为突破复杂溶液体系动力学过程的理论模拟瓶颈，上海科技大学物质科学与技术学院孙兆茹课题组长期致力于开发兼具第一性原理精度和经典分子动力学效率的新型机器学习力场。近日，团队在溶液中碳酸解离与质子传输机制方面取得重要突破，通过深度势能分子动力学（Deep Potential Molecular Dynamics, DPMD）方法，首次发现碳酸（H2CO3）在水溶液中仅占12.4%的顺式-反式（CT）构象体贡献了溶液中58.1%的质子。该研究从氢键拓扑网络和电子结构两个角度阐明了CT构象具有较强质子提供能力的原因，并从量子力学层面揭示了溶液环境对分子构象动态平衡的调控机制，为生理pH调控、海洋酸化预测等应用提供了关键理论支撑。相关研究发表于国际学术期刊《科学进展》（Science Advances）。碳酸作为生物体液和海洋环境中的核心质子缓冲剂，通过CC、CT、TT三种构象的动态平衡调控酸碱平衡。虽然以往研究对气相下顺式-顺式（CC）构象的稳定性优势已经达成共识，但对水溶液中构象的...

随着直流微电网对功率等级提升和损耗降低的需求不断增强，系统母线电压已逐步升至800V以上。由于储能系统中常用电池组的电压多为400V等级，对并网双向变换器提出了更高的升压比要求。因此目前广泛采用输入并联输出串联（IPOS）结构的多模块双有源桥（DAB）变换器，但传统调制方式在宽电压范围内易导致环流增大和零电压开关（ZVS）范围缩小，影响效率。为提升IPOS-DAB在宽电压范围内的效率，上海科技大学信息科学与技术学院智慧电气科学中心王浩宇团队在基于可调制耦合电感的IPOS-DAB拓扑基础上，提出一种新型混合调制方案，并搭建了一台100 kHz 2 kW的样机进行概念验证。该方案结合非对称脉宽与相移调制，并引入隔直电容，使原副边电压近似匹配，在200–400V输入、800V输出条件下显著优化环流并扩展ZVS范围，实现双向功率传输峰值效率98.3%，20%–100%负载效率不低于96%。 图1：800V直流微电网示意图图2：变换器拓扑结构此外，两个DAB模块中的独立电感被替换...

光催化方法相比传统催化方法具有反应条件温和、能耗低、污染少、选择性高等优势，是当前合成化学领域的重点方向之一。近日，上海科技大学物质科学与技术学院黄焕明课题组在光催化合成领域取得系列进展，为复杂分子结构的合成提供了高效、绿色的新方法，为药物分子和功能材料的开发提供了新工具。相关成果分别发表于国际学术期刊《化学科学》(Chemical Science)、《自然-通讯》(Nature Communications)和《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）。 光诱导催化合成2-氧杂双环[2.1.1]己烷黄焕明课题组开发了一种新型光催化[2π+2σ]环加成反应，通过钴催化的可见光诱导反应，高效合成了2-氧杂双环[2.1.1]己烷（2-oxa-BCHs）。该方法具有广泛的底物适用性和优异的官能团兼容性，为药物研发中苯环生物电子等排体的设计提供了新思路。研究成果发表于英国皇家化学会期刊《化学科学》(Chemical Science)，并收录到“15周年纪念：化学科学杰...

高胆固醇血症是导致动脉粥样硬化心脑血管疾病的关键危险因素，世界卫生组织（WHO）统计显示每年因高胆固醇相关心脑血管疾病死亡的人数超过440万，已成为全球公共卫生的重要挑战。解析胆固醇代谢调控机制对疾病认识和新药研发具有重要意义。甾醇调节元件结合蛋白2（SREBP2）是调控胆固醇合成的膜结合转录因子，在胆固醇缺乏的条件下，通过蛋白水解裂解从膜结合前体释放形成成熟形式的nSREBP2，并进入细胞核。自90年代被诺贝尔奖获得者Michael Brown和Joseph Goldstein发现以来，其生理和病理作用已被广泛研究近三十年。然而，核形式nSREBP2调控靶基因转录激活的机制尚不清楚。5月20日，上海科技大学生命科学与技术学院戚炜课题组在国际期刊《自然代谢》（Nature Metabolism ）上在线发表题为“Nuclear SREBP2 condensates regulate the transcriptional activation of lipogenic genes and cholesterol homeostasis”的研究论文，揭示了转录因子nSREBP2通过相分...

大数据时代对于高速、低功耗存储和逻辑器件的需求不断增长，自旋轨道耦合效应作为一种将电荷与自旋自由度相耦合的物理机制，为新型器件的设计提供了可能。近日，上海科技大学信息科学与技术学院/拓扑物理实验室寇煦丰团队联合中国科学与技术大学乔振华教授和牛津大学Thorsten Hesjedal团队在对本征磁性拓扑绝缘体的磁电输运调控研究方面取得重要进展。相关研究成果以“Tunable Chiral Magneto-Transport through Band Structure Engineering in Magnetic Topological Insulators Mn(Bi1-xSbx)2Te4”为题发表于《科学进展》(Science Advances)。近年来，拓扑材料因其独特的量子特性在凝聚态物理和新型自旋电子器件中引起广泛关注。其中，Mn(Bi1-xSbx)2Te4 作为一种本征磁性拓扑绝缘体，因其兼具磁性与拓扑性，成为研究量子反常霍尔效应、自旋电子学以及能带工程的重要平台。在前期工作基础上，研究团队利用分子束外延生长技术制备了一系列高质量的2英寸Mn(B...

上海科技大学物质科学与技术学院孙兆茹课题组长期致力于开发融合物理规律的机器学习力场，推动AI for Science在复杂电解质溶液体系中的创新应用。近期，研究团队运用深度势能分子动力学（Deep Potential Molecular Dynamics，DPMD）方法，在保持第一性原理精度的同时大幅提升模拟效率，实现了不同浓度溶液长达纳秒尺度的动态过程模拟，揭示了镁离子第二水合壳层中离子-水相互作用与氢键网络的动态竞争关系，为理解高浓度电解质溶液的微观行为提供了新的视角。相关成果以“Second Hydration Shell of Mg2+: Competition between Ion-Water Interaction and Hydrogen Bonding Interaction”为题，发表于物理化学领域期刊《物理化学快报》(The Journal of Physical Chemistry Letters)。镁离子在能源存储与生物医药等领域有着重要应用，其独特的水合特性直接影响着离子电池效率和蛋白质稳定性等关键性能。传统观点认为，镁离子的强水合作用仅限于第一水合壳层，但...

近日，上海科技大学免疫化学研究所李俊/清华大学饶子和等团队在《自然-通讯》（Nature Communications）在线发表了题为“Structure and mechanism of a mycobacterial isoniazid efflux pump MsRv1273c/72c with a degenerate nucleotide-binding site”的研究论文，在国际上率先发现并鉴定分枝杆菌异源二体型ABC转运体MsRv1273c/72c是一线抗结核药物异烟肼的外排泵，且参与了病原体对该药物的天然耐受，还揭示了一种由退化型ATP结合位点和不对称构象介导的底物转运新机制。这一研究不仅阐明了一种结核病耐药的关键途径，更重要的是为结核病治疗提供了新的药物靶标，对开发新型抗结核药物和解决全球结核病耐药性问题具有重要科学意义和临床研究价值。结核病是当今世界上严重威胁人类生命健康的重大传染性疾病，由病原体结核分枝杆菌感染引起。当前抗结核治疗手段非常有限，主要依靠异烟肼、利福平、乙胺丁醇、吡嗪酰胺等一线抗结核药物联合用药进行治疗。但结核...

4月28日，上海科技大学物质科学与技术学院李健课题组基于“设计-构建-测试”等合成生物学理念，利用整合酶（integrase）和细菌接合转移（bacterial conjugation）等技术，通过对基因线路的精准调控，在不同大肠杆菌细胞之间实现了胞间信息通讯和逻辑调控，相关成果以“Integrase enables synthetic intercellular logic via bacterial conjugation”为题在线发表于国际学术期刊《细胞系统》（Cell Systems）。 基因线路的设计与调控是合成生物学的核心内容之一，其功能决定了宿主细胞的基因网络调控及外在表型。通过调控基因线路，生物体能够动态响应外部环境的变化。通常，携带基因线路的DNA载体（如质粒）通过细胞分裂等垂直基因转移（vertical gene transfer）方式在母细胞和子细胞间传播，以维持其基因线路的稳定遗传。而水平基因转移（horizontal gene transfer），包括转化（transformation）、转导（transduction）、胞外囊泡（outer membrane vesi...

功能分子中普遍存在非连续的手性单元，然而围绕该类手性单元的构建进展缓慢，缺乏系统的文献总结和展望。近日，上海科技大学物质科学与技术学院高得伟课题组在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上发表综述文章，总结了精准构建复杂分子中“非相邻手性单元”的合成方法，系统梳理了该领域的重要研究进展，旨在为药物研发和材料科学等研究中功能分子的创制提供新的合成思路。分子单元如同精密的“乐高积木”，能够组装成多种多样的新物质。如何精准控制这些“积木”的连接方式，构建具有特定功能的复杂分子，一直是化学家们追求的目标。在构筑手性化合物领域，不对称催化是一种重要的手段，以往的研究主要集中于构建单一或连续手性中心的分子，而生物活性分子和药物分子通常含有非连续的手性单元，构建该类手性单元一直是合成化学领域的一大挑战，其难点在于柔性的过渡态控制以及远程立体化学的精准调控。 图1. a) 含非相邻手性...

超表面凭借对亚波长尺度“超原子”结构几何形态的精细设计，能够在超薄二维平台上实现对电磁波振幅、相位及偏振态的灵活调控，在未来光子系统中展现出巨大的应用潜力。但当前超表面设计仍依赖传统“自下而上”的参数扫描与经验，在面对多自由度控制、超大规模阵列设计以及复杂偏振态调控等高需求场景时，仅凭经验设计效率低下、计算资源消耗巨大，还面临结构参数与电磁响应之间的非唯一映射问题，严重制约了超原子结构参数设计的稳定性和可控性。近年来，人工神经网络的发展为超表面的逆向设计提供了全新范式，使得高像素、复杂结构超表面的快速设计成为可能。因此，采用神经网络的逆向设计方法，对于提升太赫兹超表面的多功能集成能力、突破其偏振控制与效率瓶颈，实现高精度、实时可重构的新型光学器件，具有重要的意义与应用价值。近日，上海科技大学信息科学与技术学院曹文翰课题组提出一种基于双向深度神经网络逆向设计的自旋多路复用太赫兹超表面器件，实...

近日，上海科技大学信息科学与技术学院智慧电气科学中心（CiPES）刘宇课题组提出了一种针对输电线路的单端无需波速故障定位新方法，研究成果以“Travelling Wave Based Velocity-Free Single-Ended Fault Location Method for Transmission Lines”为题发表在电气领域国际期刊IEEE Transactions on Power Delivery。复杂的运行环境使得输电线路在正常运行过程中时常发生故障。在故障发生后，准确的故障定位对保证供电可靠性、减少停电时间有重要意义。行波法是线路故障定位的常见方法之一。然而，负载条件、气象因素以及输电线路类型的差异，都会使输电线路中故障行波的波速存在不确定性，进而影响行波定位精度。针对此，刘宇课题组提出了一种基于故障行波的单端无需波速故障定位方法。首先，针对不同输电系统拓扑和故障位置，对所有可能的行波传播路径进行了全面分析，并将其划分为9种典型情形（如下图所示）；再通过行波到达本端的一系列波头极性与到达时刻，...

冠状化合物（Coronoids）是一类由完全融合的π共轭体系构成的大环化合物，因其独特的化学结构和电子特性而受到广泛的研究关注。为了制备出多自由基冠状化合物，上海科技大学物质科学与技术学院于平课题组、甄家劲课题组与合作者从合成开壳纳米石墨烯的进展中汲取灵感，将三角形锯齿形分子整合到冠状分子框架中，成功制备出具有六个未配对电子的开壳纳米石墨烯结构（图1）。研究成果发表于国际学术期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society, JACS)。 图1 冠状石墨烯的化学结构与合成研究团队利用扫描隧道谱（STS）研究冠状分子的电子结构与自旋性质。如图2所示，冠状石墨烯dI/dV谱在-1240和1880 mV处呈现对应多个占据态H1和未占据态L1的电子态，而-125和860mV的电子态来源于分子的单占据和单未占据分子轨道（SOMO和SUMO）。团队引用平均场（MFH）模型计算得到分子轨道态密度分布，计算结果与对应能量下扫描的dI/dV图高度吻合，进一...

滑移铁电是指通过特殊的原子排列方式，在原本不具有铁电性的体系中构造出铁电极化。这种极化在空间中呈周期性排列（即moiré周期），它所产生的电势场可用来调制其他相邻材料的电子结构，引起许多研究者的关注。关于这种电势场的强度与moiré周期的关系，在近期研究中出现了两种矛盾的结论：一种认为电势场的强度与moiré周期呈指数关系，另一种认为电势场强度维持恒定值。但这些研究均基于扫描电势显微镜技术，本身存在的空间分辨能力局限使其仅能研究30纳米以上的moiré周期，且极易产生测量假象。为解决这一问题，上海科技大学物质科学与技术学院薛加民课题组利用本组发展的接触式扫描隧道显微镜方法，以小于10 nm的空间分辨和约10 meV的能量分辨能力，研究了moiré铁电势场对邻近石墨烯的调控能力，为这一争议提出了新的视角。相关成果以“Moiré potential independent of moiré size down to a few nanometers in sliding ferroelectrics”为题发表于国...

果蝇（Drosophila melanogaster）作为重要模式生物之一，为基因功能研究、发育生物学、疾病模型构建和药物开发提供了不可或缺的研究平台。过去近20年间，依赖PhiC31整合酶的外源基因定点整合技术凭借更高的精确性，逐渐成为全球约3000个果蝇实验室广泛使用的金标准。然而，PhiC31技术的局限性也日益显现，如整合效率低、对基因大片段整合能力有限以及实验操作繁琐等，不仅增加了实验成本和研究周期，还限制了研究效率。在面对全基因组规模化筛选和高通量研究的需求背景下，开发更高效、更便捷的技术成为该领域的关键突破方向。近日，上海科技大学生命科学与技术学院高冠军课题组在《核酸研究》（Nucleic Acids Research, NAR）期刊在线发表了题为“A powerful and highly efficient PAI-mediated transgenesis approach in Drosophila” 的研究论文。研究团队成功开发出一种基于铜绿假单胞菌整合酶（Pseudomonas aeruginosa Integrase, PAI）的新型高效果蝇转基...