最新科技趋势：一周重点回顾60项创新

生活里，有很多发明创造都是科学家向大自然“拜师”，借鉴一些动物的形体构造乃至行为方式，最终获得了技术上的解决方案。比如汽车大灯是仿造鹰眼而来，再如潜艇的设计是借鉴了鲸鱼特殊的“流线”形体。近日，中国科学院沈阳自动化研究所类生命机器人研究团队与清华大学、香港大学、中国科学院成都生物研究所以及中国医科大学展开合作，设计了一种水下仿生吸—爬机器人Climbot，一起来猜猜它的原型是什么动物呢？我们所处的世界纷繁复杂，充斥着噪声。去深入了解噪音的生成机制，是为了减少它们对我们生活的影响。而从微观尺度来看，量子系统也存在噪声干扰。

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，为大家带来第六十期。

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《Nature Communications》丨量子门降噪“黑科技”为发展大规模量子器件铺路

信道谱基准测试流程

我们所处的世界纷繁复杂，充斥着噪声。去深入了解噪音的生成机制，是为了减少它们对我们生活的影响。而从微观尺度来看，量子系统也存在噪声干扰。

事实上在当下，噪声可以说是制约量子计算机性能提升的核心因素。量子基准测试可以提供量子门的噪声信息，并用其校准和优化量子门操作以提高保真度。目前，主流的基准测试方案是随机基准测试及其变种。这些方案通过运行随机线路来简化噪声类型，从而较容易地从测量信号中获得噪声的平均错误率。但是这些方案也存在缺点：不能直接得到目标门的噪声信息；只适用于特定集合的量子门；不能直接得到相干错误的信息。

对此，北京量子信息科学研究院量子操作系统及软件开发团队提出一种全新的基准测试方案，并将其命名为信道谱基准测试（channel spectrum benchmarking ，CSB）。该方案通过测量带噪量子门对应的量子信道的本征值来获取噪声信息，通过和理想量子门的本征值比较，可以得到目标量子门的过程保真度（即平均保真度）、随机保真度（即相干性）以及一些量子门相干参数。该方案对态制备和测量错误不敏感，可以表征通用的量子门，并且可以扩展到多比特系统。研究团队认为，该基准测试方案结合量子门校准将为发展更干净和大规模的量子器件提供重要帮助。

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《Nano Today》丨靠这项技术，免疫治疗肿瘤由“冷”变“热”

论文发表封面

近年来，随着化疗、靶向及免疫治疗药物的研发与应用，肿瘤患者远期生存率显著提高。其中免疫治疗通过主、被动方式使机体产生肿瘤特异性免疫应答，达到高效、特异、持久的发挥抑制和杀伤肿瘤的目的，在多种肿瘤的治疗中取得令人瞩目的进展。

然而，胰腺癌具有特殊性，免疫治疗应答率普遍较低，治疗效果显著低于其他肿瘤，主要因为胰腺癌细胞自身免疫原性较低，不易被免疫细胞识别。此外，还因为肿瘤免疫微环境中具有杀伤肿瘤作用的免疫效应细胞少，使免疫治疗很难发挥作用。所以，胰腺癌也一直被称为免疫“冷”肿瘤。

近期研究表明，人体内共生微生物在调控宿主免疫稳态以及肿瘤免疫微环境中具有重要作用，特定肠道微生物能够显著改善肿瘤对免疫治疗的响应性，从而提高免疫治疗的效果，改善患者预后。

近期，北京大学第一医院院长、肝胆胰外科杨尹默教授和田孝东主任团队与国家纳米科学中心聂广军、朱墨桃教授课题组深度合作，借助纳米生物工程技术，针对胰腺癌设计出一种利用特定肠道微生物功能组分合成的纳米杂合囊泡体系。该体系可对胰腺癌免疫和代谢微环境进行重编程，提高免疫细胞在胰腺癌组织中的数量和活性，进而改善胰腺癌免疫治疗效果，将免疫治疗“冷”肿瘤转化为“热”肿瘤。

课题组称，上述纳米杂合细菌囊泡体系在保留肠菌免疫调节功能组分的情况下，去除了微生物中致热原等毒力因子，克服了直接移植活菌出现的腹部不适、呕吐、发热腹泻等不良反应，也避免了多重耐药或致病微生物传播的风险。该治疗体系经静脉给药，对肿瘤及其引流淋巴器官具有优越的靶向能力，在诱导先天免疫激活、树突状细胞成熟和肿瘤抗原呈递以及肿瘤微环境重编程等方面显示出良好的应用前景。

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《Journal of Advanced Ceramics》丨他们填补了困扰国际科学家的“青色空洞”

（a）CSS:Ce青绿荧光透明陶瓷的发射光谱，透过光谱和在日光和蓝光下的图片；（b）高密度蓝色激光激发下，流明通量随时间的稳定输出，高亮度青绿荧光图片，陶瓷片温度分布图，最高为239℃，耐热性能优良。

在陶瓷材料领域，透明陶瓷因其“长得像玻璃”且罕见稀有显得格外神秘。其实，透明陶瓷早已在航天、空间探索、无损检测、医疗安全影像等多领域获得广泛应用。透明陶瓷具备良好的透光性、力学性能和热导率，而且制备周期相对较短。从应用角度看，透明陶瓷可以分为荧光透明陶瓷、激光透明陶瓷、闪烁透明陶瓷、透明装甲陶瓷等。

激光驱动荧光透明陶瓷是获得高亮度激光照明光源的优选方案，在汽车、影视、搜救照明中具有迫切需求。目前，激光照明可用的荧光透明陶瓷仅限于黄色YAG:Ce和绿色LuAG:Ce两种铝酸盐石榴石，造成光源颜色不全，色彩还原差的问题，缺少青色是导致上述问题的根源，被称为“青色空洞”（cyan cavity）。

近期，中国科学院长春光机所发光学及应用国家重点实验室张家骅研究员主持的国家自然科学基金联合基金项目“面向激光照明的硅酸盐石榴石多色荧光透明陶瓷”取得突破性进展，项目组选择高效青绿荧光CSS:Ce硅酸盐石榴石，开展陶瓷化研究，针对硅离子扩散系数小导致的陶瓷致密化难的瓶颈，提出基于烧结动力学原理的两步烧结策略，成功获得了高品质青绿荧光透明陶瓷。

该陶瓷适合蓝光激发，其优良性能可与目前商用YAG:Ce、LuAG:Ce荧光透明陶瓷相媲美。CSS:Ce硅酸盐石榴石荧光透明陶瓷是激光照明用理想的青绿荧光转换体，为全色激光照明奠定了关键荧光材料基础，具有广阔应用前景。

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《National Science Review》丨"水下壁虎"深藏不露，又一仿生学奇思妙想实现

爬岩鳅微刺结构、吸附仿真分析及仿生吸爬机器人Climbot

生活里，有很多发明创造都是科学家向大自然“拜师”，借鉴一些动物的形体构造乃至行为方式，最终获得了技术上的解决方案。比如汽车大灯是仿造鹰眼而来，再如潜艇的设计是借鉴了鲸鱼特殊的“流线”形体。近日，中国科学院沈阳自动化研究所类生命机器人研究团队与清华大学、香港大学、中国科学院成都生物研究所以及中国医科大学展开合作，设计了一种水下仿生吸—爬机器人Climbot，一起来猜猜它的原型是什么动物呢？

爬岩鳅被称为"水下壁虎"，在水中能够以相当于自身重量1000倍的吸附力吸附固定于壁面，还能以每秒7.83倍体长的速度进行快速壁面滑行。研究团队发现，爬岩鳅具有这种独特的“吸附—滑行”行为能力的秘密在于其吸盘边缘上的微刺结构。这些微刺使爬岩鳅与壁面接触区域间的水层在微通道中流动受限，产生粘附效应，变成“胶水”，将吸盘紧贴于壁面，形成动态水密封的状态。爬岩鳅既可以通过柔软的腹部被动变形抵消外界施加的脱附力，也可以通过主动收缩腹部形成强大的吸附力，使其锚定在某个位置。同时，爬岩鳅接触界面上的水层可以在运动过程中充当“润滑膜”，减小摩擦阻力，有利于在壁面上实现边吸附边滑行。这种巧妙的机制使得爬岩鳅能够很好地平衡大吸力吸附和快速滑行运动之间的矛盾。

根据爬岩鳅“紧密吸附—快速爬行”的行为机理，研究团队开展仿生机器人研究，通过微纳光刻及翻模技术成功制作了“仿生微刺”，将其耦合到软材料3D打印成型的“仿生吸盘”上，同时集成了驱动和控制单元，设计制作了水下壁面吸—爬机器人Climbot。该水下仿生吸爬机器人可以在运动的遥控船底表面紧贴吸附，并在水下壁面快速滑行。

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《Materials Today》丨阈值提高一个数量级，这种水凝胶不是一般的“弹”

芳纶纳米纤维增强的水凝胶复合材料的3D打印、生物相容性和性能对比

水凝胶材料因其柔韧、良好的生物相容性和生物降解性等特点，在柔性电子、生物医疗和可驱动机器人等领域有着极大的应用潜力。从制备工艺的演进角度来看，相比传统铸造成型的水凝胶制备工艺，通过3D打印技术可以制备出具有复杂几何形状的水凝胶结构，近年来发展的一种基于数字光处理（DLP）技术的可3D打印聚丙烯酰胺水凝胶具有较高的打印分辨率和高度的可拉伸特性，但模量、强度、断裂能和疲劳阈值较低，限制了其在实际中的应用范围。

针对上述问题，清华大学航天航空学院李晓雁教授课题组将可3D打印水凝胶前驱体溶液中引入芳纶纳米纤维（ANF），并在紫外线下固化，合成了由芳纶纳米纤维增强的可3D打印水凝胶复合材料。该研究为改善基于DLP的3D打印水凝胶的力学性能提供了一个普遍而有效的策略。

力学性能测试表明，与未增强的水凝胶相比，仅引入0.3wt%的芳纶纳米纤维使得水凝胶的模量提高约30倍，强度、断裂能和疲劳阈值提高约一个数量级，同时能够保持较高的断裂延伸率。

课题组发现，芳纶纳米纤维增强的水凝胶复合材料可以用于制备具有复杂几何形状的点阵结构和生物组织结构，并具有较高的3D打印分辨率和良好的生物相容性，与其他基于DLP技术的可3D打印水凝胶相比展现出优异的力学性能和打印分辨率。在前驱体溶液中加入电解质可以使芳纶纳米纤维增强的水凝胶复合材料具有导电性，其电阻值随着应变的改变而变化。通过3D打印制备的压力传感器在10000周疲劳加载下，仍能保持稳定的力学性能和电学性能。