内容速览
1.地球科学与工程学院地球物理学团队在GRL上发表最新成果：深反射地震剖面揭示莺歌海红河断裂结构与地壳变形
2.理学院刘洋助理教授在ATLAS探测器寻找超对称粒子的研究方面取得新进展
3.材料科学与工程学院谢庄副教授课题组在唾液性激素居家监测方面取得新进展
4.测绘科学与技术学院大地测量与导航团队在区域大地水准面精化研究中取得新进展
5.先进能源学院童贞助理教授揭示模块化晶体结构中类波传输主导的超低热导率机理
6.中山医学院丁涛教授团队揭示细菌群体感应机制（QS）调控人体菌群结构的序贯演替
（1）地球科学与工程学院地球物理学团队在GRL上发表最新成果：深反射地震剖面揭示莺歌海红河断裂结构与地壳变形
印度板块与亚洲板块的碰撞不仅形成了世界上最高与巨厚地壳的青藏高原，还导致高原物质向外逃逸。前人研究提出了两种端元模型来解释青藏高原物质是如何逃逸的。其中一种是大陆挤压模型，该模型提出青藏高原是沿着几条岩石圈尺度走滑断裂向外逃逸，其中该模型预测红河断裂是青藏高原物质向东南逃逸的一条岩石圈尺度断裂；另外一种是地壳流模型，该模型提出青藏高原物质主要是以中下地壳流方式向外逃逸。发育在青藏高原北部金沙江缝合带并向东南延伸，经过红河至莺歌海盆地延绵～1000公里长的红河断裂被认为是这些大规模走滑断裂中一条规模巨大的断裂。因此，精细探测红河断裂的属性（几何结构、变形样式和深度延伸）是揭露青藏高原物质向东南方向逃逸过程的关键。
位于南海西北部与海南岛西南部的莺歌海盆地由于其巨厚的沉积覆盖，完整保留了红河断裂的运动历史，是探测红河断裂结构属性的最佳区域。高锐院士团队通过深反射地震剖面数据采集系统设计、速度建模与地震成像方法的创新，在莺歌海获取了高分辨率深达40公里的反射地震剖面（共约360公里长）。深反射地震图像首次揭示了莺歌海盆地下方的精细地壳结构、壳幔边界（即莫霍面）形态以及红河断裂结构属性。
获取的深反射地震图像观测到莺歌海红河断裂下方的下地壳与莫霍面复杂的（旋转、陡倾与不连续）反射特征，表明红河断裂的剪切已经作用至下地壳，乃至上地幔，为红河断裂是一条贯穿地壳的深大断裂提供了直接的地震学证据。结合断裂作用与地层时间关系，本研究进一步推断，红河断裂在渐新世-早中新世期的大尺度左旋走滑剪切运动造成了印支地块的向东南方向逃逸。伴随着印支地块的顺时针旋转、拉伸和减薄了大陆，其地壳减薄了50%以上，最终形成了莺歌海盆地。本研究结果表明：在印度与亚洲发生碰撞后的早期阶段，青藏高原变形是以沿着岩石圈深大断裂的整体物质逃逸为主导。该研究也能为认识莺歌海的形成及其构造与温度演化历史以及石油天然气的形成与聚集提供重要的基础。
青藏高原东南缘（a）与莺歌海盆地（b）的构造与地形图
以上研究成果以“Seismic reflection imaging of
a deep-penetrating Red River Fault in the Yinggehai Basin, northwest of the South China Sea”为题发表于期刊Geophysical Research Letters，地球科学与工程学院李伦副教授为第一作者，卢绍平教授为通讯作者，高锐院士为共同作者。
来源：中山大学地球科学与工程学院
https://mp.weixin.qq.com/s/zvtxSL0ff7CFKd3Kjl4GzQ
（2）理学院刘洋助理教授在ATLAS探测器寻找超对称粒子的研究方面取得新进展
刘洋助理教授基于“分析可复现化平台”技术，对已发表的ATLAS实验结果进行复用并进行了重新解释。该文章主要介绍了基于 ATLAS 实验 Run-2 阶段数据，寻找产生带有毫米级冲击参数的对称电荷相反的缪子对的新物理现象的研究。该研究未能找到超出标准模型的迹象，因此对长寿命的超缪子质量设定了相应的排除限。相对于以往的研究，该研究结果极大的扩展了长寿命超缪子的排除限。同时，刘洋助理教授利用“分析可复现化平台”技术，对已发表的ATLAS实验结果进行复用并进行了重新解释，首次填补了即时衰变的超缪子到长寿命超缪子之间的研究空白。
对长寿命以及即时衰变的超缪子模型的质量排除限
以上研究成果以“Searches for pairs of muons with small displacements in pp collisions at with the ATLAS detector”为题发表在Physics Letters B。
来源：中山大学理学院
https://mp.weixin.qq.com/s/Yo5Y4qw8jvsxJFUGz1D8qA
（3）材料科学与工程学院谢庄副教授课题组在唾液性激素居家监测方面取得新进展
生物分子的实时检测对于体外诊断、疾病早期检测、以及日常健康监测和管理至关重要。类固醇性激素如孕酮（P4），雌二醇（E2）和睾酮等，虽然在体内浓度极低，但是在调节生长发育和孕产中至关重要。在临床实践中，一般采用过程繁琐且有创的血液样本检测来评估体内激素水平，需要专业人员与复杂仪器设备。使用唾液进行无创检测一直是更受青睐的方案。然而，唾液中的游离激素仅占血液中总激素水平的1-2%，阻碍了唾液性激素检测的实际临床应用。此外，由于各种体液内激素含量存在差异且在不同时期有几个数量级的波动，对于极低检测限、宽浓度范围且操作简易的性激素检测及动态监测存在着巨大需求空间。
近期，中山大学材料科学与工程学院谢庄副教授课题组提出了一种三维微结构柔性电极策略，实现了低成本亚飞摩级的性激素电化学免疫传感。该传感器能够直接检测高度稀释的唾液样本中的激素，无需使用离心等仪器，从而便于在家中进行唾液测试和监测整个女性月经周期中的唾液P4和E2。传感器的核心是基于在微金字塔阵列涂覆掺杂三氟甲烷磺酰胺锂（LiTFSI）的聚（3,4-亚乙基二氧噻吩）：聚（4-苯乙烯磺酸盐）（PEDOT:PSS）的导电高分子电极及结合金纳米粒子（AuNPs）以促进激素抗体的固定。这种简单的免疫传感工作电极通过微针尖促进分子扩散富集，可以在几分钟内经由微分脉冲伏安法（DPV）的峰值电流下降，实现P4和E2在亚fM到μM水平的高灵敏宽范围电化学检测。
以上研究成果以“Tip-Enhanced Sub-Femtomolar Steroid Immunosensing via Micropyramidal Flexible Conducting Polymer Electrodes for At-Home Monitoring of Salivary Sex Hormones”为题发表在ACS Nano，硕士研究生李钊贤为第一作者，谢庄副教授、中山大学附属第一医院张丽梅博士为共同通讯作者。
来源：中山大学材料科学与工程学院
https://mp.weixin.qq.com/s/vny3R_b3bqBaqArTnY1cBA
（4）测绘科学与技术学院大地测量与导航团队在区域大地水准面精化研究中取得新进展
基于“移去-恢复”技术的区域大地水准面精化的核心思想是，在重力异常观测量中移去其长波和短波分量，将剩余重力异常转化成剩余大地水准面，最后恢复移去的大地水准面长波和短波分量，进而得到最终的大地水准面模型。残差地形模型（RTM）通常被用于计算“移去-恢复”过程中由地形引起的短波重力场，但在地形起伏较大的区域，RTM的非调和问题将引入较大误差，对重力异常的影响可达200 mGal，对大地水准面的影响可达10 cm。目前国际上通用的调和改正方法主要有五种，分别是经典压缩法、基于Taylor 级数展开的解析延拓法、基于球谐分析的解析延拓法、完全调和改正法以及Kadlec分离调和改正法。上述方法存在三个主要问题亟需进一步研究：1）经典压缩法只推导了对重力异常的调和改正公式；2）五种方法基于不同的理论框架推导得到，但未做相互验证；3）五种方法停留在理论研究阶段，尚未评估它们对大地水准面精化的影响。
针对上述问题，本研究推导了经典压缩法框架下大地水准面的调和改正公式，并以美国科罗拉多山区为研究对象，系统对比和评估了五种调和改正方法在重力场合成和大地水准面精化中的表现。研究结果表明，完全调和改正法与其他方法存在较大差异，且在大地水准面精化中的效果最差。最新给出的完全调和改正闭合解、Kadlec 分离调和改正法和经典压缩法的公式等价，结果一致。采用基于球谐分析的调和改正法所解算的大地水准面精度最高，其与GNSS水准数据的差异的标准偏差为1.62 cm。在恢复过程中，若考虑调和改正对大地水准面的影响，可进一步提高大地水准面的解算精度至1.56 cm，优于当前该区域国际最优解算精度1.60 cm。该成果对我国高程基准现代化具有借鉴意义，将为我国新一代数字高程基准建设、陆海高程基准统一提供理论和技术支撑。
RTM中的非调和问题示意图
以上研究成果以“On the harmonic correction in the gravity field determination ”为题发表于期刊Journal of Geodesy。中山大学测绘科学与技术学院助理教授杨萌为论文第一作者。
来源：中山大学测绘科学与技术学院
https://mp.weixin.qq.com/s/LA4QLcMS2OQUalmhxd2rKw
（5）先进能源学院童贞助理教授揭示模块化晶体结构中类波传输主导的超低热导率机理
超低导热固体晶体材料对能源相关应用具有重要意义。为了获得低热导率，当前主要的研究思路是通过调节固体晶体材料中的声子的类粒子传播 (particle-like propagation)，包括晶格畸变、晶格强非简谐性、缺陷工程、纳米工程等实现声子强散射降低热导率，然而忽略了低导热晶体中声子的类波传播(wave-like propagation)对热传导贡献以及影响机理的研究。
研究通过结合密度泛函计算和Wigner输运理论模型，计算了晶体Bi4O4SeCl2晶格热导率κL中类粒子(κp)和类波输运(κc)贡献成分(κL=κp+κc)。利用第一原理计算软件以及自主拓展开发的程序，克服了以往只考虑基态(0 K)下的原子间作用力常数弊端，本研究中严格计算了有限温度下的原子间作用力常数，从而将温度引起的声子重整化和非间歇性引入三声子、四声子以及缺陷散射对热导率影响的计算。研究发现在晶体Bi4O4SeCl2中：
(1) 沿着该晶体ab平面内，κL随温度的增加而增加，在某一温度时达到峰值，然后在声子-声子散射作用增加的情况下降低，且此时的κL~T -0.887，接近标准~T -1，表明该方向κL主要来源于类粒子传播的贡献。(2) 沿着垂直于ab平面(沿c)方向，κL在 20-300 K 的范围内随温度单调增加，此时的κL~T -0.071，几乎与 温度无关，这种非典型的温度依赖性表明该方向κL具有与类波传播相似的机制(与类粒子传播不同，类波传播没有振动模式，主要是通过类似Zener的隧道效应来传导热量)，同时沿该方向的κL 室温下仅为0.17 W/mK ，是目前所报道的块状无机固体晶体材料中最低的热导率。
通过分析该晶体中的声子散射率、声子群速度、平均自由程等特性，发现导致其超低热导率的根本原因是：Bi4O4SeCl2结构沿着c方向由BiOCl 和 Bi2O2Se 层堆叠组成ABACC（即 Bi2O2-Se-Bi2O2Cl-Cl）模块晶体构型，即形成了[Bi2O2]2+ 单元内的强键、Bi2O2Se 内[Se]2- 的晶体易变形键和[Cl]- 阴离子的弱范德华键的强弱键耦合，结果使得沿该方向的声子能带为平带，从而导致该方向的声子散射非简谐性显著增强且群速度被严重弱化。
此外，该研究进一步将缺陷散射引入计算模型中，计算与实验结果吻合良好。研究发现κL并没有随温度单调增长，但仅考虑外在缺陷散射的Debye-Callaway模型描述了κL对温度的单调依赖性。显然，Debye-Callaway 模型将κL仅归因于低群速度和外在缺陷散射，从而掩盖了第一原理晶格动力学计算中所揭示的内在非谐波散射的重要作用。
(a) Bi4O4SeCl2晶体结构 (b) 沿 (100) 和 (110) 平面的电子局域函数(c)平面内和(d)垂直平面方向的晶格热导率与温度的关系(e) 沿平面内和垂直面方向的声子群速度(f) 不同温度下的声子色散(左)和声子态密度(右)(c)平面内和(d)垂直平面方向的晶格热导率(引入缺陷散射)与温度的关系
以上研究成果以“Glass-like Transport Dominates Ultralow Lattice Thermal Conductivity in Modular Crystalline Bi4O4SeCl2”为题发表于Nano Letters，中山大学先进能源学院童贞助理教授是第一作者兼共同通讯作者。
来源：中山大学先进能源学院
https://mp.weixin.qq.com/s/6gbmMlkJDZ9IXSUJ-30jSw
（6）中山医学院丁涛教授团队揭示细菌群体感应机制（QS）调控人体菌群结构的序贯演替
人体菌群与多种疾病密切相关，精准调控菌群已经成为微生物组学的热门科学问题。然而，人体菌群多样性高、人群异质性大、组成和功能的动态复杂，实现菌群精准调控挑战巨大；这其中解析微生物群落组装机制至关重要。细菌群体感应(Bacterial quorum sensing, QS)作为细菌交换信息和相互作用的重要机制，具有普遍性、特异性和调控能力；但细菌QS是否如何调控人类微生物群落的组装过程尚不清楚。
本研究利用在体外搭建的优化的口腔生物被膜（oral biofilm microbiota，OBM）的组装平台，真实模拟并追踪了口腔生物被膜菌群OBM的组装全过程。结合体外模型培养，宏基因组测序，高通量数据分析以及信号干扰实验，该研究发现OBM的组装过程中，依次处于优势地位的核心菌Streptococcus, Veillonella-Megasphaera group和Prevotella-Fusobacteria group，通过时序性的QS网络进行信息交流实现菌种间互作，推动菌群结构的序贯演替。
作者利用混合唾液、优化的培养基和厌氧工作站模拟人体口腔龈下真实环境，在体外搭建立了优化的体外口腔生物膜微生物群组装(OBMA)模型，还原了OBM的特征组装过程，获得了OBM时序组装过程中的宏基因组。同时构建了细菌群体感应（QS）通路中信号合成和信号感应蛋白序列参考库，并将其与时序OBM宏基因组进行同源比对，从中发现了2291个QS同源蛋白，涉及21条QS通路；这些QS通路大多在OBM中是首次发现，并在OBM组装过程中呈现时序富集特点。
经过对获得的QS同源蛋白进行物种归类分析，作者发现OBM中的QS通路主要来源自菌群组装过程中时序富集的优势物种，这些菌作为核心枢纽构建了OBM组建过程中的核心QS纵向通讯网络；进一步结合上述核心物种的富集时间、QS信号合成和感应蛋白类别及富集时间，作者发现QS信号在菌群通讯网络中是双向传递的，并对菌群组装过程中的群落结构定向转换具有关键作用。同时利用QS干扰实验对菌群中的AI-2通讯网络进行了阻断干预，验证了纵向QS网络在装配过程中的定向塑造能力。
以上研究成果以“Bacterial quorum sensing orchestrates longitudinal interactions to shape microbiota assembly”为题发表于Microbiome杂志，中山大学丁涛课题组博士后苏颖为论文的第一作者。丁涛教授为论文的通讯作者。
来源：中山大学中山医学院
https://mp.weixin.qq.com/s/SNU2s79AjFzjnA_VpkFBbw
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