軟物質和生命物質力學是物理學的一個新分支、前沿方向。中國科學院力學所非線性力學國家重點實驗室研究團隊通過實驗得到了軟物質與生命物質應力松弛的統一性表述，為探究一系列生命物質的力學特性與生理病理的關聯提供實驗框架與理論模型。近期，國家重點研發計劃“重大科學基礎設施FAST運行維護作業機器人系統”項目通過科技部驗收，用“中國智造”為構建人類命運共同體貢獻了“中國智慧”，這也標志著“中國天眼”步入智能機器人運維時代。有哪些機器人在大顯身手，為FAST不斷擦亮眼眸呢？一起來看看吧。

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【資料圖】

《Soft Matter》 丨“軟硬兼施”！這項生命科學技術已獲得跨學科應用

Soft Matter封面論文手機膜、化妝品、電腦屏幕、橡膠手套、泡泡糖……這些我們日常生活中再熟悉不過的東西都有一個共性——它們都是軟物質。較金屬、陶瓷、玻璃等“硬物質”而言，軟物質可以是聚合物、液晶、表面活性劑、膠體、乳狀液、泡沫、顆粒物質等，它們由比原子大得多的結構單元構成，而且具備柔性，介乎固體液體之間，因此力學性質很復雜。而人體，從細胞到器官這些構成生命的基本單元也都是由軟物質組成的。總之，套用亞里士多德的名言“整體大于部分之和”來形容軟物質，再合適不過了。 軟物質和生命物質力學是物理學的一個新分支、前沿方向。生命體不同層級力學表征及其力學調控規律的研究不僅是揭示生命活動奧秘的前沿基礎，而且是發展現代生物醫學工程、服務人類健康的重大需求。但細胞、組織等生命物質的力學性質極為復雜，兼具流體黏性和固體彈性，在不同的空間和時間尺度上表現出截然不同的力學行為。 中國科學院力學所非線性力學國家重點實驗室研究團隊利用原子力顯微鏡技術，發現瓊脂糖水凝膠的應力松弛在微米尺度上具有從短時間段多孔彈性指數松弛到長時間段黏彈性冪律松弛的轉折特征。水凝膠等軟物質材料，材料屬性與細胞、組織等生命物質相似并相對可控，同時，其作為細胞外基質其力學性質對調控細胞和組織的生物學功能至關重要。 團隊通過實驗得到了軟物質與生命物質應力松弛的統一性表述，為探究一系列生命物質的力學特性與生理病理的關聯提供實驗框架與理論模型。相關實驗技術已應用于生物相分離液滴的界面力學特性及細胞與胞外基質力學相互作用等跨學科交叉合作研究之中。

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“我要一眼望穿百億光年！”“好的，從今天起，我們來負責擦亮你的眼眸”

(左)FAST反射面上的微重力蜘蛛人。(中)FAST反射面上的激光靶標。（右）機器人在FAST反射面上進行測試我國的重大科學基礎設施之一 “中國天眼”FAST（500米口徑球面射電望遠鏡）是當今世界上最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡，它能捕捉宇宙中的微弱信號，探測更暗弱的天體。自2020年通過國家驗收、投入使用以來，FAST已發現800余顆新脈沖星，它在快速射電暴與物理機制、中性氫宇宙研究等領域為科學產出起到了重要的支撐作用。隨著運行效率和質量的不斷提高，今年以來FAST進入爆發期，連續發布重磅成果，使我國保持了低頻射電天文學方面的國際領先地位。 據統計，目前，FAST每年運行機時超過6200小時，已經建立起完整的用戶服務鏈條。這背后，是運維團隊日夜不停、風雨兼程的呵護與支持。近期，國家重點研發計劃“重大科學基礎設施FAST運行維護作業機器人系統”項目通過科技部驗收，用“中國智造”為構建人類命運共同體貢獻“中國智慧”，這也標志著FAST步入智能機器人運維時代。 在FAST的反射面上分布的2225個激光靶標，是其控制系統的重要組成部分，宛如反射面的“眼睛”，需要定期維護和更換。然而，反射面由厚度僅為1mm的鋁板構成，難以承受一個正常成年人的重量。中國科學院自動化研究所景奉水課題組與中國科學院國家天文臺、貴州射電天文臺聯合研制的反射面激光靶標維護機器人，有力解決此前存在的高危作業風險隱患、人工維護效率低下、氣候條件制約觀測等問題；饋源接收機精密、機體體積重量大，如多波束饋源接收機和下平臺直徑為3.2米，重量2.5噸，使得人工拆裝運輸復雜度高，運維技術難度大。饋源接收機拆裝機器人的研制任務由中國航天科工航天江南航天控制牽頭承擔，項目團隊創新性采用多機械臂協同與自主避障的螺栓拆裝技術、大負載高精度柔性對接技術，助力饋源接收機拆裝機器人順利通過第三方測試。

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《Nature Protocols》丨放大再放大！成像分辨率提高近一個數量級

激光作為最常用的采樣工具之一，被廣泛應用于多種質譜成像技術，并形成了成熟的商品化儀器，如LA-ICP-MS等。但由于光學衍射極限、透鏡像差以及需要較長的光學聚焦距離等限制，使用激光采樣的質譜成像的空間分辨率局限在微米級別。這使得激光質譜很難在微納樣品的分析中發揮作用。現在少有的高空間分辨激光質譜成像技術大多依賴于復雜且昂貴的光束整形設備或近場光學技術，很難形成普適性的方法并推廣至更多的激光質譜成像平臺。 廈門大學化學化工學院杭緯教授課題組在2020年首次研發出了基于微透鏡光纖的激光采樣技術。近日，該課題組與斯坦福大學Richard Zare教授課題組合作，通過將微透鏡光纖與商品化的ICP-MS相結合，課題組將LA-ICP-MS的空間分辨率提高至400 nm，相比于現有的技術提高了至少一個數量級，并進行了單細胞和小鼠小腸組織的成像分析。通過引入157 nm的后電離激光和基于嵌入式均勻圓形聚苯乙烯微球的三維定位方法，微透鏡光纖帶來的高空間分辨能力可用于準確重構還原藥物在單細胞內的三維分布，空間分辨率可達500 nm。斯坦福大學的Richard N. Zare課題組將微透鏡光纖與商品化儀器平臺相結合，將現有的LA-ESI-MS成像分辨率提高了近一個數量級。

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《Aggregate》丨“三明治”異質核殼納米晶：一種有前途的發光材料

“三明治”異質核殼納米晶的結構和形貌表征。稀土硫氧化物納米晶體因其獨特的光學性能，在多模生物成像、納米閃爍體、光催化等前沿領域具有廣闊的應用前景。然而，由于硫的易揮發性以及表面熒光猝滅效應，導致該類材料受限于發光效率低的瓶頸。核殼包覆是提高稀土納米晶發光效率的一種有效方法，但由于稀土硫氧化物的層狀生長習性以及稀土離子與S2–、O2–的親和力差異，傳統的同質核殼包覆無法有效提升稀土硫氧化物納米晶的發光性能。如何制備單分散兼具高效發光的稀土硫氧化物納米晶仍是稀土發光領域一個亟待解決的難題。 近日，中國科學院福建物質結構研究所陳學元團隊鄭偉、黃萍研究員等提出了一種稀土硫氧化物/氟化物的新型異質結構設計，實現了稀土摻雜Gd2O2S@α-NaYF4異質核殼納米晶的可控制備和高效發光。該核殼納米晶是由α-NaYF4沿Gd2O2S的(001)晶面外延生長生成“三明治”夾心結構，夾心層為Gd2O2S，外層為α-NaYF4。通過摻雜不同的稀土離子，該新型異質核殼納米晶可實現單一波長激發下稀土離子的高效多色上轉換和下轉移發光。其中，Gd2O2S: Yb3+/Tm3+@α-NaYF4的上轉換發光強度相比于Gd2O2S: Yb3+/Tm3+增強了~209倍。

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《Environmental Science & Technology》丨格局打開，不止于電能替代

研究框架與技術路線電能替代，即“以電代煤、以電代油、以電代氣”。在清潔能源為主導的未來能源圖景中，“電能替代”將成為濃墨重彩的一筆。國網能源研究院數據顯示，2025年前電能將取代煤炭在終端能源消費中的主導地位，2050年電氣化率超過50%，2060年電氣化率有望達70%。 近期，北京理工大學王兆華教授團隊與英國伯明翰大學單鈺理教授團隊合作發現，電能替代能否真正實現CO2的減排，很大程度依賴電力結構的清潔化程度。具體來說，研究團隊自主研發了基于政策導向的SEED-TPM交通部門電能替代模型，采集并制備了多部門電能替代技術詳細參數。他們將SEED-TPM模型與國際上權威的GCAM模型進行耦合，將SSP（Shared Socio-economic Pathways）情景與電能替代政策指標和技術參數相結合，構建了中國化電能替代SSP情景，并探究了各交通部門不同電氣化水平帶來的直接減排效果和跨部門間接排放影響。該研究建議，在大力推行電能替代政策的同時，還需實施多種組合政策，如匹配、提前實現能源供應部門的清潔化，減排將會更好地發揮其作用。 來源：北京市科學技術委員會、中關村科技園區管理委員會