基于无序结构的计算光谱仪已成为满足集成光谱仪需求的有前景解决方案，提供高性能并提高对制造变化和温度波动的抵抗力。然而，当前的计算光谱仪由于依赖蛮力随机设计无序结构而变得不切实际，导致无法控制、不可复制且性能不佳。在这项研究中，我们通过引入一种创新的逆向设计方法彻底改变了现有范式。通过利用逆向设计的强大功能，我们成功地将其适用于优化由多个相关组件组成的复杂系统，这些组件具有复杂的光谱响应。该方法可应用于广泛的结构。我们通过实现一种基于干涉效应的新型无序结构的光谱仪验证了这一点，该结构表现出可忽略的损耗和高灵敏度。对于给定结构，我们的方法在光谱分辨率上提高了12倍，并将滤波器间的交叉相关性减少了四倍。最终的光谱仪展现了可靠和可复制的性能，能够精确确定结构参数。
生态系统正因人类过度捕捞和森林砍伐等不可持续活动而经历前所未有的持续性恶化，这种破坏对生态系统稳定性的影响仍未明确。尽管在系统相变和临界点的实验与理论研究方面取得了进展，但在分析和理解衰亡链（即由过度开发引发的物种灭绝序列）方面仍缺乏有效的理论工具，特别是在大规模非线性网络系统中。本研究开发了一种数学工具，用于预测多种开发情境下生态系统的相变和衰亡链，并在26个不同规模和密度的真实互利网络中进行了验证。研究发现，生态系统在开发过程中经历了五个阶段：安全、部分灭绝、双稳态、三稳态和崩溃，由此可以为退化或崩溃的系统设计最优恢复策略。此外，我们使用一个历时20年的大叶藻恢复项目数据集验证了该方法。令人意外的是，我们还在开发率和竞争强度的相图中发现了一个特定区域，在该区域内开发更多物种反而能够提高生物多样性。该计算工具为在保护或恢复互利生态系统生物多样性的前提下制定采伐、捕捞、开发或森林砍伐计划提供了有价值的见解。
化石能源为人类文明的演进提供了重要的能量和物质基础。随着人类对能源需求由高碳向低碳、无碳过渡，交通能源的结构发生革命性变化，化石能源的能源属性将逐渐减弱，物质属性将逐渐增强，石油化工的加工基础、科学理念和思路将发生重大调整，石油化工工业将得到高度重塑。在此背景下，本研究尝试站在历史的角度去重新审视石油化工的演化规律，理清历史成因、发展脉络及在未来发展中可能面临的挑战，并从能量和物质的科学本质出发构建了基于简化工程思维的石油化工路径。本文认为，以石油等为原料，以一氧化碳（CO）为目标产品的新型气化技术和以精准合成化学品为目标的新型碳一化学将成为重要的平台技术并发挥至关重要的作用，在现有石油化工的基础上，通过分阶段、分步骤构建基于新型定向气化和高效碳一化学相结合的新型石油化工至简路径，能够实现碳原子（C原子）的精准管控，大幅度提升原子利用效率，降低分离强度、能量消耗和碳排放，是提升原料的可获得性、工艺可持续性和建设标准化的潜在最优解，将在重塑人类现代石油化工体系，实现石油化工低碳、净零发展中发挥重要作用。
水质系统信息学（WQSI）是以系统控制论为指导来收集与水质有关的数据并将其数字化的新兴交叉学科。它涉及监测影响水质的物理、化学和生物过程，及其在水质系统内的生态影响和相互联系。WQSI深度融合水质工程、信息工程和系统控制工程的理论与方法，以实现水质系统的智慧管控。这种整合以更高的精度和更高的分辨率彻底革新了我们对水质系统的理解和管理。WQSI是数字化时代推动环境工程学科发展的一个新阶段。本文探讨了WQSI的基本概念、研究内容与方法，以及它的学科特征和前景展望等。WQSI的创新和发展对于推动我国产业形态数字化与智能化转型，使我国在环境工程学科乃至生态环境研究领域走在世界前列，具有十分重要的战略意义。
有效去除废水中的芳香族化合物对生态环境保护至关重要。耦合阴极还原与阳极氧化的生物电化学过程被认为是矿化芳香族化合物的一种有前景的方式。然而，传统直流生物电化学方法存在固有局限性。本研究提出了一种低频低电压交流电（LFV-AC）驱动的生物电极，通过周期性原位耦合还原与氧化过程，实现芳香族化合物的生物矿化。以茜素黄R（AYR）的降解为例，受LFV-AC刺激的生物膜展示了高效的双向电子传递和氧化还原双功能性，显著提高了AYR的还原率（63.07% ± 1.91%）和中间产物的矿化率（98.63% ± 0.37%）。LFV-AC刺激促进了高效代谢AYR的微生物组形成，显著提升了擅长偶氮染料还原（如Stenotrophomonas和Bradyrhizobium）、芳香族中间体氧化（如Sphingopyxis和Sphingomonas）以及电子传递（如Geobacter和Pseudomonas）菌属的丰度。功能菌群显著富集了编码偶氮和硝基还原酶、儿茶酚氧化酶和氧化还原介体蛋白的功能基因。本研究证实了LFV-AC刺激在促进偶氮染料生物矿化方面的高效性，为废水中难降解有机污染物的处理提供了一种新颖且可持续的方法。
基于视觉的数字阴影提供了一种高效的监控在用建筑物健康状况的方式。然而，现有研究成果主要仅限于实验室条件。本研究提出了一种基于计算机视觉的数字阴影建模与分析流程，方法在一个真实的工程案例中得到成功应用。在这个案例中，一座345.8米的超高层建筑在正常气象条件下出现了意外振动。本研究利用基于超分辨率单目视觉的三维位移测量建立了该超高层的数字阴影，进而揭示了异常振动的结构动力原理。成果为在实际结构中基于低成本摄像设备实施基于视觉的数字阴影提供了可行的技术路线图。值得注意的是，本研究中描述的超高层建筑异常振动事件是国际上首例，但这类风险在全球超高层建筑中广泛存在。本研究的结果为预防和减轻这类全球风险提供了实用的策略和宝贵的见解，从而有助于延长全球在用建筑物的寿命。此外，随着城市中监控摄像头等普通传感设备数量的增加，所提出的方法可能显著释放普通传感设备在实现从“结构健康监测”到“城市健康监测”的巨大潜力。
随着全球人口老龄化加剧，心血管疾病（Cardiovascular diseases，CVDs）的发病率显著上升。长链非编码RNA（Long Non-coding RNAs，lncRNAs）作为多种病理生理过程中的新型调控因子，近年来备受关注。在本研究中，我们通过RNA测序发现lncRNA锌指E-box结合同源盒1的反义链1（Zinc Finger E-box Binding Homeobox 1 Opposite Strand 1，Zeb1os1）在衰老小鼠心脏、衰老心肌细胞及老年人血液中显著上调。其在人类中的同源物为ZEB1-AS1。研究结果表明，ZEB1-AS1在老年人血液中的水平与年龄呈正相关，但与心脏舒张功能指标E/A比值（Peak E to peak A，E/A）呈负相关。通过沉默Zeb1os1，能够显著改善衰老小鼠的舒张功能障碍及心脏衰老表型。相反，过表达Zeb1os1则导致类似衰老的心脏功能障碍。进一步研究表明，Zeb1os1通过与瞬时受体电位粘蛋白1（Transient Receptor Potential Mucolipin 1，TRPML1）相互作用，促进TRPML1的泛素化降解，进而抑制溶酶体中的钙离子外流，导致溶酶体功能障碍。此外，Zeb1os1保守的功能片段是其在心肌细胞中促衰老效应的关键核心。综上所述，本研究证明Zeb1os1是溶酶体功能障碍及衰老相关心脏损伤的潜在治疗靶点。
胞外囊泡（Extracellular vesicles, EVs）由细胞分泌，广泛存在于体液中，是细胞间通讯的重要载体。近年来，EVs 因具有携带宿主和病原来源的核酸、脂质和蛋白质的能力而受到了广泛的关注。在病原感染过程中，EVs 的组成成分有助于介导病原在靶细胞中的感染、传播和免疫反应。因此，研究 EVs 在病原感染中的作用，对于理解病原-宿主相互作用和开发新的抗病原治疗方法至关重要。这篇综述概述了 EVs 在病原感染、传播和免疫反应方面的研究进展，为在病原感染期间利用 EVs 的生物学特性缓解疾病发生发展提供参考。
农药生态的安全一直是人们关注的热点问题。香草醛是一种广泛应用于食品添加剂的天然香料，其固有的生物安全性和生理功能在医疗领域得到了广泛的应用，并衍生出了大量具有药用活性的衍生物和商业药物。虽然香草醛在医药研发和食品工业中应用广泛，但其在绿色农药开发领域的潜力直到最近才被挖掘出来。值得关注的是，香草醛成为绿色农药研发的理想选择是其具有安全和价格低廉的优点。在此背景下，本文讲述了香草醛转化为一系列创新农用化学品的研究。通过深入研究这些香草醛衍生化合物的设计、合成、作用机制和生物安全性，我们发现了可持续农业的新途径。我们还概述了进一步探索这种物质的可能方向。我们相信，这个关于香草醛的故事将为那些寻求从天然物质中获得创新理念的人提供灵感，尤其是在绿色农药研发领域。
鲍曼不动杆菌因其毒力和持留性常造成严重性感染，特别是在医院的重症监护病房中。随着耐药菌的出现，如今迫切需要开发抗鲍曼不动杆菌感染的新策略和候选化合物。多聚磷酸盐激酶1（PPK1）参与维持细菌抗生素耐药性或耐受性、致病力和逆境生存，是细菌逆境生存所必需的。本研究通过鲍曼不动杆菌毒力和持久性相关的多项表型试验分析，发现根皮素能通过抑制PPK1活性降低鲍曼不动杆菌的毒力和持留性。根皮素降低其滑行运动能力，抑制生物被膜的形成，降低其对氨苄青霉素刺激、热刺激和过氧化氢刺激的抗性。分子模拟和定点突变试验显示，根皮素与PPK1的结合位点是ARG-22、MET-622、ASN57和ARG-65。同时，根皮素处理导致鲍曼不动杆菌的毒力和持留性相关代谢途径发生变化，包括甘油磷脂代谢和脂肪酸生物合成。此外，在小鼠肺炎感染模型中，根皮素能降低鲍曼不动杆菌在肺部的菌载量以缓解小鼠肺炎损伤。这表明具有较高应用前景的根皮素能靶向PPK1抗鲍曼不动杆菌感染。
