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中国科大在蟹状星云辐射精确测量中
发挥重要作用
我国高海拔宇宙线观测站（LHAASO拉索）成功测量出蟹状星云辐射的最高能量端能谱，实现了前所未有的超高能区（0.3-1.1拍电子伏）的精确测量，为该能区标准烛光设定了亮度标准。北京时间7月9日《科学》（Science）刊发了这一成果。高海拔宇宙线观测站是7个国家、32个单位共同合作参与的大科学装置项目，已经取得一系列重要研究成果。 中国科大参与研制的水切伦科夫探测器阵列WCDA和地下缪子探测器阵列（KM2A-MD）是其核心探测单元。
图1：蟹状星云辐射的伽马射线能谱，WCDA和KM2A均为LHAASO的核心探测器。
中国科大核探测与核电子学国家重点实验室自10年前开始承担拉索核心探测器水切伦科夫探测器阵列WCDA和地下缪子探测器阵列（KM2A-MD）的大尺寸光敏探头研制，以及WCDA大尺寸光敏探头读出电子学的研制和工程实施工作。
如果说WCDA和KM2A-MD是拉索的“眼睛”，大尺寸光敏探头就是拉索的“视 膜”。为了保证天 观测的灵敏度和能谱测量的范围，WCDA和KM2A-MD分别要求大尺寸光敏探头和电子学在3和5.5个数量级的大动态范围内进行高精度的信号读出和测量，这在国际宇宙线探测实验中是极具挑战性的工作。中国科大核探测和核电子学国家实验室成功地解决了这一挑战。
图2：WCDA示意图，水池底为大尺寸光敏探头。WCDA探测器总面积为7.8万平方米，包含3120个探测器单元。每个单元充满4.4米深纯水，池底放置大尺寸光敏探头。KM2A-MD设计与WCDA类似，由1188个埋在地下2.5米深的面积为36平方米的大水池组成，池顶放置大尺寸光敏探头。
实验室李澄、唐泽波、江琨等带领的闪烁探测器研究团队分别针对WCDA和KM2A-MD的实验要求，经过大量模拟研究和实验验证，取得了多项核心技术突破，研制出满足实验各项要求的大尺寸光敏探头。WCDA的动态范围达到了3个数量级，KM2A-MD的动态范围达到了5.5个数量级。这是拉索能在很宽的能量范围内实现伽马射线能谱精确测量的核心保障。在实验室的深度参与下，关键部件光电倍增管实现了国产化并达到国际先进水平。研究团队还研制出一套高度自动化的大尺寸光敏探头高精度性能测量系统，对研制的每个大尺寸光敏探头的性能均进行了细致研究，保证了工程的质量和进度。
图3：WCDA大尺寸光敏探头和批量性能测量装置
项目负责人安琪、总工程师赵雷和副总工程师曹喆带领的WCDA大尺寸光敏探头读出电子学研究团队成功完成该系统的整体研制和工程实施，并完成四项重大技术突破。研究团队针对WCDA采用国产新型20英寸MCP PMT的新方案成功完成前端读出ASIC（专用集成电路）--PASC芯片的研制和优化设计（此前世界上无一款成熟ASIC芯片可满足此实验需求），并正式用于拉索工程中，这也是我国在大型宇宙线物理实验中首批使用的自主研制ASIC芯片。
图4：自主设计完成的前端大动态范围读出ASIC芯片—PASC以及基于此芯片研制完成的电子学研制及安装
中国科学技术大学天 学系杨睿智教授也在拉索项目中担任物理协调委员会成员和年轻巨星团子课题协调人，在本次成果中参与了数据分析和唯象解释工作。
随着WCDA和KM2A-MD的持续投入运行，LHAASO拉索将产生越来越多的突破性物理成果。
论 链接：
https://science.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.abg5137
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中国科大运用全光激发实现氪-81的单原子探测
中国科学技术大学教授卢征天及其同事Florian Ritterbusch博士运用全光激发实现了对极其稀有同位素氪-81的单原子探测，这一量子精密测量方法的突破将助力于地球与环境科学研究，相关成果以“Optical Excitation and Trapping of81Kr”为题于7月6日发表在《物理评论快 》[Phys. Rev. Lett. 127, 023201(2021)]上。
我们身边有一种微量的惰性气体叫氪，它在空气中的含量为百万分之一。氪由多种同位素组成，包括一种半衰期为23万年的放射性同位素氪-81，在空气中的含量仅为百亿亿分之一（10-18）。自从上世纪60年代在空气中发现氪-81以来，科研人员一直梦想着用氪-81这个天然示踪剂来帮助了解环境中的水、冰循环过程，给百万年老的古地下水与冰川定年。卢征天教授发明了一种称为“原子阱痕量分析”的单原子灵敏检测方法，可以一个一个地数出环境样品中所含的氪-81原子。
用原子阱捕获氪-81需要首先将原子激发到一个亚稳量子态上。目前国际上均采用气体放电方法来制备亚稳态氪原子，方法简单可行，然而存在着激发效率低、样品损失和交叉污染等问题。在本工作中，科研组研制成一种高亮度共振真空紫外灯，并将其应用于全光激发氪原子，从而避免了气体放电所带来的种种问题。团队提出了一种新的机理来解释真空紫外光子在氪气中传播时的“自吸收”现象——光子在氪气中多次散射后并未损失，而是其频率发生了偏移。经过四年的不断尝试，他们在保持光源高亮度特征的同时，减小了光频偏移，建成了基于全光激发的氪原子阱，并达到了每小时1800个氪-81原子的探测速率。对于古地下水研究和寻找百万年前形成的冰芯等科学问题，这种原子阱超灵敏分析工具带来了新的研究机遇。
中科大激光痕量探测与精密测量实验室：atta.ustc.edu.cn
图、Florian Ritterbusch博士与研究生王杰调试高亮度共振真空紫外灯。
论 链接：
https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.127.023201
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中国科大在脐血移植植入前综合征的发生机制与干预措施研究取得重要进展
历时8年，中国科学技术大学生命科学与医学部魏海明/田志刚教授课题组与中国科学技术大学附属第一医院（以下简称“中国科大附一院”）血液科孙自敏教授团队合作，在脐血移植植入前综合征的发生机制与干预措施研究方面取得重要进展。7月6日，相关研究进展以“Inflammatory monocytes promote pre-engraftment syndrome and tocilizumab can therapeutically limit pathology inpatients”为题在线发表在Naturecommunications上。该研究不仅揭示了脐血移植后PES的病理机制，还为重度PES患者提供了一种治疗策略，对进一步提高非血缘脐带血移植的疗效和推动其广泛应用具有重要指导意义。
非血缘脐带血移植是治愈血液系统恶性肿瘤、造血衰竭性疾病、先天性免疫缺陷病和一些遗传代谢性疾病的重要手段，且移植后慢性移植物抗宿主病（GVHD）的发生率低且程度轻，患者生存质量高。中国科大附一院（安徽省立医院）从2000年开始成功完成第一例脐血移植治疗儿童恶性血液系统疾病，至今已完成各类移植2379例，其中脐带血移植1519例，是目前国际公认的脐血移植治疗中心，相关临床和科研成果不断涌现。
脐血移植后早期，70-80%受者会发生植入前综合征（PES），临床表现为高热、皮疹和腹泻等炎症状态，重症PES增加患者移植相关死亡率，但其发生机制尚不清楚。深入研究并揭示脐血移植后PES的发生机制，对PES患者及降低移植相关死亡率具有重要的临床治疗意义。
该研究历时近8年，部分研究成果对中国科大提出并实施新冠肺炎重症患者免疫治疗方案（托珠单抗治疗方案），提供重要实践指导意义。托珠单抗免疫治疗方案目前已被美国FDA紧急批准用于新冠重症患者治疗，并纳入英国国家卫生服务系统（NHS）。
章链接：
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中国科大在早期炎症诱发青春期抑郁情绪研究领域取得进展
生命早期的炎症，如孕期或儿童期经历创伤和病毒感染等，显著增加个体在青春期或成年后患上包括抑郁症在内的情感障碍风险，其发生机制尚不明确。
临床相关研究显示，抑郁患者大脑的ACC突触密度下降和炎症水平的升高。小胶质细胞是大脑驻地免疫细胞，病理状态下，活化的小胶质细胞是脑组织炎症状态的指挥官，与抑郁症发生发展密切相关。那么，经历生命早期炎症的青春期发育过程中，小胶质细胞的活化模式以及对神经活动调控的改变是否导致了青春期的抑郁情绪呢？
中国科学技术大学生命科学与医学部张智课题组长期致力于研究神经环路的结构和可塑性在神经系统疾病中的作用，前期研究解析了抑郁和焦虑情绪与疼痛交互作用的神经环路基础（Nature Neuroscience, 2019；PNAS，2019；Nature Neuroscience, 2021）。神经环路的研究过去主要集中在神经元-神经元之间的作用，然而，大脑中存在巨量的小胶质细胞，这些细胞在病理环境下介导的神经环路可塑性的作用及功能是什么，是当前神经科学领域研究的前沿和热点。
近日，张智/晋艳课题组与中国科学院徐林团队联合研究发现，生命早期炎症导致个体在青春期发育过程中前扣带皮层（ACC）的小胶质细胞对生活中的随机应激事件易感，继而过度吞噬神经元树突棘，使得ACC谷氨酸神经元（ACCGlu）对抗应激的能力减弱，从而产生青春期的抑郁情绪。成果以“Early-life inflammation promotes depressive symptoms in adolescence via microglial engulfment of dendritic spines”为题，2021年7月7日在线发表于《Neuron》杂志。
论 通过在小鼠脑发育的关键时间窗（出生后14天）腹腔给予脂多糖（LPS）建立炎症模型，探索小鼠从幼年到青春期发育（出生后45天）过程中，ACC小胶质细胞响应应激的模式。研究发现，小鼠LPS注射6小时后ACC小胶质细胞多种活化指标显著增加，24小时后基本恢复。有意思的是，在随后的发育过程中，生活中一系列不可预测的应激事件（如断奶、分笼、噪音和打架等）均能导致LPS小鼠ACC小胶质细胞的再次活化，相较于正常小鼠明显易感。
神经元活动依赖的活性变化控制了动物行为表型的输出。进一步的研究发现，当应激来临，小鼠ACCGlu活性的急性增加予以抵抗应激侵袭，对机体产生保护作用；然而，青春期发育过程中持续出现的应激事件，使得具有早期炎症经历小鼠的ACC小胶质细胞频繁活化，通过CX3CR1信号介导对ACCGlu树突棘的过度吞噬，从而形成长期的不良适应性状态，即ACCGlu的活性降低。最终，ACCGlu面对应激时被激活的能力下降，削弱了机体对压力挑战的应对，从而促进了青春期小鼠抑郁情绪的产生。
模式图：生命早期炎症增加ACC小胶质细胞对神经元树突棘的吞噬而导致青春期小鼠的抑郁样行为
论 链接：
https://doi.org/10.1016/j.neuron.2021.06.012
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