透明软骨纤维化通常被认为是骨关节炎的终末期病理特征，可致软骨细胞外基质改变，使组织更加偏向纤维化表型。当透明软骨损伤或退变为纤维软骨时，软骨外基质的主要成分Ⅱ型胶原被Ⅰ型胶原逐步取代。新生的纤维软骨由于缺乏透明软骨的生物和机械特性，不能正常发挥关节软骨的功能。然而，迄今为止，大量的研究集中于软骨降解分子机制的阐明，关于透明软骨纤维化研究仍鲜有报道，其关键分子机制亟待揭示。医药生物技术全国重点实验室、南京大学生命科学学院孙洋教授、徐强教授团队首次阐明RNA解旋酶DDX5不仅抑制骨关节炎早期软骨退变，还直接阻止了晚期透明软骨的纤维化，该过程是通过选择性剪接和G-四链体解旋双重作用模式所介导，研究人员还借助DDX5基因疗法实现了软骨损伤的逆转。鉴于软骨与肿瘤微环境均具有乏氧的特征，而肿瘤乏氧微环境下可变剪接发生紊乱，研究人员受此启发，发现了骨关节炎病理条件下细胞外基质相关基因存在差异可变剪接，并筛选参与调控可变剪接的分子发现RNA解旋酶DDX5下调最显著。一方面，DDX5与透明软骨marker COL2表达正相关而与纤维软骨marker COL1负相关，骨关节炎相关病理性刺激因子如IL-1β和TNF-α可致软骨细胞DDX5表达减少；另一方面，敲减DDX5后软骨细胞系ATDC5由圆球型变成长条型的纤维状，一些软骨降解相关基因如MMP13、NOS2、ADAMTS5等表达均上调。进一步构建软骨细胞诱导性DDX5敲除的小鼠，发现DDX5敲除显著加重小鼠DMM骨关节炎造模后的关节损伤，且未造模的DDX5条敲鼠在9月龄会出现自发骨关节炎表型（自发的蛋白多糖丢失、COL1/COL2比例上调以及软骨降解酶高表达）。与之相对，AAV-DDX5腺相关病毒关节腔注射过表达DDX5则可显著改善关节软骨损伤。以上结果综合提示DDX5可能是骨关节炎软骨纤维化及退变进程中的关键分子开关。进一步研究人员借助RNA-seq及蛋白质组学发现DDX5敲低的ATDC5细胞，其炎症和纤维化等相关通路被显著富集。利用rMATS软件挖掘差异剪接基因，发现DDX5的缺失可导致Fn1和Plod2剪接全长转录本的上调，分别促进纤维软骨表型和细胞外基质的降解，而两个全长转录本的敲减则可显著抑制纤维化及细胞外基质降解相关基因表达，并在体内部分逆转DDX5缺乏诱导的骨关节炎加重表型。然而，有意思的是，Fn1和Plod2全长转录本的敲减并不影响COL2的表达，但DDX5条敲鼠中COL2表达是下调的，提示DDX5可能还存在其他调节COL2表达的机制。鉴于DDX5作为解旋酶，不仅具有RNA剪接功能，还可以解旋DNA G-四链体（G4）结构。研究人员受此启发，通过核磁共振技术（NMR）筛选Col2启动子689-707区域存在G4特征峰并解析了其为3+1型的拓扑结构，结合ChIP-qPCR实验、免疫荧光以及NMR等多种技术方法验证了DDX5可与Col2-DNA G4结合并解旋其G4，从而促进COL2的表达；而DDX5的缺失致Col2-DNA G4形成使得COL2含量降低，导致透明软骨表型的丧失。综上所述，该研究勾勒出DDX5在软骨修复中“既破又立”的双重作用模式：一方面，DDX5通过调控Fn1和Plod2的可变剪接阻止透明软骨纤维化和基质降解（破）；另一方面，DDX5还发挥了RNA解旋酶的非经典功能，可直接促进透明软骨编码基因Col2-DNA G-四链体解旋从而增强COL2表达（立）。该研究为洞悉早期软骨退变及晚期纤维化的分子开关以及干预策略提供了重要的线索和思路。相关成果近日以题为DDX5 inhibits hyaline cartilage fibrosis and degradation in osteoarthritis via alternative splicing and G-quadruplex unwinding的研究长文发表在Nature Aging杂志。南京大学生命科学学院刘倩倩博士后和韩明睿博士生、北京大学前沿交叉学科研究院吴志桂博士生、中科院强磁场科学中心付文强博士是该论文的共同第一作者，南京大学生命科学学院孙洋教授和徐强教授是该论文的共同通讯作者。该研究还得到华东师范大学生命科学学院赖玉平教授、中科院上海药物所谭敏佳研究员和翟琳辉副研究员、中科院强磁场科学中心张钠研究员、南京大学医学院附属鼓楼医院蒋青教授和史冬泉教授、南京大学医学院附属口腔医院季骏主任、南京大学医学院附属金陵医院孙梓荧博士以及南京大学生命科学学院陈迪俊教授和刘雯助理准聘教授的帮助，在此一并表示感谢！该工作受到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后及江苏省博士后科学基金、中科院上海药物所原创新药研究全国重点实验室开放课题和南京大学登峰人才计划等资助。 查看详细>>

近日，南京大学天文与空间科学学院的太阳系外行星课题组和国内外多个团队合作，利用我国的郭守敬光谱望远镜（LAMOST）和国际盖亚天体测量望远镜（Gaia）等观测数据测定了热木星的年龄分布，首次得到了热木星出现率（即恒星周围平均有多少热木星）随时间的演化规律，为热木星的潮汐演化提供了大样本观测证据，并为揭示热木星的起源和限定恒星潮汐因子提供了新的关键线索。该项研究成果的论文于2023年10月30日发表在国际著名期刊《美国科学院院刊》。南京大学陈迪昌博士是文章的第一作者，南京大学谢基伟教授、周济林教授和北京大学东苏勃研究员是文章的共同通讯作者。自1995年第一颗类太阳恒星周围的行星——飞马座51 b发现以来，太阳系外行星（简称系外行星）的探索和研究一直是天文学的一个重要的热点前沿。飞马座51 b的发现揭示了一类非常特殊的系外行星族群——热木星的存在。它们的大小与太阳系中的木星相当，但它们离宿主恒星非常近（不到地球与太阳距离的十分之一），因此很‘热’（表面温度可达上千度）而被称为热木星。热木星的发现是天文学里程碑，开拓了人类对行星的认知，挑战了基于太阳系的传统行星形成演化理论。飞马座51 b是第一颗被发现的热木星，它的发现者（梅耶和奎罗兹）也因此荣获2019年度诺贝尔物理学奖。近三十多年来，人们陆续发现了数百颗热木星，然而热木星的起源和演化却仍然是一个谜。目前主流理论认为热木星形成于距离中心恒星较远的雪线（水在真空中开始凝结为冰的位置，太阳系约为2.7个日地距离）以外，然后通过某种机制迁移到当前位置。迁移机制主要有两种：在与原行星盘的相互作用下向内迁移（即盘迁移模型）和在伴星或其它行星的引力作用下被激发到高偏心率轨道而到达宿主恒星附近（即高偏心率迁移模型）。区分上述模型的关键是两种机制的作用时标不同：盘迁移模型发生在原行星盘消散之前，即数百万年内；而高偏心率模型是在原行星盘消散后，并且轨道偏心率的激发时标可达数千万年乃至数十亿年。此外热木星距离宿主恒星很近，受到很强的潮汐作用。在宿主恒星的潮汐力下，热木星会逐渐失去轨道角动量而向主星靠近。经过足够长的时间，一些热木星甚至会进入宿主恒星大气，被宿主恒星瓦解吞噬。因此通过研究热木星的年龄分布和时间演化，可以为揭示热木星的形成和潮汐演化提供关键线索。研究团队首先借助LAMOST和Gaia的观测数据对行星系统的宿主恒星的运动学参数做精确刻画，发现相比于更长周期的类木行星（温冷木星），热木星宿主恒星的运动速度更小，位于银河系薄盘中的比例更大。之后，利用估计年龄的运动学方法，研究团队得到了热木星和温冷木星的运动学年龄，发现热木星的年龄比温冷木星小约20忆年（见图2），也就是说热木星倾向于存在于更为年轻的银河系薄盘恒星周围。研究团队进一步修正了观测选择效应，首次定量得到了热木星和温冷木星的出现率随年龄的演化规律。他们发现热木星的出现率随年龄增长而下降，而不同年龄温冷木星的出现率差别不大（见图3）。这个发现与热木星受恒星潮汐作用而轨道不断衰减的理论预期是一致的。该项研究给出了热木星长期潮汐演化的大样本观测证据，为定量揭示恒星潮汐耗散因子和热木星的形成机制提供了新的关键线索。此外，考虑年龄因素的差别，该发现也同时帮助解决了之前长期存在的视向速度巡天和凌星巡天给出的热木星出现率不一致问题，以及热木星在年老的球状星团中的零发现问题。该项成果以“The evolution of hot Jupiters revealed by the age distribution of their host stars”为标题于2023年10月30日发表在《美国科学院院刊》。南京大学陈迪昌博士是文章的第一作者，南京大学谢基伟教授、周济林教授和北京大学东苏勃研究员是文章的共同通讯作者。研究团队还包含南京大学杨佳祎博士、朱紫教授与清华大学祝伟助理教授、国家天文台刘超研究员、罗阿理研究员、向茂盛研究员、中国科学院大学黄样副教授、意大利恩利克·费米研究中心王海峰博士、北师大张敬华博士以及美国犹他大学郑政教授。该文章是系外行星的空间分布和年龄演化（Planets Across Space and Time，英文简称为PAST，中文简称“穿越”）系列的第五篇文章，更多穿越系列的后续工作正在进行和准备中。该项研究得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金以及LAMOST重大成果培育项目的支持。----------------------------------------成果论文链接：Di-Chang Chen,Ji-Wei Xie,Ji-Lin Zhou,Subo Dong et al.The evolution of hot Jupiters revealed by the age distribution of their host stars,2023,PNAS,Vol.120,No.45 www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2304179120更多“穿越”系列研究成果：穿越-1：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/abd5be穿越-2：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/ac0f08穿越-3：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/ac641f 查看详细>>

随着可穿戴和可植入电子器件的蓬勃发展，亟需创建与人体环境相适应的新型高性能电池体系，要求电池具有高能量密度、优异的生物安全性和在复杂生物环境下稳定工作的特性。近日，南京大学张晔课题组设计和制备新型能源高分子材料，创建出与人体环境适应的高性能化学电池，实现在体内不同组织环境中稳定放电，电池表现出高能量密度和优异的生物相容性。镁氧气电池利用镁与氧气反应产生电能，具有较高的理论能量密度，同时电池材料也比较安全，是一类理想生物电池体系。然而，如何构建适应生物环境的高性能镁氧气电池仍面临以下问题：（1）电池在反应过程中，会发生离子和分子的输运和扩散，局部物质浓度异常造成生物体的排异反应，导致较差的生物安全性。（2）体液对镁负极会造成严重的腐蚀和钝化，进而降低负极利用率和电池的能量密度。生物质在正极的黏附和污染对正极催化性能造成严重的影响，导致电池不能在生物环境下正常工作。如何通过材料和器件设计，实现电池在生物环境中长期稳定工作，是迫切需要解决的问题。2021年至今，张晔课题组在能源高分子方向开展研究，通过设计和发展高分子凝胶电解质（Angew.Chem.Int.Ed.2021,60,15317）、高分子电极材料（Adv.Mater.2022,34,2105120）、和高分子/生物组织界面材料（Adv.Funct.Mater.2021,31,2107160），制备出一系列柔软、生物相容、高容量的新型化学电池（Adv.Mater.2023,35,2302997），为进一步实现生物环境相适应的高性能电池体系奠定了基础。线粒体具有独特的双层膜结构，能够高效利用体液中氧气源源不断地产生能量。其中内膜具有较低的渗透性，将能量转化区域与细胞内环境隔离；而外膜具有较高的渗透性，确保氧气等物质的传递，并且与细胞内环境具有良好的生物相容性。这一特性为我们设计具有优异环境适应能力的高性能电池提供了启示。本工作通过模仿线粒体结构，设计了一种具有双层膜结构的高性能镁氧气电池，结构如图1所示，内膜通过原位包覆的方法制备疏水聚合物网络聚醋酸乙烯酯，实现离子传输的同时，限制水的渗透，进而减少镁负极的腐蚀和钝化，提高镁负极利用率，实现高能量密度。外膜通过接枝聚合的方法，构建两性离子磷脂分子层，获得高的氧气渗透性，确保正极持续稳定反应，同时限制离子扩散，实现良好的生物安全性。为了评估镁氧气生物电池在体内的电化学性能，研究人员将其植入小鼠体内，包括腹腔、皮下、肌肉和大脑。研究发现该电池能够适应体内不同的组织环境进行稳定放电，其体内能量密度最高能够达到2517 Wh·L–1或1491 Wh·kg–1（基于电池的总体积或总质量计算），是当前报道的最高水平的2.5倍。在此基础上，该电池的体积可以缩小至0.015 mm3，并且在放大至400倍时，其能量密度有效保持。此外，该工作详细研究了镁氧气生物电池的生物安全性。通过双层膜的设计，实验组血清中的镁离子浓度变化与未植入电池的空白对照组无统计学差异。此外，采用多种与缺氧相关的生化指标，包括乳酸脱氢酶（LDH），超氧化物歧化酶（SOD）和丙二醛（MDA），评估了氧气的消耗情况。结果表明实验组与对照组相比没有统计学差异。其次，通过组织学研究的方法，评估了镁氧气电池植入部位周围组织的炎症反应情况。结果显示小鼠植入部位周围组织与对照组相似。这些结果表明，镁氧气电池植入后，与组织之间形成良好界面，具有较好的生物相容性，没有引起异常或慢性免疫反应，具有较好的生物安全性。研究人员发现得益于镁氧气电池的高能量密度和生物安全的优势，镁氧气生物电池可以与医疗器件进行高度集成，实现微型化。例如，镁氧气电池可以与脑部刺激器高度集成，具有足够小的体积，置于颅内进行原位电刺激，排除导线引起的感染和由导线断裂引起的设备故障风险。此外，由于体积小且重量轻，镁氧气生物电池与聚丙烯酰胺水凝胶应变传感器集成后可以直接黏附在胃表面，以监测胃蠕动。该工作提出了一种受线粒体启发的体内高性能镁氧气电池，通过创新设计高分子双层膜结构，使得该电池能够与生物体环境高度适应，在体内展示了较高的体积能量密度，最高达到了2517 Wh·L–1（基于电池的总体积计算）。受线粒体启发的镁氧气生物电池，有望在高性能植入能源器件方向拓展出一个新方向。成果近期发表在Advanced Materials上，DOI：10.1002/adma.202304141。南京大学现代工程与应用科学学院博士生何儿和硕士生任俊烨为论文共同第一作者，南京大学现代工程与应用科学学院张晔副教授为论文通讯作者，南京大学是该论文的第一单位。研究工作受到国家科技部重点研发计划，国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、江苏省“双创团队”项目等基金的支持。相关研究以“Mitochondrion-inspired magnesium-oxygen biobattery with high energy density in vivo”为题发表在Advanced Materials上。论文链接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202304141 查看详细>>

近日，江苏省归国华侨联合会发布《关于命名“江苏省侨联新侨创新创业基地”的通知》，南京大学国家大学科技园成功获批江苏省侨联新侨创新创业基地。南京大学国家大学科技园成功获评江苏省侨联新侨创新创业基地，是贯彻落实对习近平总书记给南京大学留学归国青年学者重要回信精神的一次重要实践。未来，南京大学国家大学科技园将继续高度重视涉侨人才的思想建设和组织建设，紧紧围绕学校的科技创新和成果转化工作，努力凝聚侨心，汇聚侨智侨力，维护侨益，更好地服务新侨创新创业，充分发挥归侨侨眷和涉侨人才的优势和聪明才智，积极投入科技创新创业，服务学校“双一流”建设，服务国民经济主战场。 查看详细>>

3月2日，全球顶级科研期刊《Nature》杂志发表了题为“High-density Switchable Skyrmion-like Polar Nanodomains Integrated on Silicon”的论文。该项工作由南京大学现代工程与应用科学学院聂越峰教授课题组、吴迪教授课题组与美国加州大学尔湾分校的潘晓晴教授课题组等国际团队密切合作完成。电拓扑纳米畴——作为潜在的下一代存储器件的基本单元，是近年来凝聚态物理学领域研究的热点之一，但是其能否与硅基底结合依然没有很好的解决办法。在已发表的这篇成果中，这项重大难题，被南京大学现代工程与应用科学学院的老师和同学通过拼“乐高积木”的方式解决了！作为“乐高建筑师”，他们用一个个原子作为乐高积木，用了六年构造“乐高城堡”，实现了这一基本单元并与硅基片成功集成。审稿专家之一评价，该项研究成果“展示了将极性拓扑结构应用于新型存储器件方面非常乐观的前景”。那从设计城堡，根据说明书一块块拼搭，究竟是怎样的一番DIY经历呢？让我们来听听论文第一作者南京大学现代工程与应用科学学院博士生韩露怎么说。该技术究竟有什么奥秘呢？“我们用氧化物分子束外延的技术来进行薄膜的制备。就像搭乐高积木一样，只不过这里的积木就是一个一个的原子，因此这项技术也被称为原子喷涂术。运用这项技术，实现氧化物薄膜与界面原子层精度的控制，可以制备一系列高质量、单胞精度可控的自支撑钙钛矿氧化物薄膜。根据自己的思路还能设计出很多自然界没有的材料，如一些人工结构、超晶格等。用这样的方式就可以堆出薄膜，自由地得到我们想要的材料结构了。”“大部分二维材料，例如石墨烯，是通过使用透明胶带对天然石墨进行层层剥离的机械剥离法获得，可以说是一种化整为零，“由上到下”的方法。对比我们的分子束外延技术，我们是一个一个原子堆砌起来，是一个合零为整，“自下而上”的方法。这样的过程可以帮助我们实现新型的二维材料，更好地研究材料在极薄状态下的特殊性质，包括宏观状态下不太会出现的量子性质等。任何在我们肉眼观测的大块不可分的物质在极薄极小的微观下就会拥有一些非常有趣，并且有很大应用价值的性质，这个也是我们目前在寻找、观测和追求的。” 查看详细>>

近年有临床和实验室研究发现脑卒中后会出现非缺血区继发性脑白质损伤，这种继发性的损伤可能是卒中患者远期预后不良的原因之一。然而造成这种继发性白质损伤的机制尚不明确。国外学者在对其他脑白质病变患者的研究中发现星形胶质细胞的吞噬作用参与脱髓鞘病变，吞噬髓鞘碎片后肿胀变形的星形胶质细胞可以募集炎症细胞参与脑白质损伤。此外，LCN2作为反应性星形胶质细胞的重要标志物，其功能研究多集中于损伤急性期由星形胶质细胞分泌后引发的炎性改变，而对于脑缺血后继发性脱髓鞘损伤以及星形胶质细胞吞噬作用的相关研究仍不清楚。研究团队采用左侧远端大脑中动脉永久闭塞的模型造成小鼠左侧大脑皮质局部缺血性梗死，取非缺血区胼胝体研究星形胶质细胞表达的LCN2在继发性胼胝体损伤中的关键作用。研究结果表明，野生型小鼠胼胝体确有严重脱髓鞘改变，该部位星形胶质细胞高表达LCN2，且LCN2阳性的星形胶质细胞具有吞噬髓鞘碎片的功能。而Lcn2-/-小鼠的星形胶质细胞吞噬功能受限，脱髓鞘损伤也较轻。本研究还使用慢病毒转染的方法使Lcn2-/-小鼠胼胝体区星形胶质细胞特异性表达非分泌型LCN2（Δ2-20），通过对星形胶质细胞吞噬功能和胼胝体脱髓鞘损伤严重程度的分析，进一步确定了胞内LCN2在继发性脱髓鞘病变中的重要地位。为了解析可能的下游分子机制，本研究通过免疫共沉淀的方法确认造模后LCN2和介导细胞吞噬作用的受体LRP1结合增加，导致LRP1磷酸化，激活下游吞噬活化相关通路，从而调控星形胶质细胞的吞噬功能。而用LV-Lrp1-RNAi的方法抑制LRP1表达可以减轻LCN2诱导的星形胶质细胞对髓鞘碎片的吞噬功能，并延缓胼胝体脱髓鞘进程。因此，本研究证明内源性LCN2可以通过与LRP1结合激活吞噬信号通路促进星形胶质细胞吞噬髓鞘碎片的能力，最终造成缺血后继发性胼胝体脱髓鞘病变（图一）。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-28777-9 查看详细>>

3月1日上午，南京大学与丹阳市人民政府推进基础教育高质量发展座谈会在仙林校区召开。校党委书记胡金波在会见丹阳市人民政府代表团时指出，南京大学深入贯彻习近平总书记“办好人民满意的教育”的重要指示，在探索实践中拓展综合性大学办师范教育的新路径，在先试先行中探索大学与地方联动推进基础教育高质量发展之路，受到中央和教育部领导的多次肯定。他希望双方紧抓人才和教师两个关键，进一步加强前瞻性思考、全局性谋划、战略性布局和整体性推进，共同开启“十四五”时期校地合作的新局面、新征程。座谈会上，副校长王志林向江苏省教育学会长期以来对南京大学办学事业的支持表示感谢，对丹阳市人民政府、丹阳高级中学一直以来对南京大学人才培养工作的支持表示感谢。他指出，拔尖创新人才培养关键是体制机制的创新。南京大学围绕名校与名校联姻、高校与高中联手、大学与地方联动开展了一系列具有前瞻性和创新性的探索实践，也取得了一系列成果。他建议双方通过务实有效的碰撞，实现师资、资源、机制等深层对接，构建新的合作范式。丹阳市副市长张文华向南京大学一直以来对丹阳教育发展的支持表示感谢。他指出，丹阳素以教育发达、人文景致而闻名，是镇江教育高质量发展的一面旗帜。未来南大与丹阳教育资源的“强强联合”，是贯通基础教育与高等教育、培养高素质创新型人才的积极探索，必将有力助推丹阳教育工作再上新台阶。座谈会由校党委常委、组织部部长、学生工作部部长龚跃主持。双方围绕合作具体内容和推进落实方案进行了研究。江苏省教育学会名誉会长、江苏省教科院原院长杨九俊、丹阳市政协原主席张仁海、丹阳高级中学校长朱禾勤，以及相关部门负责同志参加了座谈会。 查看详细>>

从麦克斯韦方程出发导出的洛伦兹互易定理是电磁系统普遍遵从的基本物理规律。该定理指出了电磁波传播的时间反演对称性或者可逆性，即电磁波在普通线性介质中传播的路径是可逆的。研究非互易性不仅具有基础科学意义，还具有广泛应用价值。基于非互易性的光学器件，比如光隔离器和光环形器，只允许光单向通过，隔离背向散射光，不仅被应用于激光防护、光通信和光信息处理，还是很多非传统量子计算、量子测量和量子网络等特殊量子信息处理协议中不可或缺的功能单元。虽然基于磁光效应的块状光学非互易器件在各领域得到了广泛应用，但是如何实现芯片集成的全光非互易器件仍然是一个挑战。缺少可在芯片上集成的光隔离器和环形器是限制光子芯片集成度的主要因素之一，也限制了激光雷达和激光陀螺仪的集成化。片上集成光学非互易器件对集成光量子信息处理也至关重要,夏可宇课题组与国际合作者理论提出片上集成的全光控制的光隔离方法和非互易光子晶体管。该项成果创新性地提出一种利用单向压缩腔模诱导光学非互易的理论方案。图1所示光学非互易系统由两个铌酸锂基非线性环形微腔和两根耦合波导组成。泵浦光从端口3入射，在满足相位匹配条件下，RB腔内发生非线性参量下转换产生逆时针的压缩腔模，但是顺时针模式仍为普通腔模。正向信号光在RA腔中形成顺时针普通腔模，与RB腔内的逆时针压缩腔模耦合。但是对于反向信号光，系统中两个普通腔模耦合。信号光正向与反向入射情况相比，普通腔模与压缩腔模耦合强度大于两个普通腔模的耦合，强耦合相比弱耦合形成模式劈裂，如图2(a)所示。并且等效压缩腔模频率小于普通腔模频率，产生模式频率漂移，如图2(b)所示。由此引起的光学非互易可以实现隔离度大于40 dB的光隔离和保真度大于98%的三端口准环形器。如果再向腔内注入与压缩腔模匹配的压缩真空场，泵浦引入的噪声将被消除，从而实现单光子隔离器和环形器()。而且开关弱泵浦光可以控制正向强信号光从端口1到2传输的通断，但是不能控制反向信号光。这样提出的方案可以实现控制增益G大于1的非互易光子晶体管。本工作报道的全光控制的光学非互易器件，采用铌酸锂光学微腔，结构简单，可用于经典相干光和单光子的非互易调控，为实现集成非互易量子信息处理开辟了新的途径。南京大学现代工学院夏可宇教授课题组与美国阿肯色大学肖敏教授和日本理化学研究所Franco Nori教授合作，2022年2月23日在物理学权威期刊《Physical Review Letters》以"Quantum Squeezing Induced Optical Nonreciprocity"为题发表了集成光学非互易器件的最新研究成果。南京大学现代工程与应用科学学院博士生唐磊为论文的第一作者，夏可宇教授为通讯作者，南京大学唐江山和陈明远同学及国际合作者肖敏教授和Franco Nori教授对本工作做出了重要贡献。该工作得到了科技部重点研发计划项目、国家自然科学基金委、江苏省"双创人才"和"双创团队"计划及南京大学卓越研究计划项目的支持。论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.083604 查看详细>>

信息安全是一个古老而又年轻的议题。从古希腊时期的“置换密码”，二战中的谍报电台，再到现如今的大数据时代，信息的加密不仅在军事、政治、外交等领域至关重要，而且在人们日常生产与生活中随处可见。常见的加密方法是在芯片或电路设计中引入具有加密功能的硬件模块，这种做法在一定程度上满足信息安全的要求，但也提高了芯片设计的复杂程度。近日，南京大学物理学院缪峰教授团队利用二维材料异质结晶体管的可调光电性质和非易失存储性质，首次实现了对光电逻辑电路的可靠加密，为提高光电信息转换的安全性和简化加密芯片结构的布局提供了一个可行的新思路。二维层状材料是后摩尔时代被寄予厚望的基础电子材料之一。我校物理学院缪峰教授团队一直专注于探索二维材料的独特物性与调控机制，以及新原理信息器件的设计与实现，开拓和发展了“原子乐高”电子学，陆续在光电探测、类脑计算、类脑视觉、可重构电路等方向取得突破。在此基础之上，缪峰团队近日构建了一类具有优异光电性质和可调非易失存储的二维材料垂直异质结光电晶体管，并将其作为安全电路的基本单元，在执行逻辑运算的同时，通过栅极“密钥”对晶体管的逻辑功能进行加密。在这项工作中，研究团队首先利用二维材料异质结转移技术制备了WSe2/h-BN/Al2O3异质结光电晶体管，其中双极性WSe2作为沟道材料（图b）。团队研究发现，该器件具有非易失的存储性质，其转移曲线在编程(同时加一束光脉冲和背栅电脉冲)后展现出显著负向移动，这归因于h-BN和Al2O3界面处光诱导积累电荷引起的栅极电场屏蔽。异质结光电存储器不但表现出在105开关比下超过104次的擦写次数、超过5×104s的阻态保持时间等优异的存储性能，而且其沟道电流可同时受到栅极静电场效应和界面处光生载流子带来的光门控效应的调控。因此，研究人员一方面通过控制编程脉冲的次数调节h-BN/Al2O3界面处积累的光生载流子数量，另一方面改变施加在栅极的电压大小和极性，利用两者的协同作用调控了沟道载流子的浓度和类型，并最终影响了源漏电流。研究团队利用了这种性质，将用于编程的光信号视为逻辑输入信号（有光：逻辑“1”；无光：逻辑“0”），同时将栅极调控信号视为信息加密的密钥，一种栅极密钥则对应了一种电流输出结果（图a）。得益于沟道材料WSe2的双极性场效应性质，研究团队通过改变输入逻辑信号和栅极密钥信息，实现了对沟道载流子的导电类型调控和浓度调控（图c）。同时，只有提供密钥，才能破解输出电流所代表的具体逻辑信息。在此基础上，研究团队将两个相同的异质结晶体管和一个三栅晶体管器件进行了集成，形成了双输入、单输出的光电加密逻辑电路。最终，通过调节密钥序列，团队成功在这个简单电路中展现了与非、或非、异或三种逻辑运算功能的切换。相关研究成果以“Nonvolatile van der Waals Heterostructure Phototransistor for Encrypted Optoelectronic Logic Circuit”（基于范德华异质结构的非易失性晶体管实现对光电逻辑电路的加密）为题于2022年2月15日在线发表在纳米材料和器件领域重要期刊ACS Nano上(DOI:10.1021/acsnano.1c10978)。南京大学物理学院博士生王爽和副研究员潘璇为论文的共同第一作者，缪峰教授和梁世军副教授为共同通讯作者。该工作得到国家优秀青年科学基金、国家自然科学基金重点项目、中科院先导B项目、国家重点研发计划等项目资助，以及固体微结构物理国家重点实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心等支持。附：文章链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.1c10978 查看详细>>

骨骼肌作为人体最大的器官（约占人体重的40%），不但是人类精彩生命运动的基础，还是机体至关重要的能量代谢器官，更是健康体魄的根本保证。骨骼肌具有高度的可塑性，骨骼肌含量随着运动负荷、衰老与疾病状态等因素的变化而改变。肌肉废用如不运动、疾病或衰老可引发肌肉萎缩，导致肌肉进一步衰减恶性循环，从而降低人的生活质量，增加死亡风险。肌肉衰减已经成为当前亟待解决的健康医学问题。近期，医学院模式所甘振继教授课题组系统性地揭示了骨骼肌含量调控的新机制。骨骼肌富含线粒体，线粒体对骨骼肌的功能至关重要。因此，骨骼肌线粒体需要精细的、多层次的质量监控系统来保障其功能。线粒体蛋白酶被认为是线粒体质量控制的第一道防线。尽管越来越多的研究提示其在线粒体功能保障中的作用非常关键，但线粒体蛋白质稳态控制对于生理及病理应激的响应及其功能还不甚清楚。作者在人和小鼠肌肉萎缩样本中，对多层次的线粒体质量监控机器进行了系统的考察。研究发现骨骼肌线粒体蛋白酶LONP1特异性的响应肌肉废用信号，在人和小鼠中均与肌肉废用引发的肌肉萎缩密切相关。作者利用多个LONP1缺失的小鼠模型以及体外原代肌肉细胞培养系统展开了详细研究，发现LONP1依赖的线粒体蛋白质稳态控制对肌肉含量和功能维持至关重要。LONP1的缺失会引起线粒体形态异常，功能损伤，蛋白周转减缓，激活自噬-溶酶体降解程序，这导致了肌肉含量减少，力量降低。进一步的机制研究发现，线粒体蛋白酶LONP1的缺失导致其特异性调节底物PARK7蛋白的异常积累，引发肌细胞过度的自噬。此外，为了进一步确证线粒体蛋白质稳态控制与肌肉含量之间的机制关联，作者还构建了另一种转基因小鼠模型，在肌肉中特异性过表达一种线粒体驻留的错误折叠蛋白——突变形式的鸟氨酸转氨甲酰酶(ΔOTC)。该转基因小鼠也展现出与LONP1肌肉缺失小鼠类似的表型。而通过在该小鼠的肌肉中过表达LONP1蛋白酶可恢复线粒体蛋白质稳态、线粒体功能及肌肉含量(图1)。这项研究表明线粒体蛋白酶LONP1是肌肉废用引起的肌肉萎缩的感应器和调节器，为探寻防治肌肉萎缩的新途径提供了实验依据。2022年2月16日，Nature Communications在线刊发了甘振继教授团队题为"Disuse-associated loss of the protease LONP1 in muscle impairs mitochondrial function and causes reduced skeletal muscle mass and strength"的最新研究成果。南京大学博士研究生徐志圣，付婷婷和郭奇奇为本文的共同第一作者，甘振继教授为通讯作者。此项工作揭示了肌肉废用过程中线粒体蛋白质稳态控制与肌肉含量和功能维持之间的机制关联。此前研究成果在Journal of Clinical Investigation上发表了题为“IRE1αregulates skeletal muscle regeneration through Myostatin mRNA decay”，甘振继教授为共同通讯作者。这两项研究系统性地揭示了骨骼肌含量调控的新机制，并提出了"细胞器蛋白质稳态控制决定肌肉含量"的新概念，这些研究工作为防治肌肉衰减疾病提供了新靶点和新途径。上述研究得到了国家自然科学基金委、科技部、教育部、江苏省科技厅以及中央高校等基金的支持，并在相关研究方面得到合作实验室的大力协助与支持。 查看详细>>