世界一流科技期刊文章精选

NLRP3炎性小体的激活驱动tau蛋白病理发生

nature封面：tau蛋白（蓝色）在神经元内的聚集。nature杂志第7784期封面文章报道了NLRP3炎性小体的激活驱动tau蛋白病理发生。NLRP3炎性小体是一种参与人体天然防御的蛋白复合物，其在小胶质细胞内的激活对于β淀粉样蛋白斑块的形成至关重要。NLRP3炎性小体也会帮助驱动tau缠结的形成。研究表明，tau缠结在β淀粉样蛋白激活小胶质细胞和NLRP3炎性小体后形成，这验证了阿尔茨海默病的淀粉样蛋白级联假说。研究人员还发现，tau蛋白本身可促进该炎性小体的激活，这有望为理解其他神经退行性疾病带来重要启示。

亚洲10万人类基因组测序项目——基于亚洲人的人类遗传学研究

nature封面：来自亚洲的基因组。nature杂志第7785期封面文章报道了基于亚洲人的人类遗传学研究成果。人类遗传学研究主要以欧洲人为研究对象，这意味着遗传数据集中的个体多样性是有限的。研究联合体报告了该项目试验阶段的数据：覆盖亚洲64个国家或地区219个种群组的1739名个体的全基因组参考数据集。研究人员利用该数据划分遗传变异、种群结构和疾病关联。他们还发现亚洲具有相当大规模的奠基者种群，即一些群组从原始种群中分离形成新的种群。研究人员认为进一步开展这类研究或有助于鉴定与罕见疾病相关的基因。

帕克太阳探测器团队公布首批结果

nature封面：美国国家航空航天局（NASA）的帕克太阳探测器与太阳“同框”的艺术想象图。nature杂志第7786期封面文章报道了帕克太阳探测器首批任务结果，为年轻太阳风的起源和动态、高能粒子物理学带来了新见解。Stuart Bale等人发现，太阳的磁场方向会在各种时间尺度上发生快速且大规模的倒转现象。David McComas等人分析了在太阳附近测量到的由爆发现象产生的高能离子和电子，促进了对星体附近粒子激发和加速的认识。此外，还报道了Justin Kasper等人及Russell Howard等人的研究成果。

2019年《自然》杂志评选出的10位科学家

nature封面：1年10个故事。nature杂志第7787期封面文章报道了2019年《自然》杂志评选出的10位科学家。他们是，中国CRISPR基因编辑科学家邓宏魁，美国物理学家John Martinis，美国神经科学家Nenad Sestan，巴西物理学家Ricardo Galvão，加拿大天体物理学家Victoria Kaspi，阿根廷生态学家Sandra Díaz，刚果国家生物医学研究所所长Jean-Jacques Muyembe Tamfum，埃塞俄比亚古人类学家Yohannes Haile-Selassie，瑞典气候少女Greta Thunberg，澳大利亚生物伦理学家Wendy Rogers等。

（本页期刊封面图来自nature官网）

岩浆流入裂缝时破火山口就会崩塌

Science封面：Halema'uma'u火山口熔岩湖。Science杂志第6470期封面文章利用卫星和地面监测手段，对2018年峰顶火山喷发和破火山口崩塌进行了监测。这些监测结果对长达几个月的火山喷发的实时危害评估和应对具有重要意义。火山喷发的主要岩浆导致火山大厦倒塌，可形成长数千米深数百米的火山口。在重大爆炸性喷发期间，当岩浆从束缚火山口的环形断层破裂时，会形成许多火山口。文章报道的这两个事件都是火山口逐渐塌陷，岩浆长距离流入远离火山顶的裂谷而发生的。与坍塌有关的破火山口环状断层仅在大岩浆撤入裂谷带后才开始运动。

鲸类为何体型巨大：海洋巨物时代的生理驱动和生态极限

Science封面：鲸鱼。Science杂志第6471期封面文章报道了斯坦福大学科学家们的最新研究成果。他们根据长时间收集的不同类型鲸类的进食及运动数据，并计算鲸类的能量获取率，从而发现鲸类体型增长有助于食物捕获的结果。此外，研究还发现海洋动物体型的增长似乎仅受食物供应量的限制。像座头鲸这样的鲸鱼代表了巨型滤食性动物的最新辐射，并跻身有史以来最大的动物之列。研究人员通过直接测量饲养性能和猎物质量，来确定鲸鱼在极大体形下遇到的能量驱动因素和极限。

2019年《科学》杂志认定的年度突破

Science封面：事件视界望远镜（EHT）拍摄了围绕M87星系超大质量黑洞的超热物质。Science杂志第6472期封面文章报道了2019年《科学》杂志的年度突破。黑洞体积庞大，无处不在，在某些情况下甚至和我们的太阳系一样大。科学家一直在追踪它们的重力是如何影响周围物体的。一个国际射电天文学家小组发布了一张令人震惊的黑洞“阴影”的特写图像，显示了一颗黑暗的星周围环绕着一圈光，这些光是由绕着它旋转的光子产生的。为了产生这种唤起记忆的图像，需要世界各地的射电望远镜同时进行观测和2年的数据处理。

食肉植物的叶片通过基因表达的简单迁移来实现从平面到捕食陷阱的进化

Science封面：水生食肉植物丝叶狸藻Utricularia gibba（宽度约200μm）的未成熟陷阱。Science杂志第6473期封面文章揭示了植物不同叶形演变的秘密。研究表明，在狸藻叶片的陷阱中，叶片上表面（近轴端）被限制在叶原基的一个很小的区域中，从而构成了陷阱的内表层，这对于陷阱的形成至关重要。在叶片发育早期改变叶片上表面发育相关特定基因的表达，会阻碍叶片杯状陷阱的形成，并产生辐射化的叶子。叶片上表面和下表面（远轴端）的基因表达网络形成了能够控制叶片定向生长的极性场。在此研究基础上，研究者建立了计算模型。

（本页期刊封面图来自Science官网）

基于医保系统大数据构建“癌症发病监测”新模式

北京大学肿瘤医院遗传学研究室柯杨教授课题组和来自汕头大学医学院附属肿瘤医院、河南省滑县医保局的研究者合作，利用南、北方地区2012—2019年医保系统报销数据，专门针对“癌症新发病例识别”构建了一整套数据脱敏、清洗、质控、判定、分析、报告的流程标准，最终通过建立MIS-CASS（Medical-Insurance-System-based Cancer Surveillance System）模式对两地癌症发病率进行动态监测与报告。研究论文发表于《柳叶刀》子刊EClinical Medicine。依托该模式，报告了两地2014—2018年度恶性肿瘤发病率、发病顺位及主要瘤种的时间变化趋势，为明确地方癌症疾病负担，因地制宜地建立健全恶性肿瘤防控体系提供了科学依据。

2018年广东省汕头市食管癌发病率地域分布特征（MIS-CASS报告显示，汕头市整体食管癌发病水平不高，但内部地域差异明显，地处东北、四面环海的南澳岛为高发区域，西南方向渐呈下降趋势）（图片来源于北京大学新闻网）

2012-2018年河南省滑县与广东省汕头市参保全人群的年龄分布（高参保率及稳定、翔实的人口分布数据使MISCASS实现“全人群覆盖”）（图片来源于北京大学新闻网）

揭示新冠肺炎和甲型流感所致ARDS的异同点

首都医科大学附属北京朝阳医院呼吸科与武汉肺科医院携手合作，揭示了新冠肺炎和H1N1甲流肺炎所致的急性呼吸窘迫综合征（ARDS）的异同点，为个体化治疗提供新思路，施焕中、彭鹏、孙兵是通讯作者。研究论文发表于Chest。该研究是一项回顾性病例对照研究，新冠肺炎队列是2019年12月24日至2020年2月7日来自武汉肺科医院符合ARDS诊断标准的73例患者，H1N1队列是2016年3月至2019年12月来自北京朝阳医院呼吸科的75例患者。研究结果显示，新冠肺炎和H1N1甲流所致ARDS患者的临床表现存在明显差异，与甲流H1N1组相比，新冠肺炎组表现为较低的危重症评分和SOFA评分校正的病死率。

机器人在管理公共卫生和传染病中的作用

上海交通大学医疗机器人研究院杨广中院长与其他12位国外学者阐述机器人对新冠肺炎等公共传染病管理的作用。相关文章发表于Science Robotics。机器人可用于消毒、运送物料、测量生命体征等场景。随着传染病升级，机器人技术的潜在作用会越来越明显。就临床护理而言，疾病预防、诊断和筛查以及患者护理和疾病管理等方面都是至关重要的。机器人可监测高风险区域，并可持续对高接触表面进行消毒。在诊断和筛查方面，移动机器人已成熟地应用于公共区域和入口温度测量。若能广泛采用机器人辅助进行采样和检测等操作，可一定程度上降低医务人员感染风险。

肠道微生物组有效鉴别重性抑郁障碍及双相情感障碍

首都医科大学附属北京安定医院王刚教授团队联合重庆医科大学附属第一医院谢鹏教授以及浙江大学附属第一医院胡少华教授团队通过比较重性抑郁障碍患者（MDD）、双相情感障碍患者（BD）及健康人的粪便肠道微生物组，揭示了两种疾病中共有及特有的肠道微生物紊乱机制，为疾病鉴别诊断提供了潜在新策略。研究论文发表于Advanced Science。研究发现三组人群的肠道微生物组成显著不同，三组间共鉴定出26个差异OTUs，其主要属于毛螺菌科、拟杆菌科、假单胞菌科和瘤胃菌科。这些OTUs组合后可以有效地区分三组人群，其中4个OTUs（主要属于毛螺菌科）还可反映抑郁或双相情感障碍的症状严重程度。

肿瘤免疫治疗研究进展

中山大学附属孙逸仙纪念医院苏士成团队发现了补体调控肿瘤B细胞双向作用的机制，挖掘了肿瘤相关B细胞的表型、功能及形成机制，为判断化疗诱导的抗肿瘤免疫及患者的疗效预后提供了有应用前景的标志物。研究论文发表于Cell。该研究收集了乳腺癌患者化疗前后的肿瘤组织，从中分离出B细胞进行单细胞测序，发现化疗后出现了一群以ICOSL+CR2highIL-10-CD20+CD38+CD27+IgA-IgD-为特征的B细胞。研究发现ICOSL+B细胞倾向于定位在化疗后形成的三级淋巴样结构中，并且它们的浸润数目与患者的长期生存时间呈正相关。

主要研究设计示意图（图片来源于中山大学新闻网）

痰液病载有助于评估新冠肺炎疾病进程

首都医科大学附属北京地坛医院张福杰教授团队，基于清华大学郭永研究员团队研发的微液滴数字PCR（ddPCR）技术，比较了ddPCR与实时荧光定量PCR（RT-PCR）在新冠病毒检测中的应用，并利用ddPCR评估了SARS-CoV-2病毒载量在不同样本中的差异以及在疾病进程中的动态变化，发现痰标本能反映体内病毒复制水平，定量监测下呼吸道样本的病毒载量有助于评估疾病进程。研究论文发表于Clinical Infectious Diseases。发现痰标本的平均病毒载量（17429±6920 copies/test）显著高于咽拭子（2552±1965 copies/test，p＜0.001）和鼻拭子（651±501copies/test），表明痰更能反映体内病毒复制水平。

2019新型冠状病毒RNA依赖的RNA聚合酶结构，一个主要的抗病毒药物靶点

上海科技大学免疫化学研究所研究员王权、清华大学教授娄智勇、清华大学教授兼上海科技大学免疫化学研究所特聘教授饶子和院士等组成“清华大学-上海科技大学抗新冠病毒联合攻关团队”，率先在国际上成功解析新型冠状病毒“RdRp-nsp7-nsp8”复制机器2.9埃的冷冻电镜结构。研究论文预印本已在BioRxiv上发表。该研究首次勾勒出新型冠状病毒“RdRp-nsp7-nsp8”复制机器的内部构造，并为瑞德西韦的效应分子如何精确靶向复制机器的核心元件——病毒RNA聚合酶药物的机制提出了合理解释，这为深入研究新型冠状病毒复制的分子机理奠定了重要的理论基础，并为开发抗新冠肺炎的特效药开辟了新途径。

人类生活环境的变化可以持续塑造人体肠道菌群和耐药基因组

华南农业大学兽医学院刘雅红教授团队与合作者报道了肠道菌群和耐药基因组受到居住环境的影响，人体和环境间存在广泛的菌株和基因交换，环境对人体肠道菌群的影响可能持续4～6个月。研究论文发表于Nature Communications。研究发现猪场的职业暴露会影响人的肠道微生物组，从而导致潜在动物病原菌和抗生素耐药基因在肠道内的富集。通过比较学生与猪场工人及猪场环境的宏基因组样本，发现在学生、工人和环境间普遍存在菌株和耐药基因交换。通过动态贝叶斯网络建模预测，观察到学生肠道菌群的变化会在返回学校后4～6个月的时间内部分逆转，但是部分耐药基因仍然会存留在人体肠道。

一种基于“磁扭电”效应的新型磁场传感器

西安交通大学电子科学与工程学院刘明教授课题组设计了一种基于“磁扭电”效应的新型磁场传感器，该传感器采用了一种全新的力-电耦合结构，能够将磁扭矩转化成应力，并施加在压电材料上，实现了磁场作用下电信号的输出。相关研究成果发表于IEEE Transactions on Industrial Electronics。该器件的结构通过有限元仿真软件优化后，可有效去除干扰信号，提高输出信号的纯度；力-电耦合结构可显著改善输出信号对探测方向的敏感性。基于“磁扭电”效应，课题组开发了可用于二维平面磁场大小和方向探测的磁电罗盘，该传感器可同时测量面内交流磁场的强度和方向。

磁场传感器研究进展（图片来源于西安交通大学新闻网）

激光程控形状记忆光子晶体的无墨彩写与复印

中国科学院深圳先进技术研究院纳米调控与生物力学研究中心研究员杜学敏团队实现了激光程控形状记忆光子晶体的无墨彩写与复印：利用激光即可在光子晶体智能材料上实现无墨彩色直写和复印功能。研究结果发表于Materials Horizons。研究团队将光子晶体反蛋白石多孔结构设计到共价交联的聚苯乙烯/聚丙烯酸正丁酯形状记忆材料中，该材料可拥有多个临时形状，且均能在室温稳定维持。采用近红外光照射（光热效应），可实现形状记忆光子晶体材料临时形状在纳米尺度上的快速精准回复，由此改变光子晶体晶格间距，从而带来肉眼可见的颜色变化。而且，通过改变光照时间便可控制形状回复程度，进而可以程控颜色变化。

石墨烯体系中的阳离子-π相互作用

清华大学材料学院朱宏伟教授团队系统总结了石墨烯体系中的阳离子-π相互作用在水处理（膜分离、吸附）、新材料合成、纳米发电、能量存储及溶液/复合材料分散等应用中所发挥的关键作用，分析了阳离子-π相互作用的影响机理，综述了现阶段相关理论工作进展，讨论了石墨烯体系中的阳离子-π相互作用研究中存在的问题，展望了潜在研究方向。该综述论文发表于Advanced Materials。阳离子-π相互作用是一种非共价相互作用。阳离子和石墨烯中离域π电子之间的相互作用会引起阳离子在石墨烯表面的富集、溶液中离子及石墨烯结构中电子的重新分布，进而影响石墨烯材料的本征性质及基于石墨烯的器件的性能。

反谐振空芯光纤材料损耗理论研究进展

中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术实验室研究团队在中红外波段反谐振空芯光纤基础研究中取得新进展。相关论文发表于Optics Express。他们基于光纤材料吸收引发空芯光纤传输损耗这一光波导基本问题开展了理论研究，建立了首个空芯光纤材料损耗的解析模型，并利用该模型预测了石英基玻璃材料在4微米中红外波段的损耗极限。研究将半解析表达式计算结果与有限元方法数值计算系统比较，证明了该模型的精确性与有效性。此外，他们还系统探讨了高材料吸收条件下低损反谐振空芯光纤的优化设计原则，对中红外波段石英基反谐振空芯光纤的传输极限进行了预测。

利用印刷技术制造三维光探测器

中国科学院化学研究所宋延林研究员等通过操控液滴三维成型，印刷制造了具有非对称共振结构的立面型光探测器，实现了空间全向角度的有效探测，验证了结构与功能一体化印刷制造新策略。相关研究成果发表于Advanced Materials。该研究实现了结构与功能一体化的印刷制造。阵列中每个Au/PBDB-T:ITIC/Au结构构成一个独立的立面型光探测器单元。（如图a）立面上光吸收强度随入射光角度的变化发生明显改变。（如图b）进一步将印刷微模板设计成“叉状”结构。（如图c和d）对组合中三个立面探测器的光电流数据分析结果表明，这种三维“叉状”立面探测器实现了空间全向角度的有效探测。

a) 立面型光探测器示意图。b) 立面上光吸收强度随入射光角度的变化发生明显变化。c) “三叉”型三维光探测器。d) 角度探测数据分析。（图片来源于中国科学院化学研究所网站）

超低功耗二维柔性神经形态器件光电协同调制新策略

复旦大学微电子学院孙清清研究员等利用二维层状MoS2制备具有光电协同调制功能的可穿戴仿人脑神经形态器件，实现可穿戴仿生神经突触器件的aJ级别超低功耗，远低于生物功耗水平，开拓了超低功耗、多端调制的可穿戴式类脑计算器件的新应用。研究结果发表于Advanced Science。研究团队设计了一种基于柔性二维MoS2的异质突触，实现生物体内的长时程可塑性，将长时程增强（LTP）和长时程抑制（LTD）过程中的能耗降低至18.3aJ/脉冲和28.9aJ/脉冲，为神经形态计算系统提供了一条比人脑更出色的处理信息的途径。通过实现复杂的多端调制，对于揭示突触之间的协作机制和构建神经网络具有重要意义。

石墨烯和孔石墨烯材料的化学和应用前景

中国科学院大连化学物理研究所二维材料与能源器件研究组研究员吴忠帅和中国科学院金属研究所、清华-伯克利深圳学院成会明合作，撰写石墨烯和孔石墨烯材料的化学和应用前景的综述论文。文章发表于Advanced Functional Materials。该综述首先详细介绍了石墨烯的表界面化学、组装化学和功能化学，重点总结了不同孔石墨烯材料的构筑方法，揭示了不同孔结构的调控机制和表面化学修饰的重要性。其次，讨论了不同石墨烯和孔石墨烯材料在超级电容器、二次电池、电催化、海水淡化、气体分离等重要应用中的构效关系，强调了多孔石墨烯材料具备石墨烯和多孔材料双重优势。最后，简要讨论了发展方向。

可穿戴织物传感器研究进展

北京大学信息科学技术学院电子学系、纳米器件物理与化学教育部重点实验室胡又凡研究员课题组与香港理工大学纺织及制衣学系郑子剑教授课题组针对新型可穿戴织物压力传感器展开合作研究，实现了可洗涤的基于纳米摩擦发电机的织物压力传感器。相关论文发表于Nano Energy。采用聚合物辅助沉积法得到表面镀铜的聚丙烯腈纱线和以此为内芯表面覆盖聚对二甲苯的纱线，利用传统纺织方法，通过纺织机器加工实现了刺绣、编织和针织3种结构的基于纳米摩擦发电机的织物压力传感器，所得到的器件具有优异的透气性和其他相关性能，并演示了该类织物电子器件能够有效地监测人体手势动作。