摘要：中国科学院金属研究所团队针对3D打印金属构件在复杂服役条件下疲劳性能差的难题，取得关键突破。传统增材制造因存在微孔等缺陷，导致材料疲劳性能不足，尤其在不同应力比（即受力变化）环境下，疲劳开裂机制多变，难以全面抵抗损伤，严重制约其在航空等高端领域的应用。
3D打印金属常因易疲劳而受限。中国科学院研究团队突破技术瓶颈，实现钛合金在各种受力环境下均具备超强抗疲劳能力，为高端制造铺平道路。
磷是生命必需元素，但过量会致病。我国科学家联合国际团队，首次揭示细胞排出多余磷酸盐的关键蛋白如何被精准调控，为脑钙化等疾病提供新解。
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158期。
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《Science Advances》丨无微孔新工艺，让3D打印金属更“抗造”
Net-AM组织Ti-6Al-4V合金在不同应力比下的典型疲劳断口和对应的疲劳裂纹萌生机制
中国科学院金属研究所团队针对3D打印金属构件在复杂服役条件下疲劳性能差的难题，取得关键突破。传统增材制造因存在微孔等缺陷，导致材料疲劳性能不足，尤其在不同应力比（即受力变化）环境下，疲劳开裂机制多变，难以全面抵抗损伤，严重制约其在航空等高端领域的应用。
此前，该团队已开发出NAMP工艺，显著提升3D打印Ti-6Al-4V钛合金的拉-拉疲劳性能，打破世界纪录。在此基础上，他们进一步聚焦实际工况中多变的应力比问题，系统识别出钛合金疲劳开裂的三类“短板”及其敏感区间。研究发现，通过NAMP工艺获得的近无微孔“净增材制造”（Net-AM）组织，能协同优化这三类缺陷，从而在不同应力比下均表现出优异的抗疲劳能力。
实验表明，Net-AM组织Ti-6Al-4V合金在全应力比范围内，其疲劳强度超越所有已知钛合金，比疲劳强度（单位密度下的疲劳强度）更是优于所有金属材料。这不仅颠覆了“3D打印材料不耐疲劳”的传统认知，也揭示了增材制造在复杂结构承力构件中的天然优势，为3D打印技术在航空航天等领域的规模化应用奠定坚实基础，同时也为传统锻造钛合金的疲劳性能优化提供了新方向。
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《Molecular Cell》丨揭秘大脑防钙化关键蛋白的运作密码
KIDINS220和InsP8调控XPR1磷酸盐转运活性模型
中国科学院上海有机化学研究所张一小课题组联合澳大利亚国立大学Ben Corry、上海科技大学孙亚东、美国国立环境健康科学研究所Stephen Shears等团队，系统揭示了人体唯一已知的磷酸盐外排蛋白XPR1的调控与转运机制。XPR1对维持细胞内磷平衡至关重要，其功能异常与原发性基底节脑钙化、肿瘤等多种疾病相关。细胞内焦磷酸肌醇（InsP8）可激活XPR1，支架蛋白KIDINS220则与其形成复合物参与调控，但具体机制长期不明。
该研究通过冷冻电镜结构解析、功能实验和分子动力学模拟，首次阐明了XPR1的激活与磷酸盐外排机制。研究提出“key-to-locks”模型：InsP8像一把钥匙，逐步解除KIDINS220和XPR1自身结构带来的多重抑制，实现蛋白激活；同时提出“knock-kiss-kick”模型，描述磷酸盐在通道内通过“碰撞—结合—踢出”的方式完成外排。研究还解析了多个与脑钙化相关的XPR1突变体结构，揭示其致病机理，并发现XPR1及其同源蛋白在进化上的保守与差异。
该成果不仅从分子层面阐明了磷酸盐稳态调控的核心机制，也为理解脑钙化、肿瘤等疾病的发病机理提供了理论基础，有望推动相关疾病的诊断与治疗策略研发。
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《IEEE T Wirel Commun》丨新算法让6G网络更聪明地“抢”频谱
物联网场景下多用户上行传输的频谱感知模型
中国科学院上海高等研究院联合上海大学、北京科技大学及加拿大不列颠哥伦比亚大学，提出一种面向6G物联网的新型多轨道频谱感知方法，有效解决了非正交多址（NOMA）系统中频谱资源高效利用的难题。6G将连接海量设备，但频谱资源有限，传统感知技术在NOMA这种多用户共享频段的场景下，易受干扰、误判频谱空闲状态，难以满足高精度管理需求。
为此，研究团队创新性地引入“轨道建模”思想，将每个用户的信号在功率-频率空间中的传输特征抽象为一条“轨道”，实现对复杂非正交信号的结构化解析。基于此，提出两阶段感知框架：第一阶段通过信号处理增强用户特征区分度，进行初步轨道估计；第二阶段结合轨道覆盖情况与信道状态，精准检测频谱空穴，并自适应调整判断阈值，确保在不同用户密度和干扰环境下稳定运行。团队还推导出适用于多用户的最优感知阈值公式，具备良好的可扩展性。
仿真结果显示，在5dB信噪比下，新方法使系统平均吞吐量提升30%，虚警率控制在10%以内，且在用户密集场景下仍保持高效与鲁棒。该技术实现了频谱感知与非正交接入的深度融合，具备低复杂度、高适应性优势，为6G网络的弹性频谱管理和大规模物联接入提供了关键技术支撑。
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《Advanced Materials》丨兼具柔韧与导电：仿生气凝胶破解电磁屏蔽难题
聚酰亚胺/碳纳米管气凝胶的结构设计与性能：(a)聚酰亚胺的合成路线；(b)牛肚微观形貌示意图；(c)多孔电磁屏蔽材料常规孔道形貌和本工作中提出的类牛肚状形貌的对比；(d)聚酰亚胺/CNT气凝胶制备过程；(e)气凝胶的负泊松比；(f)气凝胶的循环压缩性能；(g)气凝胶的高温电磁屏蔽性能。
中国科学院宁波材料技术与工程研究所阎敬灵研究员和陈海明副研究员团队提出一种多级形貌调控新策略，成功制备出兼具高电磁屏蔽性能、优异力学性能和耐高温特性的聚酰亚胺/碳纳米管复合气凝胶。传统金属屏蔽材料存在密度大、易腐蚀、柔性差等问题，而聚合物基多孔复合材料虽轻便柔韧，却面临电导率与孔隙率难以兼顾、力学性能差的挑战。
该团队以聚酰亚胺前驱体与碳纳米管的水分散液为基础，结合各向异性冷冻干燥技术，精准调控材料结构。高含量碳纳米管不仅提升导电性，还增加溶液粘度，抑制冰晶生长，在冷冻干燥过程中形成类似牛肚的微观褶皱结构。最终材料呈现出“宏观中心辐射+微观类牛肚褶皱”的仿生多级结构，显著增强结构稳定性。实验表明，该气凝胶在经历500次压缩后结构保持率超98.2%，并表现出压缩负膨胀行为和良好的弹性。
同时，碳纳米管在基体中分散良好，形成有效导电网络，使材料在高孔隙率下仍具备优良电导率。多级孔结构可多次反射电磁波，大幅提升屏蔽效能，在室温下达到71dB，且在350℃高温环境下屏蔽性能不降反升。该材料兼具轻质、柔韧、耐高温和强屏蔽能力，适用于航空航天、电子设备等高温严苛环境，为高性能耐高温气凝胶的设计提供了新思路。
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《Nature》丨首次确认！火星也有“固态心脏”
地球和火星深部结构对比示意图
中国科学技术大学孙道远与毛竹团队联合国外学者，利用“洞察”号火星探测器的地震数据，首次确证火星存在半径约600千米的固态内核，并揭示其成分可能为富含硫、氧、碳等轻元素的铁镍合金。这一发现标志着人类首次在地球以外的行星上确认固态内核的存在，对理解类地行星演化具有里程碑意义。
探测行星深部结构极为困难。尽管“洞察”号已记录上千次火震，但信号微弱限制了研究进展。为此，研究团队创新性地采用火震阵列分析法，系统分析23个高质量火震事件，成功识别出穿过火星核的关键震相。他们发现，核幔边界反射波（PKKP）比仅含液态核的模型预测提前50至200秒，表明火星核存在分层结构——外层为液态，内层为波速更高的固态内核。更关键的是，团队首次在火星上捕捉到被视为“固态内核标志”的PKiKP震波，为结论提供了直接证据。
研究测得火星固态内核约占其半径的1/5，比例与地球相似。外核与内核间存在约30%的波速跃升和7%的密度差异。成分分析显示，内核并非纯金属，而是含有12%-16%的硫、6.7%-9.0%的氧及少量碳。这种轻元素的存在，有助于解释火星早期磁场活跃而如今消失的演化之谜。
该成果不仅揭示了火星与地球相似的核幔结构，也为未来月球等天体的地震学探测提供了方法借鉴，彰显了我国在行星科学领域的国际前沿地位。
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《Science Advances》丨染色质在细胞核里怎么站队？新工具精准定位
Radial-C方法的原理与基本流程
中国科学院北京基因组研究所（国家生物信息中心）研究人员开发出新型染色质构象捕获技术Radial-C，首次实现对染色质在细胞核内径向位置（从核边缘到中心）的精准定位，突破了传统Hi-C技术只能检测片段间相互作用频率而无法提供物理空间信息的局限。
该技术利用微球菌核酸酶在细胞核内随时间逐步扩散的特性，通过精确控制消化时间（1、5、20分钟），获取从核边缘到核中心不同区域的染色质互作数据，构建出沿径向轴的高分辨率互作图谱。研究人员由此建立“径向得分”体系，将染色质高级结构定位到具体的物理空间。结果显示，细胞核外围富集沉默的异染色质，而内部则聚集活跃的染色质结构，如染色质环和核斑，且染色质环的挤压方向与其径向位置相关。
研究还发现，以往被视为“禁区”的染色体间相互作用，若在径向上邻近，也表现出与染色体内一致的活跃（A）与沉默（B）区室化特征，表明A/B区室分离是染色质组织的保守规律。通过干扰转录因子结合，研究进一步揭示染色质相互作用本身能影响其空间定位——互作减弱常伴随两个位点在径向上的分离。
该成果不仅绘制了首个锚定物理坐标的染色质互作图谱，还揭示了多个转录因子协同调控染色质空间构象的新机制，为理解基因调控、疾病发生及发育过程中的基因组三维动态变化提供了强有力的工具和理论支撑。
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来源：科技北京