一周前沿科技盘点〔179〕丨新算法突破黑洞微扰理论引力波计算难题；新型水凝胶实现强韧与超润滑兼得

中国科学院上海天文台团队提出 Jiang-Han 新算法，高效求解黑洞微扰方程，为我国未来空间引力波探测数据分析提供关键支撑。

中国科学院兰州化学物理研究所取得新突破，研发出兼具强韧承载与超润滑特性的新型水凝胶，为人工关节等领域提供了全新材料解决方案。

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179期。

1《Physical Review D》丨新算法突破黑洞微扰理论引力波计算难题

小黑洞持续扰动大黑洞引力场产生引力波示意图

引力波被称为时空“涟漪”，在黑洞受到扰动时产生。扰动主要分为直接撞击和隔空作用两种，小质量黑洞绕中心黑洞运动就是典型的扰动场景。为计算该场景下的引力波，科学家提出黑洞微扰理论，但如何依托该理论精确高效计算引力波，一直是技术难题。

当前天体物理中常见的克尔黑洞，其微扰特性可通过 Teukolsky 方程描述。此前两种主流求解方法各有局限：Sasaki-Nakumura 方法依赖数值积分，计算精度与效率偏低；Mano-Suzuki-Takasugi 方法虽快且准，却在高频段收敛性差，制约了高精度引力波波形的生成。中国科学院上海天文台团队提出基于级数展开的 Jiang-Han 新算法。该算法在保证同等精度的同时，运算速度较主流工具提升几十到几百倍，并能适用于包括复频率在内的任意频率范围。

基于该算法，团队构建了完全相对论框架下的不对称二体系统引力波计算模型，这是目前精度最高、速度最快的完全相对论波形模板，为我国未来的空间引力波探测数据分析提供了关键工具支撑。

原文链接：https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/kkmt-fbjb

2《Advanced Materials》丨新型水凝胶实现强韧与超润滑兼得

可持续超润滑水凝胶研究获进展

天然关节软骨具有高承载和超润滑的特性，为研发人工替代材料提供了仿生灵感。中国科学院兰州化学物理研究所团队提出 “选择性破坏双连续微相限域” 的新设计思路。团队以甲基丙烯酸和甲基丙烯酰胺为单体，通过溶剂交换诱导微相分离的方法，制备出具有双连续微相限域结构的共聚物水凝胶，其弹性模量远超多数已报道的润滑水凝胶。

在保障材料整体强度的基础上，团队针对性破坏了水凝胶表层的微相限域结构。该表层借助强水合作用与熵排斥力，极大降低了界面剪切应力，实现了超润滑性能。该水凝胶还具备自再生润滑能力，摩擦磨损会诱导界面动态解离，持续暴露新亲水链段补充润滑层。在50N高载荷下经历10万次摩擦循环后，材料性能几乎无衰减。双连续微相结构与表面润滑层还具有钝化摩擦裂纹、分散应力的作用，可有效提升材料的耐磨性能和使用寿命。

该研究打破了水凝胶强度与润滑性难以兼得的传统认知，该材料首次实现了超高模量、超低摩擦系数、优异耐磨性及闭环可回收性的集成，不仅适用于人工关节与软体机器人等领域，也为极端环境润滑系统和智能化可持续润滑体系的设计奠定了理论与技术基础。

原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202520620

3《Alzheimer's & Dementia》丨解锁阿尔茨海默病睡眠紊乱的背后密码

阿尔茨海默病早期睡眠障碍机制的工作模型

睡眠—觉醒节律紊乱是阿尔茨海默病（AD）的早期重要生物学标志，但其背后的关键脑区与神经机制尚不明确，制约了早期干预策略的研发。

中国科学院上海有机所团队借助 5xFAD 转基因阿尔茨海默病小鼠模型，综合运用睡眠监测与全细胞膜片钳等技术，发现2 月龄的模型小鼠已出现暗周期特异性觉醒过度和脑状态转换能力下降的症状。研究表明，蓝斑神经元在暗周期的自发放电频率异常升高，其根源是 Aβ 寡聚体干扰了 α2A 型去甲肾上腺素受体的正常功能，导致该受体对具有神经元活性 “刹车” 作用的 Kv4、Kv7 两种电压门控钾离子通道的调节失灵，最终造成蓝斑神经元兴奋性在暗周期异常升高。实验表明，通过药理学手段激活 α2A 型去甲肾上腺素受体，或增强 Kv7 通道功能，能有效恢复蓝斑神经元正常电活动，显著改善模型小鼠的睡眠 — 觉醒节律紊乱。

该研究明确了阿尔茨海默病早期睡眠障碍的关键脑区与作用机制，证实 α2A 型去甲肾上腺素受体与 Kv7 通道可作为早期干预的潜在靶点，为研发精准治疗策略提供了新的科学思路。

原文链接：https://alz-journals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/alz.71127

4《Nature Communications》丨CrSBr 研究揭示磁振子 - 光子协同耦合核心特性

磁振子—光子界面和光子BICs

电子自旋作为量子信息处理与存储的关键载体，其相关研究持续受到关注。二维磁性半导体CrSBr因同时具备强光 — 物质相互作用和磁 — 电子耦合效应，成为自旋电子研究的新方向。中国科学院半导体所团队针对其展开研究，在 CrSBr 一维超表面中构建出磁振子 — 光子界面。该超表面内的束缚态与激子强耦合形成激子极化激元，其能量和辐射特性可通过外部磁场调控。

团队通过瞬态角分辨反射光谱测量发现，相干光学磁振子能对激子极化激元能量实现超快调控，还带有动量依赖性，这反映出自旋、磁振子与光子的协同耦合行为。而声学磁振子仅能实现局域化调制，无相干耦合特征，这种差异源于 CrSBr 层间反铁磁结构的磁振子对称性不同。该研究借助 CrSBr 的强光 — 物质相互作用与磁电效应协同效应，实现了激子极化激元的静态和超快调控，还观测到依赖磁振子模式和动量的相互作用，证实了强耦合杂化态的形成，清晰揭示了相关粒子的相互作用特性。

这一成果不仅为理解二维极限下的粒子相互作用提供了物理图像，还为研发基于二维磁性半导体的自旋功能光子及量子器件搭建了新的研究平台。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-68767-9

5《Angewandte Chemie International Edition》丨仿酶催化高效合成绿氨

仿生纳米酶催化剂“接力”催化机理示意图和形貌结构

绿氨是重要化工原料和零碳能源载体，电催化硝酸盐还原反应是合成绿氨的重要途径，还兼具增值与治污的双重作用。中国科学院深圳先进院团队受反硝化细菌中两种酶协同转化硝酸盐为氨的自然现象启发，提出金属团簇 — 金属磷化物纳米粒子双活性位点仿酶催化策略。

该策略通过精准调控双活性位点的临近效应，利用中间体溢流实现 “接力催化”，有效解决了绿氨合成多步反应的动力学失配问题，能在大电流条件下高效合成绿氨。团队构建的 Fe–FexNi2-xP/CeO2 仿生纳米酶催化剂，依托两类活性位点协同分工模拟自然酶催化过程；其中 CeO2 纳米棒载体不仅能稳定双活性位点，还可作为 “质子池” 调控局部反应环境，有效抑制析氢副反应，保障制氨反应高效进行。此外，研究团队利用该催化剂在析氧和硝酸盐还原方面的优异性能，组装出可充电锌 — 硝酸盐电池，将发电与合成氨功能结合，该电池更换锌片后循环充放电性能良好，具备重复使用潜力。

这项研究为高效可持续的绿氨合成提供了新思路，也为锌 — 硝酸盐电池体系开发奠定了材料基础。

原文链接：http://doi.org/10.1002/anie.202525416

6《The Plant Journal》丨水稻籽粒大小调控新机制助力高产育种

GSK2-LARGE1-PGL2/APG通路调控水稻籽粒大小和粒重的工作模型

籽粒大小和粒重是影响水稻产量的核心因素，挖掘相关调控基因并解析其分子机制，对提高水稻产量意义重大。

中国科学院遗传与发育生物学研究所等团队揭示了GSK2-LARGE1-PGL2/APG 通路调控水稻籽粒大小和粒重的新机制。研究发现，LARGE1 是调控水稻籽粒大小和粒重的负调控因子，能够与正调控蛋白 PGL2 相互作用。生化分析显示，PGL2 可与籽粒大小负调控因子 APG 结合，二者形成异源二聚体后，APG 的转录激活活性会被抑制。而 LARGE1 能通过竞争性结合 PGL2，阻止 PGL2 与 APG 形成异源二聚体，进而解除 PGL2 对 APG 转录活性的抑制作用。

该研究系统阐明了这一全新调控通路的作用机理，不仅丰富了水稻籽粒发育的分子生物学理论，更为水稻高产育种提供了重要的理论依据和关键基因资源。

原文链接：https://doi.org/10.1111/tpj.70674

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