摘要：在癌细胞的生存竞赛中，ecDNA犹如一个游离在细胞内的“外挂程序”，以环状小圈的形式携带关键致癌基因，帮助癌细胞“开挂升级”。中国科学院深圳先进技术研究院甘海云团队设计了一套研究方案，通过CRISPR基因编辑技术在实验室“复刻”了ecDNA并对这个“作弊器”开

在癌细胞的生存竞赛中，ecDNA犹如一个游离在细胞内的“外挂程序”，以环状小圈的形式携带关键致癌基因，帮助癌细胞“开挂升级”。中国科学院深圳先进技术研究院甘海云团队设计了一套研究方案，通过CRISPR基因编辑技术在实验室“复刻”了ecDNA并对这个“作弊器”开展“犯罪现场调查”，最后得到了出人意料的结果。

近日，北京大学物理学院季伟助理教授、刘佳助理教授联合课题组与北京航空航天大学大科学装置研究院房建成院士课题组合作，在超轻暗物质直接探测实验中，创新采用碱金属-惰性气体共磁仪（HSR）的双自旋共振耦合模式，对超轻轴子暗物质与核子的相互作用强度进行测量，获得了世界领先的实验灵敏度。

基于国际科技创新中心网络服务平台科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，为大家带来第141期。

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《Cell》丨对肿瘤“作弊器”开展 “犯罪现场调查”

ecDNA维持的分子机制示意图

在癌细胞的生存竞赛中，有一种特殊的“作弊器”——染色体外DNA（ecDNA）。ecDNA犹如一个游离在细胞内的“外挂程序”，以环状小圈的形式携带关键致癌基因，帮助癌细胞“开挂升级”。临床数据显示，ecDNA存在于30%至50%的恶性肿瘤中，它的存在加剧了肿瘤侵袭性、治疗耐药性和患者死亡率。1965年，研究人员在神经母细胞瘤中观察到当时被称为“双微体”的ecDNA。但是，受限于技术手段，这个与癌细胞密切相关的潜在靶点的生物学意义长期未被阐明。

为破解这一谜题，中国科学院深圳先进技术研究院甘海云团队设计了一套研究方案，通过CRISPR基因编辑技术在实验室“复刻”了ecDNA并对这个“作弊器”开展“犯罪现场调查”。研究团队使用两种实验方法观察并锁定ecDNA复制的相关蛋白质发现，携带ecDNA的细胞对DNA损伤应答关键因子的抑制剂更加敏感，这些抑制剂能够降低细胞内ecDNA的含量并有效杀伤携带ecDNA的细胞。

研究团队发现，ecDNA高复制和高转录水平导致DNA结构异常，使得ecDNA比染色体DNA更易发生断裂。ecDNA利用细胞中较少使用的“应急修复工具箱”来维持生存。这是快速但易出错的“自我修复”方式，在正常细胞中只是作为备用方案。正是这种“将错就错”的修复方式，让ecDNA既能保持环状结构继续“作恶”，又在修复过程中不断积累新的突变，使肿瘤变得越来越恶性。这就像给癌细胞装了“变异加速器”，让它们能更快地进化出耐药性等危险特性。这解释了ecDNA阳性的肿瘤往往更具侵袭性的原因，为开发针对ecDNA修复机制的新型抗癌药物提供了线索。

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《Reports on Progress in Physics》丨他们发明了什么新设备，让超轻暗物质无所遁形

轴子暗物质与中子（左）和质子（右）耦合强度的实验测量限制。横轴表示暗物质质量对应的康普顿频率。红色线为本次ChangE合作组的研究结果，包括混合自旋HSR模式以及自补偿SC模式

强相互作用中的CP问题是粒子物理学尚未解决的重要问题之一，而轴子理论被认为是解决该问题的最佳方案。轴子不仅可以通过非热平衡过程产生足够的宇宙丰度，还具有足够长的寿命，是超轻波动型暗物质最热门的候选模型。由于大质量弱作用暗物质仍未被发现，轴子暗物质已成为近年来粒子物理理论和实验关注的焦点。

近日，北京大学物理学院季伟助理教授、刘佳助理教授联合课题组与北京航空航天大学大科学装置研究院房建成院士课题组合作，在超轻暗物质直接探测实验中，创新性采用碱金属-惰性气体共磁仪（Hybrid Spin Resonance, HSR）的双自旋共振耦合模式，对超轻轴子暗物质与核子的相互作用强度进行测量，获得了世界领先的实验灵敏度。

这一新模式具有宽频响应、高灵敏度和良好稳定性的优势，在显著缩短数据采集时间的同时，有效提升了实验灵敏度。相较于传统的共振型方案，上述研究为未来开展宽频谱的超轻暗物质探索开辟了新方向。

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《Nature Communications》丨升级版“分子剪刀”让塑料垃圾变废为宝

有机-无机杂化TiO2的漂浮特性和氧吸附特性

塑料具备低制造成本与高耐用性，因此在医疗、航空航天、包装等领域占据重要地位。然而，随着塑料的广泛应用，废弃塑料问题日益严峻。目前，全球累计废弃塑料量已飙升至64亿吨，而中国作为全球塑料生产和消费的第一大国，塑料制品行业年累计量超6000万吨，废弃塑料量高达4300万吨。

中国科学院金属研究所刘岗团队另辟蹊径，发展了“漂浮策略”和“维度定制”结合的新策略，对TiO2这种经典的半导体光催化材料进行“改造”，让TiO2的“分子剪刀”性能升级。通过在二维TiO2表面形成纳米级碳氮疏水层，他们赋予材料可漂浮于中性水溶液表面的特性。该材料具有传统二氧化钛所不具备的功能，令研制的可漂浮TiO2材料具有优异的光重整塑料性能：在不依赖于腐蚀性溶液预处理的情况下，可实现典型塑料（包括聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯）的光重整效率1-2个数量级的提升，同时产生选择性超过40%的高值乙醇产物，创造了中性条件下重整效率的新纪录。为解决塑料转化过程中用腐蚀溶液处理塑料带来的工业成本提供了极具竞争力的替代方案。

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《Science Advances》丨拿捏平衡设计艺术！多模式量子存储器新的可能性就此展开

（A）BIC量子存储芯片结构示意图；（B）传统波导与BIC波导的等效势场对比；（C）芯片显微图像，显示密集集成的波导阵列；（D）低温光芯片测量系统。

光学量子存储器是量子通信与计算的核心组件，其性能直接影响量子网络的扩展能力，但其片上集成长期受限于材料体系的选择。稀土掺杂晶体虽然适合制备量子存储器，却面临难以规模化集成的挑战。另一方面，传统硅基光子器件虽兼容成熟工艺，但光场局域于硅材料内部，难以高效和稀土离子发生相互作用。

近日，北京理工大学物理学院张向东教授团队创新性地将硅基材料的高集成度优势与稀土掺杂晶体的量子性能相结合，通过在硅-铒掺杂晶体异质材料上设计连续谱束缚态（BIC）结构，解决了光场局域与损耗的平衡难题，首次在芯片上实现了低损耗、高光-物质耦合效率的量子存储器，其相干时间与块体晶体性能相当。

该技术兼容硅基工艺、可大规模集成的特点尤为突出。研究团队已在4×4毫米芯片上成功集成多路波导，实验验证了器件均一性。与传统的片上光存储方案相比，该BIC结构在光场调控方面具有更大灵活性，能够实现对光子空间模式的精确控制，为进一步提高存储效率和实现多模式量子存储器提供了新的可能性。此外，该BIC结构兼容现有的硅基薄膜技术，易于规模化生产，有望推动片上集成光量子存储器的实际应用。理论分析更加进一步证明，若采用更高品质晶体，存储效率可进一步提升至90%，为多模态量子信息处理提供可能。

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《Science Bulletin》丨月球南极潜在水冰含量，已经估算出来了

SYISR与FAST地基双站雷达月球成像实验观测几何示意图。（BA：双站角，BW：波束宽度）

水冰是月球上最重要的资源之一，存在于极区。水冰探测是当下月球研究的一大热点。近日，中国科学院地质与地球物理研究所联合国家天文台和国家空间科学中心，利用三亚非相干散射雷达（SYISR）与500米口径球面射电望远镜（FAST）组成的70cm波长地基双站雷达系统，对月球南极地区进行雷达遥感观测。

利用FAST的高灵敏度优势和双圆极化信号接收能力，并应用距离多普勒成像技术，该联合实验获取了月球南极地区雷达回波圆极化比（CPR）月表二维分布图像。基于SYISR与FAST地基双站雷达系统获取的月球南极雷达CPR数据，考虑准镜面散射、漫散射以及以CBOE为主的体散射机制，该团队对月球含碎冰风化层在雷达CPR中的响应进行经验建模。

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《Physical Review Letters》丨装上“超级摄像机”，洞察量子世界“慢动作”

金属钌(0001)表面水分子吸附构型的能量预测

水在固体表面的吸附与解离行为直接影响着材料表面的稳定性、腐蚀防护、光催化水分解和电化学制氢等诸多关键过程。然而，由于固-水界面相互作用以及水中氢键网络的相互竞争，导致金属表面的水分子构型十分复杂。比如金属钌表面的水是以分子态吸附还是解离态存在，学术界长期存在争议。实验手段因受限于时空分辨率，难以捕捉水的动态构型，导致了部分结果支持金属钌表面水以分子态吸附，而另一些实验则支持水以解离态吸附。

针对这一难题，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心材料设计与计算研究部陈星秋、刘培涛团队发展了升级版矩张量机器学习势模型，实现了精度与效率兼顾，不但在计算精度方面接近密度泛函理论精度，能准确捕捉界面水复杂的结构和氢键的微妙变化，而且计算效率也大幅度提升，为复杂体系的跨尺度原子模拟提供了新手段。

研究团队利用其开发的计算工具，通过路径积分分子动力学模拟，首次在亚微秒时间尺度上模拟揭示了氢质子量子隧穿的动态过程，不仅捕捉到氢原子的量子离域特性，还揭示了钌金属表面水分子通过量子协同机制分解为H⁺和OH⁻的完整路径。结合机器学习势的大规模计算，就好像给原子运动装上“超级摄像机”，看到量子世界的“慢动作”，为金属钌表面水分子分解提供了直接的科学依据，解决了领域内的这一长期争议。

来源：京津冀消息通