摘要：紧凑型激光加速器是一种利用激光来加速粒子的先进设备，它相较于传统加速器具有更紧凑、更节能的特点。但当下的激光加速离子的技术尚未达到传统加速器的能量水平。最近，中国科学院理论物理研究所弓正及合作者提出了一种新型离子加速方案，比当下激光离子加速器的能量记录至少高出
紧凑型激光加速器是一种利用激光来加速粒子的先进设备，它相较于传统加速器具有更紧凑、更节能的特点。但当下的激光加速离子的技术尚未达到传统加速器的能量水平。最近，中国科学院理论物理研究所弓正及合作者提出了一种新型离子加速方案，比当下激光离子加速器的能量记录至少高出一个数量级。
生物正交化学指的是在活体生命系统内部能够发生的并且不影响本身生物化学过程的化学反应。近日，北京大学陈鹏课题组联合北京大学席建忠、中国科学院肿瘤医院康晓征、南京大学李颜和北京大学第三医院林坚课题组开发了一种生物正交嵌合体平台，极大地促进了化学生物学与肿瘤免疫学的深度交叉融合。
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124期。
1
《Physical Review Letters》丨给“慢速”加速，是有多快？
慢速激光离子加速的方案示意图
粒子加速器是一种利用电磁场加速带电粒子并使其获得高能量的仪器。传统加速器由于受射频击穿的限制，其加速梯度最高仅能达到100MeV/m。而紧凑型激光加速器通过等离子体波作为加速媒介，理论上可实现高出三个数量级的加速梯度（>100GeV/m），有望取代传统的大型加速器，并在粒子与核物理、实验室天体模拟、高能密度科学及医学诊疗等领域展现重要应用价值。然而，当前激光加速离子的技术仍未达到传统加速器的能量水平，主要难点在于离子因惯性较大且移动速度较慢，难以追赶上光速传播的激光加速结构。
最近，中国科学院理论物理研究所弓正及合作者提出了一种新型离子加速方案——利用速度可调的时空耦合光脉冲技术，通过控制激光包络的传播速度与离子的运动速度相匹配，实现对离子的同步、持续、高效加速。理论研究表明，采用一个焦点横向移动且强度为的光场，可以在气体等离子体中将离子加速到每核子GeV的能量水平，这比当前激光离子加速器的能量记录（每核子100MeV）至少高出一个数量级。此外，他们通过哈密顿动力学分析解析推导出了成功捕获和加速离子的阈值条件，并通过多维等离子体动理学模拟验证了该方案的普适性和鲁棒性。
该研究不仅为解决激光离子加速中能量低这一关键问题提供了有效方案，同时也为利用时空耦合光脉冲解决等离子体物理难题提供了新的视角。
原文链接：
2
《Cell》丨“长袖善舞”的T-Linker，给生物正交化学药物研发带来哪些变化？
生物正交嵌合体招募多种免疫细胞靶向实体瘤免疫微环境
生物正交化学指的是在活体生命系统内部能够发生的并且不影响本身生物化学过程的化学反应。可以说，生物正交化学在生物分子的标记、示踪、动态干预等方面都发挥着重要作用。在临床药物研发中，生物正交化学也广泛应用于药物开发、递送、作用机制研究等。但在肿瘤免疫治疗领域，生物正交化学尚未得以完全应用。
近日，北京大学陈鹏课题组联合北京大学席建忠、中国科学院肿瘤医院康晓征、南京大学李颜和北京大学第三医院林坚课题组开发了一种生物正交嵌合体平台，利用其发展的多特异性生物正交偶联臂（T-Linker）模块化、位点特异性地整合三种药物分子，形成生物正交嵌合体（Multi-TAC），用于多种不同类型免疫的同时招募。
T-Linker能通过三种“相互正交”的化学反应，模块化、程序化、标准化地制备不同类型、不同尺寸、不同性质的多特异性生物正交嵌合体（Multi-TAC）。该平台还能控制药物分子偶联比例，并通过可裂解型连接子实现药物的原位释放，从而能够灵活地应用在各种场景当中。
该工作使生物正交反应进入了“组合化学”的新时代，为生物正交化学在药物偶联领域的应用开拓了新的路径，并极大地促进了化学生物学与肿瘤免疫学的深度交叉融合。
原文链接：
https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(24)01198-X
3
《Genome Research》丨推出DigNet，基因调控网络“智”在掌握
DigNet框架流程图
近日，山东大学控制科学与工程学院刘治平团队开发了一种名为DigNet的新型预训练计算框架，通过结合离散扩散生成模型和图嵌入方法，实现了从单细胞RNA测序数据到基因调控网络的端到端直接生成的新模式，显著提高了基因调控网络推断任务的精度与效率，为解析复杂生物分子网络、发现信号通路和寻找疾病生物标志物提供了有力的新工具。
基因调控网络精确地编码了细胞内基因角色与功能之间的相互作用，从而决定了细胞的特异性。尽管历经了数十年的研究，从基因表达数据中逆向构建基因调控网络仍然面临巨大挑战，尤其是在构建能够精确匹配细胞和遗传背景特异性的基因调控网络时。为此，DigNet将网络推断任务分解为一系列具有马尔可夫特性的多步扩散过程。每一步都运用特定模型重建部分基因调控架构，以确保网络结构与基因表达谱之间的高度契合。这种生成模式不仅考虑了多个基因间的复杂调控关系，还着重关注了调控网络中的全局结构信息。此外，通过结合元细胞(Meta-cell)集成技术与非欧几里德离散空间建模，DigNet能够有效应对数据中的噪声问题并克服网络稀疏性的挑战。
原文链接：
4
《Advanced Materials》丨用水凝胶粘接剂，建构守护生命的牢固“纽带”
水凝胶型生物组织粘接剂因其优异的生物相容性和可调节的物理化学特性，在组织密封、伤口修复、人机界面和植入式生物电子器件等领域受到广泛关注。然而，生物组织表面水合层的存在以及水分子对聚合物分子间或分子内相互作用的破坏通常会造成水凝胶界面或基体功能的失效，从而使其湿粘接性能减弱。因此，急需开发具有充足湿粘接能力和抗溶胀性能的水凝胶型生物组织粘接剂以满足临床应用需求。
近日，西安交通大学成一龙团队提出了一种通过调节分子结构和分子间相互作用协同，以改善水凝胶粘接剂界面湿组织粘附性、基体抗溶胀性的全新策略。他们利用疏水性氨基酸衍生物N-丙烯酰苯丙氨酸（APA）中羧基与苯环在同一结构单元的独特结构，结合分子间多重氢键以及两性离子基团介导的静电相互作用，开发出一种新型水凝胶粘接剂（PAAS），其能够在湿润的生物组织上快速（~20s）建立牢固的粘接界面（粘接强度85 kPa，界面韧性450Jm-2，爆破压514mmHg），并且能在高湿度环境下保持其功能与结构的稳定性（10天内溶胀率小于4%）。
系统性分析结果表明，PAAS水凝胶可与多种器官组织（肝、肺、心脏、胃、动脉和皮肤）形成牢固的粘接界面。此外，通过结合热塑性聚氨酯组装成具有非对称粘接特性的即用型生物贴片，PAAS贴片在大鼠、兔子和猪的多项体内器官损伤模型中表现出了显著的生物组织粘附性，可用于体内紧急止血和器官损伤的加速愈合，并且避免出现术后组织或器官的粘连。
此外，PAAS水凝胶还能在高湿度或水下环境中与动态的生物组织保持稳定的组织粘附，不仅能为人体健康监测（脉搏、ECG和EMG）提供准确持久的生理信号输出，而且还能够验证PAAS贴片在兔子和猪颈动脉损伤出血模型中的伤口密封效果。以上设计策略与研究结果不仅为设计具有强效湿粘接性能和抗溶胀性能的生物组织粘接剂提供有益的启发，而且为临床治疗紧急出血、组织或器官损伤以及水凝胶生物界面提供新的选择。
原文链接：
5
《Neuroelectronics》丨高效神经调控芯片，让脑机接口技术行稳致远
八通道神经刺激芯片装置主要包括波形发生器、电荷平衡器、和高压驱动器，在电极模型、PBS溶液和动物实验中进行了测试和验证。
随着神经科学和脑机接口技术的快速发展，如何在神经调控中实现高效、安全的神经刺激一直是科研和医疗领域关注的重点课题。近日，由天津大学、北京工业大学、天津中医药大学、南方科技大学的研究人员合作设计出一款八通道高压神经刺激集成电路（IC），采用双相指数波形输出和电荷平衡，提升了神经刺激的效率和安全性，为神经调控和植入设备的进一步发展带来新契机。功率效率的提升是一大亮点。通过使用指数波形输出代替传统的恒流刺激模式，功率效率提高至98%，不仅减少了电能消耗，还有效控制了设备在工作过程中的热量散发。
这款芯片经过体外与体内实验的双重验证。在体外测试中，与不同的电极-组织界面模型进行了广泛的模拟实验，成功实现了低残余电荷的神经刺激。在体内实验中，通过对大鼠的迷走神经和坐骨神经进行刺激，观察到显著的肌肉收缩效果，证明了其在实际应用中的潜力。
该研究成果不仅为神经科学研究提供了重要工具，更有望在智能医疗设备领域开辟新篇章，让神经调控技术更好地服务于临床和康复治疗。
来源：京津冀消息通