1、Nature | 中國科學院化學研究所喬燕、王樹合作團隊在人工細胞不對稱分裂領域取得重要進展

人工細胞的可控分裂是模擬細胞行為的關鍵挑戰。目前，研究人員可通過蛋白質機器介導、外部剪切、光刺激、離子強度調節和熱流等手段，調控膜張力、膜流動性和滲透壓，從而誘導囊泡分裂；也可通過熱梯度、耗散自組裝、浸潤能及化學反應等機制，實現乳液和凝聚液滴體系中的對稱分裂行為。相比之下，細胞的不對稱分裂是生命體系實現細胞分化、發育和功能多樣化的重要基礎。然而，這一過程因涉及復雜的時空調控與結構重構機制，難以在人工細胞體系中復現。

在國家自然科學基金委、中國科學院和北京分子科學國家研究中心的支持下，化學研究所高分子物理與化學實驗室喬燕課題組圍繞人工細胞的構筑及其類細胞行為開展研究，取得了系列研究進展（Nat. Chem.2024, 16, 158-167; Nat. Chem.2025, 17, 986-996; Nat. Commun.2025, 16, 10554; J. Am. Chem. Soc.2025, 147, 45004-45014.）。

最近，喬燕、王樹研究員合作團隊聯合國內外科學家，在國際學術期刊《自然》（Nature）上發表題為“Asymmetric splitting in dividing lipid-nucleotide multilamellar droplets”的研究論文。研究團隊提出了一種基于瞬態化學不均勻性和界面能梯度驅動人工細胞不對稱分裂的新思路，構筑了具備不對稱分裂潛能的結構化液滴人工細胞模型，實現了母代人工細胞自發分裂為內核液滴和外殼囊泡兩種形態與性能不同的子代。

研究團隊構筑了一種由脂質分子與核苷酸自組裝形成的層狀液晶液滴人工細胞模型。在堿性磷酸酶催化下，液滴表面首先形成一個局部凹陷；隨著酶催化反應持續進行，凹陷沿液滴表面周向逐漸擴展，同時液滴形成清晰的外殼—內核界面。當凹陷張開角度達到臨界值，液滴內核被完整“擠出”，剝離后的外殼則通過邊緣弛豫閉合，形成具有內水相的多層囊泡結構。最終，一個母代液滴分裂形成兩個結構、組成和性質顯著不同的子代結構。

研究結果表明，酶主要富集于液滴表面，其催化的去磷酸化過程可導致液滴層間距增大并引發結構失穩。在非酶條件下，多價離子介入或pH變化同樣能夠觸發液滴分裂，這不僅證明了靜電屏蔽作用是不對稱分裂的核心驅動力，也表明該分裂機制具有較好的普適性，其本質來源于瞬態化學不均勻性與界面能梯度的協同作用。此外，層狀液晶結構及其層內微小結構缺陷對液滴分裂至關重要，而內部無序的液滴則僅表現為均勻解體。

進一步研究發現，分裂后的子代液滴能夠保留酶活性和分子濃度，而子代囊泡由于持續的去磷酸化，內部結構逐漸疏松并釋放部分分子，pH也隨之降低。這說明不對稱分裂能夠在子代體系中形成差異化化學微環境，從而為后續功能分化提供基礎。該研究不僅為理解生命功能涌現提供了新的實驗模型，也為構筑具備自主增殖、分化和演化能力的高復雜度人工細胞體系奠定了基礎。

相關研究成果近日發表于Nature期刊（Nature 2026. DOI: 10.1038/s41586-026-10489-5），論文共同第一作者為化學研究所孟何和賈麗艷，通訊作者為化學研究所喬燕研究員、王樹研究員、北京化工大學林藝揚教授、英國布里斯托大學Stephen Mann教授。化學研究所邱東研究員作為論文合作作者為小角/廣角X射線散射實驗提供了重要支持。該研究工作得到了化學研究所工程塑料實驗室（SAXS/WAXS）和懷柔研究中心（STED超高分辨顯微鏡系統）的技術支撐。

2、陜西師范大學趙奎教授團隊在國際頂級期刊《Nature》上發表重要突破性成果

5月13日，陜西師范大學材料科學與工程學院趙奎教授團隊在國際頂級期刊《自然》（Nature）上發表題為“Stereoelectronic manipulation of ligands for perovskite solar cells”（鈣鈦礦太陽能電池配體的立體電子效應調控）的研究論文。我校為第一單位，2023級博士研究生楊廷歡為第一作者，劉生忠教授、瑞典林雪平大學高峰教授、趙奎教授為共同通訊作者。

鈣鈦礦太陽能電池因卓越功質比和低成本成為下一代光伏技術焦點。如何解決鈣鈦礦/電子傳輸層界面處固有的巨大能量損耗成為商業化進程的一個關鍵問題。針對這一問題，團隊提出了一種新穎的有機配體分子電子效應設計方案，通過精準控制配體在鈣鈦礦/電子傳輸層界面的吸附構型，巧妙化解界面能量損失難題。

配體立體電子調控策略

團隊通過將配體中的苯環碳原子替換為氮原子，構建出具有吡啶或嘧啶結構的含氮雜芳環分子，使單個配體同時具備Pb–N配位鍵和Pb–I–π相互作用兩種協同結合模式。這種雙重作用驅動配體在鈣鈦礦表面形成熱力學更穩定的平行排列，不僅能夠在原子尺度有效消除界面缺陷，還能維持亞納米級電荷傳輸通道，實現界面缺陷鈍化與高效電荷傳輸的協同統一。

鈣鈦礦太陽電池的光電性能和穩定性

基于該設計策略，鈣鈦礦太陽電池獲得國際領先認證效率（第三方認證27.41%，穩態26.85%），并展現出普適性和可擴展性：在寬帶隙（1.68 eV）器件中實現了24.04%（認證23.04%）的效率；在1 cm2級器件上實現了26.40%（認證25.62%）的效率，13.95 cm2級的微型組件實現了24.74%的效率。在戶外真實環境連續運行258天后，器件仍保持85.8%的初始效率，驗證了該策略對器件穩定性提升的有效性。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10626-0

3、中國科大成功研制“九章四號”量子計算原型機

中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽、張強、劉乃樂等，聯合濟南量子技術研究院、山西大學、清華大學、上海人工智能實驗室、嶗山實驗室、國家并行計算機工程技術研究中心等單位，成功研制出1024個量子壓縮態輸入8176模式的可編程量子計算原型機“九章四號”，首次操縱和探測高達3050個光子的量子態。“九章四號”被應用于高效求解高斯玻色采樣任務，其計算速度相比當前全球最快的超級計算機El Capitan快1054倍（即量子優勢比為1054），成功建立了國際上最強的“量子計算優越性”。論文于北京時間2026年5月13日發表于國際權威學術期刊《自然》。

圖1 九章四號原型機示意圖

量子計算利用量子疊加與糾纏特性，在特定問題上實現遠超經典計算機的處理能力?！傲孔佑嬎銉炘叫浴敝傅氖橇孔佑嬎銠C在某個明確定義的數學問題上超越現有最強超級計算機。它不僅驗證了量子力學的計算潛能，也為檢驗“擴展的丘奇—圖靈論題”提供了實驗平臺，更為后續容錯量子計算機的研制積累必要的可擴展調控技術?！傲孔佑嬎銉炘叫浴笔橇孔佑嬎憔邆鋺脙r值的前提條件，也是當前一個國家量子計算研究實力的直接體現。

在這一全球競爭中，2019年，谷歌聯合加州大學推出53比特超導處理器“懸鈴木”，率先宣稱實現優越性。然而，中國科學技術大學和上海人工智能實驗室的科學家聯合團隊隨后通過創新經典算法，將同一任務在超算上的求解時間從一萬年壓縮至數十秒，同時在能耗上少15倍，全面打破了谷歌2019年的“量子霸權”宣稱，重新定義了“量子計算優越性”的邊界。

2020年，中國科大團隊成功研制76光子的“九章”光量子計算原型機[Science 370, 1460(2020)]，在國際上首次在光學體系中實現量子計算優越性，量子優勢比為105，同時克服了谷歌方案中依賴樣本數量的漏洞。次年，中國科大團隊將光子數提升至113，推出可相位編程的“九章二號”，量子優勢比達到1010[PRL 127, 180502(2021)]；同時，中國科大團隊56比特超導原型機“祖沖之二號”[PRL 127, 180501(2021)]也宣告成功，使得中國成為全球唯一在兩條技術路線上均達到量子計算優越性的國家。2023年，“九章三號”再將光子數刷新至255[PRL 131, 150601(2023)]，量子優勢比進一步提升到1016，持續保持領先。

國際方面，加拿大Xanadu公司聯合美國國家標準與技術研究院，采用與“九章”相同的高斯玻色采樣技術，于2022年發布了216光子的“北極光”處理器，成為國際上第二個實現光學體系量子計算優越性的團隊。

圖2 光量子計算的國際競爭態勢

“九章”系列專用量子計算原型機所執行的高斯玻色采樣任務，不僅是展示量子計算優越性的重要模型，還可用于生成容錯量子計算所需的玻色糾錯碼及大規模量子糾纏簇態。然而，在開發大規模量子處理器的過程中，由于編碼線路日益龐大復雜，不可避免的光子損耗一直嚴重制約著系統的可擴展性。

針對這一問題，研究團隊研發了高效率的光參量振蕩器光源和時空混合編碼干涉儀，將1024個高效率壓縮態光場集成到一個時空混合編碼的8176模式線路中，實現了92%的光源效率和51%的系統總效率。該時空混合編碼架構實現了連接度的立方級擴展，使得系統能夠在102461維的巨大希爾伯特空間中進行采樣。這一系列創新使研究團隊獲得了對高達3050個光子的操縱和探測能力，比之前最好結果提升超過10倍。

團隊將實驗結果與當前所有最先進的經典模擬方法進行了對比基準測試，特別是針對利用光子損耗而設計的矩陣乘積態算法。結果表明，“九章四號”生成一個樣本僅需 25微秒，而使用目前世界上最強大的超級計算機“El Capitan”和目前最好的經典算法，需要超過1042年的時間，量子優勢比達到1054量級。“九章四號”成果代表了低損耗光量子處理器在規模和復雜度上的重大飛躍，進一步鞏固了我國在光量子計算領域的世界領先地位。

圖3 九章四號相對目前最快超級計算機的加速比

該論文共同第一作者是劉華亮、粟昊、鄧宇皓、龔思秋。該研究工作受到了國家重大科技專項、國家自然科學基金委、科技部、中國科學院、安徽省、山東省、上海市、山西省和新基石基金會等的支持。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10523-6

來源：中國科學院化學所、陜西師范大學、中國科學技術大學