近日，中国科学技术大学瞿昆教授课题组成功开发了一种基于深度学习的空间转录组数据分析算法，命名为SPACEL。该算法能够快速高效地处理多个空间转录组切片数据，包括准确预测单个空间点内的细胞类型组成、精准识别跨切片的功能性空间域，以及有效重构复杂组织的三维结构。研究成果以《SPACEL:deep learning-based characterization of spatial transcriptome architectures》为题，发表于2023年11月22日的《自然-通讯》(Nature Communications)杂志。空间转录组技术具备同时获取基因表达水平和其空间位置信息的能力，目前被广泛应用于生物医学研究的各个领域。然而，有效分析由空间转录组技术产生的大量数据仍然面临着巨大挑战，例如如何准确识别在基因表达和空间位置上相互关联的细胞或点的集群，即所谓的空间域，以描绘组织切片内的全转录组空间结构。此外，如何精确鉴定类似于肿瘤微环境这样复杂系统中的功能性空间域，以及如何整合多个切片的数据进行上述分析也是挑战之一。瞿昆教授课题组开发的SPACEL算法包括三个核心模块：Spoint、Splane和Scube，分别对应空间转录组数据分析的三个关键任务。Spoint模块用于预测基于测序的空间转录组数据（如10X Visium）中空间点的细胞类型组成。Spoint采用了单细胞数据模拟的空间点、神经网络模型和统计模型的组合，为估算真实空间转录组数据中的细胞类型比例提供了更稳健和准确的框架。Splane模块则使用细胞类型组成和空间坐标信息，引入了对抗训练到图卷积神经模型中，显著减少了批次效应，从而实现更稳健和高效的空间域识别。对于包含连续切片的空间转录组数据集，Scube模块使用Splane识别的空间域坐标进行对齐，以构建组织的三维结构。Scube采用全局优化策略来实现三维对齐，同时保持整体结构的完整性，使其能够实现更精确的对齐。研究人员将SPACEL应用于11个包括10X Visium、STARmap、MERFISH、Stereo-seq和Spatial Transcriptomics技术的空间转录组数据集，总计156个切片。SPACEL在细胞类型组成预测、空间域识别以及组织三维结构重构等三个核心分析任务上表现出色，明显优于其他同类算法。生医部瞿昆教授、林俊副研究员和北京生命科学研究所黎斌研究员为本文的通讯作者，微尺度研究中心博士生许浩和大数据学院硕士生王姝妍为本文的共同第一作者。生医部薛天教授课题组为该工作提供了重要支持。这一研究工作得到了基金委杰出青年基金、国家重点研发计划、基金委自然科学基金、中国科学院基础研究青年团队以及安徽省科技重大专项等多个项目的资助。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-43220-3 查看详细>>

组蛋白去乙酰化酶(Histone deacetylases,HDACs)是一种进化上保守的酶，可以去除组蛋白的乙酰修饰，在表观遗传基因沉默中发挥核心作用。I类HDAC是癌症、炎症、感染和神经系统疾病的表观遗传治疗的重要靶点，H3K18Ac是癌症进展的重要标志，也是抗癌治疗的潜在靶点；但催化H3K18Ac去乙酰化的HDAC酶和机制尚不清楚。中国科大生命科学与医学部王雪娟、蔡刚教授团队合作近期在Cell Research期刊上在线发表了题为Structural basis for nucleosome binding and catalysis by the yeast Rpd3S/HDAC holoenzyme的研究论文。该研究解析了酵母Rpd3S/HDAC全酶复合体结合特定修饰核小体底物的复合物结构，首次发现完整的天然底物H3尾巴（1-24 aa）结合在Rpd3S底物结合口袋，且H3K18残基的侧链朝向催化中心待催化；阐明了Rpd3S底物特异性的结构基础以及通过构象变化实现多位点催化的机制，尤其是Rco1亚基在核小体结合和位点特异性催化中起着关键作用，有望为研制高特异性Rpd3S/Sin3B抑制剂用于癌症治疗提供新靶点。王雪娟和蔡刚的研究团队首先通过大规模培养酵母细胞和内源性蛋白纯化获得高度均一的Rpd3S复合体全酶，优化并组装了最佳单核小体底物（H3K36me3修饰；仅在核小体一端伸出70bp linker DNA）。在不引入任何化学交联剂干扰的情况下，成功体外组装了Rpd3S-核小体复合物，解析了3.7Å分辨率的复合物结构（图1）。该结构揭示了Rpd3S包含两个Rco1和两个Eaf3拷贝，它们通过Rco1 C-端卷曲区域（CC）进行二聚化，Eaf3 CHD结构域识别H3K36me3标记并与核小体DNA相互作用。Sin3作为支架蛋白和Rco1亚基一起协调了复合物的组装和催化亚基Rpd3的包裹；同时，Sin3-nucleosomeDNA、Rco1-nucleosomelinker DNA结合界面共同帮助引导Rpd3S精准锚定在核小体底物上。Rco1 N端的ABR结构域通过R61和K64残基直接锚定在组蛋白的酸性斑块的表面，并通过R50和R51残基在SHL-6.5处与nucleosomeDNA结合。此外，Rco1 PHD1结构域的D261侧链直接与H3K4me0相互作用、参与底物的识别；而Rco1 PHD2结构域与Rpd3相互作用参与复合物整体结构的组装和稳定。H3K18Ac是癌症进展的重要标志，也是抗癌治疗的潜在靶点。该结构首次发现完整的天然底物H3尾巴（1-24 aa）结合在Rpd3S底物结合口袋，并且H3K18残基的侧链朝向催化中心。这些结构上的重要发现，被体外的功能实验进一步地得到证实。该研究报道了Rpd3S全酶结合和催化核小体底物的结构基础，清晰揭示了Rpd3S全酶底物识别特异性和催化复杂性（图2），阐明了Rpd3S通过构象变化实现组蛋白多位点催化的机制，为研制高特异性Rpd3S/Sin3B抑制剂用于癌症治疗提供了新的靶点。文章发表后，表观遗传领域的顶尖科学家Michael J.Carrozza和Jerry L.Workman在Cell Research进行了研究亮点的评论，评价这项工作为Rpd3S/HDAC结合核小体DNA和组蛋白尾巴的结合特性提供了新的见解，为其识别特定乙酰化赖氨酸的独特特性提供了引人入胜的视角（https://www.nature.com/articles/s41422-023-00899-9）。这项工作是在中国科学院战略先导B专项和国家自然科学基金项目的资助下完成的；中国科大生医部王雪娟教授和蔡刚教授为该论文的共同通讯作者，博士生张跃跃和博士后徐梦雪为该论文的共同第一作者，研究生王坡、周佳慧、王光显和韩帅龙参与了部分工作。数据收集在中国科学技术大学冷冻电镜中心完成。此外，该研究还得到了清华大学李海涛、陈柱成教授，中国科大臧建业、施蕴渝教授的大力帮助。原文链接：https://www.nature.com/articles/s41422-023-00884-2 查看详细>>

为庆祝中国科学技术大学（以下简称“中国科大”）建校65周年与推动细胞动力学科教融合的系统深入，无膜细胞器与细胞动力学教育部实验室与合肥微尺度物质科学国家中心联合中国细胞生物学会及亚太细胞生物学组织主办的第七届细胞动力学和化学生物学国际研讨会（The 7th International Conference on Cellular Dynamics and Chemical Biology；CDCB2023）于2023年10月27日至30日在中国科大胜利召开。来自美国哈佛大学、普林斯顿大学、加州大学圣迭戈分校、加州大学伯克利分校、宾夕法尼亚大学、欧洲肿瘤研究所、新加坡国立大学、香港大学、香港科学技术大学、中国科学院分子细胞科学卓越创新中心、中国科学院上海有机化学研究所、北京大学、清华大学、复旦大学、浙江大学、武汉大学、上海科技大学、南昌大学、中南大学、中国科学院深圳先进技术研究院、中国科学院合肥物质科学研究院、中国科学院广州生物医药与健康研究院、中国科学技术大学与合肥微尺度物质科学国家中心的29名报告人分别介绍了各自的最新研究成果。无膜细胞器与细胞动力学教育部重点实验室主任姚雪彪教授主持开幕式，中国科大校长助理薛天教授代表学校致欢迎词，对长久以来一直关注、支持科大发展，支持本研讨会举办的领导与专家们表示衷心的感谢,并对CDCB2023的胜利召开表示热烈的祝贺！他指出，15年前，“第一届细胞动力学和化学生物学国际研讨会”作为科大五十周年校庆的主要学术活动之一在中国科大顺利召开，此后15年间，本研讨会系列对国内外相关领域的交流合作起到了推动作用。他希望通过此次研讨与交流，促进我校细胞动力学及化学生物学的更好发展。姚雪彪教授代表中国细胞生物学会与亚太细胞生物学组织对CDCB2023的胜利召开表示祝贺，希望CDCB会议成为中国细胞生物学会对外交流的窗口、亚太细胞生物学组织区域联合与协同的纽带。美国科学院院士、2018年Breakthrough Prize获得者、加州大学圣迭戈分校细胞与分子医学系主任Don Cleveland教授作大会首场题为“Evolution of Genome Instability in Cancer”的Keynote Lecture，他的科研团队发现了EB病毒与DNA损伤异常介导染色体碎片化与微小细胞核形成的新机制，这些发现对我们理解肿瘤形成的早期机制与肿瘤的防治提供了靶向策略。美国科学院院士、哈佛大学教授Tim Mitchison教授作大会首场题为“How Do Microtubule Drugs Act as Medicines？”的Keynote Lecture，他的科研团队发现了秋水乙酰碱与紫杉醇靶向炎症反应的新机制。鉴于炎癌转化是胃肠道肿瘤发生的早期与关键事件，这些发现为我们提前干预肿瘤的发生与发展提供了有效工具。中国科学院院士、中国科学技术大学教授施蕴渝教授作题为“Epigenetic Regulation of Mitochondria in Degenerative Diseases”的Keynote Lecture，她的科研团队发现了线粒体核酸修饰异常介导细胞代谢紊乱的化学基础，这些发现对我们系统理解与早期干预细胞的衰老进程、为器官的功能可塑性调控提供了契机。美国普林斯顿大学康毅滨教授作题为“Targeting Cancer Fitness Gene MTDH in Metastatic Cancers”的报告，他的团队聚焦乳腺癌，探索驱动癌症转移和治疗抗性的肿瘤内在途径，以及靶向癌症转移的免疫激活策略。本次细胞动力学和化学生物学国际研讨会就“Cellular Machinery&Architecture”“Protein Machinery&Mechnosensation”“Cell Plasticity&4D Signaling Dynamics”“Molecular Dynamics&Cell Fate Control”“Organelle Dynamics&Chemical Biology”“RNA Code&Cell Fate Decision”以及“Modeling Development&Disease Mechanisms”等前沿研究方向展开讨论与交流。 查看详细>>

近日，中国科学技术大学化学与材料科学学院陈维课题组在国际期刊Journal of the American Chemical Society发表了题为“Rechargeable Hydrogen-Chlorine Battery Operates in aWide Temperature Range”的研究型论文，并被编辑选为封面文章。论文成功受到了氢氯燃料电池优点的启发，进而将其设计为可充电氢氯电池。通过分级多孔碳正极的构建和磷酸基抗冻电解液的使用，电池可在宽温区范围（40℃至-70℃）内成功限制氯气的挥发，并激发其高的充放电平台和高比容量。在室温下电池最大可达到4.19 mAh cm-2的高放电面容量，并在充电容量3mAh cm-2下稳定循环500圈。在超低温条件下，电池仍然能够维持与室温相同的放电平台，在-40℃条件下电池能够提供273 mAh g-1的高可逆比容量，展现出良好的电化学性能。得益于氢气无污染和来源丰富的特点，氢燃料电池是一种很有前途的能源技术，其中氢-氯（H2-Cl2）燃料电池由于Cl2/Cl-氧化还原电对快速的电化学动力学而具有明显的优点。因此，若将其设计为二次电池，氢氯电池可更大程度地发挥Cl2/Cl-电对的快速动力学、高氧化还原电位（1.36Vvs.SHE）和高比容量（755 mAh g-1）的优势。鉴于以上优点，氯基电池对于新型水系电池的发展有着很大的应用前景。然而，挥发性的氯气在充电过程中不能被保留，导致电池的库仑效率低和可逆性差。目前还缺乏构建在不同温度下均具有高性能和适用性的水系氯基电池的研究。本工作在前期探究发现，由于缺乏氯气强亲和性位点，传统的吸附型正极难以将氯气固定，进而导致正极低的可逆性。通过设计具有丰富微/介孔多孔碳（HPC）和具有三维大孔结构的碳毡所组成的分级多孔碳结构（HPC CF），电池可以有效地将充电产生的氯气限制在正极，进而实现可逆的氢氯电池（图1）。电池在低倍率下仍能维持较高的库伦效率，证明了其对氯气良好的限制作用。在3mAhcm-2的充电面容量下，氢氯电池可以稳定循环500圈，展现出良好的电化学性能。除此之外，电池在超低温下仍能良好运行，在-70℃下仍可以保持1.1 V的放电电压和282mAhg-1的高比容量，体现出氢氯电池在超低温下应用的前景。通过X射线光电子能谱等表征手段结合第一性原理计算，揭示了Cl2/Cl-反应发生的同时伴随着C-Cl键的可逆形成/断裂，增强了氯气正极的可逆性。这项工作为宽温区水性氯基电池和高能量密度氢气电池的设计提供了新的方向。近年来，陈维教授课题组致力于大规模储能电池的研究和应用开发，已在可充电氢气电池储能体系（Chemical Reviews122(2022)16610-16751;Nat.Commun.13(2022)2805;J.Am.Chem.Soc.143(2021)20302-20308;Adv.Mater.35(2023)2300502;ACS Nano17(2023)7821-7829），金属离子电池储能体系（Nat.Commun.14(2023)76;Angew.Chem.Int.Ed.62(2023),e202308454;Angew.Chem.Int.Ed.62(2023)e202214966;Adv.Mater.(2023)2305368;Adv.Mater.34(2022)2203249;Energy&Environmental Sci.(2023)）等研究方向取得了一系列重要的阶段性成果。中国科学技术大学化学与材料科学学院的硕士研究生谢泽辉和博士后朱正新、刘再春为论文的共同第一作者，中国科学技术大学化学与材料科学学院、合肥微尺度物质科学国家研究中心的陈维老师为该论文的通讯作者。水系氢氯电池的研究工作得到中国科大人才团队项目、中央高校基本科研业务费专项和中科大-延长石油项目资金的资助，以及中国科学技术大学理化实验中心和微纳中心在测试表征方面提供的帮助。论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.3c09819 查看详细>>

我校郭光灿院士团队孙方稳课题组和国家同步辐射实验室/核科学技术学院邹崇文课题组合作，制备了基于二氧化钒(VO2)相变薄膜的类脑神经元器件，并利用金刚石中氮-空位（NV）色心作为固态自旋量子传感器探测了神经元突触在外部刺激下的动态连接，展示了类脑神经系统中多通道信号传递和处理过程。这项研究成果近日以“Quantum imaging of the reconfigurable VO2synaptic electronics for neuromorphic computing”为题发表于国际权威期刊《Science Advances》(Science Advances 9,eadg9376(2023))。类脑神经元器件，即通常所说的类脑芯片，是指利用神经形态器件去模拟人脑中的神经元、突触等基本功能，再进一步将这些神经形态器件联结成人工神经网络，以模拟“大脑”的信息处理和存储等复杂功能。二氧化钒(VO2)作为典型的氧化物量子材料，在近室温附近具有可逆的绝缘-金属相变，是制备高开关比突触器件的理想材料。本研究中课题组研究人员基于近十年VO2的研究基础，利用氧化物分子束外延设备克服了高纯相结构的单晶二氧化钒薄膜的制备瓶颈，生长了高质量二氧化钒外延薄膜，并通过微纳加工制备了生物神经元和突触阵列，实现了电场调制和激光诱导下多通道VO2双端器件的选择性电路导通，从而直接模拟了神经元之间的突触动态连接过程。这种突触之间的连接体现在VO2导电丝的形成和空间位置的选择性，并直接受到外加电场和作为外加刺激的激光信号的调制。此外对于神经元突触单元之间的动态连接过程，实验人员创新性利用金刚石NV色心作为固态自旋量子传感器探测了导电丝的形成和实时成像。由于VO2相变体系的光热敏感性，相对于传统的显微成像技术，比如偏振红外、拉曼或者近场光学(s-SNOM)等成像技术，采用基于金刚石NV色心的量子传感方法避免了成像过程中测量系统激光信号的干扰，从而在研究外加刺激激光信号调制下突触单元的动态连接和实时成像方面显示出了独特优势。这种量子传感成像技术清晰的揭示了基于VO2类脑神经系统中多通道信号处理和传导途径与外在刺激之间的关联，为构筑大规模人工突触分层组织和神经形态结构提供了直接的实验依据。本工作发表后被Science Advances期刊网站首页以“Quantum imaging of artificial synapses”作为Featured image加以推介。国际知名学术媒体Physics.Org也对本工作做了亮点报道(https://phys.org/news/2023-10-elevating-neuromorphic-laser-controlled-filaments-vanadium.html)。本文第一作者为中科院量子信息重点实验室博士后冯策和国家同步辐射实验室博士生李博文，通讯作者为孙方稳教授和邹崇文研究员。该工作得到了科技创新2030重大项目、中国科学与稳定支持基础研究领域青年团队项目、国家自然科学基金、前沿科学重点研究计划、合肥大科学中心项目、中央高校基本科研业务费等项目的支持。文章链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg9376 查看详细>>

2023年9月22日，我校人文与社会科学学院、科技传播系和中国科学院科学传播研究中心共同邀请国际科学传播领域顶级学术期刊Public Understanding of Science主编，德国柏林自由大学科学新闻学客座教授Hans Peter Peters做客科大，在东校区5101教室为我院师生举办了一场题为《公共科学传播中的“知识”——问题与挑战》（”Knowledge"in Public Science Communication—Issues and Challenges）的学术报告。人文与社会科学学院党委书记褚建勋教授出席并主持了学术报告。Hans Peter Peters教授在科学与公共关系领域深耕40余年，退休前一直担任德国于利希研究中心社会科学家，并被国际科技传播学会（PCST）授予终身荣誉会员资格。Peters教授的研究主要涉及公众对科学的理解、科学的媒体化、科学的公共传播以及科学家的公共传播形象等，研究成果发表于Science、PNAS、Science Communication、Public Understanding of Science等知名期刊。Hans Peter Peters教授的报告围绕“知识”在公共科学传播情景中的角色与作用展开。首先，Peters教授提供了关于科学传播作为一种科学新闻实践的理解，阐明了“公众理解科学”的方法及其相关批评。他指出，在“缺失模型”下，科学传播依赖于单向信息传播，科学家可能不会主动与受众接触，科学家和公众的割裂会无意中让某些受众群体感到排斥。因此，“对话模型”被提出，科学传播逐渐从“公众理解科学”（PUS）转变到“公众参与科学”（PEST）的新范式，强传播双方的对话性和参与性。在此基础上，他讨论了当今科学传播领域的发展趋势，以及不断变化的社会背景对传播策略产生的影响。此外，Peters教授还对科学传播中的专业性和信任问题进行了讨论。作为目前本领域全球排名第二的一流学术期刊Public Understanding of Science的主编，Peters教授详细介绍了杂志的审稿要求和学术论文的投稿规范等。在最后总结中，Peters教授谈及需要拓展科学素养概念，并倡导非家长式的知识传播，以及公众批判性参与科学信息的能力的重要性。 查看详细>>

近日，中国科学技术大学闫立峰教授课题组通过利用两亲性甲基脲分子，设计了一种新型结构的水基纳米胶束电解质。这一工作打破了以往对于电解质连续溶剂相的认识，通过纳米胶束结构包裹了自由移动的离子，建立了局部/界面相互作用网络，通过金属离子的控制释放，有效地维持了离子的三维扩散形式和有利的界面成核反应，实现了金属枝晶和电极副反应的有效抑制。相关研究成果率先在锌-锰电池体系中得到了证实，并发表于化学专业知名期刊《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society)。锌离子电池由于锌阳极的高理论比容量(820 mA hg-1)、高储量、成本低、氧化还原电位低(-0.762 Vvs.SHE)等优势，被认为是下一代清洁能源存储的有前途的候选者。然而，锌离子电池的寿命受到锌阳极不可逆电化学反应的严重限制，如析氢反应(HER)、“死锌”的持续积累以及不受控制的枝晶生长等。同时，以二氧化锰为正极材料代表的一系列锌离子电池普遍具有低的工作电压(该文提出了一种独特的纳米胶束电解质设计思路，由ZnSO4、MnSO4和高浓度甲基脲(Mu)分子通过自组装策略构建，水溶剂环境被划分为亲水区和疏水区，阳离子和阴离子则被封装到纳米域中(图1)。纳米胶束阻断了连续的水基体相，打破了水分子之间氢键网络并在胶束内部和胶束/水界面上重构了局部氢键。此外，Mu分子参与了Zn2+/Mn2+离子的溶剂鞘结构，排斥了溶剂化水分子，降低了脱溶剂化能垒，抑制了水分解反应。更重要的是，Zn2+/Mn2+离子可以可控地从胶束团簇中释放出来，以三维扩散方式扩散并在电极表面均匀沉积。此外，在锌阳极表面一种新的固体电解质界面(SEI)保护层Znx(Mu)ySO4?nH2O得以原位生成，以避免水分子持续渗入造成的锌腐蚀。动态光散射结果表明电解质A3Mu中存在约14nm左右的纳米胶束，核磁结果证实了胶束内部的多重氢键相互作用，DFT计算结果也表明Zn2+/Mn2+和Mu分子上的羰基和具有更强的结合能力，进而有利于进入到胶束内核中，减少溶剂鞘结构中的水分子数（图2）。此外，红外，拉曼光谱结果也识别到了SO42-阴离子扭曲的正四面体结构，可能是由于胶束内部拥挤的空间和电荷-偶极相互作用造成的，这些结果表明了胶束电解质的成功构建。得益于胶束电解质内部氢键的重构，电解质和碳布正极界面接触角降低，MnO2/Mn2+成核电位降低，同时由于Mn2+的控制释放特性，生成了反应可逆性更高，结构更加疏松的二氧化锰颗粒。在不同SOC状态下，非原位SEM，XPS，Raman,XRD等测试方法核实了高度可逆的二电子转化反应。利用二电子反应的锌锰电池显示出前所未有的高能量密度800.4 Wh kg-1（基于正极活性材料）以及高达1.87 V的放电电压。中国科学技术大学化学与材料科学学院博士生邓永琦为该文章的第一作者，闫立峰教授为通讯作者。该研究得到了科技部、国家自然科学基金和中国科学技术大学的经费资助。原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c07764 查看详细>>

时隔3年后，国际多通道语音分离和识别评测CHiME-7再次“上线”。继2016年以来参与CHiME-4、5、6三届评测并夺冠后，中科大语音及语言信息处理国家工程研究中心（NERC-SLIP）杜俊副教授带领团队联合科大讯飞研究院（以下简称“USTC-NERCSLIP联合团队”），投入了长达5个月的时间和精力，尝试各种不同的方法和策略，以应对复杂的语音信号处理和语音识别的挑战，最终在参与的多设备多场景远场语音识别任务（DASR）中获得全部两个赛道的第一。作为有“最难语音识别任务”之称的语音领域权威评测，CHiME（Computational Hearing in Multisource Environments）系列评测发起于2011年，致力于集聚学术界和工业界优秀的学术力量，持续突破语音识别技术水平，不断在更高噪声、更高混响、更高对话复杂度的场景下提出具有创新性的解决方案，解决著名的“鸡尾酒会问题”——难点在于怎样在充满噪声的鸡尾酒会，分辨并听清多人同时交谈的声音。参与CHiME-7的团队高手如云，如日本电信公司NTT（CHiME-1和CHiME-3冠军）、俄罗斯STC（CHiME-6 Track 2冠军）、英伟达、剑桥大学、帕德博恩大学、捷克布尔诺理工大学BUT（国际说话人日志评测DIHARD-I和DIHARD-II冠军）、中科院声学所、西北工业大学等国内外知名研究机构、高校和企业。本次CHiME-7中的语音识别任务由卡内基梅隆大学、约翰霍普金斯大学、东京都立大学和马尔凯理工大学的学者们共同组织，称为“多设备多场景远场语音识别任务（DASR）”。在CHiME-6的基础上，CHiME-7进一步提升了难度，不仅在对话场景、麦克风设备类型上进行了扩充，同时要求参测者只能使用统一的一套算法系统进行测试，这对语音识别系统的鲁棒性提出了极高的要求。具体如下：Ø在考察场景中，扩大了CHiME-6测试集范围，同时新增加了两个数据集DiPCo和Mixer 6；Ø三个数据集分别使用不同的麦克风设备，包含线性阵列、环形阵列、分布式麦克风等；Ø数据集中多人对话空间场景更加丰富，除朋友聚会之外还新增了采访、打电话等场景。该任务分为主赛道（Main Track，默认提交）和子赛道（Sub Track，自由提交），具有很高的挑战性，也与真实复杂场景中的语音识别要求更为贴近：Ø主赛道需要首先要完成远场数据下的说话人角色分离任务，即从连续的多人说话语音中切分出不同说话人片段、判断出每个片段是哪个说话人，然后再进行语音识别；Ø子赛道中说话人角色分离的信息是人工标注的，参测者可以直接使用，在人工分离边界的基础上直接进行语音识别。此次评测核心考察指标为DA-WER（Diarization Attributed WER），即综合考察系统对多个说话人的角色分离效果，以及语音识别效果。USTC-NERCSLIP联合团队参加了所有两个赛道，在主赛道和子赛道分别以21%和16%语音识别错误率拿下双冠，将真实说话人角色分离情况下的语音识别错误率与使用人工标注间的差别控制在5%，这也标志着在实际环境中的应用效果将得到进一步提升。 查看详细>>

近日，中国科学技术大学黄汉民教授课题组在提出了“金属电子梭催化”的新范式，并利用该范式开拓性地实现了首例非活化烯烃的双烷基化反应。相关研究结果于8月21日以“Double alkyl-alkyl bonds construction across alkenes enabled by nickel electron-shuttle catalysis”为题在线发表在《Nature Catalysis》上。过渡金属催化的碳-碳成键反应是当代有机化学研究领域的重要组成部分，其中，建立在多种碳-金属活性中间体相互转化基础上的C(sp2)-C(sp2)成键反应得到了长足发展，该研究于2010年获得了诺贝尔化学奖。然而，过渡金属催化的C(sp3)-C(sp3)成键反应却发展相对缓慢，这是由于该类反应过程中生成了不稳定的烷基-金属中间体，导致其发生多种副反应，使得经典的催化范式难以应用于C(sp3)-C(sp3)成键反应。烯烃的双碳化反应，即通过一步反应向烯烃两端同时引入两个碳官能团，因其能够高效地连接碳原子从而有利于构建复杂分子，近些年来得到了合成化学家的广泛关注。已有的报道往往受限于引入C(sp2)官能团，或是需要在烯烃上提前引入配位基团来稳定烷基金属中间体，这无疑降低了反应的底物适用性和步骤经济性，不符合绿色化学，碳中和的发展目标。针对烯烃双官能化反应中的挑战，研究团队经过长期研究积累和大量实验探索，提出了“金属电子梭”催化新范式，即利用金属催化剂作为电子梭来引发和淬灭自由基，借助自由基对不饱和键的加成实现多个烷基碳碳键的构建，从而避免不稳定烷基金属中间体的产生。在该研究工作中，研究人员使用镍催化剂作为电子梭，同时使用氮氧缩醛和卤代烃作为烷基化试剂，实现了非活化烯烃的双烷基化反应。该方法对简单烯烃、非活化烯烃以及多取代烯烃等均具有很好的兼容性，同时多种类型的烷基化试剂均能够在该反应条件下适用，直接使用二级胺和多聚甲醛也能够替代氮氧缩醛进行四组分反应，进一步拓宽了反应的应用范围。该反应提供了一种合成氟代和非氟代δ-氨基酸等非天然氨基酸衍生物的有效方法，同时，反应引入了多种官能团，能够进行进一步转化，合成更有价值的复杂分子。例如，通过对反应产物进行还原环化，能够快速构建广泛存在于药物分子中的哌啶类化合物。利用这种转化策略，研究人员合成了药物分子Mepazine以及相应的氟代衍生物，充分证明了反应的实用价值。Nature Catalysis杂志的审稿人对该工作给予了高度评价，称该项工作“研究内容引人入胜”（…the findings are sufficiently compelling…），“代表了自由基介导双官能化反应中的一项杰出工作”（This synthetically important paper represented an excellent work of radical-mediated difunctionalization reaction.）。值得强调的是，该反应不仅具有较高的合成应用价值，同时也作为金属电子梭催化范式的一个实例，展现了该催化范式广阔的发展前景。对金属电子梭催化范式的进一步研究有望引领开发新的有机化学成键方法，并对天然产物、药物和功能分子合成等领域的发展起到推动作用。黄汉民教授团队十余年来致力于过渡金属催化的C(sp3)-C(sp3)成键反应研究，发展了近邻杂原子稳定的金属活性中间体导向的催化策略，发明了“Huang-complex”环钯活性中间体(J.Am.Chem.Soc.2012,134,20613;Acc.Chem.Res.2021,54,4305),以其为导向配合物(Leading-complex)，发展了C-N键复分解等基元新反应，系统性地建立了一系列钯催化C-C和C-N成键新反应(J.Am.Chem.Soc.2013,135,18327;J.Am.Chem.Soc.2015,137,12490;J.Am.Chem.Soc.2016,138,4314;J.Am.Chem.Soc.2020,142,18341;J.Am.Chem.Soc.2021,143,12467;Angew.Chem.Int.Ed.2014,53,7272;Angew.Chem.Int.Ed.2015,54,7657;Angew.Chem.Int.Ed.2017,56,2473;Angew.Chem.Int.Ed.2023,62,e202215325;Chem.Sci.2022,13,2317;Chem Catal.2022,2,2034等)，已取得了一系列重要的阶段性成果。该论文的共同第一作者是中国科学技术大学的博士研究生饶长青和张天泽，中国科学技术大学黄汉民教授为通讯作者。该项研究工作得到了国家自然科学基金(21925111)和中科院战略性先导项目（XDB0450301）等的支持。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41929-023-01015-1 查看详细>>

人类正在考虑在不远的未来重返月球并最终登陆火星。然而，对于载人航天来说，我们仍然面临着一个重大的障碍“太空辐射危害”；特别是对于去往月球或火星基站并长期停留的宇航员来说，空间辐射对健康的危害几乎是一个不可避免的风险。极端情况下，突发的太阳爆发产生的太阳高能粒子（SEP）可能会使月球、火星附近或表面的辐射水平达到警戒的危险范围。最新的月球及火星的表面和轨道辐射探测数据加深了我们对这两个行星体辐射环境及其受SEP事件影响的认知。这里我们着重分析了2021年10月28日的一次SEP事件，其能量足以引发地球表面的宇宙射线探测器测的流量增大（故而被称为所谓的GLE事件）；同时，月球表面的嫦娥四号以及火星表面的好奇号也同时探测到了此太阳高能粒子事件。这是首个在三个行星体表面探测到的GLE事件。我们结合了测量和建模方法，研究了未来人类在月球和火星上面临的SEP引发的潜在辐射风险。图1显示的是黄道面视图，包含地球、月球、火星、以及ESA的Bepi-Colombo、Solar Orbiter和美国的Parker Solar Probe、STEREO-A卫星的位置。2021年10月28日，所有这7个观测者都探测到了与耀斑和日冕物质抛射相关的太阳高能粒子(SEP)。由STEREO-A和SOHO的遥感观测（白光日冕仪图像）我们得出日冕物质抛射（CME）的三维结构，其在黄道面的投影由橘黄色影区域标出。由激波加速的SEP粒子由三角形箭头表示，其传播大致沿着空间磁场的方向，其颜色的深浅表示越靠近激波中心的SEP通量水平较高。可见，即使火星在太阳爆发事件的背面，地球、月球和火星均可能与潜在的激波加速源有直接的磁场连接性。由于带电粒子更倾向于沿着空间磁场传播，这种连接可实现最有效的SEP空间传输。然而，当太阳高能粒子到达三个行星体后，它们接下来的命运以及引发的辐射效应并不相同。我们的地球由其内部发电机而驱动的磁层可以屏蔽大多数能量较低的空间带电粒子，因而只有一部分粒子能够通过磁场较弱的高纬度极地地区进入到大气层。之后，大气也可以“消耗掉”这些SEP粒子的大部分能量，同时产生一些次级粒子。在极端情况下，强大的太阳喷发可产生能量足够高（大于约500MeV）的SEP质子，其通过大气时产生的次级粒子可以在地球表面上触发表面探测器的流量增大，故而被称为地面增强(GLE)事件。自1942年以来已经使用地面监测器观测到了73起事件。这里我们研究的是最近的一个事件，即GLE73（2021年10月28日）。在地球处，我们展示了该事件触发的地面中子监测仪的测量结果，以及一系列近地航天器（ACE、Wind、SOHO和GOES）测量的质子通量和德国Eu:CROPIS卫星加载的辐射探测仪(RAMIS)在地球极区上空测量的辐射剂量。相比地球，我们的月球没有磁层或大气层，因此SEP粒子可以轻松到达月球表面，并与月球土壤相互作用，产生所谓的次级“反照”辐射；未来月球上的宇航员将直接暴露在这种辐射环境中。当前的GLE73事件是中国嫦娥四号自2019年着陆以来探测到的最大的SEP事件；我们分析了其加载的月球中子和辐射剂量仪测量（LND）的数据。在月轨处，美国宇航局月球勘测轨道飞行器（LRO）上的宇宙射线辐射效应望远镜（CRaTER）也同时观测到了这个事件。数据表明，此次事件在月球表面或轨道引发的辐射剂量仍在安全范围内。为了评估SEP事件在月表引发辐射风险的概率，我们对过去的GLE事件在月面的辐射剂量进行了模拟计算。结果表明，如果宇航员没有任何屏蔽保护，66年期间的67个SEP事件中，有12次事件（约平均每5.5年一次）可能超过了所谓的急性辐射综合症（ARS）剂量水平。ARS是大量消耗特定组织中未成熟的实质干细胞的结果；高于0.7Gy的剂量水平可能会通过破坏骨髓而诱发ARS，进而导致感染和出血；而高于10Gy的剂量水平则使生命体极不可能存活并在2周内导致死亡。我们估计1972年8月发生的一次事件（阿波罗16号和17号任务之间）在月表引发的辐射剂量可能已经达到了这一致命水平。对比之下，火星介于月球和地球之间。与月球一样，它也缺乏全球性的内在磁层，然而却有一层稀薄的大气层，可以通过原子和核相互作用“吸收”部分高能粒子；这个过程可以阻止大部分低能质子（小于约150MeV）并减缓更高能粒子的速度。此次GLE73事件被轨道上的ESA ExoMars微量气体轨道飞行器(TGO)上的Liulin-MO剂量计和火星表面的NASA火星科学实验室（MSL）上的辐射评估探测器(RAD)观测到。对比两组测量结果发现，本次事件的轨道辐射水平比火表高出了约30倍。这表明火星大气虽然稀薄，其对SEP诱发的辐射有很强的吸收作用。相比而言，火星大气对背景的银河宇宙射线（GCR）的屏蔽却并不明显。这主要是因为SEP的能量范围比GCR要偏低很多，而大气对低能粒子的屏蔽作用相对更加明显。我们也对过去的GLE事件在火星表面引发的辐射进行了模拟计算，发现它们都不会超过ARS阈值。然而，如果这些极端SEP事件发生在前往火星的途中或在火星轨道上，其引发的辐射危害仍是未来深空探火任务的一大风险。项目支持：该成果发表于Geophysical Research Letter上（2023年8月2日发表），论文第一/通讯作者为中国科学技术大学的郭静楠教授；主要合作者包括李晓磊博士，汪毓明教授以及德国、保加利亚、美国的研究人员。该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项（XDB41000000）、国家自然科学基金（42074222,42188101,42130204），以及民用航天技术预先研究项目（D020104）的支持。这篇文章的结果也被ESA作为专题报道：https://www.esa.int/Science_Exploration/Human_and_Robotic_Exploration/Exploration/ExoMars/Giant_solar_eruption_felt_on_Earth_Moon_and_Mars。论文信息：?Guo Jingnan,Li,X.,Zhang,J.,Dobynde,M.I.,Wang,Y.,et al.(2023).The first ground level enhancement seen on three planetary surfaces:Earth,Moon,and Mars,Geophysical Research Letters,50,e2023GL103069.https://doi.org/10.1029/2023GL103069 查看详细>>