内容速览
1.化学学院匡代彬/王旭东团队于大面积钙钛矿准单晶膜用于X射线光电探测与成像取得新进展
2.物理与天文学院苗荣欣副教授等人在黑洞信息丢失问题研究中取得进展
3.海洋工程与技术学院蒋运华副教授课题组研究提出一种跨介质入水降载新策略
4.测绘科学与技术学院何连助理教授在北极海冰表面积雪厚度遥感中取得新进展
5.先进制造学院吴嘉宁副教授团队揭示蜜蜂口器摄食花冠内部花蜜的机理与行为策略
6.中山医学院陈俊团队揭示GBM新靶点
01
化学学院匡代彬/王旭东团队于大面积钙钛矿准单晶膜用于X射线光电探测与成像取得新进展
X射线探测与成像技术广泛应用于医学影像、安全检查、工业探伤、辐射监测等领域。近年来，金属卤化物钙钛矿材料凭借着高的X射线吸收系数、优异的载流子传输能力和低成本等特点，在直接型X射线光电探测应用方面表现出了很好的应用潜力。考虑到X射线难聚焦，在探测成像应用中，X射线探测器的面积需要足够大。然而，大尺寸钙钛矿单晶可控制备及其高性能X射线探测与成像的研究具有很大的挑战性。
中山大学匡代彬/王旭东团队将超声辅助结晶法与热压工艺相结合，实现了大面积（10 cm × 10 cm）和高品质的混合阳离子钙钛矿（MA0.42FA0.58PbI3）准单晶膜的制备。在钙钛矿结晶过程中，借助超声诱导实现快速均匀成核，为后续大面积钙钛矿微晶膜的均匀生长提供了保障。经过热压处理后，钙钛矿晶粒发生融合，晶粒间隙基本消除，从而获得了钙钛矿准单晶膜。与未经热压处理的微晶膜相比，准单晶膜的载流子迁移率和载流子迁移率-寿命乘积分别提升了~13倍（从1.8 cm2s−1V−1至23.5 cm2s−1V−1）和~18倍（从8.4 × 10−6 cm2V−1至1.5 × 10−4 cm2V−1)。得益于 优异的载流子输运性质，MA0.42FA0.58PbI3准单晶膜光电器件在X射线探测中表现出了非常突出的探测灵敏度（1.16 × 106 μC Gyair−1 cm−2）。X射线探测灵敏度超过了绝大多数文献报道的钙钛矿多晶膜或晶片，甚至与钙钛矿单晶器件相媲美。器件的检测限为37.4 nGyair s−1，较商业化α-Se探测器低了两个数量级。在X射线探测成像中，探测器能清晰分辨门禁卡、电子元件等物体的内部结构。这项工作为大面积钙钛矿准单晶膜在X射线成像中的应用提供了新思路。
以上研究成果以“Ultrasound-Assisted Crystallization Enables Large-Area Perovskite Quasi-Monocrystalline Film for High-Sensitive X-ray Detection and Imaging”为题发表在国际知名期刊Advanced Materials，中山大学化学学院王旭东副教授和匡代彬教授为论文的共同通讯作者，李文广博士后为该论文的第一作者。
来源：中山大学化学学院
“匡代彬/王旭东团队：大面积钙钛矿准单晶膜用于X射线光电探测与成像”
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物理与天文学院苗荣欣副教授等人在黑洞信息丢失问题研究中取得进展
黑洞信息丢失问题深刻揭示了量子力学与广义相对论之间的矛盾。人们普遍相信对它的研究有助于建立自洽的量子引力理论。近期，这个困扰理论物理学家长达半个世纪的难题取得了突破性进展，其中量子孤岛发挥了重要作用。量子孤岛在黑洞演化的晚期出现，它由量子极值曲面确定，是一个与辐射区域不联通的神秘区域，对重构佩奇曲线至关重要。目前的研究多局限于有质量引力的双全息模型，有研究者猜测量子孤岛只存在于有质量引力中。如果这个猜想正确，那么黑洞信息丢失问题仍然没有完全解决，这是目前研究中的一个核心问题。
苗荣欣副教授等人在锥形全息框架下探讨了这一问题。值得一提的是锥形全息是由苗荣欣副教授提出的双全息模型，其膜上包含长程引力。苗荣欣副教授等人结合锥形全息理论和DGP引力，成功地构建了同时存在长程引力和量子孤岛的自洽模型，有力支持了量子孤岛可以与长程引力一致的观点，也验证了量子孤岛公式的普适性。
锥形全息几何与黑洞信息佯谬。膜E上的黑洞与膜Q上的热源耦合，紫色代表量子孤岛I，红色代表辐射区域R。通过选取合适的DGP引力参数可以使量子孤岛I不为零
以上研究成果以“Massless entanglement islands in cone holography”为题发表于期刊Journal of High Energy Physics，2020级硕士研究生李东奇为论文第一作者，苗荣欣副教授为通讯作者。
来源：中山大学物理与天文学院
“我院苗荣欣副教授等人在黑洞信息丢失问题研究中取得进展”
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海洋工程与技术学院蒋运华副教授课题组研究提出一种跨介质入水降载新策略
入水问题广泛存在于海洋工程、航空航天等领域，如舰船砰击、救生艇入水、飞机水上迫降及航天器回收等。入水初期会伴随复杂的多相耦合流动，结构物所受冲击具有强烈、短暂和不稳定等特性，特别是高速入水会导致结构物仪器仪表失灵、结构损坏及弹道失稳等，这些是海洋工程、航空航天等领域一直未能有效解决的问题。
近日，蒋运华副教授课题组在入水降载基础研究方面取得重要进展。课题组研究提出了一种入水降载策略，即在物体入水前先使用气体射流冲击自由液面。射流在入水时会显著改变冲击区域的流场结构，进而影响沾湿面积和自由面边界条件。实验中在不同条件下观察到了四种空泡体系和六种冲击模式，特别是在射流空泡状态下几乎不存在冲击现象，冲击力最大可减小约90%，而入水速度仅降低约10%。不同空泡体系和冲击模式下的冲击力存在明显增大或减少，课题组通过附加质量与动量守恒理论揭示了其背后的物理机理。该降载策略在高速入水方面具有极大的应用潜力，对大型结构物跨越气、水界面时减少损伤具有重要指导意义。
在不同的修正弗汝德数下，气体射流形成的空泡体系和冲击模式
以上研究成果以“Reduction of Water Entry Impact Force by a Gas Jet”为题发表于流体力学权威期刊Physical Review Fluids，第一作者和通讯作者为蒋运华副教授。
来源：中山大学海洋工程与技术学院
“学术科研 | 我院蒋运华副教授课题组研究提出一种跨介质入水降载新策略“
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测绘科学与技术学院何连助理教授在北极海冰表面积雪厚度遥感中取得新进展
北极海冰表面积雪具有高反照率和低导热性的特性，阻碍海冰和大气的热量交换，影响海冰的生长和消融，在北极海冰快速变化及全球气候系统中起着重要的作用。海冰表面积雪厚度是利用卫星高度计估算海冰厚度的关键输入参数。微波辐射计是获取长时间序列、大范围海冰表面积雪厚度的有效手段，但遥感反演模型的构建和验证依赖于地面观测数据。由于北极地区现场观测数据稀少，且存在地面观测与遥感像元空间尺度不匹配、验证数据时间和空间范围有限等问题，使得北极海冰积雪厚度产品不确定性无法得到有效评估。
测绘科学与技术学院极地与海洋遥感团队何连助理教授等分别以冰物质平衡浮标IMB、冰桥计划(Operation IceBridge, OIB)机载观测和卫星高度计ICESat-2和CryoSat-2干舷高度差获取的海冰表面积雪厚度为参考数据，基于AMSR2微波辐射计数据构建了三种不同海冰表面积雪厚度反演模型，进一步采用不依赖地面“真值”的Triple Collocation方法对三种冰面积雪厚度产品进行不确定性评估，并以产品的随机误差为基础实现多源海冰表面积雪厚度产品的高精度融合。
结果表明：（1）针对月尺度的ICESat-2和CryoSat-2干舷高度差海冰表明积雪厚度产品，构建了日尺度的海冰表面积雪厚度反演模型，实现了月尺度积雪厚度产品的时间降尺度，模型均方根误差为6.21 cm。（2）在不依赖地面“真值”的情况下，采用Triple Collocation方法实现三个独立数据集随机误差的评估，是传统基于地面数据验证方法的有效补充。（3）以三种独立参考数据构建的积雪厚度反演模型存在较好的一致性，在此基础上进行的数据融合能够有效降低产品随机误差，提升产品精度。
北极海冰表面积雪厚度反演与融合技术路线图
以上研究成果以“Triple Collocation-Based Merging of Winter Snow Depth Retrievals on Arctic Sea Ice Derived From Three Different Algorithms Using AMSR2”为题发表于IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing，中山大学测绘科学与技术学院极地与海洋遥感团队何连助理教授为文章第一作者，团队首席科学家程晓教授为文章通讯作者。
来源：中山大学测绘科学与技术学院
“科研动态 | 何连助理教授在北极海冰表面积雪厚度遥感中取得新进展”
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先进制造学院吴嘉宁副教授团队揭示蜜蜂口器摄食花冠内部花蜜的机理与行为策略
蜜蜂摄食的花蜜的流动属于微量级尺度的流体流动，重力可以相对忽略不计，而粘性和表面张力对流体在蜜蜂口器中流动的稳定性以及传输效率提出了新的挑战。以往已经有很多研究分析了蜜蜂是如何使用中唇舌蘸取摄食花蜜的，但是这些研究都是基于无限液体食物源的实验场景下，即蜜蜂可以源源不断地摄食花蜜。但是，真实的蜜蜂是如何使用口器在花冠内部，尤其是花冠深处采集花蜜的行为尚且鲜为人知。
在蜂-花系统中，花蜜浓粘度和它在花冠中的深度会同时影响着蜜蜂的采蜜过程，影响着蜜蜂口器的结构与驱动方式，此项研究首次将花蜜-口器的距离和花蜜的粘度考虑在一个力学系统内进行分析。
研究发现，蜜蜂具有不止一种操纵口器的方式，它在摄取低粘度花蜜时（糖浓度10%w/w），会偏向喙部伸长直接吸食，而在摄取高粘度花蜜时（糖浓度50%w/w），会偏向使用多毛的中唇舌迅速且不断地弹出-收回，蘸取舔食花蜜。而在蜜蜂摄取花冠内部中等粘度的花蜜时，一开始迅速地舔食花蜜，随着花蜜液面距离逐渐远离口器，蜜蜂明显降低了舌头弹出-收回的频率，最终改为稳定伸长口器直接吸食花蜜。由于蜜蜂口器内部具有及其复杂的结构，且这两种摄食方式的驱动肌肉和结构都不同，这种行为上的特异性可能是一种自然优化的结果。
作者通过实验和理论建模的分析，阐述了这一过程中涉及到的食窦泵送吸食、刚毛协同展开蘸取，毛细驱动转运三种不同的粘性微流体采集方法，证实了蜜蜂这种摄食行为的调整策略可保证它对不同距离和粘度的花蜜的摄食效率。
在熊蜂上没有找到两种摄食方式共存的行为，且现存文献中对其他蜜蜂，甚至于其他传粉昆虫都没有多模式摄食方式的记载。蜜蜂这种独有的液体摄食方法调整行为提高了其在复杂环境中的生态适应能力，并可能因此使其成为全球最高效的传粉动物。这一工作提供了对植物和传粉动物交互过程的微观动态视角，加深了动物-植物之间紧密连接与相互影响的理解，也将对粘性微流体转运系统提供仿生学的设计灵感。
以上研究成果以“Honey bees switch mechanisms to drink deep nectar efficiently”为题发表在PNAS上，中山大学博士生魏蒋坤为论文第一作者，中山大学吴志刚教授，吴嘉宁副教授为共同通讯作者。
来源：中山大学先进制造学院
“科研进展 | 我院吴嘉宁副教授团队PNAS：蜜蜂口器粘性流体调控动力学”
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中山医学院陈俊团队揭示GBM新靶点
胶质母细胞瘤（GBM）是最凶险的原发性脑肿瘤类型。现行的标准治疗策略是综合神经外科手术切除、辅助放疗和替莫唑胺（temozolomide，TMZ）化疗，但疾病复发的可能性极高，复发后的整体生存时间只有24至44周。针对GBM的新治疗策略迫在眉睫。
研究团队通过对24例原发、复发和接受了抗PD-1抗体新辅助治疗的GBM患者样本进行单细胞RNA测序和空间转录组分析，发现在抗PD-1治疗无效的患者中，肿瘤内高表达Siglec-9基因的肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）特别多。更具挑战性的是，研究者发现，尽管抗PD-1治疗能够在一些GBM患者中改变肿瘤免疫环境，使T细胞激活，增加某些化学因子基因和干扰素-γ相关基因的表达，诱导前体样耗竭T细胞的产生，并激活传统树突状细胞，但这并不能改变瘤内免疫环境的整体抑制状态，特别是无法抑制Siglec-9高表达的巨噬细胞（Siglec-9+ TAMs）的免疫抑制功能。
研究团队进一步发现，Siglec-9+ TAMs可以区分为连续分化的Siglec-9+MARCO+ TAMs和Siglec-9+SEPP1+ TAMs。空间转录组分析显示，这两类TAMs是由CD14+ 单核细胞以分步方式迁移到肿瘤中并分化而来的，Siglec-9+MARCO+ TAMs可能代表了循环中的单核细胞分化为Siglec-9+SEPP1+ TAMs的过渡状态。
Siglec-9分子属于免疫球蛋白样凝集素（Siglec）家族成员，是表达于巨噬细胞等髓系免疫细胞表面的受体。这些受体与含有唾液酸残基的宿主/癌细胞膜上的糖蛋白结合时，会作为免疫检查点分子传递免疫抑制信号8。通过细胞和基因敲除小鼠颅内肿瘤模型的研究，研究团队发现，SiglecE（人Siglec-9的鼠功能同源基因）的敲除可以抑制GBM肿瘤的生长，改变巨噬细胞的免疫抑制表型，使其转变为更具有抗肿瘤活性的表型，并且显著增强T细胞的活化和增殖。进一步，研究者通过多种小鼠体内、体外和人临床样本实验，证明表达Siglec-9+/SiglecE+ TAMs是SiglecE敲除小鼠中抑制肿瘤生长的主要细胞群体，并且直接和T细胞相互作用，靶向Siglec-9是通过T细胞活化发挥肿瘤杀伤作用的。为了进一步明确靶向Siglec-9的临床前景，研究团队发现，SiglecE敲除小鼠接受抗PD-1治疗时，生存时间可以进一步延长。研究团队在小鼠GBM模型，使用具有靶向Siglec-9功能的竞争性蛋白治疗，结果发现这种治疗可以显著延长小鼠的生存时间。
以上研究成果以“Siglec-9 acts as an immune checkpoint molecule on macrophages in glioblastoma, restricting T cell priming and immunotherapy response”为题发表于Nature Cancer，中山大学中山医学院陈俊教授为共同通讯作者之一，中山大学中山医学院博士研究生王秀美为并列第一作者。
来源：中山大学中山医学院
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