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国自然基金委:"物理生物医学科学"专题 // Fundamental Research 2025年第6期正式在线出版

国自然基金委:"物理生物医学科学"专题 // Fundamental Research 2025年第6期正式在线出版

文章类别:基金动态      作者:LetPub      发布日期:2026-01-05

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Fundamental Research 2025年第6期正式在线出版,本期发表了“物理生物医学科学”专题。专题客座编辑为李舟教授、杜全生研究员、潘庆研究员等专家,内容包括1篇卷首语、3篇综述、2篇展望和1篇研究论文。另外发表数学物理、化学化工、生命科学、地球科学、工程与材料科学、信息科学、管理科学、健康与医学、交叉科学等领域文章52篇。本期作者包括刘晓丽、王晓辉、李宇晟、吴海涛、姚红红、李舟、石波璟、李程远、尚江伟、陈景灵、郭志伟、郭奉坤、夏宝玉、周寅宁、蒋永、郭旋、罗金明、李昊龙、李明洲、余光辉、王立平、张洳源、王绪高、肖华、储诚进、姜大膀、何编、丁林、王国成、赵虹剑、王小萍、董旭、路伟、孙胜童、董焕丽、钱超、张进成、邓祥征、郭晓欢、马杰、曾剑锋、丁显廷、宋红梅等专家。欢迎广大科研工作者阅读、下载、引用!查看更多期刊信息,请点击文末“阅读原文”,本期网址为:https://www.sciencedirect.com/journal/fundamental-research/vol/5/issue/6

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Fundamental Research

2025年第5卷第6期封面




Special Topic: Physical Biomedical Science

Editorial

Physical biomedical science

物理生物医学

Zhou Li

物理生物医学科学是一门新兴的交叉学科,致力于阐明光、电、力、磁、热等物理刺激与生物功能之间的本质联系,从而揭示生命活动的内在规律,并为疾病干预提供全新路径。目前它不再仅仅是观察生命现象的辅助工具,更已演进为一种能够实现生命过程精准调控的革新性医疗手段。

本期特刊收录的多项前沿进展,聚焦于调控神经系统功能的新兴物理治疗策略,和温度调控对免疫反应和炎症的影响,展现了物理生物医学在神经精神疾病、炎症免疫调控及创新诊断模式中的广阔应用前景。

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2399-2400


Perspective

Heating up the immune battle: Magnetic hyperthermia against cancer

为免疫之战升温:肿瘤磁热疗


磁热疗是一种基于磁性氧化铁纳米材料的新型肿瘤治疗技术,已经在欧洲和美国获批进入临床应用。本文作为一篇前瞻性综述,系统梳理了胞内磁感应热疗在肿瘤治疗领域的最新进展,重点阐明其通过热和氧化双应激效应调控抗肿瘤免疫的潜在机制及其在肝细胞癌治疗中已展现的独特优势。同时,我们深入分析了该技术在基础研究与临床转化过程中仍面临的关键挑战,并提出了胞内磁感应热疗未来的发展方向及其在肿瘤治疗中的应用前景。


Wangbo Jiao, Lijun Dai, Bin Yan, Yi Lyu, Haiming Fan, Xiaoli Liu

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2401-2405


Perspective

Optimizing ligand-receptor binding thermodynamics and kinetics: The role of Terahertz wave modulation in molecular recognition

太赫兹技术精准调控分子“握手”


太赫兹波是一种特殊的电磁波,它能与生物分子“共振”,像一把无形的钥匙,精细调控药物与疾病靶点的结合过程。通过特定频率的照射,它能增强药物的治疗效果,同时削弱其副作用。例如,它有望让致幻剂在治疗抑郁时只发挥疗效而不致幻。而类似“太赫兹光遗传学”的技术,更可能实现无创的深部脑调控,为治疗神经疾病打开全新窗口。这不仅是工具的革新,更是对生命过程进行“编程”式干预的开始。


Yibo Wang, Cong Zhang, Mingqi Li, Xiaohui Wang

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2406-2408


Review

Cryotherapy and thermotherapy in the management of osteoarthritis and rheumatoid arthritis: A comprehensive review

从冷疗到热疗,解锁关节炎物理治疗的冷热秘籍


本文聚焦骨关节炎与类风湿关节炎的非药物治疗,系统梳理了冷疗、热疗及冷热交替疗法的临床应用与作用机制。冷疗通过低温抑制炎症因子释放,适配急性期症状缓解;热疗以升温促进血液循环,助力慢性期关节功能修复;冷热交替疗法则融合两者优势,交替作用以加速患处恢复。文中还涵盖智能穿戴设备等新型诊疗工具,以及纳米材料在精准治疗中的应用进展。同时指出当前研究样本量小、缺乏长期随访等局限,为后续个性化治疗方案制定与大规模临床试验提供了重要参考,为关节炎患者带来更安全的物理治疗新思路。


Yuming Yao, Wenqing Xie, Michael Opoku, Djandan Tadum Arthur Vithran, Zhou Li, Yusheng Li

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2409-2431


Review

Innovating transcranial magnetic stimulation treatment for post-traumatic stress disorder: Zapping away the bad memory

用磁场“重启”大脑:创伤后应激障碍治疗新希望


本文系统综述了重复经颅磁刺激(rTMS)治疗创伤后应激障碍(PTSD)的新进展。文章指出,PTSD涉及前额叶-杏仁核-海马环路功能障碍及神经炎症。rTMS作为一种非侵入性神经调控技术,可通过增强神经可塑性、调节异常脑网络连接及发挥抗炎作用来改善症状。综述不仅总结了当前以背外侧前额叶为靶点的临床方案,更重点展望了未来创新方向,如加速治疗模式、影像导航精准定位、闭环反馈刺激以及生物标志物指导的个性化治疗等。这些策略有望提升rTMS治疗效能与针对性,为难治性PTSD患者提供新希望。


Ti-Fei Yuan, Ting Wang, Shuoshuo Li, Pengfei Wei, Liping Wang, Bingxing Pan, Ji Hu, Shengxi Wu, Yuan Shen, Zengqiang Yuan, Haitao Wu

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2432-2441


Review

Novel and emerging physical treatments for major depressive disorder

抑郁症治疗新前沿:光、声、冷、电、磁如何改变大脑?


本工作系统综述了音乐疗法、光疗法、冷疗法及重复经颅磁刺激等脑刺激技术治疗重度抑郁症的最新进展与机制。结论指出,这些物理疗法对传统药物疗效不佳的患者(尤其难治性抑郁症)展现出潜力,但其临床效果存在个体差异,未来需通过个性化方案和严谨研究来优化。其意义在于为抑郁症治疗提供了重要的非药物辅助方向,推动治疗模式向多模态、机制驱动的精准医疗发展。


Yang Cai, Dan Wang, Wendi Yang, Siyuan Jiang, Zhiyuan Qiang, Jie Gao, Ling Shen, Honghong Yao

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2442-2452


Article

Continuous dynamic microforce reconstruction using electrical stimulation for remote pulse diagnosis

突破空间限制,中医脉诊迈入远程时代


本文提出了一种基于电触觉刺激的远程脉诊重构方案,旨在解决传统中医脉诊需面对面进行的空间限制问题。研究通过开发脉冲重构电刺激器(PRES),利用可穿戴传感器捕捉脉搏信号,并将其转化为电参数,通过电刺激手指产生类似脉搏的触感。实验表明,该方案能模拟多种脉象条件,实现远程脉诊。此技术为中医脉诊的远程化、数字化提供了新途径,具有广阔的应用前景。


Xiaowei Zhao, Yuxin Song, Bojing Shi, Yubo Fan

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2453-2462


Physics                                                      


Review

Breakup dynamics of weakly bound nuclei at energies around the Coulomb barrier

弱结合核在库仑势垒附近能量范围的解离动力学  


本文对弱结合核在库仑势垒附近能量下诱发的分裂反应进行了文献综述。我们回顾了过去十年间报道的稳定弱结合核6,7Li和9Be的包容性与排他性分裂数据,以及轻放射性射线的分裂数据。同时综述了用于描述这些数据的若干理论与数据分析工具。讨论了涉及这些弱结合核的分裂反应行为中的相似性与差异性。研究发现,对于6,7Li和9Be核,转移触发分裂是显著的分裂模式,但在滴线核系统中未被观测到。此外,在中子晕核与质子晕核系统中,在接近库仑势垒的能量下,分裂动力学特性及分裂对总反应截面的贡献存在差异。文中对观测到的差异现象进行了可能的解释。


L. Yang, C.J. Lin, N.R. Ma, P.W. Wen, H.M. Jia, F. Yang

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Fundamental Research 2025, 5(6):  2463-2473


Review

Extended main sequences in star clusters

星团佯谬,为什么同时形成的恒星看起来像差了几亿岁?


这篇文章从一个看起来有点“反常识”的现象讲起:同一个星团里、按理说差不多同时诞生的一群恒星,在颜色-亮度图上并没有乖乖排成一条细线,而是变成一条被“拉宽”的主序,甚至在拐弯处整片糊开,看上去好像里面混进了一大批“年龄差了几亿年”的学长学弟。在整理相关观测和模型的基础上,我们重点介绍现在越来越被支持的一种解释思路:这些恒星并不是真的年龄相差巨大,而是自转速度快慢不同,会系统性地影响它们的颜色和亮度,让它们在图上看起来像是处在“不同年龄段”,从而制造出一种很有迷惑性的“伪年龄差”。这个看似只发生在图上的“小怪事”,实际上逼着天文学家重新审视把星团当作“同龄样本”的传统假设,也帮助我们更细致地理解恒星内部结构、自转和能量传输之间的关系,为今后用星团来测宇宙时间、研究星系演化等问题提供了一个更可靠、也更接近真实物理过程的参考框架。


Chengyuan Li, Antonino P. Milone, Weijia Sun, Richard de Grijs

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2474-2488


Review

Multipartite entanglement measures: a review

从“纠缠不清”到“精确度量”:多体纠缠的“标尺”之争


本综述系统介绍了多体纠缠度量理论,重点讨论了真多体纠缠(GME)与具有操作意义的纠缠度量方法。作者首先回顾纠缠度量的总体框架,从 LOCC 范式的建立到纠缠单调性的提出,并介绍一个良好纠缠度量应当具备的基本性质;继而探讨常见的多体纠缠度量、GME度量,以及GME在量子信息任务中的应用,并介绍具备操作意义的多体纠缠度量。综述指出,建立兼具理论严谨性与实用性的多体纠缠度量框架,不仅能深化对量子现象的理解,也是推动量子信息科技发展的关键所在。


Mengru Ma, Yinfei Li, Jiangwei Shang

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2489-2499


Article

Spin vector potential and spin Aharonov-Bohm effect

自旋也有”势”?量子世界新发现


本研究提出“自旋矢势”的概念,并通过双缝干涉思想实验证实其可产生可观测的量子干涉效应。该势场能统一解释多种已知自旋相互作用,并预言新型耦合形式。这一发现拓展了量子势理论,为自旋调控提供了新思路。


Jing-Ling Chen, Xing-Yan Fan, Xiang-Ru Xie

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Fundamental Research 2025, 5(6):  2500-2504

Article

Spin orbit torque locally controlling exchange bias to realize high detection sensitivity of two-dimensional magnetic field

自旋轨道扭矩局部调控交换偏置以实现二维磁场的高检测灵敏度   


自旋电流的自旋轨道扭矩(SOT)为多种自旋电子学应用提供了高效操控铁磁序、反铁磁序及交换偏置磁场的方法。与难以实现局部施加的外部磁场不同,我们提出利用SOT在宏观-纳米尺度上的局部控制特性,在单芯片上的IrMn/CoFe界面同时设置四个不同方向的交换偏置磁场。此外,通过这种全电学控制技术替代现有基于磁场退火的复杂工艺,我们制备出单片式双轴全惠斯通电桥磁阻传感器,用于检测二维磁场矢量。该传感器在X轴和Y轴方向分别展现出极高的检测灵敏度:10Hz频率下达9.45nT·Hz-1/2与12.3nT·Hz-1/2。这项工作提供了一种范例,利用自旋轨道效应的局部控制特性,同时实现自旋电子器件的功能配置。


Weibin Chen, Yixuan Lin, Kun Zhang, Zhiqiang Cao, Xiaonan Zhao, Zitong Zhou, Xiaolong Wang, Shaohua Yan, Honglei Du, Qunwen Leng, Shishen Yan

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Fundamental Research 2025, 5(6):  2505-2510


Article

Rotation manipulation of high-order PT-symmetry for robust wireless power transfer

小小扭转触发“非厄米魔法”:无线供电距离大幅提升


目前磁共振式无线充电技术面临着近距离工作频率劈裂和远距离传输效率骤减的双重挑战。本研究在传统“共振-共振”型无线充电框架基础上,仅通过在发射端引入一个可自由扭转的小尺寸线圈,巧妙地构建了满足高阶宇称-时间(PT)对称的非厄米系统。研究表明,高阶非厄米系统的PT对称相区间显著扩展,并且中心本征值锁定,这就为发展兼具频率与效率双重鲁棒性的高性能无线充电提供了全新思路,也为突破传统近场耦合限制的近场成像、无线传感和光子路由等领域开辟了新的途径。


Zhiwei Guo, Jie Jiang, Xian Wu, Haiyan Zhang, Shengyu Hu, Yuqian Wang, Yunhui Li, Yaping Yang, Hong Chen

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2511-2516


Article

Dynamic programming principle for backward doubly stochastic recursive optimal control problem and sobolev weak solution of the stochastic Hamilton-Jacobi-Bellman equation

逆向双随机递归最优控制问题的动态规划原理及随机哈密顿-雅可比-贝尔曼方程的索伯列夫弱解


本文研究了一类后向双随机递归最优控制问题,其中成本函数被表示为后向双随机微分方程的解。我们提出了此类最优控制问题的动态规划原理,并证明其价值函数是相关随机哈密顿-雅可比-贝尔曼方程的唯一索伯列夫弱解。


Yunhong Li, Anis Matoussi, Lifeng Wei, Zhen Wu

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Fundamental Research 2025, 5(6):  2517-2529


Mathematics                                              


Article

Deciphering the mechanism of Jψ-nucleon scattering

为质子“称重”找到关键探针: Jψ-核子散射机制研究获突破


本研究旨在揭示低能Jψ-核子散射过程中的主导机制。通过系统比较耦合道机制与软胶子交换机制,我们发现后者贡献的散射长度比前者大至少一个数量级,从而确立了软胶子交换的主导地位。这一关键结论意味着,Jψ-核子散射过程可作为探测核子质量起源中胶子贡献的独特探针,并为理解隐粲五夸克态等前沿物理问题提供了新的理论基础。


Bing Wu, Xiang-Kun Dong, Meng-Lin Du, Feng-Kun Guo, Bing-Song Zou

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2530-2536

Chemistry and Chemical Engineering    


Perspective

Structural reconstruction of electrocatalysts

电催化剂的“寿命杀手”与“涅槃重生”:结构重构   


本文旨在解决电化学能源转化中催化剂活性与稳定性的核心难题。文章系统性地探讨了催化剂在实际操作条件下经历的动态、原位结构演变,深入剖析了结构重构的热力学和动力学驱动机制,并阐明了重构对催化剂本征活性、产物选择性及长期稳定性的决定性影响。除此之外,本文突破了对催化剂的静态认知,进一步提供了理性设计和主动调控结构重构的理论指导,指引下一代高性能、高耐久性电催化剂的创新与开发。


Chenfeng Xia, Fu-Min Li, Chaohui He, Shahid Zaman, Wei Guo, Bao Yu Xia

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Fundamental Research 2025, 5(6):  2537-2552


Review

Pushing forward kinetic modeling tools for polymer circularity design and recycling

从废塑到新材:动力学模拟为聚合物循环设计赋能


本文综述了动力学模拟方法在聚合物循环设计中的应用,分析了经典动力学模拟方法的特点和适用范围。针对三种典型的聚合物循环方式——机械回收、化学回收及可回收聚合物的化学设计,探讨了动力学建模在解析聚合物链结构演化规律中的重要作用。该论文为聚合物循环机制的深入理解与工艺优化提供了理论支持,促进了可持续高分子材料的研发和应用,推动塑料经济的绿色发展。


Jiang Wang, Tian-Tian Wang, Robert Conka, Dagmar R. D'hooge, Zheng-Hong Luo, Yin-Ning Zhou

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2553-2562


Article

Ligand-modulated regiodivergent alkenylboration of allylarenes: Reaction development and mechanistic study

“往左”还是“往右”?配体说了算!


链行走已成为有机合成方法学中一种有前途的策略,但在涉及多个潜在位置竞争的反应中实现位点选择性仍然是一个挑战。本研究创新性地提出镍催化、配体调节的烯丙基芳烃区域发散烯基硼化反应,仅通过配体转换,即可从同一起始物高效制备两种烯基硼酸酯,展现高度化学选择性。实验与计算揭示,此区域发散归因于β-H消除或卤化物氧化加成。本研究为解决复杂链行走反应中的位置选择难题提供了新思路与关键见解,推动有机合成策略的进步。


Caocao Sun, Chao Ding, Yue Yu, Yuqiang Li, Guoyin Yin

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2563-2570


Article

Effective disposal and remediation of chemical agents with designer living biofilm materials in soil and water

酶基生物被膜材料,水土污染的克星?


本文聚力攻坚化生毒剂威胁环境下水土安全问题,突破了酶催化功能基团与生物纤维保护基团的精准可控融合,大幅提升了酶催化基团稳定性和耐受性,成功开发了系列可编辑的功能化生物活体材料,该材料对化学毒剂表现出优越的催化活性,对水中生物战剂具有高效的分离去除能力,同时该材料环境耐受性好、自我再生能力强、可回收利用和且对环境具有可调谐的响应能力,加工制成过滤材料可用于地表水中化生战剂高效去除。


Xuan Guo, Suying Liu, Lei Zhou, Bin Xue, Yongpeng Huang, Junwen Li, Jinyi Zhong, Chao Zhong

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Fundamental Research 2025, 5(6):  2571-2579

Article

Promoting •OH-dominant Fenton-like process over peracetic acid activation by ultrafine FeOx nanoclusters anchored carbonaceous nanosheets

调控过氧乙酸活化路径:FeOx/碳纳米片层材料实现•OH主导的类芬顿过程


本研究提出了一种构建“金属纳米团簇-碳载体”复合结构调控过氧乙酸(PAA)活化路径的策略。通过金属有机框架原位热解碳化,构筑了负载超细FeOx纳米团簇的碳纳米片层材料(UFe-CN)。UFe-CN的介孔孔径和孔容得到大幅提升,协同FeOx纳米团簇高度分散优势与碳纳米片层通道导电效应显著增强表界面电子迁移能力,实现PAA向羟基自由基(•OH)的高效活化,其累积产量达65.24 μmol L −1(15 min),比Fe3O4等典型铁基Fenton催化剂高至10余倍,显著提升了对典型污染物对硝基苯酚(4-NP)的降解效率。该研究为设计研发高效调控PAA活化路径的催化材料提供了新思路。


Qian Hu, Taoyu Yang, Shanli Wang, Licong Xu, Minghua Wu, Deyou Yu, Kaixing Fu, Jinming Luo

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Fundamental Research 2025, 5(6):  2580-2590

Article

A soft processible polyoxometalate-zwitterion eutectic electrolyte for superprotonic conduction

从晶态粉末到柔性质子导体:超分子共熔策略新突破


吉林大学李昊龙团队提出了一种超分子共熔改性策略,将多酸与两性离子进行超分子复合,利用两者间的氢键共熔效应,实现了多酸晶态粉末向柔性电解质的转化。所得材料展现出类似高分子的力学特性,可通过拉伸、压延等方式加工成膜,并依托“运载‑跳跃”协同机制实现高效质子传导,在低湿甚至无水条件下,表现出优异的质子电导率。该研究突破了传统多酸材料加工性差、传导依赖湿度等限制,为先进质子导体的设计与开发提供了新思路。


Shengchao Chai, Ronglin Zhong, Liang Zhai, Haikun Guo, Xiang Li, Lixin Wu, Haolong Li

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Fundamental Research 2025, 5(6):  2591-2596

Article

Biohybrid CO2 electrolysis under external mode: Using pure formic acid extracted from CO2 electroreduction for diverse microbial conversion

先电解,后发酵,固体电解质助力二氧化碳“变身”清洁能源与化学品!


本工作基于固体电解质,实现了二氧化碳电还原与微生物转化的外置模式集成。在电催化阶段以金属锡为活性位点,产甲酸的法拉第效率为81.4%。进而以提取的纯甲酸作为多种微生物转化途径的电子供体。其中,生物电可持续输出8天;生物甲烷的电子回收率接近100%;产乙酸的电子回收率达90.8%;中链脂肪酸选择性(乙醇共进料时)可达41.1%。该研究展示了生物电化学杂化系统的显著优势,为可再生电能驱动的碳资源化技术提供了新范式。


Na Chu, Xiaobing Wu, Ziyue Zhao, Xue Zheng, Yilin Lu, Ying Pu, Yue Wang, Jiayi Cai, Lixia Zhang, Xiaohong He, Daping Li, Raymond Jianxiong Zeng, Yangyang Yu, Yong Jiang

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Fundamental Research 2025, 5(6):  2597-2606

Agriculture


Perspective

Challenges of heat stress on intestinal health in pig husbandry

养猪业的夏日大考:如何破解热应激下的肠道健康难题


在全球变暖的背景下,热应激已成为制约养猪业发展的关键环境因素。本论文聚焦肠道这一热应激损伤的核心器官,系统综述了热应激对猪肠道屏障功能、微生物区系及免疫稳态的复杂影响。并在此基础上,重点梳理了当前增强猪只抗热应激能力、缓解其肠道损伤的有效干预策略。本论文为应对高温环境、保障猪群健康和稳定猪肉供应提供了重要理论依据与实践途径。


Xiaolan Fan, Xue Tian, Mingzhou Li

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2607-2611

Article

Key role of microbial necromass and iron minerals in retaining micronutrients and facilitating biological nitrogen fixation in paddy soils

一个微量元素,撬动水稻土固氮大循环:钼的力量超乎想象!


水稻田是地球上最大的人工湿地,而微量元素钼(Mo)作为固氮酶的核心活性元素,是固氮微生物不可替代的关键因子。本研究通过40年定位试验发现,长期施肥显著增加了土壤微生物残体碳与弱晶型矿物含量,为钼的络合固定提供了更多“锚点”,有效减少流失,从而提升固氮微生物的丰度与活性。研究揭示了水稻田中“以碳稳钼、以钼促氮”的新机制,为构建低氮投入、高固氮效率的绿色稻作体系提供了关键技术方向。


Li-Xin Xu, Fei Wang, Yao Yao, Minjie Yao, Yakov Kuzyakov, Guang-Hui Yu, Cong-Qiang Liu

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2612-2621


Biology  




Perspective

Gut microbiota-derived metabolites as novel therapies for inflammatory bowel diseases: Role of nuclear receptors

一种炎症性肠病的治疗新方法


炎症性肠病(IBD)被认为是一个紧迫的全球健康问题。肠道微生物组既是潜在的治疗靶点,也是IBD管理中药物干预的储存库。这一观点旨在阐明最近关于肠道微生物群衍生代谢物(GMDM)抗炎特性的研究的关键发现,剖析GMDM作为IBD治疗策略的优势和挑战,并强调核受体在介导IBD发病机制和GMDM之间相互作用中的重要作用。通过整合这些观点,我们的目标是加深对核受体靶向GMDM治疗前景的理解,从而推动IBD新药物治疗的探索和制定。


Feng Li, Xiaokang Wang, Yuting Cai, Yanke Lin, Ying Tang, Shuai Wang

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2622-2625

Review

Fundamental role of brain-organ interaction in behavior-driven holistic homeostasis

大脑与器官的双向协同:行为驱动的机体稳态机制


生命体在动态变化的外界环境中,需要依靠高度协调的内部调控机制维持稳态。近年来研究显示,大脑与外周器官之间的双向互作,是实现整体稳态(holistic homeostasis)的关键环节。本综述从神经、免疫与内分泌等跨系统调节通路出发,总结了大脑—器官互作在本能行为、应激适应和代谢调控中的核心作用,并提出“行为驱动的整体稳态”概念。该框架强调行为不仅是机体适应环境的输出形式,更是维持机体内稳态的重要生物学策略。文章进一步讨论了跨器官互作在生命复杂性与“涌现”现象中的意义,并指出其对精准医学和传统中医整体观现代化研究的潜在价值。


Xin-an Liu, Xulin Li, Peilei Shen, Bin Cong, Liping Wang

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2626-2638


Article

Functional diversity of visual cortex improves constraint-free natural image reconstruction from human brain activity

基于视觉皮层功能多样性的fMRI自然图像重构:连接神经科学与深度生成网络


利用功能磁共振成像(fMRI)重构人眼所见的自然图像是脑机接口领域的重要挑战。中山大学与上海交通大学的研究团队提出了一种受神经科学启发的深度生成网络——FDGen 。该模型打破了传统方法将大脑活动视为单一向量的局限,创造性地利用大脑视觉皮层的功能多样性,将不同脑区(如V1, V2等)的信号分开处理,并引入功能选择机制(即注意力机制)动态提取关键信息 。实验表明,FDGen能显著提升图像重构的质量,生成的图像在纹理和形状上都更接近人眼真实所见,为非侵入式脑机接口的发展提供了新思路。


Lingxiao Yang, Hui Zhen, Le Li, Yuanning Li, Han Zhang, Xiaohua Xie, Ru-Yuan Zhang

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2639-2648


Article

Functional traits mediate seedling survival response to climate in a temperate forest

功能性状调控气象因素对温带森林幼苗存活的影响


本研究基于长白山25ha温带森林固定监测样地15年的幼苗调查数据,结合大树、土壤、功能性状与年际气象数据,研究了邻域生物与非生物因素对温带森林幼苗存活的影响。结果表明,年际气象差异对幼苗存活的影响最强,并显著调节密度制约效应的作用;功能性状直接影响幼苗存活,并介导了气象与密度制约效应对幼苗的作用。本研究强调了年际气象差异和功能性状在温带森林植物多样性维持中的关键作用,为预测未来温带森林动态提供重要依据。


Zhichao Xu, Robert Muscarella, Meihui Zhu, Shuai Fang, Ji Ye, Fei Lin, Zikun Mao, Zhanqing Hao, Xugao Wang

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2649-2656


Article

Activation of dimerized BRS3-EP3 suppresses melanoma cell migration through coupling Gαs protein

珠联璧合赋新能!GPCR受体互作的探究


蛙皮素受体亚3(BRS3)和前列腺素受体亚型3(EP3)的互作机制尚不清楚。本研究利用受体药理学和蛋白质组学技术,率先发现 BRS3和 EP3能够在受体水平形成异源二聚体,BRS3-EP3二聚体被激活后与细胞迁移有关;在同时内源表达BRS3和EP3的B16黑色素瘤细胞中,BRS3的存在抑制了B16黑色素瘤细胞的迁移;BRS3与EP3互作后会转向与Gαs蛋白相偶联,促进P38磷酸化,抑制F-肌动蛋白重排并最终抑制细胞迁移。本研究阐明了BRS3和 EP3互作的机制,为黑色素瘤治疗提供了可能的新策略。


Zeyuan Wang, Lehao Wu, Miao Guo, Jianzheng Zhu, Jiaqi Zhao, Yan Wu, Hua Xiao, Yan Zhang

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2657-2670


Article

Can competitive effects and responses of alien and native species predict invasion outcomes?

外来种和本地种的竞争影响和响应是否可以准确预测入侵的结局?


根据当代物种共存理论(MCT,Modern Coexistence Theory),种内和种间相互作用共同决定了竞争的结局。而在以往有关植物入侵的相关研究中,常通过测量竞争影响(CE,Competitive Effect)和竞争响应(CR,Competitive Response)来判断竞争的结局(CE-CR)。本研究结合理论推导和配对竞争实验,首次比较了定性方法(CE-CR)和定量方法(MCT)在预测竞争结局方面的有效性。首先,我们通过理论推导发现CE和CR只是种间竞争系数的近似值,因此,根据MCT可以预测,仅仅使用CE和CR不能准确预测外来种和本地种的入侵结果。其次,本研究选取了5个本地种和5个外来种开展配对竞争实验,分别在MCT框架和CE-CR框架下获取这些互作物种的竞争结局。结果发现,CE-CR框架预测的入侵结局与MCT框架预测的结局仅部分一致。因此,建议应尽可能采用定量方法进行生物入侵结局的预测,以期更全面地了解和预测生物多样性的改变。


Tingting Wu, Yuanzhi Li, Marc W. Cadotte, Oscar Godoy, Chengjin Chu

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2671-2677





Earth Sciences



Perspective

Detecting stereoscopic distribution of carbon dioxide using single photon spectroscopy

利用单光子光谱技术检测二氧化碳的立体分布


开发一种高精度、高时空分辨率的立体检测技术,精细描绘二氧化碳的水平和垂直分布,具有重要意义。本研究阐述了单光子光谱学的优势、开发高性能单光子激光雷达的关键步骤及其潜在应用。单光子二氧化碳激光雷达将量子传感技术与经典光谱测量技术相结合,可以克服传统二氧化碳激光雷达在探测距离、灵敏度和时空分辨率方面的探测局限性。我们预计,单光子光谱技术可以广泛应用于检测二氧化碳的区域分布和排放通量、二氧化碳的跨界运输通量,并支持建立新的碳监测框架。


Youwen Sun, Xiaomin Hu, Pan Yu, Biheng Liu, Jian Li, Yunsheng Dong, Ke Wang, Yanrui Xu, Haobin Zhao, Cheng Liu

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Fundamental Research 2025, 5(6):2678-2683

Review

East Asian climate evolution during the Cenozoic: A review from the modeling perspective

新生代东亚气候演化:模拟综述


本文从气候模拟角度综述了新生代东亚气候演化过程。结果表明,新生代早期中亚干旱区延伸至东亚沿海,随后退缩至亚洲内陆,晚始新世时中国东部总体上较为湿润。此后,全球变冷造成中国东部长期干旱化,并加剧了风和降水的季节性。相比之下,古地理变化,特别是青藏高原隆升和副特提斯海退缩,增加了中国东部的降水。晚中新世全球变冷抵消了古地理变化的影响,导致中国东部的干旱化。本研究有助于深入理解古地理变化和全球变冷在东亚气候演化中的差异影响。


Ran Zhang, Dabang Jiang, Xiangyu Li, Jiawen Shi, Tiantian Shen

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Fundamental Research 2025, 5(6):2684-2692


Article

Model sensitivity of Tibetan Plateau surface potential vorticity and the Asian summer monsoon system to Asian orographic perturbation in FGOALS-f2

从数值模拟的角度看青藏高原对亚洲夏季风系统影响的敏感性


本文基于中科院大气所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)自主研发的气候系统模式FGOALS开展一系列青藏高原地形扰动的数值试验,并基于位涡理论量化了青藏高原表面热动力强迫作用,揭示了模式模拟的亚洲夏季风降水对地形热力强迫响应的敏感性,为进一步提高模式对降水的模拟和预测能力提供了新的科学数据和证据。


Bian He, Yimin Liu, Qing Bao, Guoxiong Wu, Chen Sheng, Xiaoqi Zhang, Xinyu He

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2693-2706


Article

Coseismic deformation analysis of the 2017 Milin Ms 6.9 earthquake in the Namche Barwa Syntaxis: Implications for regional tectonics

揭秘2017年南迦巴瓦峰的强烈震动


运用InSAR卫星监测、震源破裂过程分析及强地面运动数值模拟等技术方法,揭示了2017年11月18日南迦巴瓦峰秘境中的米林6.9级地震的三维断层运动和地表变形特征,这次地震的发震断裂是一个非常罕见的高倾角逆冲断裂,断层面倾角达70度以上,这次地震破裂持续时间约36秒,断层最大滑动约为1.08米,地面峰值速度超过了0.3米/秒,造成南迦巴瓦峰和加拉白垒峰一线下降0.25米。该项研究深化了我们对米林地震成因的理解,也为评估未来东构造结地震风险及灾害提供了依据。


Junyi Wang, Shishu Zhang, Youjia Zhao, Fulong Cai, Chao Wang, Jiankun He, Lin Ding

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2707-2718


Article

The implementation of ecological protection in Inner Mongolia has slowed down grassland degradation

研究揭示生态保护一定程度缓解了内蒙古草地退化态势!


研究利用最近40年遥感数据,系统评估了内蒙古草地的退化状况及其时空变化。研究发现:我国北方自本世纪初实施的一系列生态保护措施有效缓解了内蒙古草地退化态势,全区非退化草地面积显著增加。但是,区域尺度草地退化形势依然严峻,特别在115°E以西地区仍有超过80%的草地处于中度和重度退化,亟需探索和实施更加高效的草地保护与修复策略。


Haojun Zheng, Yao Huang, Wen Zhang, Changqing Song, Qing Zhang, Wenjuan Sun, Yongqiang Yu, Lijun Yu, Haigang Li, Cunhou Zhang, Wenfang Jiang

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2719-2730


Article

Unraveling urban dynamics: Scaling laws of human mobility across the cityscape divide

城市增长背景下人群移动的标度律


本研究基于粤港澳大湾区 1300 万手机用户的轨迹数据,系统揭示了城市规模如何影响居民出行需求,并首次量化揭示:当城区人口达到约 180 万时,居民总出行频率会由“随城市变大不断增长”转向“随城市变大趋于稳定甚至下降”。研究进一步发现,随着城市扩张,城乡居民出行差距持续扩大,而城乡结合部则呈现独特的“先低后高”增长模式,显示其在城市化进程中的特殊作用。该研究不仅补充了人类流动缩放规律的重要缺口,也为城市交通规划、城乡公平与区域治理提供了新的理论依据和数据证据。


Hongjian Zhao, Pengjun Zhao, Qiyang Liu, Mengzhu Zhang, Shixiong Jiang

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2731-2740

Article

Organophosphate esters in Tianshan glacier runoff: Occurrence, degradation, risk, and flux

冰川融化释放新型污染物?天山冰川径流中的有机磷酸酯研究


有机磷酸酯(organophosphate esters,OPEs)是一类新兴的受关注化学品。然而,对于中纬度冰川环境中有机磷酸酯的环境行为、转化和生态风险,人们知之甚少。研究人员在天山乌鲁木齐一号冰川和科其喀尔冰川的融水中发现了有机磷酸三酯(organophosphate triesters,tri-OPEs)和有机磷酸二酯(organophosphate diesters,di-OPEs),并测算了它们随冰川河流输送的总量。结果显示,tri-OPEs在冰川融水中存在昼夜变化,与环境温度有关。虽然目前浓度水平对水生态环境的风险较低,但氯代OPEs(如磷酸三(2-氯乙基)酯TCEP),可能需要更多关注。随着冰川消融的加剧,这类污染物的释放可能对淡水资源构成潜在威胁,值得进一步研究和关注。


Jiamin Zeng, Lei Chai, Xiaoping Wang, Jianjie Fu, Jie Fu, Zhongqin Li, Yufeng Jia, Yunqiao Zhou, Huike Dong, Ping Gong

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2741-2749


Engineering   

Perspective

Novel green hydrogen – Fossil fuel dehydrogenation

新型绿色氢能——化石燃料脱氢技术


气候变化要求我们立即从化石燃料转向清洁能源。尽管氢能被视为未来能源,但目前超过90%的氢气仍依赖化石燃料生产,而大规模可再生能源制氢工艺受限于现有技术与经济流程。因此,化石燃料制氢仍是重要议题——尤其当化石燃料制氢及利用能实现绝对零碳排放时。本综述首次从技术-经济-环境评估视角,系统探讨并分析了化石燃料脱氢技术的最新进展与基础原理,同时涵盖所有潜在化石资源及氢能技术。研究结论表明:各类氢能生产技术中化石燃料的优先级排序为:化石气体 > 重质化石液体 > 轻质化石液体 > 化石矿物。热催化烃类分解技术凭借其能源效率、经济效益及环境友好性,可超越多数烃类重整与裂解工艺。此外,我们探索了潜在的新型“绿色氢能”技术,并证实化石燃料可在从勘探到生产消费的全链条阶段实现完全脱碳。总体而言,本研究揭示了化石燃料实现完全无碳利用的可能性,为学术研究、工业实践及政府战略中未来的化石燃料脱氢与能源脱碳提供了技术支撑。


Kaiqiang Zhang, Zhijun Jin, Quanyou Liu, Lirong Liu

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2750-2764

Review

Review and challenge: High definition map technology for intelligent connected vehicle

综述与挑战:智能联网汽车高清地图技术


精确且实时更新的高精度(HD)地图对智能车辆的安全高效行驶至关重要。尽管该领域研究日益活跃,但针对智能联网车辆(ICV)的高精度地图定义仍存在模糊地带。这一知识缺口对新晋研究者尤为严峻——据笔者所知,当前缺乏对现有高精度地图产品的系统性综述,导致研究者常难以获取合适的数据集。因此,本文旨在通过深入剖析高清地图技术的核心理念来填补这一空白。首先简述高清地图的发展历程,继而阐述高清地图的分类体系与本体论,完整呈现高清地图内容及现有标准。通过探讨高精度地图的创建与更新算法,本文深入剖析了制图流程。稿件同时列举了当前高精度地图产品及该领域研究者可获取的开源数据集。作为研究组成部分,作者还阐述了高精度地图在智能网联汽车中的典型应用场景。最后,文章重点指出该领域面临的核心研究挑战及潜在发展方向。攻克这些难题对智能网联汽车高精度地图技术的进步与融合至关重要。


Mengmeng Yang, Kun Jiang, Benny Wijaya, Tuopu Wen, Jinyu Miao, Jin Huang, Cao Zhong, Wei Zhang, Huixian Chen, Diange Yang

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2765-2783

Review

A review on aero-engine inlet-compressor integration and inlet flow distortion in axial compressors

当飞机的“呼吸”不再顺畅:航空发动机进气-压缩系统的相容性挑战


本综述从航空发动机轴流压气机部件视角出发,系统梳理飞行器进气道与压气机流动匹配问题的研究历程,重点分析进气非均匀性对压气机的影响。围绕“问题产生-量化方法-建模工具-仿真工具”的主线脉络,结合飞行器-发动机一体化设计新趋势带来的挑战,归纳了上世纪50年代以来轴流压气机领域在理论建模、实验方法与数值仿真方面的研究范式演进,为下一代飞行器推进系统中保障压气机“吸气安全”设计提供经验总结与技术展望。


Zhenyu Li, Dakun Sun, Xu Dong, Xiaofeng Sun

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2784-2798

Review

Research on silicoaluminate-based low-carbon cementitious material – A state-of-the-art review

硅铝酸盐基低碳水泥材料研究——现状综述


水泥的绿色低碳生产是实现基础设施可持续性和落实双碳战略的关键路径。为缓解日益受到诟病的水泥生产环境影响,近年来利用火山灰废料和低品位原料制备的硅铝酸盐基水泥材料备受关注。这类材料不仅能减少二氧化碳排放,还能降低对不可再生资源的依赖,从而促进建材的可持续发展。本文系统综述了基于硅铝酸盐和石灰石的低碳水泥材料最新研究进展。首先阐述当前低碳水泥基材料现状,阐明探索硅铝酸盐基低碳水泥基材料的必要性。随后分析此类新型水泥基材料的水化与微观结构演变、力学性能及耐久性特征。进一步从全生命周期视角总结该低碳材料的可持续性净效益。最后为该领域未来研究提出若干方向性建议。


Jinyang Jiang, Shiyu Sui, Zhiyong Liu, Fengjuan Wang, Guoqing Geng

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2799-2814

Article

A green recycling process for spent lithium-ion batteries with extremely low chemical consumption

化学消耗极低的废旧锂离子电池绿色回收工艺


从废旧正极材料中选择性回收锂,是处理废旧锂离子电池(LIBs)的一种具有吸引力的绿色高效回收方法。然而现有技术面临诸多挑战,包括试剂消耗高、适用性有限及二次污染严重等问题。本研究发现,浸出过程中形成的中间相具有高物理化学稳定性,阻碍了Li+的浸出,导致试剂和能耗增加。通过采用简易的机械活化策略,无需研磨添加剂即可改变浸出过程中的中间相。机械力的能量输入在活化废料中形成缺陷,从而生成新型活化中间相。经实验表征与密度泛函理论分析,发现这种含H+的新型中间相具有大比表面积、高内应力及低反应能,从而实现了Li+的浸出。该方法在回收多数废阴极材料时展现出高H+利用效率。最终建立的锂离子电池废料闭环回收路径具有三大优势:H+利用率突破97%的卓越效率、无需辅助试剂、显著减少二次污染物产生。


Weiguang Lv, Xiaohong Zheng, Hongbin Cao, Yue Wang, Pengge Ning, Yi Zhang, Zhi Sun

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2815-2823

Article

Characteristic and mechanism of pollution by laser cleaning high-value vehicle parts with a complex structure in remanufacturing industry

再制造行业中激光清洗复杂结构高价值汽车零部件的污染特征与机理 


高价值汽车零部件再制造对循环经济具有重要意义,因其能赋予产品二次使用寿命并减少固体废物产生。激光清洗凭借其高能量密度、高精度和高效性,成为再制造行业极具前景的方法。然而,激光清洗造成的污染尚不明确且鲜有报道,限制了该方法的应用。本研究探索了高能激光污染物清除与转化技术,并开展了环境生命周期评估与健康风险评估。结果表明高能激光可能诱发烯烃、炔烃、醛类等新型有机污染物。激光除锈过程中,热弹性膨胀与冲击波生成是主要除锈机制;废油清除则主要依靠蒸发与局部沸腾作用。激光除锈过程中PM10平均浓度超过7000 µg/m³,激光除油时挥发性有机化合物(VOCs)总浓度达峰值(约2568 µg/m³)。颗粒物中富含铁、铝和锰元素。环境生命周期评估表明,相较于传统溶剂超声波清洗(约40.0%)和喷砂处理(约83.3%),激光清洗在污渍清除过程中显著降低了总体环境影响。本研究为在再制造行业推广激光清洗技术提供了环保依据。


Rui Wang, Lu Zhan, Zhenming Xu

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2824-2831


Materials Science


Perspective

Multicolor management of smart fluorescent polymeric hydrogels

智能荧光聚合物水凝胶:多色发光与未来展望   


智能荧光高分子水凝胶作为一种新兴的软材料,在信息加密、生物传感和软体机器人等领域具有广阔应用前景。然而,实现其发光颜色的宽范围、高精度调控仍面临挑战。本文系统梳理了构建多色荧光水凝胶的前沿策略,重点探讨了“多元荧光团广谱协同”与“单一荧光团多色转变”两类技术路径的设计原理与性能特点,并展望了未来材料在微观调控、性能集成与实际应用方面的发展方向。


Muqing Si, Wei Lu, Tao Chen

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Fundamental Research 2025, 5(6):  2832-2837


Review

Exploration of ultrafast dynamic processes in photocatalysis: Advances and challenges

光催化超快动力学研究:进展与挑战


本综述系统阐述了利用时间分辨光谱技术研究光催化中超快载流子动力学的最新进展。文章重点围绕量子点、有机框架材料和传统半导体三类催化剂,深入探讨了其光物理过程与催化性能的内在关联与构效关系。此外,也剖析了当前表征方法在诠释催化性能时面临的挑战与局限,并对未来的研究发展方向进行了展望,旨在为突破光催化效率瓶颈提供理论指导。


Fengying Zhang, Yuman Jiang, Jiaxin Liu, Anqiang Jiang, Yuehan Cao, Shan Yu, Kaibo Zheng, Ying Zhou

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2838-2849


Review

Damage-tolerant stretchable ionic conductors

仿生设计!让可拉伸离子导体告别“易损”短板


本综述聚焦力学耐受可拉伸离子导体的设计策略,针对这类材料因固有柔性导致的断裂、撕裂、疲劳等力学损伤,以及热、冻、溶胀等环境引发的性能劣化问题,系统梳理了自修复、应变硬化、抗疲劳、自顺服、热致硬化、阻尼、抗溶胀、抗冻等八大核心解决方案。论文重点突出仿生异质网络设计对平衡材料柔性与力学耐受性的关键作用,揭示了凝聚态结构调控对提升材料抗损伤能力的重要性,为新一代耐用柔性器件的研发提供了理论与技术支撑。


Qinqing Du, Peiyi Wu, Shengtong Sun

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2850-2861


Review

Management and utilization of triplet excitons in organic optoelectronic devices

有机光电器件中三线态激子的调控与利用


本工作综述了有机光电器件中三线态激子的产生、调控与利用机制,并系统总结其在太阳能电池、有机发光二极管与有机发光晶体管(OLET)等关键器件中的作用及最新进展,尤其首次全面梳理了OLET中的三线态管理策略。基于这些进展,我们提出了两种有望突破电致发光器件内部量子效率理论极限的三线态利用方案,并讨论了当前挑战与未来发展方向。该研究为深化三线态激子物理理解、提升有机器件性能及推动新型高效光电器件设计提供了重要参考与指导。


Can Gao, Zhagen Miao, Wallace W.H. Wong, Trevor A. Smith, Shih-Chun Lo, Wenping Hu, Ebinazar B. Namdas, Huanli Dong

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Fundamental Research 2025, 5(6):  2862-2879

Information Sciences


Article

Detecting dynamical causality by intersection cardinal concavity

利用交集基数凹性检测动态因果关系


从观测到的时间序列数据中发现因果关系在多个学科领域具有重要意义,但同时也面临巨大挑战。近年来,交叉映射方法应运而生,旨在解决传统方法(如格兰杰因果关系或转移熵)无法处理的非可分离性或假阴性问题。然而,这些交叉映射方法在处理噪声数据时仍存在非线性与鲁棒性问题。本文提出交叉映射基数(CMC)方法,通过量化延迟嵌入空间中因果变量邻域与效应变量交叉映射邻域间的交集基数(IC),以鲁棒非线性方式检测直接因果关系。我们通过理论与计算验证了新型因果概念“IC凹性”:当邻域大小变化时IC曲线呈现凹性,则表明存在动态因果关系,而线性IC曲线则对应非因果关系。因此,IC曲线能可靠衡量因果强度,该曲线同时利用了IC连续性与效应变量到原因变量的交叉映射函数信息传递特性。通过多种模拟与真实数据集的验证,CMC方法的准确性与鲁棒性显著优于现有技术。特别值得一提的是,我们利用猕猴执行灵活手部拦截实验所采集的运动皮层神经元脉冲数据,成功验证了CMC方法的有效性。当传统方法失效时,CMC有效识别了神经元间的因果关系。综上所述,基于信息传递曲面凹性的创新概念,本方法为复杂系统中动态因果关系的检测提供了强大的数据驱动工具。


Peng Tao, Qifan Wang, Jifan Shi, Xiaohu Hao, Xiaoping Liu, Bin Min, Yiheng Zhang, Chenyang Li, He Cui, Luonan Chen

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2880-2891

Article

Result diversification with negative type distances by multi-objective evolutionary algorithms

负型距离下的结果多样化:多目标演化算法给出最优理论保障


在网页搜索、集成剪枝等应用中,人们常常需要从海量候选中挑出一组既高质量又彼此差异明显的代表性结果。现有结果多样化研究多关注满足三角不等式的距离度量,但针对另一类常用的负型距离(如余弦距离、Jaccard 距离等)的相关研究仍较为缺乏。为弥补这一缺口,本文将负型距离下的结果多样化建模为双目标最大化问题,并采用简洁的多目标演化算法GSEMO求解。本文证明了该算法可达到当前已知的最佳多项式时间近似界,并在网页搜索任务上取得了优异的实验性能。该工作体现了演化算法在真实应用中不仅实验效果好,而且性能有理论保障,缩小了演化算法在工程实践和严格理论之间的长期鸿沟。


Dan-Xuan Liu, Chao Qian

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2892-2900


Article

High-density 2D hole gas in p-GaN/AlN/AlGaN on a silicon substrate with polarization-enhanced Mg ionization

如何实现高密度氮化镓二维空穴气?


针对宽禁带半导体氮化镓材料中镁杂质激活能过高导致的离化困难等问题,本文提出一种新型氮化铝插入层极化增强结构,实现了对异质界面附近p型氮化镓电子材料的能带调控,有效降低了镁杂质激活能,提高了镁杂质离化率。相比传统p-GaN/AlGaN结构,极化增强p-GaN/AlN/AlGaN结构中镁杂质离化率由5.16%大幅提升至14.22%,二维空穴气面密度高达4.08×1013 cm−2,且基于该材料结构的p沟道晶体管输出电流高达−114 mA/mm。该氮化铝插入层极化增强结构在下一代氮化镓集成电路中展示出巨大的应用潜力。


Tao Zhang, Huake Su, Jiaduo Zhu, Hanghai Du, Jing Ning, Yueguang Lv, Shengrui Xu, Jincheng Zhang, Yue Hao

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2901-2907


Management Sciences                             


Review

Agricultural land-use system management: Research progress and perspectives

农田的“碳秘密”:从碳源到碳汇,稳粮低碳新路径


本文系统综述了农业土地利用系统管理在建模方法、气候变化响应、农业碳排放控制以及资源环境承载与粮食安全协同方面的最新研究进展,构建了“土地—资源—气候—粮食—碳排放”一体化分析框架。研究认为,农业土地系统既是温室气体排放的重要来源,也是实现减排增汇与粮食安全协同的关键调控单元,单一目标导向的管理模式已难以应对气候变化与资源约束的双重压力,并指出,未来需通过多尺度模型耦合、情景模拟与政策协同,推动农业土地向“稳产、低碳、高效、可持续”的综合目标转型。


Xiangzheng Deng, John Gibson, Malin Song, Zhihui Li, Ze Han, Fan Zhang, Wei Cheng

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2908-2925


Health and Medical Sciences


 Review

Inner ear organoids: Recent progress and potential applications

内耳类器官:研究进展与潜在应用


内耳是我们身体里最精密的“声音与平衡控制中心”,它深藏在头骨两侧的颞骨内部,结构复杂,也给手术治疗带来了巨大挑战。近年来,一种名为“类器官”的技术,为研究内耳的发育过程、疾病机制以及开发新型药物和基因疗法带来了新希望。为了更好地理解类器官技术的来源与应用前景,本文系统梳理了内耳类器官研究的发展历程,总结了构建类器官所需的细胞来源与培养基质,并详细介绍了基于多能干细胞和原代祖细胞的内耳类器官研究进展。此外,我们也阐述了类器官在模拟内耳发育、构建遗传性耳聋模型、探索毛细胞再生策略等方面的应用。最后,我们指出了当前内耳类器官在培养方法和应用中存在的局限,并对下一代类器官的优化方向与未来临床转化前景进行了展望。


Yiyun Lou, Yaoqian Liu, Mingxuan Wu, Gaogan Jia, Mingyu Xia, Wenyan Li


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Fundamental Research 2025, 5(6): 2926-2936

 Review

The interaction network between group 3 innate lymphoid cells and other cells

免疫细胞中的“社交达人”——ILC3细胞如何维系身体的免疫平衡


3型固有淋巴样细胞(Group 3 innate lymphoid cells, ILC3s)通过多种效应分子响应组织微环境信号,已成为组织稳态、免疫和炎症的重要调节因子。近年来研究发现,组织微环境中产生的多种信号既能激活也能抑制ILC3s的活性。反过来,ILC3s也能通过白细胞介素(IL)-22、IL-17和淋巴毒素等效应分子影响其他众多细胞的功能,这表明ILC3s在复杂的细胞相互作用网络中扮演着关键枢纽的角色。本文综述了我们对ILC3s与髓系细胞、T细胞、B细胞、上皮细胞及其他类型细胞之间功能交互作用的最新认识,着重探讨这些细胞间通讯在相关疾病发生与防治中的新兴意义,并为未来探索可能的研究方向及治疗策略提供新见解。


Yi-tong Hu, Xing-zi Liu, Yue-miao Zhang, Xiaohuan Guo 

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2937-2947


Review

Delivery of nucleic acid drugs for tumor therapy: Opportunities and challenges

肿瘤核酸药物送药攻略:机遇与挑战全解析


新冠疫情凸显了核酸药物在快速研发方面的巨大潜力。然而,其在体内应用中仍面临诸多挑战:核酸分子不稳定、易被降解、难以进入细胞,且可能产生副作用。突破其体内递送的技术瓶颈,是实现其高效、精准、安全应用的关键。本研究基于纳米技术与生物医学工程前沿,聚焦核酸药物递送系统的发展,旨在克服递送屏障。本文系统分析了当前面临的问题,介绍了促进细胞内递送的方法,探讨了载体设计策略,并综述了该领域的最新进展。


Dandan Sun, Wenjia Tan, Jianan Zhao, Yafei Tian, Siqi Li, Zhiqi Zhang, Xinzhe Dong, Xiaonan Liu, Na Liu, Ping Jiao, Jie Ma

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2948-2959

Review

Glial cell crosstalk in Parkinson's disease: Mechanisms, implications, and therapeutic strategies

帕金森病中胶质细胞串扰:机制、意义与治疗策略


近年研究表明,神经炎症及胶质细胞之间的相互作用在帕金森疾病的发展中越来越受到广泛关注。本综述系统探讨了星形胶质细胞、小胶质细胞和少突胶细胞在帕金森病中的多重作用,重点关注它们在维持谷氨酸和离子稳态、能量代谢及炎症反应中的作用。并进一步探讨了胶质细胞通信背后的分子机制,包括细胞因子、趋化因子、细胞外囊泡、间隙连接和神经递质系统。最后,作者提出了针对这些胶质细胞相互作用的潜在治疗策略,以调节神经炎症并保护神经元,为帕金森病的治疗开辟新途径。


Ning Wang, Xiao Xiao, Zilu Chen, Keyang Xu, Xiaoyi Cao, Dandan Kou, Jianfeng Zeng

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2960-2974

Article

Tailoring combinational therapy with Monte Carlo method-based regression modeling

实验噪声不再是障碍:一种更稳健的联合用药优化方法


如何在有限实验条件下快速找到“效果最好、副作用最小”的药物组合,一直是一个难题。传统方法往往只使用重复实验的平均值进行建模,忽略了实验噪声和不确定性,导致模型不稳健、优化效率低。本研究提出了一种基于蒙特卡洛方法的回归建模新策略(ReMEMC),将实验波动本身转化为模型的一部分,通过大量随机采样和并行建模,提高对真实剂量–效应关系的刻画能力。该策略为快速、稳健的联合用药优化和个体化精准医疗提供了新工具。


Boqian Wang, Shuofeng Yuan, Chris Chun-Yiu Chan, Jessica Oi-Ling Tsang, Yiwu He, Kwok-Yung Yuen, Xianting Ding, Jasper Fuk-Woo Chan

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2975-2982

Article

Dynamic and classifier-based model SARS-CoV-2 Omicron spillover risk assessment in China

新冠期间外溢风险及其影响因素评估模型


本文主要探讨了基于动力学和分类器模型的SARS-CoV-2 Omicron外溢风险评估。研究收集了自Omicron疫情暴发以来中国七个省市的Omicron疫情数据,通过构建传染病动态模型和分类器模型分析影响外溢的影响因素。研究发现将外溢风险分为三类,并探究不同暴发场景下的外溢风险等级,并评估其影响因素重要性。文章搭建的模型以及对外溢风险影响因素的分析结果,不仅有助于实现新冠等重点传染病疫情防控目标,还能在未来可能出现的呼吸道疾病大流行中,快速完成早期疫情外溢风险评估工作。


Hongjie Wei, Jia Rui, Yunkang Zhao, Huimin Qu, Jing Wang, Guzainuer Abudurusuli, Qiuping Chen, Zeyu Zhao, Wentao Song, Yao Wang, Roger Frutos, Tianmu Chen

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2983-2992

Article

Myocardial infarction creates a critical time window for AAV-based cardiac gene transfer

心肌梗死增强心脏靶向的体内基因递送


本研究发现心肌梗死可以时空特异性地提升AAV心脏转导效率。在时间维度,小鼠心肌梗死三天后注射AAV时,AAV转导心脏的效率达到峰值,可达5倍增幅。在空间维度,心肌梗死增强的AAV心肌细胞转导事件主要发生在梗死边缘区。AAV增强效应的分子机制与心脏局部血管通透性增加和心肌细胞代谢重塑相关。上述效应可显著增强心梗后心脏基因编辑效率,改善小鼠心肌梗死的基因治疗结局。因此,心脏疾病的动态演变可对心脏基因递送产生重要影响,为优化基因治疗方案提供新思路。


Gonglie Chen, Yueyang Zhang, Zhanzhao Liu, Jingdong Wu, Zhan Chen, Luzi Yang, Junxia Zhang, Yufei Wu, Jiting Li, Baochen Bai, Zhengyuan Lv, Fei Gao, Erdan Dong, Yuxuan Guo

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Fundamental Research 2025, 5(6): 2993-3000

Letter

A novel pathogenic mutation of DDX58 causes Singleton- Merten syndrome

新的DDX58突变导致Singleton-Merten综合征,通过JAK抑制剂缓解症状


在本研究中,我们发现一名Singleton-Merten综合征患者携带DDX58基因的新发突变(p.D550Y)。D550Y突变破坏了DDX58基因编码蛋白RIG-I的自抑制构象,导致RIG-I激活并上调I型干扰素信号通路。患者外周血单个核细胞(PBMCs)显示出升高的IFN特征。使用JAK抑制剂治疗抑制了IFN信号,并部分缓解了患者的临床症状,这提示了使用JAK抑制剂靶向治疗Singleton-Merten综合征的潜力。


Siming Peng, Jinbo Wang, Yusha Wang, Yiying Dou, Wei Wang, Yuhao Yao, Yongguo Yu, Qing Zhou, Xiaomin Yu, Hongmei Song

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Fundamental Research 2025, 5(6): 3001-3004

关于Fundamental Research

Fundamental Research是由国家自然科学基金委员会主管、主办的综合性英文学术期刊。创刊于2021年,期刊立足反映国家自然科学基金资助的优秀成果,全方位报道世界基础研究前沿重要进展和重大创新性成果,提升中国基础研究和中国科学家在国际科学界的显示度和影响力,为中外科学家打造一个高端的国际学术交流平台。内容涵盖数学物理、化学化工、生命科学、地球科学、工程与材料科学、信息科学、管理科学、健康医学、交叉科学等领域,设置Article、Review、Highlight、Perspective、Commentary、Letter和News&Views等栏目。期刊已被ESCI、Scopus、DOAJ、PubMed、CAS(美国化学文摘社)、CSCD(中国科学引文数据库)、CSTPCD(中国科技论文与引文数据库)等国内外知名数据库收录。2024年影响因子6.3,位于综合性期刊Q1区。2024年入选中国科技期刊卓越行动计划二期英文梯队期刊项目。欢迎广大科研工作者关注、投稿、引用!

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