一周前沿科技盘点㉕｜船帆座脉冲星风云X射线偏振趋近同步辐射理论极限、科学家揭示城市空间场所传染性特征

人类对深空的探索研究从未止步，近日，我国科学家观测到船帆座脉冲星风云X射线辐射的偏振度趋近理论预言的最大值，从而对粒子加速机制模型提出了严格限制；城市的不同场所环境行为与传染病传播之间有何规律可循？科学家揭示体育、娱乐和餐饮场所的传染风险总体较高；类风湿关节炎患者的福音来了，科学家利用稀土长余辉纳米材料实现了高灵敏成像引导的类风湿关节炎精准治疗……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，为大家带来第二十五期。

1、《Nature》 船帆座脉冲星风云X射线偏振趋近同步辐射理论极限

船帆座脉冲星风云概念设计图

脉冲星是由超新星的遗骸组成的一种高度磁化的旋转中子星，脉冲星风云则是快速旋转的脉冲星驱动的星风冲击外部物质产生的高能天体。船帆座脉冲星风云距离地球约900光年，是距离地球最近的脉冲星风云之一。船帆座脉冲星风云在中心快速旋转（每秒自转11.2次）的脉冲星的驱动下，能够发射出射电、X射线、高能伽马射线等不同波段的光辐射，也是目前已知最亮的脉冲星风云之一。

广西大学谢斐研究团队通过X射线成像偏振望远镜IXPE卫星数据，发现船帆座脉冲星风云存在极强的偏振，数据显示船帆座脉冲星风云射电靠外围的辐射区域局部偏振度高达60%。IXPE的观测聚焦星云更内部，靠近粒子加速核心区域，研究发现，船帆座脉冲星风云的磁场呈现有序的环形磁场结构，和大尺度的射电偏振观测符合的很好，它是人类目前在高能波段探测到的偏振度最高的一个目标源，从而对粒子加速机制模型提出严格的限制。

2、《Advanced Materials》 北理工团队在等离激元增强光催化研究中取得进展

Au@CdS/CsPbBr3三元纳米晶的结构与界面表征

金属纳米颗粒表面等离激元具有独特的光-物质相互作用特性，可极大增强半导体光催化材料的太阳光捕获效率，在太阳燃料合成领域受到广泛关注。如何获得具有长寿命的高能电子是提高等离激元在光催化转化中利用效率的关键科学问题。

为此，北理工张加涛教授团队基于前期工作基础，通过发展外延生长与非外延生长相结合的新型合成策略，在金属、硫化物半导体、全无机金属卤化物钙钛矿三种材料类型的纳米尺度集成过程中成功实现原子级界面调控，制备出具有Au-CdS、CdS-CsPbBr3双重洁净界面的Au@CdS/CsPbBr3纳米晶光催化材料。借助中红外飞秒泵浦瞬态吸收等光谱表征技术，研究团队对该三元纳米晶中等离激元载流子的激发、驰豫、界面转移等动力学过程进行了深入探索。研究结果表明，利用Au@CdS/CsPbBr3三元纳米晶可获得纳秒级别的超长等离激元载流子寿命，比传统二元纳米晶提高了三个数量级，并且这些高能载流子能够有效驱动光催化二氧化碳还原反应，长波长可见光区的表观量子效率远高于文献报道的钙钛矿基光催化材料。

3、《核酸研究》 单细胞核酸编码荧光成像领域取得重要进展

A 环状核酶探针和分支DNA条码探针的设计概念图 B 多级组装编码的荧光纳米梯用于单细胞转录本成像的原理

近日，西安交大生命学院赵永席教授团队构建了多级DNA分支组装编码的荧光纳米梯，发展目标转录本自引发扩增编码成像策略，攻克了外加引物造成的非特异扩增问题，突破了光谱通路限制，实现了单细胞内多种转录本的同时特异成像分析。

该方法的核心设计是拥有核酶活性的环状探针和灵活可编程的分支条码。首先环状核酶探针可特异切断目标转录本，从而实现转录本的自引发扩增，消除了原位成像中非特异性扩增带来的成像噪音。其次扩增产物上的DNA分支组装编码了多种虚拟信号，最终仅使用两个检测光谱通道实现了九种转录本的同时成像。通过对不同乳腺细胞系中多种转录本的同时成像分析，揭示了癌症相关的靶标基因与癌症进程间的潜在关联。此外，该方法可以通过增加检测通道数目和分支条码上编码区的重复次数，从而拓展实现超高多重的成像分析。

4、《NPJ-城市可持续性》 科学家揭示城市空间场所传染性特征

城市空间场所关闭时间分析

城市中容纳不同人群活动的各类场所是人们生活的基本载体，为了建设未来更健康、韧性的高质量城市空间，认知解析不同场所环境行为与传染病传播之间的规律具有重要意义。

为此，清华大学建筑学院王辉教授课题研究以疫情暴发以来的多国城市作为案例，选取了日本、英国、美国、巴西四国一定人口规模以上的906个城市地区，采集了这些案例在2020年3月至8月实施的活动场所管控政策以及相应的新冠疫情传播数据，形成多国城市级疫情防控政策数据库，收录于牛津新冠政策数据平台。在此基础上，研究分别从场所尺度与城市尺度出发，对11类人群活动场所（包括学校、办公场所、购物场所、餐饮场所等）以及不同规模、密度城市空间中的疫情传播风险进行了评估。

研究发现，虽然各类活动场所的疫情传播风险在不同国家存在差异，但体育、娱乐和餐饮场所的传染风险总体较高；研究还发现，发生于上述公共活动场所的疫情传播在中小城市占比更高。针对城市尺度，研究提取了所有样本城市的疫情传播固定效应，分析了这一固定效应与城市规模、密度以及人口社会经济特征的关联。研究发现，城市尺度的疫情传播风险并不随城市规模、密度而增加。

5、《Optics Express》 稀土纳米材料成功用于类风湿性关节炎精准诊疗

首例稀土长余辉纳米平台实现RA的精准诊疗示意图

类风湿性关节炎（RA），是一种慢性、持续进展性自身免疫炎症疾病。如果症状得不到及时发现和有效控制，2年致残率可高达50%。RA高灵敏度诊疗探针的开发和应用，是目前RA诊疗领域的研究热点。

近年来，稀土长余辉纳米材料所具有的高灵敏成像特性使其在成像引导的RA精准治疗领域具有独特优势。鉴于此，中科院福建物构所张云团队利用长余辉成像无背景荧光干扰的特性，实现了高灵敏成像引导的RA精准治疗和对愈后疗效的评估。

研究团队通过模板法合成了Cr3+和Y3+共掺杂的稀土长余辉纳米材料Zn1.3Ga1.4Sn0.3O4:Cr3+Y3+，将临床药物甲氨蝶呤（MTX）和近红外光响应分子吲哚菁绿（ICG）包载于纳米材料中，同时赋予该材料靶向释药能力，将其成功构建为一种具有NIR/pH双响应响应释药机制的靶向纳米诊疗探针。在佐剂诱导的RA小鼠模型中，该诊疗探针能够有效靶向到RA病变部位，并对其进行高灵敏度成像，同时基于这种高特异性、高灵敏度余辉成像模式指导的精准治疗，实现了对类风湿性关节炎的高效治疗。

6、《自然-纳米技术》 科学家实现胶体量子点自旋的室温超快相干操控

胶体量子点自旋的室温超快相干操控示意图

对固态材料中的自旋量子比特进行相干操控，是实现量子信息技术的重要途径之一。其中，在室温下实现低成本材料的自旋相干操控是该领域的一项重要挑战。

中科院大连化物所吴凯丰研究团队一直致力于胶体量子点的超快光物理与光化学研究，团队近期在CsPbI3钙钛矿量子点中观测到激子自旋的系综量子拍频并解析了其物理机制。考虑到量子点中的电子-空穴交换作用导致了复杂的激子裂分及光学取向行为，研究团队创新性地制备了钙钛矿量子点的单空穴自旋极化态，并基于自行研制的多脉冲飞秒磁光技术实现了室温相干操控。

团队通过在CsPbBr3量子点表面化学修饰蒽醌分子，在亚皮秒尺度捕获量子点的光生电子，猝灭电子-空穴交换作用，在室温下得到百皮秒量级的空穴自旋，在外加磁场下，该空穴自旋发生拉莫尔进动；借助一束亚带隙光子能量的飞秒脉冲，利用光学斯塔克效应产生赝磁场，成功实现了对空穴自旋的量子态相干操控。考虑到自旋相干寿命在百皮秒量级，借助百飞秒级的激光脉冲，研究人员在自旋退相干之前原则上可开展上千次的有效操控。