环机制。图.博罗红豆枝条高压繁殖工作照。A-B）成功生根的高压繁殖枝条；C）剪下高压繁殖的枝条；D）对剪下的枝条伤口涂抹保护剂；E-F）剪下的成功生根的高压繁殖枝条；G）高压繁殖枝条生根近照；H-I）把高压繁殖的枝条埋入盆中。

2026-10-16

深圳先进院 | 揭示纳米二氧化硅经肺黏膜巨噬-NK轴实现体内记忆样NK细胞诱导及抗肿瘤免疫

近日，中国科学院深圳先进技术研究院医药所炎症与疫苗实验室李洋研究员团队在国际学术期刊Molecular Therapy上发表了题为" Inhaled nanosilica transforms the lung into a bioreactor that programs memory-like NK cells for cancer immunoprevention"的最新研究论文。该研究针对传统体外扩增细胞因子诱导的记忆样自然杀伤（CIML NK）细胞流程繁琐、造价高昂等临床转化瓶颈，提出了一种利用吸入式无定形纳米二氧化硅（nSiO₂）调控肺部“巨噬细胞-NK细胞轴”的全新策略（图1）。该策略实现了记忆样NK细胞在体内的原位高效诱导与重编程，建立了长效的癌症免疫预防、术后防复发保护及与免疫检查点抑制剂的协同治疗，为下一代无需体外细胞制造的细胞免疫治疗提供了全新的通用蓝图。深圳先进院袁枫助理研究员为论文第一作者，李洋研究员为论文通讯作者，深圳先进院为该论文第一完成单位。近日，中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称“深圳先进院”）医药所炎症与疫苗实验室李洋研究员团队在国际学术期刊Molecular Therapy上发表了题为" Inhaled nanosilica transforms the lung into a bioreactor that programs memory-like NK cells for cancer immunoprevention"的最新研究论文。该研究针对传统体外扩增细胞因子诱导的记忆样自然杀伤（CIML NK）细胞流程繁琐、造价高昂等临床转化瓶颈，提出了一种利用吸入式无定形纳米二氧化硅（nSiO₂）调控肺部“巨噬细胞-NK细胞轴”的全新策略（图1）。该策略实现了记忆样NK细胞在体内的原位高效诱导与重编程，建立了长效的癌症免疫预防、术后防复发保护及与免疫检查点抑制剂的协同治疗，为下一代无需体外细胞制造的细胞免疫治疗提供了全新的通用蓝图。深圳先进院袁枫助理研究员为论文第一作者，李洋研究员为论文通讯作者，深圳先进院为该论文第一完成单位。细胞因子诱导的记忆样NK细胞因具备强劲的增殖能力、长效持久性以及爆发式的继发性抗肿瘤毒性（如高表达IFN-γ），在肿瘤免疫治疗领域展现出显著优势。然而，现有的CIML NK细胞疗法高度依赖体外复杂的制造流程，需要提取患者自体的血液细胞，并在GMP级别的实验室中进行长时间的细胞因子刺激与扩增。这种“体外定制”生产模式不仅周期长、造价昂贵，且难以应用于广阔的肿瘤早期预防及术后防复发场景。针对上述难题，研究团队将研究视角转向具有独特解剖与免疫特征的器官——肺部。作为接收全身体循环血流的核心器官，肺部提供了源源不断接触循环NK细胞的微环境，同时其驻留的肺泡巨噬细胞具备高效的环境感知与细胞因子调控能力。历史上，长期吸入结晶型二氧化硅会导致严重的矽肺和肺纤维化，但在暴露早期，二氧化硅能够悖论性地增强肺部NK细胞的免疫监视功能。研究团队通过机制解析，选用具备良好生物降解性的无定形纳米二氧化硅，通过吸入给药，成功在小鼠模型中诱导了显著的抗黑色素瘤生长与抑瘤效应，大幅提升了小鼠的生存率。为了破解这一体内免疫响应回路，研究团队对吸入nSiO₂后的肺部微环境进行了系统解析。研究发现，肺泡巨噬细胞（AMs）是感知nSiO₂颗粒的核心哨兵，当AMs摄取nSiO₂后，会被触发产生由 IL-12、IL-15和IL-18 构成的精准细胞因子“三联脉冲”，这一信号组合成功将流经肺部的循环NK细胞重编程为具有经典CIML功能的记忆样NK细胞（配图2）。重编程后的NK细胞在早期经历增殖爆发，并在静息期后保持激活受体NKG2D持续高表达，再次遭遇肿瘤细胞刺激时则展现出爆发式的IFN-γ释放和强劲的肿瘤杀伤能力。体外重构实验和细胞耗竭实验进一步证实，消灭肺泡巨噬细胞或阻断IL-12/15/18细胞因子轴，将完全消除nSiO₂诱导的记忆样NK细胞重编程及其抗肿瘤保护效能，从而确立了从肺泡巨噬细胞产生IL-12/15/18到NK细胞这一核心免疫响应回路（配图3）。免疫响应回路能否高效激活，取决于吸入材料的理化特征。研究团队对多种纳米材料进行了结构-活性关系（SAR）研究，破解了激活该回路的材料代码。研究表明，聚苯乙烯和氧化铝纳米颗粒均无法激活该回路，表明AMs对材料的化学成分存在选择性识别。在二氧化硅家族中，无定形无规则纳米二氧化硅（I-nSiO₂）的重编程效能显著优于微米级二氧化硅或无定形球形纳米二氧化硅。研究发现，材料的比表面积（SSA）与NK细胞的二次肿瘤杀伤效能呈现显著的正相关性（R² = 0.6852, P = 0.0009），高比表面积能够最大化材料与细胞膜的接触，从而强化下游免疫信号的传导。为了推动该策略的临床转化，研究团队在多种临床相关模型中评估了该平台的疗效与安全性。在长效保护与术后防复发方面，短暂的吸入nSiO₂预处理能在小鼠体内建立长达至少60天的持久抑癌保护，并在肿瘤手术切除模型中成功延缓了术后肿瘤的局部复发，显著延长了生存期。在联合治疗方面，nSiO₂原位编程负责武装NK细胞的IFN-γ分泌能力，而抗PD-1抗体则进一步释放NK细胞的脱颗粒（CD107a）杀伤活性，两者联合展现出强大的非冗余协同抗癌效应。在安全性方面，与长期滞留肺部并导致纤维化的结晶型二氧化硅不同，本研究采用的无定形nSiO₂具有良好的生物降解性。体外模拟肺液实验和体内ICP-MS元素定量表明，吸入的无定形nSiO₂可在90天内从肺部近乎完全清除（配图4），降解为无毒的正硅酸（H₄SiO₄）并通过肾脏排泄，组织学分析证实全过程未引发任何肺部纤维化或肝、肾、脾等主要脏器的毒性反应（配图4）。本研究打破了传统“体外制造细胞再回输”的固化范式，系统揭示了通过吸入无定形纳米材料调控内源性“肺泡巨噬细胞-NK细胞轴”实现记忆样NK细胞原位重编程的免疫学机制。研究阐明了其细胞回路、细胞因子逻辑、材料理化决定因素及安全性特征，不仅为高危人群的癌症预防、术后辅助治疗及新型无需体外细胞培养的免疫药物开发开辟了全新路径，也为基于器官原位重编程的下一代细胞免疫治疗提供了重要的理论依据与技术平台。该研究得到了国家重点研发计划、广东省自然科学基金以及深圳市自然科学基金等项目的资助。图1. 吸入无定形纳米二氧化硅通过“肺泡巨噬细胞-NK细胞轴”原位重编程记忆样NK细胞，实现肿瘤免疫预防与协同治疗图2. 肺泡巨噬细胞作为感知nSiO₂的核心哨兵释放IL-12/15/18重编程信号。图3. 清除肺泡巨噬细胞完全消除nSiO₂驱动的NK细胞重编程及抗肿瘤保护效能。图4. 无定形nSiO₂平稳降解释放硅离子，在90天内从肺部完全清除，具有良好的安全性

2026-10-14

东莞材料所 | “晶”与“非晶”协同：氯氧化物固态电解质实现快速传输与稳定界面

近日，中国科学院东莞材料科学与技术研究所/松山湖材料实验室刘利峰研究员团队联合湖南大学马超教授及中国科学院物理研究所刘淼研究员团队合作开发出一种晶态–非晶异质结构氧氯化物固态电解质LiAl0.5Ga0.5Cl2.5O0.75（LAGCO）。该材料以无定形Li–M–Cl–O（M = Al、Ga）网络为主体，嵌入LiCl等纳米晶相，在25 ℃下实现了0.822 mS cm-1的离子电导率和2.612 GPa的杨氏模量。以LAGCO为固态电解质、NCM811为正极活性材料的全固态电池在0.5 C倍率下可循环1000次后保持86.02%的初始容量；同时，LAGCO体系降低了对昂贵稀有金属卤化物的依赖，其原料成本估算约为40.80美元 kg-1。研究表明，通过晶相与非晶相协同调控离子迁移、机械形变和界面稳定性，可为兼顾性能与成本的下一代固态电解质提供新的结构设计路径。相关成果以“A cost-effective crystalline-amorphous heterostructured oxyhalide electrolyte for high-performance all-solid-state lithium batteries”为题发表于领域内知名期刊《Energy Storage Materials》。全固态锂电池以固态电解质替代传统易燃液态电解质，被认为有望进一步改善电池安全性并拓展高比能电极的使用空间，但其实际性能受到离子输运、界面化学、固-固接触及制造成本等多因素制约。聚合物电解质通常面临室温离子传输与力学强度之间的冲突；氧化物体系往往需要较高温度烧结，并面临较大的晶界阻抗和固–固接触问题；硫化物具有较高离子电导率，但氧化稳定性和环境耐受性仍需进一步改善。相较之下，卤化物及氧卤化物电解质兼具较好的高电压正极适配性和机械可加工性，近年来受到广泛关注。从结构角度看，晶态氧卤化物通常具有较明确的骨架和结构稳定性，但可能受到各向异性离子通道及晶界阻抗限制；非晶氧卤化物则可提供更连续、各向同性的Li⁺传输网络和较好的可塑性，但其在长循环过程中仍可能发生结构松弛和界面接触劣化。针对这一“传输–力学–稳定性”协同难题，研究团队首先以LiCl、AlCl3和GaCl3为前驱体，通过高能机械球磨和热处理获得Li–Al–Ga–Cl中间体；随后引入Sb2O3作为氧源，经研磨并在惰性气氛下于250 ℃进行低温热处理，在SbCl3挥发后形成目标Li–Al–Ga–Cl–O固态电解质。成分筛选表明，组成为LiAl0.5Ga0.5Cl2.5O0.75的LAGCO表现出较优的综合性能：25 ℃离子电导率为0.822 mS cm-1、电子电导率为2.72×10-9 S cm⁻¹、离子迁移活化能为0.41 eV（图1）。其杨氏模量为2.612 GPa，低于LAGC前驱体（5.635 GPa）和商业Li3InCl6（LIC，5.745 GPa），展现出更好的机械顺应性；变压阻抗测试也表明，LAGCO在约45 MPa时阻抗趋于稳定，而LIC需至约100 MPa，进一步说明其更易建立稳定的固–固接触。图1. LAGCO晶态–非晶异质结构的合成路线、输运特性及成本–性能比较。多尺度结构表征进一步揭示了LAGCO的晶态–非晶异质特征（图2）。采用KBr内标的Rietveld定量分析表明，LAGCO中非晶相占78.9 wt.%，晶相占21.1 wt.%；其中晶相部分主要由LiCl（占晶相的93.5 wt.%）构成，并含少量LiAl0.5Ga0.5Cl4（LAGC，占晶相的6.5 wt.%）。HRTEM与HAADF-STEM元素分布证实纳米晶均匀分散于非晶基体中。XAS、MAS-NMR、XPS和TOF-SIMS进一步表明，引入氧后Al、Ga形成Cl/O混合配位的无序Li–M–Cl–O网络。综合来看，占主导的非晶相为 Li+提供连续、各向同性的迁移环境，并有利于减弱晶界传输瓶颈，分散的纳米晶相与非晶基体共同构成晶态–非晶异质结构，有助于兼顾离子传输与局部结构稳定性，从而形成离子传导与机械支撑相协同的异质结构。理论分析显示，非晶LAGCO的最大自由球直径Df约为4.0 Å，较晶态LiAlCl4（3.43 Å）或LiGaCl4（(3.46 Å）增大约18%，说明氧诱导的无序结构可拓宽Li+迁移通道，为较快的离子输运提供了结构基础。图2. LAGCO的相组成与局域配位表征在电池验证中，团队采用Li–In合金负极，并在负极侧引入Li5.3PS4.3ClBr0.7 (LPSCB)缓冲层，以LAGCO同时作为主体固态电解质和NCM811复合正极中的离子导体（图3）。在NCM811活性物质载量为8.91 mg cm-2时，电池在0.1 C下的初始放电比容量达到167.67 mAh g-1。0.5 C循环100次后，以LAGCO作为电解质的固态电池保持初始容量的98.56%，而LIC对照体系为90.87%。LAGCO电池（NCM811活性物质载量为5.35 mg cm-2）在25 ℃，0.5 C下循环1000次仍保持86.02%的容量，基于正极材料质量计算的能量密度为455.8 Wh kg-1。图3. LAGCO全固态电池的电化学性能表现动力学与界面表征进一步揭示了LAGCO体系的循环稳定机制（图4）。GITT、DRT及XRD结果表明，LAGCO可改善复合正极中的Li+传输与界面动力学，并减小NCM811充放电过程中的晶格变化。结合Raman和SEM观察到的电解质结构稳定性及较完整的固–固接触，表明LAGCO较好的机械顺应性有利于适应正极体积变化、维持界面接触和连续离子传输，从而支撑稳定循环。图4.LAGCO全固态电池的Li+输运动力学与界面稳定性研究该研究以晶态–非晶异质结构为核心，在氧氯化物电解质中协同调控Li+传输、机械顺应性和高镍正极界面稳定性。实验与模拟结果表明，占主导的非晶Li–M–Cl–O网络为Li+提供连续、较宽的迁移通道，并赋予材料适中的力学模量；分散的纳米晶相与非晶基体共同构成异质结构，有助于维持局部结构完整性。在此基础上，LAGCO全固态电池获得了良好的放电比容量与循环稳定性。结合40.80美元 kg-1的原料成本估算，该工作为兼顾离子输运、机械性能、界面稳定性与材料经济性的固态电解质设计提供了新的结构思路。该工作由松山湖材料实验室、中国科学院东莞材料科学与技术研究所、中国科学院物理研究所和湖南大学合作完成。松山湖材料实验室/湖南大学联培博士生曾金凤、中国科学院物理研究所博士后芦腾龙为论文共同第一作者，中国科学院东莞材料科学与技术研究所/松山湖材料实验室刘利峰研究员、松山湖材料实验室/中国科学院物理研究所刘淼研究员和湖南大学马超教授为论文通讯作者。研究工作得到科技部海外高层次人才引进计划、松山湖材料实验室启动经费以及松山湖材料实验室开放课题等项目支持。文章链接：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2026.105543来源：新能源材料研究部

2026-10-08

电极多维度原位动态测试推动固体聚合物水电解膜电极稳定化研究取得进展

固体聚合物水电解膜电极传统表征多依赖离位测试，现有方法难以捕捉电极在工作状态下的真实过程。针对该问题，中国科学院广州能源研究所先后开发了可视化电流分布成像、局域离子动态监测和扫描电化学显微镜-石英晶体微天平联用（SECM-QCM）等原位测试方法，利用搭建的电极“局域离子-质量-微区电化学-气泡可视化”多维度原位动态测试平台，为电解水膜电极的活性表达与失活机制研究提供了新的技术手段。固体聚合物水电解膜电极传统表征多依赖离位测试，现有方法难以捕捉电极在工作状态下的真实过程。针对该问题，中国科学院广州能源研究所先后开发了可视化电流分布成像、局域离子动态监测和扫描电化学显微镜-石英晶体微天平联用（SECM-QCM）等原位测试方法，利用搭建的电极“局域离子-质量-微区电化学-气泡可视化”多维度原位动态测试平台，为电解水膜电极的活性表达与失活机制研究提供了新的技术手段。研究将pH传感微电极介入SECM构建了电极界面局域离子动态测试平台，在实现原位工况下测试基础上获取离子的空间分布信息，为膜电极局域环境调控设计提供更丰富且真实的信息。科研团队开展了水裂解催化层调控OER阳极局域碱性环境研究，抑制OER过程中局部酸化对非贵金属催化剂的腐蚀问题，在纯水单槽测试中稳定运行1500小时以上。平台将SECM耦合QCM模块，实现了界面离子浓度变化与电极质量变化的同步采集，能够区分催化剂溶出、离聚物溶出与催化剂再沉积等不同过程。通过开展膜/催化层界面中间层的再沉积捕获作用研究，研究揭示具有高氧化还原电位的载体（如MnO2、PbO2）可有效捕获溶液中金属离子。该方法结合高效催化剂开发与膜电极稳定化修饰，实现了非贵金属AEM水电解器单槽电压＜1.8 V@2 A cm-2，并在60℃、1~2A/cm2下稳定运行超2400小时。上述研究得到中国科学院国际伙伴计划支持。近日，项目通过验收。验收专家一致认为，项目对固体聚合物膜电极稳定化机制进行了深入探索，验证器件性能优异，达到了项目预期目标。水裂解层阳极局域pH调控膜电极稳定化研究

2026-09-30

国家重点保护植物紫花红豆高压繁殖成功

广东罗浮山省级自然保护区管理处联合中国科学院华南植物园和广州林芳生态科技有限公司研究人员对国家重点保护植物紫花红豆（Ormosia purpureiflora）枝条高压繁殖取得了成功。红豆属（Ormosia）属于豆科（Fabaceae），全球约有130种，分布于亚洲、澳洲、美洲和非洲的热带亚热带地区，呈特殊的亚洲——美洲间断分布形式，这一分布形式对于了解植物的起源和演化具有重要意义。我国约有红豆属植物37种，2021年我国将该属所有物种列为国家重点保护野生植物。广东省是红豆属植物主要分布区，有17种，其中博罗红豆（O. boluoensis）、紫花红豆和锈枝红豆（O. ferruginea ）为广东省特有。紫花红豆是一种极危物种，目前仅在广东罗浮山省级自然保护区和广东龙门南昆山省级自然保护区内有发现，分布的地理位置在东经113°49′-114°2′，北纬23°15′-23°38′之间，经度跨度13′，纬度跨度23′，范围非常狭窄。紫花红豆分布的海拔高度在400-720 m之间，其中，最低海拔分布点在罗浮山保护区内，最高点在南昆山保护区内。紫花红豆在不同分布点呈间断的零星分布特征，各分布点紫花红豆植株数量差异较大，其在南昆山保护区内总株数约200株；而罗浮山保护区内的分布点位于不同的山体，个体数量从30到1000株不等，总数量约1944株。野外紫花红豆植株个体存在隔（几）年才开一次花的现象，因此，并非每年都有种子产生。在开花和结实期间，其花和果实易受病虫害侵扰，导致健康的种子数量较少。成熟后的紫花红豆种子传播、扩散能力差，坚硬厚实的种皮又不利于其萌发。加之其幼苗生长缓慢，也易受病虫害影响，竞争力弱，使得紫花红豆自然更新速度慢，种群小。除此，当前气候变化加剧了它们野外受威胁的程度，使它们处于濒危状态。因此，自然状态下，通过紫花红豆种子繁育来维持其种群长期稳定和健康发展很困难，只有通过人工辅助繁殖方式，才能促进种群个体数量扩大，以利于它们种群更新和复壮。中国科学院华南植物园王峥峰研究员，作为广东省野生动植物保护协会植物保育专业委员会主任委员，介绍说紫花红豆枝条高压繁殖成功为其扩繁提供了新方法，有利于这一珍稀濒危植物的种群保护、恢复和利用，建立保护和利用的良性循环机制。保护区管理处保护管理科科长林伟通表示，罗浮山保护区将依托该项研究成果，持续做实做细珍稀濒危植物保护工作，多举措保证它们的种群稳定，促进它们的数量提升。图1. 紫花红豆生殖生长期间受到的病虫害。A）花苞受到丝状物质侵害；C-D）果荚/种子受到啃食和感染图2. 紫花红豆枝条高压繁殖。A-B）准备高压繁殖基质；C）进行高压繁殖操作；D-F）高压繁殖枝条生根；G-I）剪下高压繁殖枝条；J）高压繁殖枝条种植在育苗器中

2026-09-30

东莞材料所 | 感算一体范德华异质结实现图像预处理与动态识别

范德华材料及其异质结构具有强大的栅极可调性，可在可编程光电探测器中实现多级和极性可切换的光响应态，从而支持传感器内编码与计算。然而，目前的栅极可编程光电探测器通常依赖于陷阱介导机制，其中电荷捕获与释放会导致非线性的权重调制以及缓慢的瞬态响应。因此，在保持快速光响应的同时实现光响应权重的线性调制仍是一个挑战。近日，中国科学院东莞材料科学与技术研究所/松山湖材料实验室林生晃研究员与湘潭大学郝国林教授、中山大学沐浩然副教授等人提出了一种由栅极调制界面内建电场主导的Te/MoTe2可重构光电探测器。在零漏极偏置下，短路光电流可从负值连续调节至正值，从而在Vgs从−44至−14 V的范围内实现线性双极性响应度调制，决定系数（R²）为0.99，并包含31个实验上可区分的双极性光响应态。在栅极编程的极性切换过程中，器件仍保持3 µs的快速瞬态响应。3×3器件阵列进一步展现出响应度调制和响应速度的像素间可重复性，可支持基于卷积核的图像处理与事件驱动运动识别。本工作提出了一种内建电场主导的栅极编程策略，可用于面向传感内计算的低功耗、快速且线性可重构光电器件。图1. 陷阱介导光调控与栅电场调制界面的可重构光电响应示意图为突破传统陷阱介导光调控在非线性与慢响应上的限制，图1首先对比了陷阱介导机制与栅电场调制界面机制，提出以Te/MoTe2异质结界面内建电场为核心的可重构策略。该图进一步展示，栅压编程可实现正/负光电流切换、微秒级瞬态响应，并利用线性可编程权重完成图像处理与运动识别，为后续实验勾勒出总体技术路线。图2. Te/MoTe2异质结可重构光电探测器的结构与电学表征基于上述设计，研究人员首先通过3×3阵列光学照片、Raman、AFM和TEM确认Te与MoTe₂形成了洁净、高质量的垂直范德华异质结，厚度分别约26和54 nm。随后电学测试表明，Te为高迁移率p型半导体（618 cm2 V-1 s-1），MoTe2呈双极性，异质结具有明显栅调制能力和约5×102整流比，从而为可重构光响应提供了材料与器件基础。图3. Te/MoTe2栅控双向自供电光响应在高质量异质结基础上，研究人员在638 nm光照和零漏偏压下考察其栅控光响应，发现短路光电流随栅压跨过约−27 V发生极性反转，并在−44至−14 V范围内实现R²=0.99的线性双极性响应度调制，包含31个实验可区分态。与此同时，3×3阵列统计验证了像素间可重复性，正、负光响应时间分别约5和3 µs，−3 dB带宽约82.1和85 kHz，说明器件在保持快速响应的同时可完成极性切换。图4. Te/MoTe2的自供电光电性能在确认可重构光响应后，进一步评估其作为光电探测器的性能，发现器件暗电流低至8.63×10-14 A，最大光电流达1.02 µA，0和1.5 V偏压下最大响应度分别为33.9和235.2 mA/W。更重要的是，器件同时具备109 dB线性动态范围、约1.01×106光开关比、5.42×1010 Jones比探测率和6.42×10-14 W Hz-1/2 NEP，并在长期循环测试中保持约7%的波动，展现出高灵敏与稳定工作能力。图5 Te/MoTe2双极性可重构器件的响应机制为阐明上述双极性光响应的来源，结合KPFM与光电流映射发现，Te表面电势较MoTe2高约93.2 mV，接触后形成由n型MoTe2指向p型Te的内建电场，驱动光生载流子分离并产生正短路光电流。施加−60 V栅压后，MoTe2费米能级移动使异质结由p-n转为p-p，界面电场反向，暗态输出与光电流映射共同证实极性反转；变栅压KPFM进一步显示两者仍保留费米能级差（由27.2 mV降至11.25 mV），足以维持反向内建电场。低频噪声中未出现明显随机电报噪声，表明正、负光电流态均源于界面内建电场驱动的载流子分离，而非缓慢的陷阱充放电过程。图6 Te/MoTe2双极性可重构器件用于传感器内图像处理的模拟得益于上述线性可编程权重与快速双极性响应，构建3×3卷积核并实验实现边缘检测、浮雕和锐化，结果与软件仿真一致。随后，利用正/负权重矩阵进行视频帧差处理，抑制静态背景并提取动态像素，在六类人体动作识别中少于3个训练周期即达100%准确率，80%高斯噪声下仍保持80.7%的识别精度，最终展示了该器件在传感内计算中的应用潜力。本研究通过在Te/MoTe2范德华异质结中引入栅极调控的界面内建电场，突破了传统陷阱介导机制在非线性与慢响应方面的限制，实现了R²=0.99的线性双极性响应度调制、约3 μs的快速极性切换以及31个可区分编程态。基于此，在3×3阵列上验证了像素级一致的可重构光响应，并成功演示了卷积核图像预处理与事件驱动运动识别。该工作为低功耗、快速、线性可重构的传感内计算光电器件提供了一种界面场工程策略。本文中，张世伟和何建贤为论文共同第一作者；中国科学院东莞材料科学与技术研究所/松山湖材料实验室林生晃研究员与湘潭大学郝国林教授、中山大学沐浩然为论文共同通讯作者。该工作得到了松山湖材料实验室开放研究基金（2023SLABFK08）、国家自然科学基金（62574140、12674098）、广东省基础与应用基础研究基金（2026A1515011650、2024A1515010350）等项目的重点支持。文献链接：https://www.doi.org/10.1002/lpor.71930来源：电子信息材料与器件研究部

2026-09-30

东莞材料所 | 纳米塑料扰动细胞膜引发混合物“旁观者摄取效应”

随着全球塑料产量的激增，环境中微/纳米塑料的分布已成为备受关注的环境科学问题。纳米塑料（<100 nm）可通过食物链等途径进入生物体，其与生物屏障的界面相互作用机制是环境毒理学研究的重要方向。然而，在复杂的生物基质中，生物大分子聚集体容易被误判为纳米塑料，从而影响生物累积与毒性评估的准确性。为了排除复杂生物基质与细胞内信号网络的干扰，探究纳米塑料在最基本的生物界面——细胞膜上的本征物理相互作用显得尤为迫切。近日，中国科学院东莞材料科学与技术研究所/松山湖材料实验室元冰、晏洋团队联合华南师范大学刘鸿教授、浙江师范大学杨恺教授，在环境毒理与膜生物物理交叉领域取得新进展。研究团队采用“自下而上”的严谨策略，将人工模型细胞膜（支撑脂双层 SLBs 和巨型单层囊泡 GUVs）的介观热力学表征与活细胞动力学实验相结合，系统揭示了 25 nm 聚苯乙烯纳米塑料（PS25）通过物理膜扰动驱动大分子“旁观者摄取效应（Bystander Uptake）”的作用机制。相关研究成果以“Polystyrene Nanoplastics Perturb Cell Membranes and Induce Bystander Uptake of Diverse Cargos”为题发表于环境科学领域权威期刊《Journal of Hazardous Materials》上。PS25通过物理膜扰动驱动“旁观者摄取”效应的示意图。研究发现，相较于较大尺寸的 PS50 颗粒，PS25 表现出更高的细胞内化效率，并能更显著地引发线粒体去极化、细胞凋亡及迁移抑制。模型膜实验进一步揭示了其微观物理基础：尽管存在静电排斥，PS25 仍能高密度地物理吸附于脂质膜表面。在带负电的 SLB 体系中，PS25 的吸附产生了“物理钉扎”效应，使可移动脂质比例从 96.9% 降至 67.2%，限制了膜的侧向流动性；在 GUV 体系中，这种不对称的物理插入诱发了宏观的膜拓扑形变，导致囊泡出芽/管状化比例从 18% 增至 85%，且未引起细胞膜的急性穿孔渗漏。基于上述膜物理重塑现象，研究团队进一步探究了其对共存惰性粒子的“旁观者摄取”效应。活细胞成像与流式细胞术结果表明，PS25 施加的局部曲率应力与脂质堆积状态的改变，促使细胞启动了高度依赖胆固醇的巨胞饮与脂筏内吞通道。在这一大尺度流体动力学过程中，PS25 能够像“入胞促进剂”一样，将通常不易穿透细胞膜的多种物质（包括金属纳米颗粒、牛血清白蛋白、多肽及脂质纳米颗粒等）的内化效率协同提升 2 至 6 倍。这一发现表明，纳米塑料在环境中可以扮演共存污染物的“进入促进剂”角色，这为在真实环境中建立包含“鸡尾酒效应”（Cocktail effects）的复合污染物风险评估模型提供了物理化学理论依据。本项关于纳米塑料纯物理扰动验证的工作，是该研究团队长期围绕“软物质生物界面的曲率重塑调控纳米物质细胞内化”主题所开展的系列研究之一。自 2019 年大分子跨膜的“旁观者摄取效应”被发现和定义（Nat. Commun. 2019, 10, 3646）以来，团队已相继揭示了功能化纳米粒子诱导的跨尺度信号耦合（Nanoscale 2021, 13, 9626），双向功能化体系的效率增强（J. Phys. Chem. Lett. 2026, 17, 5503），以及形状熵介导的动力学路径选择机制（ACS Nano 2026, 20, 533）。本工作进一步证实了，即使剥离物质的生化靶向特异性，单纯依靠非生物活性高分子的物理力学重塑，亦足以触发大规模的旁观者摄取效应。该系列研究将底层物理化学机制与细胞代谢表型相统一，为全面评估复杂环境污染物的复合暴露风险提供了机制学参考。文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389426022831来源：生物医用材料研究部

2026-09-15

东莞材料所 | 成功研制基于纳米晶合金的20kW新能源汽车无线充电器，效率高达98.51%

近日，国际权威学术期刊《Nature Communications》在线发表了由中国科学院东莞材料科学与技术研究所与香港城市大学、剑桥大学、中国科学院物理研究所等单位合作完成的最新研究成果。研究团队基于前期开发的高性能Fe基纳米晶合金材料及后处理工艺基础，通过应力退火精准调控磁各向异性，成功研制出20kW级高性能电动汽车无线充电系统，AC-AC效率高达98.51%，体积功率密度达9.55 kW/L，为自动驾驶时代的自动化充电提供了全新的材料解决方案。未来基于中国科学院东莞材料所自研的高性能JSN系列纳米晶带材，后续有望持续优化充电性能，进一步推高充电效率。随着电动汽车向高阶智能化和完全自动驾驶方向加速演进，车辆正从单纯的交通工具转变为能够自主决策与服务的移动智能空间。大规模商用部署自动驾驶汽车的关键前提之一，是实现完全自动化的充电解决方案，即车辆能够自主完成停车、对准、充电的全过程，无需人工干预。感应式无线充电（Inductive Power Transfer, IPT）被认为是实现自动化充电的理想技术路线。然而，当前主流的铁氧体磁芯方案面临着效率、功率密度和热稳定性的“不可能三角”：铁氧体材料饱和磁密较小，为了保证安全必须设计得较为厚重，导致功率密度受限；同时，铁氧体在高频高磁密条件下损耗较大，并且热稳定性较差，长时间高功率运行容易过热，必须降额使用。如何在保证高效率的同时大幅提升功率密度和热稳定性，成为无线充电技术走向大规模应用的核心瓶颈。研究团队通过系统的电磁仿真与实验验证发现，对于无线充电系统而言，过高的磁导率反而会导致磁通分布不均、局部磁通密度过高，不仅无法提升整体磁耦合效率，还会增加损耗和漏磁风险。研究团队通过磁路优化，设计出高架桥磁芯结构，并且通过在退火过程中沿纳米晶薄带方向施加可控的拉伸应力，通过应力-热双场耦合作用诱导产生单轴磁各向异性将磁导率调控至合适区间。在85 kHz、0.2 T条件下远优于传统铁氧体材料。更重要的是，该材料展现出优异的热稳定性：在25°C至100°C宽温范围内，损耗密度变化率低于20%，完全满足车载无线充电的长期高温运行需求。图1. 基于纳米晶合金的电动汽车全自动无线充电系统整体架构最终制成的磁芯条尺寸为440 mm × 330 mm × 4 mm，厚度仅为传统铁氧体方案的一半，却能承载更高的功率密度。基于优化后的应力退火纳米晶材料，研制了完整的20kW无线充电系统。实测结果表明：在约20 kW输出功率下，系统AC-AC效率达到98.51%，且在整个功率范围内（1~20 kW）耦合器效率曲线保持几乎完全水平，展现出优异的宽负载适应性。与已报道的同类研究相比，该系统在仅4 mm厚的磁芯层上实现了20 kW功率传输，体积功率密度达9.55 kW/L（含线圈、磁芯及补偿网络），同时保持98.51%的高效率，综合性能处于国际领先水平。损耗分析表明，纳米晶磁芯的磁损耗仅为156.53 W，相比传统铁氧体方案降低了63%，为系统的高功率密度和高热稳定性奠定了材料基础。该研究提出的"材料-系统协同设计"理念，突破了传统无线充电系统中材料与电气设计相互脱节的瓶颈。基于高性能纳米晶合金的超薄、高效、高可靠无线充电系统，不仅可应用于自动驾驶电动汽车的全自动泊车充电，还可拓展至轨道交通、工业AGV机器人、低空飞行器等多个领域，为电动化与智能化融合发展提供关键材料支撑。中国科学院东莞材料所非晶材料研究部将持续推进该技术的产业化落地，推动高性能软磁材料在新能源领域的规模化应用。图2. 20kW无线充电系统实物与性能对比相关成果以“Inductive Charging Systems Empowered by Stress-annealed Nanocrystalline Alloys with High Induced Magnetic Anisotropy”为题发表于《Nature Communications》。王一博（香港城市大学博士，洛桑联邦理工大学博士后）、李雪松（中国科学院东莞材料所副研究员）、周靖（中国科学院东莞材料副研究员）为论文共同第一作者，白海洋（中国科学院物理研究所研究员）、江朝强（香港城市大学副教授）、龙腾（剑桥大学教授）为共同通讯作者。该工作由中国科学院东莞材料科学与技术研究所联合香港城市大学、剑桥大学、中国科学院物理研究所等单位合作完成，并得到国家重点研发计划、香港研究资助局项目和国家自然科学基金重大项目的项目支持。文章链接：https://www.doi.org/10.1038/s41467-026-78003-z来源：非晶材料研究部

2026-09-29