内容速览
1.物理学院王为、尤郑昀、肖翔团队在轻质量暗物质探测研究中取得重要进展
2.海洋科学学院李登峰副教授团队在深海稀土定年技术与富集时间方面取得重要进展
3.材料科学与工程学院付俊教授团队于超分子化学与形状记忆的可擦除可重写可重编程双重信息加密取得新进展
4.测绘科学与技术学院环境遥感团队王天星教授等在复杂山区通用地形校正模型（USWTRM）研发方面取得重要进展
5.航空航天学院刘济科教授团队针对工程中的分数阶混沌系统的参数辨识问题提出新方法
6.附属第一医院彭穗教授团队揭示肝癌免疫抑制微环境的调控机制
01
物理学院王为、尤郑昀、肖翔团队在轻质量暗物质探测研究中取得重要进展
暗物质直接探测实验对质量在GeV/c2以上重暗物质同原子核相互作用给出越来越强的限制，对更轻质量暗物质的探索已成为近些年研究关注的热点问题。轻质量暗物质和原子核外电子发生散射可以产生微弱的电子散射信号。这样信号可能仅会产生几个电离的电子，而探测器中其他微小的“涟漪”均可能会成为本底。以往的国际实验在该能量范围内均发现了大量未能理解的“超出”，只能得出对暗物质非常保守的限制。
这次Pandax-4T实验开展了“盲分析”（分析直到最后一步才能看到真实的筛选事例），通过筛选纯电离事件将探测阈值从传统1keV显著降低至70 eV，并利用刻度数据和其他能区物理事件的波形特征对本底进行抑制。分析团队发现在3至10个电离电子信号区间，大部分本底由探测器电极上的微小放电构成，并基于一段专门采集的电极放电数据给出了对这部分本底的预期，首次实现了液氙实验在该能区完整的本底模型。
“盲盒”打开后，最终在0.55吨年（64.7 天）的曝光中发现了105个候选事例，符合本底预期，未发现显著的暗物质信号超出。利用该数据，PandaX-4T对40 MeV/c2到10 GeV/c2范围内的轻暗物质同电子的短程相互作用，或者100 MeV/c2到10 GeV/c2区间的轻暗物质同电子的长程相互作用，均给出国际最严格的限制。这一研究结果将此类探测的灵敏度提升了一个数量级，并检验了轻质量暗物质残余密度两种重要形成机制（冷却退耦freeze-in和热退耦freeze-out机制）。
轻质量暗物质和电子的散射截面限制
以上研究成果以“Search for Light Dark Matter with Ionization Signals in the PandaX-4T Experiment为题发表于期刊PHYSICAL REVIEW LETTERS，中山大学物理学院博士生武蒙蒙是该论文的主要作者。
来源：中山大学物理学院
“科研动态丨我院王为、尤郑昀、肖翔团队在轻质量暗物质探测研究中取得重要进展”
02
海洋科学学院李登峰副教授团队在深海稀土定年技术与富集时间方面取得重要进展
深海富稀土沉积物被认为是一种潜在的稀土矿产资源，其总稀土含量可高达8000ppm，并且含丰富的中重稀土资源。前人研究发现稀土元素含量与磷酸盐呈正相关，厘定了沉积物中最主要的稀土赋存矿物是生物质磷灰石。然而，自2011年日本学者提出深海稀土资源至今10年左右时间里，富稀土沉积物研究虽已获得诸多进展，但深海稀土富集的时间规律揭示方面却还十分薄弱，阻碍了成矿理论发展和后续的资源勘探开发。
前人研究显示，鱼牙中稀土富集被认为发生在鱼类死后不久，大概是102到106年，并伴随着去有机质的过程(Kohn and Law, 2006)。生物磷灰石中的稀土从几个Ka到400Ma稀土富集程度相当，也从另一方面说明了稀土在很短时间内进入其中，并长时间保持不变(Finlay et al., 2013)。同时，模拟实验证明生物磷灰石是一种比氟磷灰石更好的核污染吸附剂，仅需40Ka左右的时间，U就可以被完全富集(Trueman and Tuross, 2002)。原位分析结果显示鱼牙中稀土元素和U-Pb年代学的U元素含量正相关，说明鱼牙中的稀土元素和U元素同时进入其中。因此，生物磷灰石U-Pb年代学能够代表相应层位的稀土富集时代。基于此，中山大学李登峰副教授等开展了深海沉积物中生物磷灰石的U-Pb年代学研究工作。
李登峰博士等获取了具有较好年龄框架的IODP钻孔样品，挑选其中的鱼牙开展了生物磷灰石U-Pb年代学验证。结果表明，IODP钻孔中鱼牙U-Pb定年结果与微体古生物年代在误差范围内一致，说明生物磷灰石U-Pb年代计较为可靠。在此基础上，李登峰等将磷灰石U-Pb年代学应用于西太平洋富稀土沉积物沉积物样品中，U-Pb定年结果从底部到顶部为6.22Ma到2.16Ma，同时该年代学还得到了鱼牙原位Sr同位素结果的验证，有效揭示了该区域内存在一期中新世稀土矿化事件。该方法的成功运用将有助于各个海域的稀土富集时代研究，并揭示沉积物不同深度稀土富集事件。
西太平洋富稀土沉积物中鱼牙的U-Pb Wetherill谐和图，数据椭圆和年龄误差均为2σ
以上研究成果以“Dating REE enrichment in deep-sea sediments using U-Pb geochronology of bioapatite”为题发表于期刊Geology，李登峰副教授为本文的通讯作者。
来源：中山大学海洋科学学院
“Geology | 李登峰：中山大学在深海稀土定年技术与富集时间方面取得重要进展”
03
材料科学与工程学院付俊教授团队于超分子化学与形状记忆的可擦除可重写可重编程双重信息加密取得新进展
先进加密技术对于信息安全、通信、商业、健康等至关重要。基于磷光/荧光效应的加密材料和技术具有便携、易操作等优点，得到了广泛的研究。常用的策略将生色团均匀地分布在基底材料中，依靠离子、氧化还原、光等局部“触发”或“淬灭”荧光效应，实现加密或解密，甚至可逆擦除-写入，但存在非特异性解密或信息丢失等问题。将超分子作用与荧光技术结合可实现信息加密，其可逆性有利于实现重复加密-解密。研究高度选择性和特异性加密/解密方法，实现信息可逆的写入、擦除、重编程，提高加密水平，具有重要的意义。
酰亚胺与β-环糊精之间的柔性桥连使N-CD分子形成自包合构象，在β-CD空腔中，萘酰亚胺荧光减弱，与聚合物刷上的Ada分子结合后，萘酰亚胺基团被挤出空腔，形成分子间π-π堆叠，发生分子内电荷转移（ICT），在紫外激发下发射明亮的绿色荧光。以N-CD为墨水，可以方便地在聚合物刷（PBG）底物绘制特定的信息，包括图案、字母或二维码。
研究发现，缺电子的三硝基苯酚（PA）共轭环可特异性地与富电子的萘酰亚胺共轭环形成π电子供体-受体对，阻断萘酰亚胺分子之间的π-π作用，使其荧光淬灭。该淬灭作用有很强的选择性和特异性，可特异性地“擦除”或“隐藏”PBG上写入的N-CD 荧光信息。一方面，在被擦除的PBG表面，可以用蘸有N-CD溶液的毛笔书写不同的信息，这时，聚合物刷表面仍存在自由的Ada基团，捕获N-CD，固定新的信息，从而实现重复写入和擦除。另一方面，利用Na2CO3溶液与PA反应，生成水溶性产物，可除去PA，使N-CD荧光恢复，重新解密（恢复）事先写入的信息。
该超分子策略可应用于任意不规则表面。利用动物或昆虫的独特结构，将超分子化学与仿生学结构结合，可实现高级信息加密。例如，海星的棘皮可以用来隐藏信息或线索。作者制作了仿海星棘皮结构的水凝胶，并在其表面ATRP生长Ada修饰的聚合物刷，以N-CD为墨水，将信息写入到海星表面，实现极其复杂的仿生信息加密。类似地，制备了蝴蝶状Ada聚合物刷水凝胶衬底，并在其表面构建仿生图案，利用N-CD墨水写入加密信息。这里，事先设计的仿生结构成为解密“密码”的重要组成部分，大大地提高了加密程度和解密难度。团队将软物质水凝胶的形状记忆效应与超分子作用相结合，实现了双重加密。该水凝胶被折叠成三维结构（如玫瑰花）时，经适当脱水可固定临时形状，并隐藏PBG表面包含的N-CD墨水图案或文字信息；当水凝胶吸水溶胀时，临时形状解除，恢复到初始的薄片形状，其隐藏的信息在紫外线下得以解密。
具有超分子识别及在紫外光下进行反复加密和解密过程
以上研究成果以“Erasable, Rewritable, and Reprogrammable Dual Information Encryption Based on Photoluminescent Supramolecular Host-Guest Recognition and Hydrogel Shape Memory”为题发表在Advanced Materials上。中山大学材料科学与工程学院为文章的第一单位，2020级博士生杨海龙为第一作者，付俊教授为共同通讯作者之一。
来源：中山大学材料科学与工程学院
“付俊教授课题组《Adv. Mater.》：基于超分子化学与形状记忆的可擦除可重写可重编程双重信息加密”
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测绘科学与技术学院环境遥感团队王天星教授等在复杂山区通用地形校正模型（USWTRM）研发方面取得重要进展
地表短波下行辐射（SWDR）是地表能量的主要来源，它对于地球系统物质循环、气候变化等研究至关重要。对于地形复杂的山区，准确估算太阳辐射一直是一个挑战。传统短波辐射地形校正方法仅适用于DEM尺度，应用于像元尺度时涉及尺度转换和误差传递，而且，总能量存在不守恒的问题，如何克服上述不足，开发精度可靠、多尺度通用的地形校正统一模型是当面该领域亟需解决的问题和新的发展趋势。
不同于传统思路，研究从能量守恒角度出发，提出了一种适用于各种尺度的短波辐射地形校正通用模型（Uniform ShortWave Topographic Radiation Model，USWTRM），旨在解决复杂山区太阳辐射遥感估算难、模型适用性差的问题。
该模型首先准确量化地表所接收到的总辐射通量，然后考虑直射散射差异、地形起伏和遮蔽，将能量合理分布在各空间尺度的真实地表面积上，从而得到准确的辐照度。与传统方法相比，USWTRM能够更便捷、更准确地估算山区太阳辐射，同三维辐射模型LESS对比显示，其在不同空间尺度、各种太阳角度以及晴空和有云条件下的精度均优于传统方法，解决了传统方法低值高估等问题。
研究还揭示了在青藏高原地区，地形对太阳辐射的显著影响，地形对太阳辐射的影响在冬季比夏季更为显著，冬季将导致瞬时太阳辐射超过450 W/m2 的高估或 250 W/m2 的低估，即使在5km的空间分辨率下，地形效应造成的误差仍然不可忽视。 该研究对于山区气候和生态水文研究具有重要意义，准确估算山区的太阳辐射是理解和预测气候变化、评估生态系统功能以及优化太阳能资源利用的关键。USWTRM降低了山区短波辐射遥感估算的不确定性，为相关领域提供了一种准确、高效的方法，有望推动山地遥感和辐射平衡相关研究的发展。
基于能量守恒思路的山区地表短波下行辐射直射分量建模
以上研究成果以“A Uniform Model for Correcting Shortwave Downward Radiation Over Rugged Terrain at Various Scales”为题发表在期刊IEEE TGRS上。学院博士研究生冼宇阳为文章第一作者，王天星教授（通讯作者）等为论文合作作者。
来源：中山大学测绘科学与技术学院
“科研成果 | 环境遥感团队王天星教授等在复杂山区通用地形校正模型（USWTRM）研发方面取得重要进展”
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航空航天学院刘济科教授团队针对工程中的分数阶混沌系统的参数辨识问题提出新方法
分数阶微积分是当前科学和工程中研究的热门主题。对于如粘弹性材料系统而言，整数阶微分建模可能无法准确描述系统的各种力学行为。分数阶微积分能够用少量参数来建模此类带有记忆行为的系统，被广泛应用在控制理论、数学、力学、生物学、化学以及信号和影像处理等领域。
航空航天学院刘济科教授团队的张涛博士、刘广副研究员提出了一种基于逐步积分和响应灵敏度分析(SRSA)的参数估计方法，能够快速精准识别分数阶混沌系统的参数。分数阶混沌系统对初始条件和长时间历程非常敏感，传统的方法通常将该参数识别问题，建模为一个非线性最小二乘优化，其目标函数有无数个局部最优点。本文提出了一种新的基于单步积分的目标函数，该目标函数在可行域内具有唯一的最小值。此外，本文还引入了“置信域限制”等手段来进一步提高方法的收敛性。我们还在分数阶永磁同步电机(PMSM)上进行了数值验证，结果表明SRSA方法能够同时识别系统的分数阶阶次以及多个系统参数，并且对测量噪声具有良好的抗噪性。
(a) 分数阶unified系统的逐步目标函数 (b) PMSM等效电路(c) 不同噪声水平下分数阶PMSM系统的吸引子
以上研究结果以“Parameter estimation of fractional chaotic systems based on stepwise integration and response sensitivity analysis”为题发表在期刊Nonlinear Dynamics上。中山大学航空航天学院博士研究生张涛为第一作者，刘广副研究员为论文的通讯作者。
来源：中山大学航空航天学院
“航空航天学院刘济科教授团队针对工程中的分数阶混沌系统的参数辨识问题提出新方法”
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附属第一医院彭穗教授团队揭示肝癌免疫抑制微环境的调控机制
基于对肿瘤微环境（TME）的深入研究，免疫治疗已在抗肿瘤治疗领域取得了重大进展。然而，肝脏作为高度免疫耐受的器官，极大地限制了肝癌的免疫治疗效果。肝癌根据器官起源可以分为原发性和继发性肝癌，因此需要全面了解不同起源肝癌中TME的异质性，为肝癌的免疫治疗策略提供新的见解。
研究人员对61例原发性肝癌（HCC）和62例结直肠癌肝转移（CRLM）样本进行分析，证实了B细胞在HCC和CRLM微环境中发挥着的关键调节作用。通过单细胞测序对24250个B细胞进行深入剖析，研究发现IgG+浆细胞在HCC中显著积累，而IgA+浆细胞则更倾向于在CRLM中富集。
研究人员进一步发现，在机制上，HCC中的IgG+浆细胞通过CXCR3-CXCL10轴被肿瘤相关巨噬细胞招募，而CRLM中的IgA+浆细胞通过CCR10-CCL28信号被转移性的结直肠癌细胞招募。在功能上，IgG+浆细胞在HCC中诱导促肿瘤巨噬细胞的分化，而IgA+浆细胞在CRLM中则趋向诱导粒细胞-髓源性抑制细胞（G-MDSC）的激活。在临床上，HCC中IgG+浆细胞和巨噬细胞浸润增加与较差的生存率相关，而CRLM中IgA+浆细胞和中性粒细胞的富集则提示预后不良。
该研究首次从单细胞水平剖析HCC和CRLM中的浆细胞和髓系细胞介导免疫抑制的作用机制，表明有选择地调节原发或继发肿瘤相关的免疫抑制调控网络可能重塑微环境，为治疗肝癌提供了新的免疫治疗策略。
HCC中的IgG+浆细胞通过CXCR3-CXCL10轴被TAMs招募，而CRLM中的IgA+浆细胞通过CCR10-CCL28轴被肿瘤细胞招募，介导不同的免疫抑制作用
以上研究成果以“Crosstalk between myeloid and B cells shapes the distinct microenvironments of primary and secondary liver cancer”为题发表在Cancer Research杂志上，中山一院肝胆胰外科中心博士后陈志航是该论文的第一作者，精准医学研究院彭穗教授是最后通讯作者。
来源：中山大学附属第一医院
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