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有关冷冻电镜解析的人源蛋白酶体26S全酶高分辨三维动态结构的研究
蛋白酶体是细胞中用来调控特定蛋白质的浓度和清除错误折叠蛋白质的主要机制的核心组成部分，是细胞中最普遍的不可或缺的大型全酶超分子复合机器之一，也是迄今为止发现的最大的蛋白降解机器。人源蛋白酶体全酶包含至少64个亚基，由盖子 (Lid)和基座(Base)亚复合体组成的调控颗粒RP(Regulatory Particle)所激活。2016年，该课题组与其合作者在《美国科学院院刊》报道了人源蛋白酶体的基态近原子分辨的冷冻电镜结构，以及三个亚纳米分辨的RP-CP亚复合体亚稳或过渡态的共存结构，并首次发现其中一个亚稳态构象的CP的底物转运通道处于开放状态（见PNAS 2016, 113: 12991-12996）。这一发现被德国马普所Baumeister课题组及其合作者在2017年的一篇《美国科学院院刊》论文中通过酵母蛋白酶体全酶的冷冻电镜亚纳米精度分析进一步证实、引用和比较（见PNAS 2017, 114, 1305-1310）。然而，在这些工作中，CP开放态的全酶结构离近原子分辨还有较大距离，未能充分揭示人源蛋白酶体全酶的激活后的运动行为。毛有东、欧阳颀课题组及其合作者在前期工作的基础上，利用他们自主开发的基于统计流行算法的高性能计算软件ROME（见PLoS ONE 2017, 12:e0182130）与优化的冷冻电镜处理方法，对ATP-γS结合状态下的人源蛋白酶体的全酶冷冻电镜单颗粒数据展开了深入分析，得到了6个共存的动态结构，其中包括3.6埃分辨率的基态结构，3.5埃的开放态CP结构，和三个CP开放态对应的亚稳简并态全酶4.2埃，4.3埃和4.9埃的结构。另外两个中间态结构分辨率为7.0埃和5.8埃。三个CP开放态对应的全酶结构的主要差别在于位于RP的AAA-ATPase激酶马达模块，伴随其不同的构象变化，至少有四个ATP-γS分子稳定结合在不同的AAA-ATPase亚基上，为其在不同核酸结合状态下形成的非稳定动态构象提供了重要证据。该研究首次观察到位于AAA-ATPase激酶马达模块中心的底物转运通道呈现从螺旋到鞍形不同的拓扑结构变化，为进一步分析底物和蛋白酶体全酶的相互作用奠定了重要基础。人源蛋白酶体全酶AAA-ATPase马达模块中心的底物转运通道发生大幅度的拓扑变构
北京大学
2021-04-11
基于聚焦离子束－扫描电子显微镜双束的材料微纳结构精确三维重构技术
基于聚焦离子束－扫描电子显微镜双束(FIB-SEM)的切割－扫描操作, 能够使材料的微纳结构在三维空间的精确重构得以实现。经过多年经验的积累，已开发出一套针对拥有复杂微纳结构的金属陶瓷复合材料进行三维重构的技术解决方案。该技术在固体氧化物燃料电池领域，为固体多孔电极材料的微纳尺度精确定量分析提供了有力的技术支持。作为本领域的知名专家,美国西北工业大学的 Scott A. Barnett 教授曾在国际 SOFC 领域规模最大的年会 International Symposium on SOFC 中重
哈尔滨工业大学
2021-04-14
北京理工大学在拓扑电路和高阶拓扑态研究方面取得重要进展
日前，北京理工大学物理学院张向东教授课题组和信息与电子学院孙厚军教授课题组合作，在拓扑电路和高阶拓扑态研究方面取得重要进展。相关系列研究成果发表在近期的Phys.Rev.Lett.以及Phys.Rev.BRapidCommunications(Editor’sSuggestions)上，系列研究工作得到了国家自然科学基金委和国家重点研发计划的资助。
北京理工大学
2022-07-08
高阶拓扑奇宇称超导体
体-边对应关系是拓扑物态的一个基本特征。近期新发现的高阶拓扑物态由于呈现出新型的体-边对应关系而受到广泛关注。特别地，由于高阶拓扑超导体允许马约拉纳零模直接出现在二维和三维系统的边界上，这为寻找马约拉纳零模和实现拓扑量子计算提供了新的思路。近两年来，虽然已提出一系列实现高阶拓扑超导体的理论方案，但这些方案或要求超导转变前的正常态具有拓扑非平凡的性质，比如，拓扑绝缘体，或要求混合宇称的超导配对。如果正常态只是普通的金属，而超导配对只有奇宇称或偶宇称型的配对，是否能实现高阶拓扑超导体仍是一个重要的开放问题。
中山大学
2021-04-13
拓扑半金属中Weyl费米子湮灭
物理学研究的前沿之一是在凝聚态体系中寻找Dirac方程所描述的一些基本粒子。Dirac方程是具有狭义相对论协变性的波动方程，最早由英国物理学家Paul M. Dirac 于1928年构造，用于描述自旋为1/2的费米子，典型代表如电子。Dirac方程成功地预言了正电子的存在, 并于1932年被实验证实。Dirac方程有不同的等价表示，比如Dirac、Majorana和Weyl表示等，其对应的准粒子可以分别在不同的凝聚态体系中被实现，如石墨烯 (2010诺贝尔物理奖) 、拓扑绝缘体表面可以存在二维无质量的Dirac费米子和非常规超导体的边界可能存在Majorana费米子等。特别是，Dirac方程的三维无质量极限，对应Weyl费米子，可以在最新发现的拓扑半金属中被实现。 通过系统的计算和数据分析，证明了这个反常信号与Weyl费米子在强磁场下最低朗道能带打开能隙有关。在凝聚态物理中，能谱打开能隙和狄拉克型方程描述的准粒子获得质量是等价的，因而从理论上支持了Weyl费米子湮灭的结论。
南方科技大学
2021-04-13
拓扑自旋电子学研究重要进展
研究人员通过低温量子输运实验揭示了狄拉克半金属表面态费米弧（Fermiarc）的自旋动量锁定特性，并通过控制栅压进一步调控费米弧自旋信号的有无，研制出了新型的场效应晶体管原型。该成果不仅对拓扑半金属的基础研究具有重要意义，而且对未来拓扑自旋电子学的实际应用也具有重要推动作用。 研究团队
南方科技大学
2021-04-14
动量拓扑诱导的光学牵引力
物理学院丁卫强教授团队在光操控研究中取得重要突破，提出运用背景结构动量辅助实现高效光学牵引力新方法，相关成果以《连续域中束缚态实现模式对称性辅助的光牵引》（Mode-Symmetry-Assisted Optical Pulling by Bound States in the Continuum）为题发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。该研究成果为光力研究提供新思路，对发展先进光操控技术具有重要价值。
运用光力可精准操控微纳物体，但传统光学操控仅能实现对物体的定点捕获，而对物体的平动自由度操控效率很低，如何实现“逆光而上”的光学牵引是面临的难题。针对该难题，丁卫强教授团队突破现有研究思路和研究方案制约，提出运用背景结构动量辅助实现高效光学牵引力的新方法，将传统方案中物体和光场二者之间的动量传递，推广到了物体、光场和背景结构三者之间。通过周期背景结构中连续域中束缚态这一特殊光学模式，将周期背景晶格的动量通过光场模式对称性调控传递给物体，实现了极高效率的光学牵引力，即使在光场被全反射的情况下依然能实现光学牵引，该机制实现的光力比已有结果增强了近一个数量级，且对物体参数变化不敏感。
哈工大为论文第一署名单位。哈工大物理学院博士研究生李航为论文第一作者，物理学院丁卫强教授、曹永印副教授，新加坡国立大学仇成伟教授为论文共同通讯作者。哈工大物理学院冯睿老师、博士研究生史博建、孙芳魁副教授，同济大学施宇智教授，中国科学技术大学陈杨教授，苏州大学高东梁教授，大连理工大学朱彤彤老师，东北林业大学汤冬华老师对论文发表作出重要贡献。
该研究获国家自然科学基金支持。
论文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.253802
连续域中束缚态实现模式对称性辅助的光牵引
哈尔滨工业大学
2021-04-11
通过增大狄拉克半金属约瑟夫森结的几何尺寸将电子输运维数降到拓扑铰链态
近日，南方科技大学量子科学与工程研究院院长、中国科学院院士俞大鹏团队与北京大学、荷兰特文特大学等合作，在狄拉克半金属-超导体异质结量子调控方面取得研究新进展，相关成果以《通过增大狄拉克半金属约瑟夫森结的几何尺寸将电子输运维数降到拓扑铰链态》（“Reducing Electronic Transport Dimension to Topological Hinge States by Increasing Geometry Size of Dirac Semimetal Josephson Junctions”）为题发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。
研究团队利用体态、表面态和棱态具有不同超导相干长度的性质特点，通过增长沟道长度，逐步实现从体态到表面态、再到棱态的超导电流的传导。
南方科技大学
2021-04-11
一种通过牙颌石膏模型CT数据和牙颌的全景透视图重建全牙的三维模型方法
本发明提供了一种通过牙颌石膏模型CT数据和牙颌的全景透视图重建全牙的三维模型方法，它采用以下技术方案：使用口腔专用锥形束CT(CBCT)扫描牙颌石膏模型，获得石膏牙模CT数据；对石膏牙模CT数据进行三维重建，获得牙颌的三维几何模型；提取牙冠的三维几何模型；提取全景透视图上牙齿侧面轮廓信息，结合牙冠模型生成牙根的三维几何模型；组合牙冠和牙根的三维几何模型为全牙三维模型。本发明可以在全景透视图只有牙齿侧面轮廓的二维信息的基础上，根据CT数据中牙冠部分的三维几何信息，生成全牙的三维几何数字化模型。本发明能应用于全景透视图中的每一颗牙齿，生成带有精确牙列的牙颌模型，可以应用于牙颌正畸矫正、计算机模拟排牙。
浙江大学
2021-04-11
南京大学沈群东课题组：芯片热管理变革技术-三维导热网络助力的低碳固态电制冷
随着5G芯片的高速发展，高效和精确的热管理成为重大挑战。经典的被动散热系统利用空气或液体的强制循环将热量递送到外部。
南京大学
2022-10-12