小分子蛋白互作调节剂的研究进展

蛋白质-蛋白质相互作用(protein-protein interactions, PPIs)是生命活动的基本单元,在所有生物体的生理和病理过程中发挥核心作用. PPI功能的失调是多种疾病的基础,包括癌症、传染病、免疫疾病和神经退行性疾病等,故PPI是非常直接有效的药物作用靶点.然而,对PPI靶蛋白动力学的复杂性、稳定性与PPI结合模式的认知局限导致靶向PPI药物,特别是应用于临床的小分子蛋白互作调节药物(small molecule PPI modulators, smPPIMs)的开发,面临巨大挑战.虽然如此,目前已有部分药物分子成功上市或进入不同的临床研究阶段,证明了该研究方向的可行性,同时也表明,该领域尚存在许多值得探索的机遇.针对以上机遇和挑战,本文讨论了包括分子胶(molecular glues, MGs)在内的4种不同smPPIM调控机制,汇总了常见的smPPIM开发策略,并在介绍目前比较热门的PPI靶点基础上,给出对smPPIM后续研发的展望.     

全球水华研究的科学知识图谱分析

有害藻类水华是严重影响社会经济可持续发展的生态灾害,频发于世界范围内的淡水和海洋水体.通过检索水华相关的中英文期刊文献,利用CiteSpace等软件进行科学知识图谱分析.结果显示:(1)目前发表的水华研究相关的中英文期刊论文达4.4万余篇,根据年发文量大致可将全球水华研究划分为3个阶段:Ⅰ(1942～1990年,<200篇/年)、Ⅱ(1991～2014年,<2000篇/年)和Ⅲ(2015年至今,>2000篇/年).(2)水华研究的国际合作较为密切,英文文献以美国发文量最多、中国第二.中文的水华研究论文以中国科学院为中心形成协作网络,水华研究的主要内容大致与国际上吻合.(3)中国的水华研究在全球水华研究中占据重要地位.在新兴前沿领域,中文期刊所发表的研究内容稍滞后于英文期刊.(4)关键词共现展示了水华研究的热点内容;突现词揭示了3个研究阶段新兴前沿领域的变化;关键词聚类则反映了全球水华研究的主要内容,进而可以推测未来的发展趋势.多尺度结合可能成为今后水华研究的一种趋势.水华监测预警建模、遥感技术、大数据和人工智能分析等已成为重要的研究方法.水华形成和消亡机制依然是核心科...     

水文时间序列周期分析的RICp准则

为准确识别与提取水文时间序列中的显著周期成分,本文借鉴AIC准则的思想,提出了一种以相关系数作为拟合精度指标、以信息熵形式的函数式作为不确定性度量指标的周期显著性评价准则——RIC_p.以包含多个周期成分的模拟序列进行统计实验,对比不加入RIC_p准则的MCCP（moving correlation coefficient-based method for periodicity）方法、仅基于假设检验的HAM（harmonic analysis method）方法与通过熵谱峰值点选取显著周期的MESA（maximum entropy spectral analysis method）方法,从周期规律的完整性以及周期结果的准确性两个方面进行评价.分析结果表明, HAM方法和MCCP方法会给出较多的伪周期成分, MESA方法的识别结果会忽略位于峰值附近的次显著周期,基于RIC_p准则的周期分析方法在4种方法中表现最好.基于RIC_p准则的周期分析方法的优势在于,可以同时满足显著周期判断、周期显著性分级与周期成分...     

植物个体资源竞争与群体结构特性分析

资源竞争是形成不同尺度生态结构最重要的驱动因素.植物生态系统资源竞争的自组织过程具有3个显著特点,即群体具有中等数目的个体数、个体差异巨大、个体间仅具有复杂的近程相互作用.本文从生态系统资源竞争与群体结构的一般性问题出发,建立可显式描述植物个体间资源竞争的生态动力学模型,并依据资源竞争的数学特性,按照完全非对称性竞争和完全对称性竞争两种极端形式,分别设计数值模拟试验,并与无竞争试验对比,分析不同竞争形式、不同群体竞争度下个体资源分配及群体结构特征的共性和差异.结果表明,随着竞争度上升,两种竞争形式下的生态系统结构特征(不同高度的顶层冠层覆盖度)均偏离无竞争情况对应的分布,表现为高大冠层比重减少,而低矮冠层比重增加,顶层冠层平均高度下降,不同于经典竞争模型的结论.在完全非对称性竞争情况下,个体差异明显上升,如中等高度个体的平均竞争度以及低矮个体的平均死亡率迅速增加,植被覆盖区域顶层冠层覆盖度曲线半高宽逐渐增大,顶层冠层高度标准差增加,但高大冠层占模拟区域的覆盖度逐渐趋于稳定.而在完全对称性竞争情况下,个体差异明显低于完全非对称性竞争情况,所有高度的平均竞争度和平均死亡率均上升,顶层冠层覆...     

沉积岩汞同位素的古环境指示意义

环境与生命的协同演化是地球科学的核心问题之一,而古环境的精确重建对于认识生命演化规律、机制以及预测地球宜居性的未来发展方向具有至关重要的意义.近年来,沉积岩中的汞及其同位素组成在重建地球古环境演化方面展现出巨大的潜力,获得了广泛的关注和应用,已发展成一个新的研究方向.其主要原因是汞及其同位素组成在记录古代火山活动和海洋氧化还原状态方面具有不可替代的优势,能为研究上述过程与重大环境和生命演化事件的关系提供新的证据.本文系统分析了古代沉积岩的汞同位素数据及其意义,总结了大型火山活动和海洋氧化还原状态改变引起汞同位素变化的特征与机制,深入探讨了火山类型及释放汞的方式、大气和海洋汞循环过程、沉积环境、岩性、成岩作用、汞赋存形态等因素对沉积岩汞同位素组成的影响,并对该领域当前存在的问题和发展前景作出了评述和展望.总体而言,这一研究领域仍处于起步阶段,对古环境演化事件中汞同位素组成的变化规律和分馏机理还缺乏系统和定量的认识,亟须深入研究.未来需要揭示古环境汞循环过程中的同位素分馏机理,进一步明确汞同位素指示古环境演化的原理和影响因素,拓展其在环境和生命协同演化领域的应用.     

双金属协同催化立体发散性合成手性非天然α-氨基酸

手性非天然α-氨基酸是一类重要的化合物,在合成化学和生物医药领域都有十分广泛的应用.通过不对称催化合成高效构建手性非天然α-氨基酸,一直以来都是有机合成化学的研究热点之一,并且已经发展出多种较为成熟的合成途径.其中,最近几年兴起的双金属协同催化策略在该领域取得了巨大的成功.双金属协同催化在很多反应中表现出更高的催化活性,特别是可以通过催化剂的合理组合实现目标产物各种光学异构体的立体发散性精准合成,极大提升了该合成方法的高效与实用性,同时也为相关手性非天然α-氨基酸衍生物及其光学异构体的构效关系研究提供了便捷途径.本文对近年来双金属协同催化的立体发散性合成非天然氨基酸的研究进展进行了归纳,主要介绍该策略在亚甲胺叶立德参与的不对称烯丙基化和不对称炔丙基化反应中的应用,并讨论了相关局限性和发展前景.     

第三代生物炼制的挑战与机遇

化学品和燃料的可持续生产以及缓解温室效应是目前人类面临的两大挑战.传统生物炼制技术可进行石化产品的替代生产,且绿色低碳;然而有些人类活动不可避免地产生碳排放,为了实现碳中和目标,迫切需要发展负排放技术以抵消这些排放.近年来,可直接将二氧化碳转化为燃料和化学品的第三代生物炼制技术为我们塑造低碳经济、实现碳中和提供了一个良好的解决方案.本文首先介绍固定二氧化碳的不同天然途径,随后概述可用于基于合成生物学理念设计的不同人工固碳途径;接着,讨论固碳途径能量的来源,特别强调非生物过程辅助的新型能量供给方式;随后,列举第三代生物炼制的生产实例,并讨论其在工业应用过程中值得注意的问题;最后,展望第三代生物炼制的主要优势和面临的挑战,并对未来的研究方向进行讨论.     

全球沙漠面积和粉尘排放量的新估算

沙漠是干旱半干旱地区最重要的地表景观,是粉尘排放的主要源区.确定全球沙漠边界、计算沙漠面积、估算沙漠的粉尘排放量对于定量评估沙漠对气候与环境的影响具有重要意义.利用中分辨率成像光谱仪（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS）数据,结合支持向量机（Support Vector Machine,SVM）、试错法及目视解译技术提取了全球沙漠范围.对全球沙漠分区域进行面积和分类精度计算.利用地形、降水、蒸散、地表风速等数据对全球沙漠的环境变化进行分析.基于移动风蚀仪（Portable In-Situ Wind Erosion Laboratory,PI-SWERL）的观测数据,结合地表类型、土壤湿度和摩阻风速估算出全球沙漠的年粉尘排放量.研究表明,全球沙漠面积为～17.54×10⁶km²,总体分类精度为92.37%.沙漠多分布于地形低于2000 m、降水量不足200 mm、全年风速为4～6 m/s的极端干旱和干旱地区.沙漠每年排放～1792.65 Tg粉尘(本文指PM₁₀     

碳纳米管/碳纤维跨尺度界面增强体系构建的研究进展

伴随着国防工业、先进装备制造等领域的不断发展,人们对复合材料的应用要求不断提高.碳纤维增强复合材料因其具备高强度、轻量化、长寿命的特点,与该领域材料的使用要求产生了高度适配.但在实际应用过程中,碳纤维惰性表面与聚合物基体间的弱界面结合严重影响了复合材料优异性能的充分发挥.构建微尺度、多维度碳纳米管/碳纤维界面增强体系被认为是提高相间结合能力的有效技术手段.本文综述了化学气相沉积、电泳沉积、化学接枝、浸涂喷涂4种较为成功的构建路线,讨论了碳纳米管在碳纤维表面的差异化微观沉积形貌所对应的不同界面增强机理,探讨了界面增强体系对复合材料综合性能的影响,并对该体系未来的构建和研究方向进行了展望.     

钼基碳掺杂二硫化钼电极的硫氧化反应性能

硫钝化是阻碍硫化物氧化反应(sulfur oxidation reaction, SOR)在硫锂电池、电化学脱硫、含硫污染物资源化等领域高效进行的重要因素.二硫化钼(MoS₂)因其优异的抗硫性和可调的二维层状结构而具有良好的SOR潜能,但其本征半导体性质限制了电子传递过程.本文报道了一种抗硫性钼基碳掺杂二硫化钼电极(Mo/C-MoS₂),通过碳掺杂使MoS₂电极具有接近热中性的硫吸附吉布斯自由能和快速转换多硫化物的能力,有效避免了硫钝化.实验结果显示, Mo/C-MoS₂能以0.37 V驱动SOR反应达到10 mA/cm²,低于Mo/MoS₂电极(0.41 V)和Pt电极(0.68 V),并在恒电位电解测试中保持16.5 h的抗硫钝化稳定性.透射电子显微镜(transmission electron microscope, TEM)、X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spe...     

京津风沙源治理对生态系统服务的影响及其效益核算

京津风沙源区治理工程是国家为改善和优化京津及周边地区生态环境状况、减轻风沙危害实施的一项重大生态建设工程.工程实施以来,区域的土地利用、植被盖度、土壤风蚀等方面发生了深刻变化,也改变了区域生态系统服务的供给.生态系统服务及其多功能性的理论框架与定量化研究,为综合评估区域生态效益,准确厘定生态系统服务变化,深刻理解生态治理工程对区域生态系统服务的作用与影响提供了方法和途径.本文利用多源数据,从生态供给、生态调节、生境支持服务3个方面,计算了京津风沙源区生态系统服务各项指标,结合生态系统服务集成性指数(multiple ecosystem services landscape index, MESLI)和生态系统服务香农多样性指数(ecosystem services Shannon diversity index, ESHDI)等指标,评估了县域的生态系统服务多功能性,揭示了县域尺度综合生态服务的空间格局和集聚规律,阐明治理前后生态系统服务的变化特征及其空间分布,确定各类土地利用和生态系统服务的相关关系,厘清风沙治理与植被恢复工程对区域生态系统服务功能及其多功能性贡献的变化,并对治理区2...     

洛阳盆地的4.2 ka BP气候事件和人类活动

在4.2 ka BP气候突变事件的影响下,世界主要文明和中国境内大部分新石器时代文化出现断层或崩溃,但中国中原地区的洛阳盆地却支持了河南龙山文化向二里头文化的传承和成功转型,使中国文明得以一脉相承.为探究洛阳盆地这一时期的环境状况和人类活动,在AMS ¹⁴C年代的支持下,基于HZ-1湿地剖面孢粉分析及磁化率和粒度等指标的分析,本文重建了洛阳盆地4990～3890 cal a BP期间自然环境(植被/水文)和人类活动强度的变化历史.自然环境重建结果显示, 4990～4330 cal a BP期间气候较干,灰嘴湿地水较浅; 4330～4155 cal a BP期间气候湿润,是灰嘴湿地存在的最盛阶段; 4155～3995 cal a BP期间气候变干,灰嘴湿地快速萎缩; 3995～3890 cal a BP期间气候短暂变湿后再次转干,发育了一层较薄的强风化层后被黄土覆盖.人类活动强度重建结果表明, 4990～4330 cal a BP期间人类活动强度较弱; 4330～4155 cal a BP期间人类活动强度有所增加; 4155～3995 cal a BP期间人类活动强...     

基于呼吸系统健康效应的室内空气微生物研究现状与展望

室内空气微生物是人体呼吸系统疾病的重要诱因,明确室内空气微生物与呼吸系统健康效应关系对建立室内健康微生物环境标准具有积极意义.近十多年,环境和人类呼吸道健康相关的微生物学深入研究已使人们对微生物的看法从纯粹致病性、传染性的负面作用逐渐转变为潜在保护性、预防性的正面作用.然而,目前室内空气微生物与呼吸系统的量化作用机制尚未建立,现行的公共卫生政策和室内空气微生物控制标准仍倾向于使室内保持尽可能低的微生物浓度,以防止致病菌传播和人群感染.本文总结了室内空气微生物与呼吸系统健康效应的相关研究,指出了基于呼吸道健康效应的室内空气微生物定量表征的关键理论欠缺和技术瓶颈,并以此为依据,提出了基于采样工具、统计学工具以及实验工具优化的研究展望,为未来量化呼吸系统健康效应与室内空气微生物作用的关系、室内空气微生物的表征提供借鉴.     

头发作为环境污染物人体暴露生物检测材料的研究进展

内暴露监测是评估污染物健康风险与健康效应的重要基础.作为血液、尿液等传统内暴露检测材料的替代品,头发凭借其“非侵入性、易获取、能够反映长期暴露”的特点,正日益受到研究人员的广泛关注,目前已被有效应用于污染物过量暴露监测.与此同时,头发作为污染物人体内暴露检测材料仍存在一些不足,如广泛存在且难以完全去除的外暴露污染问题,导致头发中的污染物含量能否真正反映人体内负荷水平仍存在一定争议;头发中污染物的含量受多种因素的共同影响,目前尚难以建立基于健康效应的参考范围.本文从典型重(类)金属元素和有机污染物两个方面,对近年来文献报道的有关头发中环境污染物的检测方法、清洗效果、暴露评估、与内外暴露的相关关系、内外暴露的区分方法以及健康效应与安全阈值等方面的研究进展进行综述,对现有研究结果之间的异同进行总结和分析,对目前存在的瓶颈问题进行梳理和讨论,并对进一步的研究方向进行展望,为进一步拓展头发作为环境污染物人体暴露生物检测材料的应用具有重要的参考意义.     

基于高通量计算的反渗透淡化三维传递MLP模型构建

全球淡水资源日趋紧张.反渗透(reverse osmosis, RO)是目前最先进的淡化技术之一,占据了50%以上淡化市场.高性能RO膜可显著提高产水效率,但其高通量的特性也导致了严重的浓差极化与膜污染等共性难题,严重制约其进一步广泛应用.因此,在传统膜组件迭代设计方法的基础上,开发更高效的优化设计方法,可加速高性能RO膜的商业化,极具研究意义.本文采用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)和深度学习方法,结合超级计算,构建了多工况下基于高性能RO膜的海水淡化复杂进水通道的高维非线性传递模型:建立了RO膜组件进水通道中流体流动与盐组分传递的“多物理场全耦合高保真三维模型”;基于商业进水隔网在设计参数空间范围内进行类拉丁超立方抽样,生成726组不同工况CFD模型,并行计算规模可达2万核以上;基于数据驱动的深度学习方法,建立代理传递模型,可预测整个设计参数空间内大规模参数组合工况模型的三维局部速度、压力以及浓度分布,通过计算相对均方根误差,得到预测精度分别为93.5%、98.3%和95.1%,计算效率相比传统有限元方法提高了1～2个数量级.本文提...     

固体废物无害化精准定量评估及科学启示:以典型工业废物为例

日益激增的固体废物与环境安全、资源安全、产业安全密切相关,无害化是固体废物管理的根本目的,如何对其进行精准定量评估一直未得到有效解决.本研究利用可去除性刻画无害化,基于统计熵理论和有害物质污染分级,对典型工业固体废物中有害物质可去除性进行理论核算,定量评估了当前技术条件下固体废物无害化和资源化的边界.结果显示,典型工业固体废物可去除性范围为11～66 bit^-1;有害物质种类、稳定性及含量对可去除性影响明显,固体废物中有害物质的稳定性较高,需要额外供给能量改变其物相组成或价态,使其更易富集脱除或固化稳定,但去除性的提升具有效率限制,临界值与初始可去除性相关;对比矿床开采最低工业品位,发现工业废物中50%以上有害物质的可去除性低于最低工业品位条件下的可去除限值;现有技术下,只有金尾矿、钢渣、粉煤灰等6种工业废物去除指数大于0,适宜采用物质回收的方式实现有害物质去除,通过资源化途径降低固体废物的环境属性,其余工业废物环境属性较强,无法通过该方式实现有害物质去除或不具备经济可行性.工业废物中有害物质可去除性差异小,难以通过同一技术进行定向分离去除.因此,应将环境属性纳入...     

电动汽车热泵全生命周期气候性能评估模型与环保制冷剂减排分析

为满足我国“双碳”(碳达峰、碳中和)目标和《<蒙特利尔议定书>基加利修正案》的要求,采用低全球变暖潜能值(global warming potential, GWP)的热泵系统有助于从直接和间接两个方面全面减少新能源汽车碳排放.然而,目前对于采用何种低GWP工质尚无定论,几乎所有研究仅仅采用GWP值来衡量制冷剂的环保性能,对低GWP工质热泵系统全生命周期气候性能(life cycle climate performance, LCCP)的认识明显不足,同时也缺少适用于新能源汽车热泵的LCCP评估模型.为此,本文基于7个城市的气候数据、当地供电特性、真实世界驾驶循环、乘员舱冷热负荷与舒适性、热泵系统台架测试等,新开发了适用于电动汽车热泵的完整LCCP模型.基于该模型,对传统高GWP工质R134a和R410A、低GWP工质CO₂,以及先前开发的新型高效环保工质CO₂/R41(GWP为49)、M2(非共沸混合物, GWP为137)在电动汽车热泵中的全生命周期环境影响作了评估.结果表明,建立的LCCP模型对热泵系统性能系数(coeffic...     

虫草素调控胞内谷胱甘肽稳态实现抗衰老的纳米电化学

衰老是所有生命体面临的一种自然现象,伴随着健康水平的下降和疾病发病率的增加.为延缓衰老过程的发生,研制新型抗衰老药物来恢复机体的抗氧化防御系统成为了研究热点.近年来,天然产物虫草素已被报道具有多种生物活性,但其抗衰老功能及相关作用机制还鲜有研究.基于此,本工作采用高时空分辨率的纳米电化学技术,原位定量监测了虫草素对单个衰老细胞内谷胱甘肽稳态的调控作用.进一步的机理研究表明,虫草素能够通过激活PI3K/Akt信号通路上调细胞内抗氧化水平,进而抑制氧化损伤,实现抗细胞衰老.本工作提出了一种新型分析策略,揭示了虫草素对于衰老过程的潜在治疗功效,为在亚细胞水平研究各种疾病的发病机制及药理学提供了新的思路.     

北京市运动场灰尘中有机磷酸酯的季节差异和人体暴露研究

有机磷酸酯（organophosphate esters, OPEs）是塑胶材料中广泛添加的一类人工化学品,主要用作阻燃剂和增塑剂. OPEs可在材料使用过程中不断向环境释放,最终暴露于人体并产生潜在健康风险.然而,目前针对塑胶运动场中OPEs的人群暴露和健康风险评估研究仍未见报道.本研究在北京市10个室内和19个室外塑胶运动场中采集了97个灰尘样本,分析了其中14种OPEs的残留浓度;利用风险评估法估算了OPEs暴露的健康风险.结果表明,运动场灰尘中Σ₁₄OPEs浓度呈现室内高于室外、夏季高于冬季的污染特征.室内、室外运动场中,Σ₁₄OPEs浓度范围分别为12900～47200和283～38800 ng/g.磷酸三辛酯（TEHP）是室内运动场中最主要的单体,磷酸三（2-氯乙基）酯（TCEP）和磷酸三（1-氯-2-丙基）酯（TCPP）是室外运动场中是最主要的单体.青年人群以皮肤吸收为OPEs的主要摄入途径,在高暴露情景下,其室内每日估算摄入量（estimated daily intakes, EDI）约为室外的3.0倍;儿童则以消化道吸收为主...     

应用于深井脉冲源装备的有序堆积相变胶囊热防护数值研究

针对深井恶劣环境下脉冲功率源装备内电子元件的热防护问题,本文利用数值方法对比了多种有序堆积相变胶囊复合结构的热防护性能,探究了相变胶囊尺寸、堆积方式等对热防护性能的影响,提出了热流密度评价指标与内壁温度数学预测模型.结果表明,相变微胶囊-玻璃棉复合结构具有较好的热防护性能,内壁温上升速率相较于玻璃棉填充结构可降低13.8%,但相变材料的含量制约着热防护效果;使用大尺寸的相变胶囊,增大相变材料比例的同时可形成封闭气孔,相比于相变微胶囊-玻璃棉复合结构,内壁温升幅度进一步降低了19.3%.通过改善相变胶囊堆积结构,发现采用大尺寸相变胶囊单层阵列结构的热防护性能更优.最后,提出了相变胶囊单层阵列热防护结构下内壁温升预测公式,预测值与数值模拟结果的平均误差低于7%.