一周前沿科技盘点〔138〕｜新型纳米湿度传感器为心肺健康评估带来革新；宇宙伽马暴中发现神秘2.1 MeV能量发射线

呼吸检测对健康和运动状态至关重要，但传统传感器灵敏度有限。中国科学院微电子研究所团队开发的纳米森林湿度传感器，以其高灵敏度和结合机器学习的识别能力，为智能健康监测带来新可能。

近期，科学家利用费米卫星数据在伽马暴GRB 221023A中发现了一条2.1 MeV的发射线，这是继GRB 221009A后第二次在伽马暴中探测到MeV能段的发射线，为理解伽马暴的物理机制及喷流成分提供了新线索。

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138期。

1《Microsystems & Nanoengineering》丨新型纳米湿度传感器为心肺健康评估带来革新纳米森林湿度传感器及其运动识别智能应用

中国科学院微电子研究所研究员黄成军和毛海央团队在纳米森林传感器及其应用研究方面取得进展。

呼吸是支持人类生命活动的重要过程。呼吸频率和深度是反映运动强度的关键指标，呼吸模式与心肺功能相关。呼吸检测可以实时了解运动者的身体状态，避免过度运动或运动不足，还可以评估运动者的心肺健康状况，为制定个性化运动计划提供依据。但是，传统的湿度传感器受限于其结构和材料，存在灵敏度不高等不足。当前，多种应用于呼吸检测的湿度传感器依靠信号频率差异来分辨呼吸状态，这限制了它们识别更多行为种类的能力。

为解决上述问题，该研究开发出纳米森林湿度传感器，利用纳米森林的大表面积、高孔隙率和超亲水特点，使湿度传感器具备响应呼出气体中微弱湿度变化的能力。同时，器件内置加热电阻/热敏电阻，可为传感器提供适当的工作温度，并可实时监测呼吸气流温度，且通过温度补偿使响应更为准确。进一步，研究基于这一新型湿度传感器，并结合机器学习算法构建出运动识别智能系统，能够实现对9种不同运动状态的高准确率识别。

这一工作展现出纳米森林湿度传感器的应用潜力，为智能可穿戴设备和健康监测等技术领域的发展提供了新的技术方案。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41378-024-00863-6

2《Nature Communications》丨宇宙伽马暴中发现神秘2.1 MeV能量发射线

GRB 221023A在Fermi-GBM触发后8秒到30秒时间间隔内，采用Band+Gaussian函数拟合得到的νFν能谱图

近期，中国科学院紫金山天文台的研究人员在伽马暴兆电子伏特（MeV）谱线研究领域取得了重要进展。他们利用费米卫星伽马射线暴监测器（Fermi-GBM）的数据，在一次名为GRB 221023A的伽马暴事件中发现了一条能量约为2.1 MeV的发射线。这是继GRB 221009A后第二次在伽马暴能谱中探测到MeV范围内的发射线，为探索伽马暴的起源和辐射机制提供了新的视角。

伽马暴是宇宙中最为剧烈的伽马射线爆发现象之一，尽管已有不少研究成果，但其确切起源及背后的物理过程仍有许多未解之谜。伽马暴的前身星是什么？产生这些伽马射线的具体机制又是什么？这些问题都亟待解答。而此次发现不仅丰富了我们对伽马暴的理解，还为进一步探讨其中心引擎、喷流结构及其辐射过程等提供了宝贵线索。

具体而言，在GRB 221023A的瞬时辐射阶段，研究人员在其能谱中识别出一条显著性极高的发射线特征，这一特征出现在Fermi-GBM触发后的8至30秒内，对应的偶然概率低于1×10^-7。与首次发现的MeV发射线相比，这次的发射线中心能量几乎不随时间变化，但宽度随着时间推移呈现减小趋势，这为研究伽马暴中的谱线形成机制提供了新视角。

此外，根据观测数据推测，该MeV发射线可能是由伽马暴喷流中的相对论性高原子序数类氢离子中激发态电子退激产生的。通过假设喷流的半张角θj=0.1rad和红移z=0.1，研究团队估算出伽马暴喷流的洛伦兹因子大约为280，且喷流中含有约1.2×10^26克的重核物质，其动能约为3×10^49尔格。这一发现表明，伽马暴喷流可能富含大量相对论性的重子物质，它们或许是高能宇宙线的重要来源之一。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-57791-w

3《Nature Immunology》丨肠道微生物调节中性粒细胞衰老，揭开肿瘤性别差异的秘密

中性粒细胞衰老调节肿瘤性别二态性模式图

中国科学院上海营养与健康研究所的肖意传和秦骏联合深圳先进技术研究院的刘陈立等研究人员，利用多组学技术结合动物模型，揭示了肠道菌群影响下的中性粒细胞衰老在调控实体肿瘤性别二态性中的关键作用。临床数据表明，非生殖系统肿瘤在男性中的发病率和致死率普遍高于女性，但其背后的具体免疫机制尚未明确。

研究团队通过单细胞测序技术分析雌雄膀胱癌小鼠模型，发现中性粒细胞在肿瘤中的浸润存在显著性别差异，并鉴定出一群与年龄相关的衰老样中性粒细胞亚群（RLSNs）。相较于非衰老中性粒细胞，RLSNs展现出更强的免疫抑制能力，尤其在雄性小鼠肿瘤微环境中更为富集，导致抗肿瘤免疫反应减弱。TCGA数据分析进一步证实，膀胱癌患者中RLSNs的存在与较差的总生存期相关。特异性去除RLSNs可消除雌雄小鼠间肿瘤生长的差异，证明中性粒细胞衰老对肿瘤性别差异的影响。

研究还发现，雌性小鼠肠道中Alistipes shahii这种细菌及其代谢产物鲁拉西酮水平较高，该代谢物能直接靶向RLSNs中的LCN2蛋白，促进铁死亡，从而清除雌性小鼠肿瘤中的RLSNs。相反，雄性小鼠由于缺乏A. shahii和鲁拉西酮，RLSNs的铁死亡被抑制，在肿瘤微环境中积累并抑制抗肿瘤免疫。此外，雄性体内RLSNs分泌的LCN2蛋白还能进一步抑制对铁敏感的A. shahii，减少其在体内的含量。

这项研究表明，由肠道菌群调节的中性粒细胞衰老过程通过影响铁死亡来调节肿瘤性别二态性，为制定针对男女膀胱癌患者的差异化治疗策略提供了理论基础和潜在分子靶标。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41590-025-02126-6

4《Nature》丨旧电池“返老还童”新技术问世

阴/阳离子活性中心与材料热膨胀性的关系示意图

为了发展下一代高比能锂电池技术，寻找高比容量、高工作电压正极材料，提升锂电池能量密度成为学界研究热点。

日前，中国科学院宁波材料技术与工程研究所动力锂电池工程实验室刘兆平研究员、邱报副研究员等人，在下一代锂电池高比容量富锂锰基正极材料研究方面取得了突破性进展。

富锂锰基正极材料因其远超现有磷酸铁锂和三元材料的放电比容量，以及显著的成本优势，被视为下一代锂电池的发展方向。然而，其在多次充放电后出现的老化现象——电压逐渐下降，限制了商业应用。老化问题源于氧离子位置变化导致能量未能完全释放，使得电池虽看似没电却仍储存部分能量，影响了使用寿命和效率。

研究人员发现了一种解决方法：通过利用富锂锰基正极材料的“负热膨胀”特性，在适当升温条件下可使材料结构从无序恢复至有序状态，从而消除外部应力对材料的影响。基于此，团队设计出了“零热膨胀”的正极材料，该材料在温度变化时几乎不发生体积变化，为提高锂电池寿命提供了新思路。

此外，研究团队还开发了一种让老化的富锂锰基电池“返老还童”的方法，即在非满充电状态下循环数次，能够修复正极材料的结构损伤并恢复电池的平均放电电压。这一发现不仅促进了电池领域的基础科学进步，也对功能材料的设计提供了新的指导原则，具有跨学科意义。结合先进实验技术和人工智能，未来有望实现按需定制材料，推动电动汽车锂电池等技术的发展。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-025-08765-x

5《JACS》丨研究发现温室气体六氟化硫的有效替代品

中国科学院大连化学物理研究所研究员董文锐、杨学明团队，联合贵州民族大学教授龙波、美国明尼苏达大学教授Donald G. Truhlar，在克里奇中间体双分子反应动力学研究中取得新进展。他们发现全氟异丁腈在大气中主要通过与克里奇中间体反应途径被消耗，为评估全氟异丁腈作为六氟化硫替代气体提供了科学依据。

六氟化硫因其卓越的绝缘性能广泛应用于电力设备中，但它也是最强效的温室气体之一。寻找既具备良好绝缘性能又环境友好的替代物是减缓气候变化的关键。全氟异丁腈是一种无毒化合物，有着良好的绝缘性能和较低的全球变暖潜能值，是最有可能替代六氟化硫的介质绝缘气体之一。

这项工作中，科研人员对克里奇中间体与全氟异丁腈的反应进行了系统研究，通过测量反应速率常数随温度的变化，并结合最新的电子结构计算及双层次动力学理论，发现如果将克里奇中间体反应作为新的清除途径，并将其纳入全球大气模型中，全氟异丁腈的大气寿命将从原先估计的56年大幅降至2至34.5年。理论模拟与实验测量结果高度一致，表明利用最新的电子结构计算和反应动力学理论方法，能够准确预测高反应活性物质的反应速率常数，并为理解复杂反应体系提供了可靠的理论框架。

该工作进一步确认了全氟异丁腈的低碳特性，证明其是温室气体六氟化硫的有效替代品。

原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c01737

6《National Science Review》丨新材料具备早期火灾主动预警和被动防火双重功能

仿珍珠母氧化铝-氰酸酯复合材料的制造和微观结构表征

中国科学技术大学俞书宏院士团队提出了一种结合原子掺杂设计与仿生结构设计的策略，制备出具有早期火灾主动预警和被动式阻燃双重功能的仿珍珠母氧化铝-氰酸酯复合材料。这种材料模仿了天然珍珠母的高度有序“砖-泥”结构，并引入矿物桥增强机制，以实现高强度与韧性。

通过可控固溶反应合成铬原子掺杂的氧化铝微米片作为仿珍珠母结构中的“砖”，这些基元展示了独特的可逆热致变色特性，同时实现了固溶强化效应。这不仅增强了材料的机械性能，还赋予其在250℃条件下9秒的响应时间，适用于早期火灾预警。此外，高度有序的结构有效阻碍了氧气传导，达到了50%的极限氧指数，提供了优异的阻燃性能。

研究中采用了基于机器学习的K-means模型图像识别技术，确保了仿生复合材料的精准制备。这种材料在保持高弯曲强度和断裂韧性的同时，集成了早期火灾预警和被动阻燃功能，构建了一个主动-被动协同防护体系。这使得该材料不仅能够承载结构负荷，还能提供智能防护，特别适用于智能火灾预警系统领域。

这项工作表明，通过将结构设计与功能设计相结合，可以开发出具备主动早期火灾预警和被动阻燃功能的新一代高性能多功能材料。这种方法为复杂恶劣环境下的智能火灾预警系统的材料设计开辟了新的路径，具有重要的现实意义和应用前景。

原文链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwaf098

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