摘要：在探索未知化学空间的征程中，中国科学院新疆理化技术研究所研究团队利用机器学习新技术，实现了非线性光学材料倍频系数的精准预测，加速了高性能光学材料的探索与合成。

在探索未知化学空间的征程中，中国科学院新疆理化技术研究所研究团队利用机器学习新技术，实现了非线性光学材料倍频系数的精准预测，加速了高性能光学材料的探索与合成。

近期的最新研究发现了一种神奇的手性微球材料，它能发出多彩变化的光，通过简单的数字打印就能定制，展现出在高级显示和信息安全领域的潜在应用。

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133期。

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《Small》丨机器学习助力发现高效非线性光学材料

研究发现符合预期的具有强二次谐波效应的非线性光学材料

近期，中国科学院新疆理化技术研究所研究团队在利用机器学习辅助新型非线性光学材料设计方面取得进展。该团队提出了通过机器学习方法探索未知化学空间的新策略，实现了从红外到紫外再到深紫外非线性光学多元复杂体系的倍频系数在机器学习方面的定量预测，为新型光学材料设计提供了理论指导工具。

由于未知化学空间的广阔性以及理论预测框架缺乏，实验探索新型非线性光学材料是颇具挑战性的任务。该研究提出了将机器学习技术与晶体结构生成方法相结合的新型理论设计与预测方法，通过描述符信息指导新型非线性光学材料合成。该研究训练了用于预测材料的最大非线性光学系数的机器学习模型。这一模型融合化学组分和结构描述符，能够系统分析结构与性能之间的构效关系。

为进一步提升发现新型非线性光学材料的效率，该研究引入了快速晶体结构生成技术，建立了探索未知化学空间的高效预测流程。基于这一理论流程，仅需输入晶体结构文件，即可在较短时间内获得目标化学结构的倍频系数。以红外非线性光学材料为应用案例，这一预测流程识别出7种具备理想倍频响应的红外化合物，其中一种已在实验中合成并完成表征，验证了该理论设计方法的有效性。

上述研究克服了通过机器学习模型定量预测二次谐波系数的难题，为加速探索和合成具有强二次谐波响应的非线性光学新材料提供了理论指导。

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《PNAS》丨利用微半球技术实现动态彩色光调控与信息加密

微半球手性结构色材料的光学特征

近日，中国科学院理化技术研究所李明珠课题组和复旦大学教授石磊课题组合作，在新型手性结构色材料领域取得重要进展。他们开发了一种基于聚合物微半球的手性结构色材料，该材料具有宽带可调和多重偏振态可调特性，解决了传统材料依赖特殊成分和精密纳米结构的问题。

这种聚合物微半球通过简便、精确的数字打印方法制备，其不对称因子高达1.998，显示出显著的手性光学响应。研究揭示，线偏振光入射时，s分量和p分量之间的多次全内反射导致π/2相位差，是产生手性光学响应的原因。此外，通过调控入射光的偏振方向，可以实现全彩结构色亮度的连续精确调控。

特别地，研究人员提出了将微半球集成到隐形眼镜中的策略，模仿虹膜识别系统，设计了含有五重加密功能的同心圆弧图案，实现了多达232种编码容量。这表明，此方法不仅能够提升个人身份信息安全，还可能促进人机交互的发展。

总的来说，这种基于聚合物微半球的手性结构色材料因其在颜色、偏振、图案等多个自由度上的调节能力，展现出了在信息存储、数据安全以及显示等领域的广泛应用前景。这一发现为开发简单易制备且具有全偏振操纵能力的手性结构色材料提供了新思路。

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《Angewandte Chemie International Edition》丨突破扩散限制：高效合成气转化的分子筛催化剂

研究揭示分子筛酸位点可及性调控合成气转化性能机理

近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员焦峰和潘秀莲，联合中国科学院院士包信和团队，在合成气直接转化研究方面取得进展。该团队揭示了分子筛酸位点可及性调控合成气转化性能的机理，为剖析分子筛传质调控机制以及设计高性能分子筛催化剂提供了新思路。

沸石分子筛因独特的孔结构以及优异的择形催化性能，在能源化工领域应用广泛。但是，这一优势造成了扩散限制，使得客体分子难以有效接触内部活性位点，阻碍了催化效率提升。虽然科研人员围绕分子筛内传质机理开展了研究，但缺乏关于分子筛形貌结构以及传质效率与催化活性之间的定量认识。

丝光沸石（MOR）分子筛具有独特孔结构，其中8元环内的酸性位为合成气转化的活性位点，12元环孔道为分子的传输通道。该研究以MOR分子筛作为模型催化剂，分析了不同12元环孔道长度的MOR在合成气转化中的传质效应，建立了活性位的可及性与催化性能的定量关系。研究通过分析有效扩散长度、Thiele模数与反应速率有效因子之间的关系，确定了在合成气转化反应中12MR孔道长度为60nm，接近消除扩散限制的关键阈值。基于此，研究优化了ZnAlOx-MOR双功能催化剂，实现了一氧化碳转化率33%、乙烯选择性69%的优异性能。

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《Neuron》丨衰老如何削弱大脑防御？聚焦CTSS在血-脑脊液屏障中的角色

衰老过程中脉络丛中巨噬细胞分泌的CTSS破坏血-脑脊液屏障影响大脑功能示意图

中国科学院分子细胞科学卓越创新中心沈义栋研究组与上海交通大学医学院附属新华医院鄢秀敏团队合作，揭示了衰老过程中血-脑脊液屏障受损的分子机制。研究发现，随着年龄增长，脑室脉络丛中的巨噬细胞分泌大量蛋白酶Cathepsin S（CTSS），降解脉络丛上皮细胞间的连接蛋白Claudin1（CLDN1），导致血-脑脊液屏障破坏并引发大脑功能减退。

大脑由脑脊液保护和支持，而脑室内的脉络丛则是脑脊液的“生产工厂”，通过脉络丛上皮细胞过滤血液形成脑脊液，并构建了坚固的防御屏障即血-脑脊液屏障。然而，随年龄增加，这道屏障变得脆弱，“漏洞”出现，与神经退行性疾病的发展密切相关。研究分析显示，在衰老小鼠中，仅CLDN1水平显著下降，且其减少与血液成分渗入大脑和炎症反应增强呈正相关，表明CLDN1缺失可能是血-脑脊液屏障受损的关键因素。进一步研究证实，CTSS在老年小鼠脉络丛巨噬细胞中表达上升，可直接作用于CLDN1导致其水平下降。

对老龄小鼠使用CTSS抑制剂或过表达抗CTSS降解的CLDN1，可以恢复CLDN1水平，减轻大脑炎症，改善学习记忆能力，减少抑郁行为。同时，清除衰老细胞或诱导年轻小鼠产生衰老细胞的研究结果表明，衰老细胞通过激活巨噬细胞释放CTSS，从而推动屏障破坏。这一发现为保护血-脑脊液屏障、延缓大脑衰老提供了新的药物靶点。

原文链接：

https://www.cell.com/neuron/abstract/S0896-6273(25)00049-2?_returnURL=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0896627325000492?showall=true

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《Journal of Materials Science & Technology》丨通过微观结构优化，实现高强钢疲劳寿命飞跃

夹杂物疲劳开裂判据

近日，中国科学院金属研究所张哲峰研究员团队与李殿中院士团队合作，在GCr15轴承钢疲劳开裂模型与性能优化方面取得重要进展。研究建立了夹杂物-强韧性协同调控理论，并采用稀土改性技术，成功提升了轴承钢的拉-拉和拉-压疲劳强度至新水平。

研究分析了GCr15轴承钢中TiN和Al2O3两类夹杂物对疲劳寿命的影响，发现它们的应力集中效应不同是导致疲劳寿命差异的主要原因。定量模拟显示，在相同尺寸条件下，Al2O3夹杂物的疲劳寿命损伤系数比TiN高约30%，为高强钢冶炼过程中氮、氧元素的精准控制提供了理论依据。

针对高强度状态下夹杂物开裂导致疲劳强度下降的问题，该研究提出了疲劳开裂临界夹杂物尺寸判据，建立了抗拉强度、断裂韧性与夹杂物尺寸之间的定量关系，实现了高强钢在给定夹杂物参数条件下的强韧性能协同优化，为疲劳强度优化设计提供了新的理论支持。

此外，通过稀土添加改性，降低了GCr15轴承钢中夹杂物的尺寸，提高了其在疲劳载荷下的变形能力，形成了可剪切变形的夹杂物-基体界面，减少了应力集中。结合疲劳强度优化判据调整热处理工艺后，获得了拉-拉疲劳强度1600MPa，拉-压疲劳强度1103MPa的高强钢，相比现有世界纪录分别提高了4%和10%。

该研究构建了夹杂物控制-强韧性能匹配-缺陷界面优化的系统性抗疲劳理论框架，为航空航天、轨道交通等领域的高端轴承材料研发提供了新技术路线。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1005030225001367?via=ihub

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《Nature》丨解开病原体从宿主窃取能量的秘密

病原体和叶绿体的能量分子ATP运输蛋白

中国科学院分子植物科学卓越创新中心范敏锐团队联合西湖大学吴旭冬团队、复旦大学张金儒团队及浙江大学苏楠楠团队，首次揭示了病原体和植物叶绿体ATP运输蛋白的三维结构及其运输机制。所有生物依赖ATP作为能量货币维持生理功能，而一些细胞内寄生的病原体由于自身能量代谢缺陷，需从宿主细胞获取ATP以生存繁殖。

研究聚焦于专性胞内病原体如沙眼衣原体和立克次氏体，它们通过一种位于细胞膜上的ATP运输蛋白实现能量获取。这种蛋白通过等量交换ATP与ADP加磷酸根的方式，从宿主细胞中持续获取能量。相似的ATP运输机制也在植物叶绿体中发现，表明二者可能源于共生进化，有助于高效利用细胞能量。

该团队解析了肺炎衣原体和植物叶绿体NTT蛋白的高分辨率三维结构，尽管来源不同但结构高度相似，支持了叶绿体NTT蛋白起源于衣原体的理论。研究表明，ATP（或ADP+Pi）结合位点位于NTT蛋白中央，并由特定氨基酸如天冬酰胺特异识别ATP。NTT蛋白由N端和C端两个相对刚性的结构域组成，二者之间的摆动促进了ATP的结合、跨膜运输及释放过程。

这项研究不仅为开发新型抗生素提供了分子基础，对抗专性胞内病原体感染，同时也深化了对叶绿体内共生过程中跨膜能量传递机制的理解。这有望助力于通过改造NTT蛋白提升作物光合作用效率，促进农业增产。

原文链接：

来源：科技北京