National University of Singapore(NUS)nutritionists have found that 5-Hydroxytryptophan(5-HTP)supplementation can improve sleep quality in Singaporean older adults,particularly in individuals with poor sleep patterns,and manage their gut microbiome composition.Ensuring good sleep quality is an integral part of achieving good health.However,a mental health study published in 2022 reported that close to 17 per cent of older adults aged 65 and above in Singapore are suffering from poor sleep quality,which has been linked to worse health outcomes,such as agreater risk of chronic diseases and cognitive impairment.There is growing evidence on the association between gut microbiota composition and sleep quality.Additionally,there are pharmaceutical sleep aids available to help poor sleepers achieve agood night’s sleep.However,such aids may induce adverse side effects,including digestive problems and headaches.Dietary supplements,such as anaturally occurring amino acid,5-HTP,are available,but its efficacy on sleep quality in older adults is unclear.Through a12-week clinical trial on 30 older adults,aged 65 and over,NUS researchers set out to evaluate the impact of 5-HTP supplementation on sleep quality and gut microbiota composition on older adults.The research team was led by Assistant Professor Kim Jung Eun from the Department of Food Science and Technology(NUS FST)under the NUS Faculty of Science,and the study was conducted in collaboration with Adjunct Associate Professor Johnson Fam from the Department of Psychological Medicine at the NUS Yong Loo Lin School of Medicine.Based on the results of the clinical trial,the NUS team discovered that supplementation of 5-HTP can improve sleep quality in Singaporean older adults and this improvement was predominantly observed in poor sleepers which could be linked to the modulation of their gut microbiome composition.The team’s findings were published in the journal Clinical Nutrition on 17 January 2024. 查看详细>>

本工作利用表面原生氧化层缺陷锚定策略将Ni单原子锚定在泡沫钛表面，制备了具有孤立非对称性Ni–O–Ti位点的Ni单原子整体钛电极，彻底规避了桥连对称性Ni–O–Ni位点的形成。其中，强亲氧Ti位点与尿素C=O基团作用，以氧端构型吸附尿素，增加了尿素分子C?N键的共振电子云密度，从而避免C?N键过早断裂，促进分子内N–N偶联选择性生成N2。在1.40 VRHE电位下，实现了99%的N2选择性和22.0 mL h–1阴极产氢速率。进一步以商业太阳能单晶硅为电源，构建了可再生能源驱动的高效电解尿液制氢原型装置。本研究实现了尿素的选择性氧化，并阐明了尿素选择性氧化机制，为电解富尿素污水制氢技术奠定了理论基础。球差校正透射电镜和同步辐射证明，Ni以单原子形式分散在泡沫钛表面，通过O桥键与次外层的Ti原子配位，形成孤立的非对称性Ni–O–Ti位点，规避了对称桥连的Ni–O–Ni位点。非对称性Ni–O–Ti位点在1.30 VRHE电位下即可实现10 mA cm–2尿素氧化电流密度。更重要的是，该电极尿素氧化的N2选择性高达99%，几乎不产生氰酸盐和（亚）硝酸盐有害产物，在长达10天的运行过程中始终保持出色的尿素氧化活性和N2选择性。含15N同位素的尿素氧化实验表明，生成的N2来自单个尿素分子内的N–N偶联。原位电化学拉曼光谱和傅里叶变换红外光谱证明，与传统的氮端尿素吸附构型不同，非对称Ni–O–Ti中的强亲氧Ti位点以氧端构型吸附尿素、向尿素分子的C?N键注入电子，导致C?N键红外振动蓝移，从而强化、稳定了C?N键，提高了尿素氧化至N2的选择性。DFT模拟验证了尿素分子以氧端构型吸附在Ni–O–Ti位点，并进一步定量化了不同构型尿素分子C?N键的共振电子云密度和键强；尿素氧化吉布斯自由能计算发现，氧端吸附构型的尿素倾向于发生分子内N–N偶联形成N2，而氮端吸附构型的尿素倾向于发生C?N键断裂，最终形成氰酸盐和（亚）硝酸盐，阐明了吸附构型依赖的尿素选择性氧化机制。基于非对称Ni–O–Ti位点尿素选择性氧化，该团队构建了太阳能驱动的电解尿液耦合阴极制氢原型装置。该装置将制氢的太阳能理论能量利用率提升到9.6%，具有良好的尿液脱氮效率和稳定的制氢活性，为实际尿液处理和资源化提供了一种有前景的方案。 查看详细>>

Unlike traditional printed circuit boards,which are flat,3D circuitry enables components to be stacked and integrated vertically—dramatically reducing the footprint required for devices.Advancing the frontiers of 3D printed circuits,a team of researchers from the National University of Singapore(NUS)has developed astate-of-the-art technique-known as tension-driven CHARM3D-to fabricate three-dimensional(3D),self-healing electronic circuits.This new technique enables the 3D printing of free-standing metallic structures without requiring support materials and external pressure.The research team led by Associate Professor Benjamin Tee from the Department of Materials Science and Engineering in the NUS College of Design and Engineering used Field’s metal to demonstrate how CHARM3D can fabricate awide range of electronics,allowing for more compact designs in devices such as wearable sensors,wireless communication systems and electromagnetic metamaterials.In healthcare,for instance,CHARM3D facilitates the development of contactless vital sign monitoring devices—enhancing patient comfort while enabling continuous monitoring.In signal sensing,it optimises the performance of 3D antennas,leading to improved communication systems,more accurate medical imaging and robust security applications.The team’s findings were published in the journal Nature Electronics on 25 July 2024.Assoc Prof Tee is the corresponding author of the research paper. 查看详细>>

近日，中国科学院近代物理研究所的科研人员与来自法国、芬兰、南非和英国等国家的合作者首次成功测量了β缓发质子核镧-120的激发态结构，在质子滴线原子核的质子中子相互作用和形状演化的研究中取得重要进展，相关成果于近期发表在Physics Letters B上。理论预言，当位于中重质量区的原子核靠近N="Z线时，质子-中子相互作用会增强，并对激发态的结构产生重要影响。同时，原子核可能伴随形状的演化，呈现出“橄榄球”（长椭球），甚至是稀有的“南瓜形”（扁椭球）、“梨形”（八极形变）和“猕猴桃形”（三轴形变）。因此，通过实验测量奇特核的激发态性质对于检验相关理论模型至关重要。为了探索极端丰质子镧原子核的结构演化及其背后的物理机制，近代物理所和法国巴黎萨克雷大学的研究人员主导开展了寻找镧-120激发态的实验。镧-120是一种稀有的β缓发质子核，于1984年首次发现。由于熔合蒸发反应生成镧-120的截面极小，反应产物十分复杂，因此分离及鉴别镧-120极其困难。在过去的40年中，实验物理学家一直未能成功测量到镧-120的激发态。研究团队利用芬兰于韦斯屈莱大学重离子加速器上的质量分析谱仪和伽马探测器阵列，结合多种时间空间关联测量技术，首次在实验上建立了镧-120的激发态能级结构，发现镧-120的奇偶能级劈裂符合系统性，但是它的电磁跃迁比显著不同。结合理论模型，研究团队发现镧-120展现出一种稀有的三轴形变，并且质子-中子相互作用在描述质子滴线奇奇核的结构中扮演着重要角色。该研究得到了国家自然科学基金、中法科研伙伴交流计划项目和中国科学院未来伙伴网络专项的支持。 查看详细>>

A team of astrophysicists led by Caltech has managed for the first time to simulate the journey of primordial gas dating from the early universe to the stage at which it becomes swept up in adisk of material fueling asingle supermassive black hole.The new computer simulation upends ideas about such disks that astronomers have held since the 1970s and paves the way for new discoveries about how black holes and galaxies grow and evolve."Our new simulation marks the culmination of several years of work from two large collaborations started here at Caltech,"says Phil Hopkins,the Ira S.Bowen Professor of Theoretical Astrophysics.The first collaboration,nicknamed FIRE(Feedback in Realistic Environments),has focused on the larger scales in the universe,studying questions such as how galaxies form and what happens when galaxies collide.The other,dubbed STARFORGE,was designed to examine much smaller scales,including how stars form in individual clouds of gas."But there was this big gap between the two,"Hopkins explains."Now,for the first time,we have bridged that gap."To do that,the researchers had to build asimulation with aresolution that is more than 1,000 times greater than the previous best in the field.To the team‘s surprise,as reported in The Open Journal of Astrophysics,the simulation revealed that magnetic fields play amuch larger role than previously believed in forming and shaping the huge disks of material that swirl around and feed the supermassive black holes."Our theories told us the disks should be flat like crepes,"Hopkins says."But we knew this wasn‘t right because astronomical observations reveal that the disks are actually fluffy—more like an angel cake.Our simulation helped us understand that magnetic fields are propping up the disk material,making it fluffier." 查看详细>>

If there’s one thing we humans are good at,it’s producing heat.Significant amounts,and in many cases most of the energy we generate and put into our systems we lose as heat,whether it be our appliances,our transportation,our factories,even our electrical grid.“Waste heat is everywhere,”said UC Santa Barbara mechanical engineering professor Bolin Liao,who specializes in thermal science and renewable energy.“Our power plants,our car exhaust pipes—there are so many places where we create excess heat waste.”For the moment,we’re fairly limited as to how we can make the most out of this dissipating heat.But Liao and UCSB colleagues,alongside collaborators from Ohio State University and University of Hong Kong are making headway toward putting that heat to use,with afirst-time comprehensive characterization of the thermoelectric properties of high-quality cadmium arsenide thin films.“If we could harvest that waste heat then that would be fantastic,”he said.“That would really increase our energy efficiency and it’s also areally sustainable energy source.”The team’s research is published in the journal Advanced Materials.A better thermoelectric material“To obtain high efficiency,we need the material to conduct electricity well,conduct heat poorly and generate ahigh voltage for agiven temperature difference,”Liao said.Poor heat conduction minimizes heat dissipation while maintaining atemperature difference across the material,resulting in an electric current enhanced by the material’s high-performing electric conductivity.The voltage resulting from atemperature gradient is known as the Seebeck effect.This combination of electrical and thermal transport properties is ideal but,according to Liao,“very hard to achieve in practice.”Enter cadmium arsenide(Cd3As2),a Dirac semimetal with promising transport properties,in particular,a low thermal conductivity and high electron mobility.“We were pretty excited about this material,and we thought‘okay,this is really acombination of these two great properties,”Liao said.“But there is only one problem.“This problem was that in addition to good electric conduction and poor thermal conduction,you also need this material to be able to generate enough voltage under atemperature gradient.”As asemimetal,cadmium arsenide is excellent at conducting electricity very rapidly,but it only generates avery small Seebeck voltage.To create auseful voltage,Liao explained,one would need to open up aband gap.“You want this material to have acertain energy range where the electrons cannot conduct.That’s called aband gap,”he said.Because of the gap,which essentially blocks the free flow of electrons,enough electrical“pressure”(a.k.a.voltage)can build up as aresponse to atemperature difference across the material.In bulk cadmium arsenide crystals,there is no band gap. 查看详细>>

近日，上海交通大学电子信息与电气工程学院感知科学与工程学院黄震宇团队在基于变换声学的降噪且通流应用方向取得重要进展，相关成果以“Meta-barriers for ventilated sound reduction via transformation acoustics”（通过变换声学实现通风隔音的超屏障）为题，以上海交通大学电子信息与电气工程学院为第一单位发表在International Journal of Mechanical Sciences上。研究背景大型动力装备的噪声控制不仅需要采用各种措施来降低声音，还需要确保噪声控制措施的实施对装备通流散热的影响尽可能小。在保持介质有效流动的同时阻断声波的传播是一个违反直觉的物理过程。根据经典波动力学，介质充当声波传播的载体，阻断声波会限制介质流动，从而影响通流散热性能。作为一个具体实用性的研究课题，学者们在解决降噪与通流散热之间的矛盾方面付出了巨大的努力。然而，现有的方案无法兼顾低频宽带声波抑制与高通量介质流动，无法满足大型动力装备的噪声控制需求。创新成果针对以上问题，黄震宇团队提出了一种基于变换声学的超屏障（Meta-barrier），用于实现低频宽带降噪，同时保持高通量介质流动。所提出的超屏障由内部空气核心和由具有高阻尼耗散的双负声学超材料制成的涂层组成。与传统屏障不同，超屏障具有远超过其实际尺寸的散射截面，使其能够在增强的阻挡效应之外提供相干干涉效应。而相干干涉效应则可直接降低由开孔辐射的声波辐射效率。此外，涂层中固有的材料阻尼在宽频范围内对超屏障的降噪性能具有积极影响。论文详细推导了超屏障的构成参数，并给出了超屏障与开孔之间的多重散射现象的理论描述。基于有限元数值模型，演示了在大放置距离和宽入射角的情况下超屏障的稳健降噪性能。制备的元屏障样件，具备75%的风速比，可以在500–1000Hz的频率范围内实现卓越的透射声衰减。这项工作对基于变换声学的无源声学装置的设计和开发具有极大的启发和推动作用。变换声学的基本原理是通过数学变换，通常为坐标变换，来设计声学材料或结构，从而实现对声波传播的控制。变换声学是一个跨学科的研究领域，它结合了数学、物理和工程学的知识，为声波的控制和应用提供了新的可能性。随着声学超材料技术的发展，变换声学有望在未来的声学研究和应用中发挥更大的作用。这项工作可视为基于变换声学的超屏障实现低频宽带降噪和高效通流应用的前奏。后续研究工作包括使用更多的单元组成层来构建双负声学超材料涂层以接近连续梯度阻抗，制造三维超屏障并在真实房间尺度进行试验验证，平面结构形式设计的超屏障以减少空间占用，并寻求更容易生产和更具成本效益的制造超屏障的技术以促进其实际应用。 查看详细>>

近日，南方科技大学研究教授刘铮与中山大学肿瘤防治中心曾木圣教授、中山大学孙逸仙纪念医院孔祥炜博士在Cell子刊Cell Reports Medicine上发表题为“Potent human monoclonal antibodies targeting Epstein-Barr virus gp42 reveal vulnerable sites for virus infection”的研究成果。该研究为EB病毒（Epstein-Barr virus）的中和性抗体与疫苗研发奠定了重要基础。EB病毒感染全球超过90%的成年人，其感染与多种疾病包括多发性硬化症、鼻咽癌和B细胞恶性肿瘤有关，是全球重大的健康问题之一。尽管EB病毒具有广泛影响和显著的临床意义，但目前尚无针对EB病毒的疫苗或靶向治疗方法。学界对EB病毒感染和持久性的复杂机制理解仍然有限。EB病毒表面糖蛋白42（gp42）对病毒入侵宿主B细胞至关重要。然而，gp42与宿主细胞相互作用的分子机制尚未完全了解。该项研究使用全人源抗体噬菌体展示库，成功分离并鉴定出两株针对gp42的抗体2C1和2B7，填补了国际上尚未分离出针对EB病毒gp42的全人源单克隆抗体的研究空白。该研究通过体外与体内功能实验验证了这两株抗体的中和能力，结合结构分析展示两个抗体结合于gp42上的不同表位，提出了抗gp42抗体能够阻碍病毒融合过程的中和机制，并首次发现gp42抗体在上皮细胞上的中和作用，为未来基于gp42的EB病毒疫苗设计提供了重要参考。此外，研究证明抗体2C1可有效预防EB病毒感染人源化小鼠，为开发基于抗体的预防或治疗EB病毒感染的策略提供了新方向。本研究的结构解析工作由南方科技大学冷冻电镜中心刘铮课题组主导，采用单颗粒技术对gH/gL/gp42-2C1、gH/gL/gp42-2B7复合物进行结构解析，从分子层面明确了抗体的中和表位。通过分析抗体2C1与gp42结合的复合物结构，显示2C1与gp42结合的位点不同于gp42与受体分子HLA-II结合的位点，这一结构信息为抗体中和机制提供了实验数据支持，为基于gp42的EB病毒疫苗设计提供了重要的结构基础。 查看详细>>

近日，上海交通大学机械与动力工程学院核科学与工程学院王亚飞副教授在Cell子刊Matter上发表了“Nobility vs.mobility:Insights into molten salt corrosion mechanisms of high-entropy alloys via high-throughput experiments and machine learning”研究论文，提出了通过人工智能机器学习来增强对熔盐腐蚀现象的理解和认知。王亚飞副教授为该论文的共同一作和通讯作者。高温熔盐传热性能好、系统压力小、使用温度高、价格低、安全可靠，是性能优良的高温传热蓄热介质，在第四代核反应堆冷却剂及核燃料、反应堆乏燃料干法后处理以及太阳能储能和传热上具有广阔的应用前景和市场空间。然而，材料的腐蚀是制约这些前景应用的棘手问题。由于高温熔盐腐蚀实验数据的缺乏，熔盐中材料的腐蚀一直被简单认为是一个热力学控制的过程。王亚飞副教授通过发展一系列高通量合金材料设计、合成与腐蚀测试方法，实现了100余种不同合金材料熔盐腐蚀实验数据的积累。他基于大批量实验数据，通过耦合材料腐蚀影响因素，利用人工智能机器学习方法对实验数据的分析揭示了CrFeMnNi合金系列在熔盐中的腐蚀机制。研究发现CrFeMnNi合金系列的腐蚀受Ni在合金中扩散的控制，而非传统认知中合金的热力学稳定性。该研究是人工智能机器学习在分析科学现象背后机理上的新应用，对合金的设计也具有重要的指导作用。研究工作得到美国能源部、国家自然科学基金委等相关研究项目的资助。论文作者还包括美国威斯康星大学麦迪逊分校Bonita Goh、Phalgun Nelaturu、Michael Moorehead、Dan Thoma、Kumar Sridharan、Adrien Couet，美国伊利诺伊大学芝加哥分校Thien Duong、Pikee Priya、Santanu Chaudhuri（阿贡国家实验室双聘）、加拿大多伦多大学Jason Hattrick-Simpers以及复旦大学张宏亮。 查看详细>>

淀粉样蛋白纤维聚集体是多种神经退行性疾病（neurodegenerative diseases,NDs）的关键病理标志物和主要致病因素，如阿尔茨海默病中Tau蛋白形成的神经元纤维缠结（NFT）和β-淀粉样蛋白（Aβ）斑块。近年来，靶向结合NDs致病蛋白（如11C-PBB3结合Tau蛋白，11C-PiB结合Aβ）的正电子发射断层显像(PET)的临床运用，不仅显著提升了NDs的早期诊断水平，也推动了致病蛋白在ND患者脑中原位示踪的研究，极大地加速了人们对ND复杂发病机制和其致病蛋白靶向治疗的研究。2022年初，上海交通大学Bio-X研究院李丹课题组，复旦大学附属华山医院王坚课题组与中国科学院生物与化学交叉中心刘聪课题组合作，首次在健康老年脑和PD脑中同时发现一种由跨膜蛋白106B（transmembrane protein 106B,TMEM106B）C末端片段折叠并组装形成的蛋白淀粉样聚集体，研究结果在Cell Research1上发表的同期，国外三个独立的研究团队也分别在Nature和Cell杂志上发表了类似的发现2-4。TMEM106B纤维聚集体广泛存在于健康老年脑和NDs脑的研究发现，一方面增加了现有NDs致病蛋白分子显像结果误判的风险，对NDs致病蛋白PET分子显像的选择性和特异性提出了全新的挑战；另一方面也带来了新的研究领域和机会——开发特异性更高的分子示踪剂，从而更准确地识别并区分不同类型的淀粉样蛋白，以进一步提高NDs的早期诊断精度。2024年5月14日，上海交通大学李丹课题组与复旦大学附属华山医院王坚课题组合作在Cell Discovery杂志在线发表题为“A Tau PET tracer PBB3 binds to TMEM106B amyloid fibril in brain”的研究成果。本研究首次发现了Tau蛋白PET小分子示踪剂PBB3能够识别NDs脑中淀粉样蛋白纤维TMEM106B，并阐释其结合的分子机制。本研究首先系统地表征了TMEM106B在101岁老年脑中的分布和形态，并通过免疫组化（IHC）和免疫荧光（IF）技术进一步确认TMEM106B的聚集体形式。研究发现，TMEM106B聚集体在大脑中主要呈现出两种形态：胞质内包涵体(cytoplasmic inclusions)和短丝状突起(short filamentous processes)。通过硫磺素S染色进一步验证了TMEM106B的淀粉样聚集体特性。随后，人脑片原位IF染色实验发现临床运用的Tau PET显像剂PBB3能原位识别结合TMEM106B纤维聚集体，而AβPET显像剂PiB则不具备这种结合能力。接下来，研究团队通过冷冻电子显微镜以及三维螺旋重构技术验证了上述原位脑片PET示踪剂与TMEM106B双染结果，并深入揭示了PBB3结合TMEM106B纤维聚集体的原子结构。研究团队成功纯化出同一病人、同一脑区中TMEM106B纤维，并将其分别与PBB3和PiB共孵育，随后进行结构解析。结果显示，PBB3能够与TMEM106B纤维蛋白的两个特定位点结合，而PiB并不与TMEM106B纤维蛋白结合。从冷冻电子显微镜的三维密度图上来看，PBB3在TMEM106B纤维蛋白表面形成了两个额外的密度，这些密度位于纤维蛋白表面的凹槽中，并与特定的氨基酸残基形成氢键。这些特征与PBB3衍生物在Tau纤维蛋白中的结合模式类似5，表明PBB3具有识别并结合不同淀粉样蛋白的潜力。PBB3在不同纤维蛋白中的结合模式表现出高度的一致性，表明其分子结构具有广泛的适应性，能够与多种淀粉样纤维蛋白相互作用。该研究首次阐释了PBB3作为Tau示踪剂的潜在脱靶效应——不仅可结合人们熟知的Tau缠结，还可以识别全新的TMEM106B纤维蛋白。此发现提示科研人员及临床医师在NDs致病蛋白（如α-syn,Tau,Aβ和TDP-43）示踪剂的研发过程中，需要警惕其与广泛存在于老年脑及各种NDs脑中的TMEM106B纤维聚集体的脱靶结合。另外，通过原子水平的结构解析，研究团队明确了PBB3与TMEM106B纤维蛋白的结合机制，不仅提示PBB3可作为TMEM106B纤维蛋白示踪剂研发的分子骨架，也为未来开发高特异性TMEM106B显像剂奠定了重要的理论基础。TMEM106B纤维聚集体示踪剂的成功研发，将可视化活体人脑TMEM106B纤维蛋白分布模式与特征，进而揭示TMEM106B纤维蛋白在衰老和NDs中的复杂作用。总而言之，在前期研究创新性地发现人脑TMEM106B纤维聚集体并揭示其原子结构的基础上1，本研究进一步发现Tau PET示踪剂PBB3可与TMEM106B淀粉样蛋白纤维结合并揭示其机制，为NDs致病蛋白示踪剂研发的脱靶效应敲响了警钟，亦为人脑活体示踪全新TMEM106B纤维聚集体带来了曙光。 查看详细>>