science期刊对新冠的论文

目前，全球确诊的新型冠状病毒（COVID-19）病例已激增至超过262万，死亡人数超过18万。临床医生和病理学家正在努力研究病毒是如何在人体中横行造成损害的。根据《Science》统计，新冠病毒主要会攻击人类的 8 大器官。

近日的《science》上，特约撰稿人Meredith Wadman、Jennifer Couzin-Frankel等人针对「新冠影响的人体器官」，撰写了分析文章。「这种病毒几乎可以侵袭人体的任何部位，包括肺、心血管、肾脏、肠和大脑，并造成毁灭性后果，它的凶猛令人害怕。」负责收集COVID-19临床数据的耶鲁大学的心脏病专家Harlan Krumholz说。

被感染的人可透过咳嗽等排出含病毒的飞沫，被他人吸入时，新型冠状病毒就会进入鼻腔和咽喉。研究人员发现，鼻腔中富含病毒的受体，借由这个途径，病毒进入细胞大量繁殖。接着，患者可能会发烧、咳嗽、喉咙不舒服、嗅觉和味觉丧失或头部和身体疼痛。

在入侵初始阶段，如果患者自身免疫系统无法抵抗SARS-CoV-2，病毒就会沿气管攻击肺部，肺泡细胞同样富含ACE2受体。

一般来说，氧气会穿过肺泡进入微血管，然后被运输至身体其他部位。但随着病毒入侵，处于免疫系统一线的白血球会释放炎症分子，同时召唤免疫细胞杀死被病毒感染的细胞，最终产生大量包含死细胞的积液，发展为急性呼吸窘迫症候群（ARDS ）。

这时候，患者血液中的氧气会急剧下降，导致呼吸困难，并出现咳嗽、发热等症状。尸检也观察到，新冠病毒死亡患者的肺泡中充满了积液、白血球。最后这些患者可以说是被自己的肺「溺死」的。

（参考：新冠肺炎／感染者死状痛苦！第一线医师：本质上跟淹死一个道理）

除攻击肺部外，病毒感染触发的免疫系统，会导致某些细胞的表现数量远超过需要，开始攻击健康组织，这时候可能发生血管渗漏、血压下降、凝血及器官衰竭等。一些临床研究也表明，新冠住院患者血液中，这些炎症诱导细胞因子明显升高。

病毒还会攻击心脏和血管，3月25日在《JAMA Cardiology》上发表的一篇论文，分析武汉416例患者中，近20％的患者出现心肌损害。4月10日发表在《Thrombosis Research》上的一篇研究表明，荷兰ICU的184患者中，38％存在血液异常凝结。

凝结的血块可能破裂并落在肺部，导致肺栓塞，或进入大脑引起中风，使得疾病发展更为严重。感染也可能导致血管收缩，进而导致手指和脚趾等肢体末端出现局部缺血，发生肿胀、疼痛和组织死亡。

心脏和血管壁，就像鼻子和肺泡一样，也富含ACE2受体，病毒可能会直接攻击，或由于肺功能损害导致缺氧进而损害血管，或过度的免疫因子可能会破坏心脏。这可能也解释了为什么先前患有糖尿病、高血压等慢性病导致血管造成损伤的患者，面临更高的严重疾病风险。

拥有ACE2受体的肾脏也是病毒攻击的另一个靶标。研究发现，武汉市及其附近的近200名住院患者中，有59％的出现肾脏受损。尸检患者的肾脏中也检测到病毒颗粒，表明其可能存在直接的病毒攻击。不过，呼吸器、用于患者治疗的抗病毒药物瑞德西韦，及免疫自身攻击也会增加肾脏损害的风险。

（参考：新冠肺炎恐攻击肾脏！一次看懂全台9万洗肾者如何自保）

除此之外，病毒感染还能影响大脑及中枢神经系统，ACE2受体同样存在于神经皮质和脑干中。4月3日，发表在《InternationalJournal of Infectious Diseases》上的案例研究，报告了一名发展为脑膜炎和脑炎的患者的脑脊液中发现了新的冠状病毒。一些患者会暂时失去意识、中风或丧失嗅觉。但尚不清楚该病毒在什么情况下，会穿透大脑并与这些受体相互作用。

（参考：新冠患者出现「脑坏死」！义大利病人咳嗽发烧前就精神错乱）

病毒也能到达肠道被ACE2识别并进行复制，感染消化道内壁，导致腹泻及结肠损伤。目前有在患者粪便中，发现了病毒RNA，发表在《The American Journal of Gastroenterology》中一篇论文中，在一名患者的胃、十二指肠、及直肠细胞中均检测到该病毒的蛋白外壳。

（新冠肺炎／尿液分离出病毒！钟南山团队最新研究出炉）

肠道不是病毒在身体中行进的终点，目前尚未明确病毒是否可直接侵入眼睛，但多达三分之一的患者会发展成结膜炎；也有住院中心超过一半的患者出现肝脏受损。

这篇文章对患者的早期诊断，病理及生理方面针对性治疗，改善预后等均具有重要参考价值。医生和科研人员对病毒对人体造成的破坏仍然还在持续观察、探索和研究中，从显微镜下的组织探测到对患者的药物测试，这可能需要长时间的艰苦研究。相信能随着科学的发展，能探索出更有效的治疗方法。

Science杂志是一个医学期刊，专门刊发一些医学著作、论文。人们通过医学研究在医学上有新的发现，会分析、整理、总结研究过程和结果。Science杂志刊登的文章都是当前人类面临的一些在医学上的困扰和解答，或者是刊登一些在医学上的研究发现和医学研究的一些新进展。这是一本很有权威的医学期刊，通过多方面的研究和实验证明医学发现。

现在全球都面临着新冠肺炎疫情，我们都迫切希望疫苗能够快点研制成功并且可以投入使用。最近Science杂志就刊登了关于新冠肺炎疫苗试验的新进展。文章撰写了关于感染新冠病毒疫苗的试验效果，通过对感染者志愿者使用新研制的疫苗，然后再观察使用疫苗效果。像新冠病毒疫情这么严重的话题，只有通过这么有权威的医学杂志刊登，才能更让人信服。

Science杂志一直关注人类身体健康问题，杂志文章内容也比较通俗易懂，不会说所有文章都像论文一样难懂。杂志的初衷就是力求让社会人类都能了解关于医学的问题，关注自己健康问题。比如熬夜对人身体影响一直都是我们关注的话题，当今社会很多年轻人、中年人都会熬夜，我们一直知道熬夜对身体不好，但是一直也没有认真了解过熬夜会对人类造成什么影响。

Science杂志曾经就研究过熬夜、睡眠质量不好会影响大脑，大脑没有休息好可能会影响体力和记忆力。Science通过科学研究证实熬夜对大脑的影响，甚至影响身体机能。Science杂志让我们相信科学，我们常常听说熬夜会变笨、会变迟钝，这些都是有科学依据的。Science杂志就是通过医学研究解答我们想了解的医学问题。

编译 | 未玖

Science , 23 APRIL 2021, VOL 372, ISSUE 6540

《科学》 2021年4月23日，第372卷，6540期

物理学 Physics

Josephson junction infrared single-photon detector

约瑟夫森结红外单光子探测器

作者：Evan D. Walsh, Woochan Jung, Gil-Ho Lee, Dmitri K. Efetov, Bae-Ian Wu, . Huang, et al.

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摘要

约瑟夫森结是用于高灵敏度磁强计和电压放大器的超导器件，也是高性能低温计算机和超导量子计算机的基础。虽然因库珀对断裂产生的准粒子会降低器件性能，但这种现象也为灵敏探测电磁辐射提供了机会。

研究组演示了通过将光子耦合到石墨烯基约瑟夫森结的局域表面等离子体来探测单个近红外光子。利用电流偏置器件的光子诱导开关统计，研究组揭示了吸收光子产生的准粒子在探测机制中的关键作用。

光子灵敏度将为未来的超导计算架构提供高速、低功耗的光互连。

Abstract

Josephson junctions are superconducting devices used as high-sensitivity magnetometers and voltage amplifiers as well as the basis of high-performance cryogenic computers and superconducting quantum computers. Although device performance can be degraded by the generation of quasiparticles formed from broken Cooper pairs, this phenomenon also opens opportunities to sensitively detect electromagnetic radiation. We demonstrate single near-infrared photon detection by coupling photons to the localized surface plasmons of a graphene-based Josephson junction. Using the photon-induced switching statistics of the current-biased device, we reveal the critical role of quasiparticles generated by the absorbed photon in the detection mechanism. The photon sensitivity will enable a high-speed, low-power optical interconnect for future superconducting computing architectures.

Higher-dimensional supersymmetric microlaser arrays

高维超对称微激光阵列

作者：Xingdu Qiao, Bikashkali Midya, Zihe Gao, Zhifeng Zhang, Haoqi Zhao, Tianwei Wu, et al.

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摘要

随着集成光子学元件数量的增加，复杂度的非线性缩放是阻碍大规模锁相激光阵列的主要障碍。

研究组开发了一种高维超对称形式，用于精确模式控制和非线性功率缩放。这种超对称微激光阵列具有所有倏逝波耦合微环激光器的锁相相干性和同步性，可在基本横向超模中集体振荡，从而实现高辐射、小发散和单频激光发射，且能量密度提高两个数量级。

研究组还证明了构造高辐射涡旋激光束的可行性，即充分利用光的空间自由度提高激光器的性能。该研究方法为在经典和量子两种状态下设计大规模集成光子系统提供了一条新途径。

Abstract

The nonlinear scaling of complexity with the increased number of components in integrated photonics is a major obstacle impeding large-scale, phase-locked laser arrays. Here, we develop a higher-dimensional supersymmetry formalism for precise mode control and nonlinear power scaling. Our supersymmetric microlaser arrays feature phase-locked coherence and synchronization of all of the evanescently coupled microring lasers—collectively oscillating in the fundamental transverse supermode—which enables high-radiance, small-pergence, and single-frequency laser emission with a two-orders-of-magnitude enhancement in energy density. We also demonstrate the feasibility of structuring high-radiance vortex laser beams, which enhance the laser performance by taking full advantage of spatial degrees of freedom of light. Our approach provides a route for designing large-scale integrated photonic systems in both classical and quantum regimes.

材料科学 Materials Science

Broadband directional control of thermal emission

热辐射的宽带定向控制

作者：Jin Xu, Jyotirmoy Mandal, Aaswath P. Raman

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摘要

控制远场热辐射的发射方向是一个重大挑战。光子策略使热辐射在窄带宽上具有角度选择性，但热辐射是一种宽带现象。将发射的热辐射限制在宽频带上固定的窄角范围内的能力，是一种重要但欠缺的能力。

研究组引入了能对热发射进行广谱定向控制的梯度e近零（ENZ）材料。他们演示了两个由多种氧化物构成的发射器，在一系列波长范围（到微米，到微米）的p-偏振中，它们具有较高（>，>）的定向发射率（60 至75 ，70 至85 ）。

这种宽带定向发射主要在高发射率方向上，实现了有意义的辐射热传递。解耦对角度和光谱响应的传统限制提高了热伪装、太阳能加热、辐射冷却和废热回收等应用的性能。

Abstract

Controlling the directionality of emitted far-field thermal radiation is a fundamental challenge. Photonic strategies enable angular selectivity of thermal emission over narrow bandwidths, but thermal radiation is a broadband phenomenon. The ability to constrain emitted thermal radiation to fixed narrow angular ranges over broad bandwidths is an important, but lacking, capability. We introduce gradient epsilon-near-zero (ENZ) materials that enable broad-spectrum directional control of thermal emission. We demonstrate two emitters consisting of multiple oxides that exhibit high (>, >) directional emissivity (60 to 75 , 70 to 85 ) in the p-polarization for a range of wavelengths ( to micrometers, to micrometers). This broadband directional emission enables meaningful radiative heat transfer primarily in the high emissivity directions. Decoupling the conventional limitations on angular and spectral response improves performance for applications such as thermal camouflaging, solar heating, radiative cooling, and waste heat recovery.

地球科学 Earth Science

Assessing China’s efforts to pursue the C warming limit

评估中国追求 控温极限所付诸的努力

作者：Hongbo Duan, Sheng Zhou, Kejun Jiang, Christoph Bertram, Mathijs Harmsen, Elmar Kriegler, et al.

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摘要

通过进行多模型研究，研究组发现与“无政策”情况相比， 温控目标要求中国将碳排放和能源消耗分别减少90%和39%以上。在实现接近零排放方面，负排放技术发挥着重要作用，到2050年，碳捕获需平均占总减排量的20%。

研究组的多模型比较揭示了各部门在必要减排方面的巨大差异，而一致的是，要求电力部门在2050年前实现完全脱碳。交叉模型平均值表明，考虑到 升温极限，到2050年，中国累计政策成本可能达到国内生产总值的至。

Abstract

Given the increasing interest in keeping global warming below C, a key question is what this would mean for China’s emission pathway, energy restructuring, and decarbonization. By conducting a multimodel study, we find that the C-consistent goal would require China to reduce its carbon emissions and energy consumption by more than 90 and 39%, respectively, compared with the “no policy” case. Negative emission technologies play an important role in achieving near-zero emissions, with captured carbon accounting on average for 20% of the total reductions in 2050. Our multimodel comparisons reveal large differences in necessary emission reductions across sectors, whereas what is consistent is that the power sector is required to achieve full decarbonization by 2050. The cross-model averages indicate that China’s accumulated policy costs may amount to to of its gross domestic product by 2050, given the C warming limit.

Global groundwater wells at risk of running dry

全球地下水井面临干涸风险

作者：Scott Jasechko, Debra Perrone

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摘要

地下水井为数十亿人提供水源，但当地下水位下降时，它们可能会干涸。

研究组分析了全球约3900万口水井的施工记录。结果显示，6%到20%的水井深度不超过地下水位5米，这意味着如果地下水位仅下降几米，数百万口水井将面临干涸的风险。

此外，在一些地下水位显著下降的地方，新井的建设深度并不比老井深，这表明如果地下水水位继续下降，新井和老井一样也有可能干涸。深层含水层的水质差，建设水井成本高昂，这限制了开采深层地下水以防止水井干涸时失去水源的有效性。

Abstract

Groundwater wells supply water to billions of people, but they can run dry when water tables decline. Here, we analyzed construction records for ~39 million globally distributed wells. We show that 6 to 20% of wells are no more than 5 meters deeper than the water table, implying that millions of wells are at risk of running dry if groundwater levels decline by only a few meters. Further, newer wells are not being constructed deeper than older wells in some of the places experiencing significant groundwater level declines, suggesting that newer wells are at least as likely to run dry as older wells if groundwater levels continue to decline. Poor water quality in deep aquifers and the high costs of well construction limit the effectiveness of tapping deep groundwater to stave off the loss of access to water as wells run dry.

公共卫生 Public Health

Epidemiological and evolutionary considerations of SARS-CoV-2 vaccine dosing regimes

新冠疫苗给药策略的流行病学和进化研究

作者：Chadi M. Saad-Roy, Sinead E. Morris, C. Jessica E. Metcalf, Michael J. Mina, Rachel E. Baker, Jeremy Farrar, et al.

链接：

摘要

鉴于疫苗剂量短缺和后勤挑战，各国正在提出多种部署战略，以提高人群对SARS-CoV-2的免疫水平。

目前有两个关键问题：通过部分免疫个体累积，第二剂疫苗的注射时间将如何影响感染动力学，以及如何影响病毒免疫逃逸进化的预期。与自然免疫和双剂量免疫相比，两者都取决于单剂量免疫所引发免疫应答的稳健性。

基于现有的免疫-流行病学模型，研究组发现在短期内，集中进行单剂量接种通常可减少感染，但长期结果取决于这种相对免疫的稳健性。之后他们探讨了三种选择方案，发现在部分群体免疫的特定条件下，一剂策略可能会增加抗原进化的潜力。

研究组强调，迫切需要在一剂疫苗接种后检测病毒载量和量化免疫反应，并在全球范围内加强疫苗接种工作。

Abstract

Given vaccine dose shortages and logistical challenges, various deployment strategies are being proposed to increase population immunity levels to severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). Two critical issues arise: How timing of delivery of the second dose will affect infection dynamics and how it will affect prospects for the evolution of viral immune escape via a buildup of partially immune inpiduals. Both hinge on the robustness of the immune response elicited by a single dose as compared with natural and two-dose immunity. Building on an existing immuno-epidemiological model, we find that in the short term, focusing on one dose generally decreases infections, but that longer-term outcomes depend on this relative immune robustness. We then explore three scenarios of selection and find that a one-dose policy may increase the potential for antigenic evolution under certain conditions of partial population immunity. We highlight the critical need to test viral loads and quantify immune responses after one vaccine dose and to ramp up vaccination efforts globally.

世界上比较著名的论文平台Science和nature，世界各个国家各个领域的论文都可以在这两个平台上在此找到，Science在不久之前公布了今年的十大科学突破，科学突破当中我们着重介绍一下医药领域方面有哪些突破。首先第一点是对于新冠病毒疫苗的研究以及对于新冠病毒研究的突破，在全世界陷入恐慌的时候，中国科学家向世界公布了新冠病毒基因组，并且为全世界科学家寻找应对和治愈新冠肺炎疫情奠定了基础。

从此之后很多科学家纷纷投入到新冠肺炎病毒疫苗的研制工作当中，经过长期的临床实验结果，已经研制出足以抑制新冠病毒的疫苗，这也算是在医药领域方面有所突破。

除此之外，就是在医药领域当中研究比较多的糖尿病，在生物医学类当中已经通过β细胞，年轻血液抗衰老以及合成细菌等等成果，通过临床结果，在实验室中第一次成功满足了细胞移植和医药用途所需要的大量生成胰岛素的β细胞，给予临床研究糖尿病机会大大增加，伴随着世界上糖尿病患者越来越多，基本上没有哪些药物可以根治糖尿病，只能够通过胰岛素进行维持，所以说此次实验突破也是该领域迫切需要的一个成果。

对于艾滋病的治疗，世界上的科学家也在积极的探索和研究过程当中，通过人们对于艾滋病的研究发现，一小部分罕见的群体，在感染艾滋病毒之后，能够长期在不使用抗病毒药物控制艾滋病病毒感染的进程，所以说人们通过对于这一小部分罕见群体的研究，揭示了他们不寻常的基因组，通过研究基因编码和顺序，研制出了能够短时间抵御艾滋病病毒的药物，使感染者能在不服用大量药物的前提下生存数十年，这个药物也可以说是在医学领域方面一个巨大突破。

《Science》公布的今年十大科学突破，其中医药领域方面有这些突破:1.迷幻药物可以治疗创伤后应激障碍；2.抗新冠强效药已研发上市，包含默克的Molnupiravir和辉瑞的Paxlovid；3.单克隆抗体可以治疗传染性疾病。

舒兰传染链的产生

舒兰传染链的产生，我们都知道当下疫情是非常严重的，还好我们国内防疫力度比较给力，大部分都控制住了，可是难免会有一些不听话的人，不听劝导到处乱走，导致舒兰传染链的产生，真是非常可恶。

应急响应、风险等级，哪个更靠谱？

5月9日，广东省将重大突发公共卫生事件应急响应级别降至三级。至此，全国仅有北京、天津、河北、上海、湖北、西藏6个省（区、市）保持二级响应，23个省（区、市）已将响应级别调整为三级，青海、新疆则为四级响应。

《国家突发公共卫生事件应急预案》，将突发公共卫生事件划分为特别重大（Ⅰ级）、重大（Ⅱ级）、较大（Ⅲ级）和一般（Ⅳ级）四级。特别重大突发公共卫生事件应急处理工作，由国务院或国务院卫生行政部门和有关部门组织实施；特别重大级别以下的应急处理工作，依次由地方（省、市、县）各级人民政府负责组织实施。

一般来说，应急响应级别下调，表明突发公共卫生事件的范围、性质和危害程度有所降低。但在目前的新冠疫情下，近期并未出现本地确诊病例的北京市、上海市，仍保持突发公共卫生事件二级响应；出现聚集性本地确诊病例的黑龙江省、吉林省，响应级别却为三级，让很多人产生了疑惑。

国内疫情不会再现“小高峰”

近日一些地区的疫情似有抬头：不仅舒兰市、沈阳市发生本地疫情，市东西湖区也出现同一小区的6起确诊病例，中共东西湖区委长青街工委书记、委员张宇新被免去职务。5月11日，吉林市丰满区新增2例本地确诊病例，丰满区风险等级由低风险调整为中风险。

“我认为不会出现小高峰。”吴尊友说，“经过三个多月的努力，我们成功控制新冠以后，获得了很多经验，这些经验就不会让出现零星的病例再造成一定规模的流行。监测系统只要发现病例，及时排查，及时追踪，很快就能把疫情扑灭，应该不会出现小的流行峰。”

另外，以呼吸道症状为主的.传染病，通常的规律是冬季较为严重，这既有外界环境的因素，同时人类在冬季的呼吸道屏障保护相对差，容易引起呼吸道损伤，所以冬季里医院呼吸科总是很繁忙。

徐小元告诉《财经》记者，新冠到夏天可能会有，夏季人们呼吸道保护性比较好，有点能抵抗得住，不太会传播了。

不过，新冠将与人类长期共存，这一观点越来越受到支持。

5月13日，世界卫生组织的例行发布会上，世卫组织卫生紧急项目负责人迈克尔·瑞安说，新冠可能成为长期问题，很难预测何时可以战胜，它可能成为永远不会消失的流行性。

哈佛大学的学者提醒，即使在疫情明显消除的情况下，也应保持对新冠的监测，因为传染、疫情复发到2024年都有可能再度发生。这些学者4月14日发表在国际期刊《科学》（Science）的论文提到，一年中任何时候，新冠都可以引发疫情暴发。

“即使新冠传播在夏季有所减少，我们也不能得出结论认为大流行已经得到控制，因为这种下降可能是暂时的，而且是由于感染控制工作和传播方式的季节性变化共同造成的。”瑞典卡罗林斯卡研究所的传染病控制教授Jan Albert说。

Jan Albert和瑞士巴塞尔大学的研究者也建立了数学模型，认为新冠的传播在春、夏季可能下降，给人以被成功遏制的印象，但到冬季感染者可能再次增长。

狡猾的新冠

近期国内出现的新冠病例，有的更为特殊，显出新冠的“狡猾”之处。比如，5月9日0时－5月10日6时，黑龙江省新增的确诊患者70岁韩某，从4月9日以来，作为确诊患者的密切接触者，一直在哈尔滨医科大学附属第一医院单独隔离治疗，期间7次核酸检测都是阴性，直到一个月后的5月9日，第8次检测，核酸检测才呈现阳性。

另一位住在的89岁高某某，3月17日出现发热、发冷等症状，在家吃药10天后症状消失，4月15日出现食欲不佳、精神不佳，5月7日核酸检测阳性，血清抗体显示IgG阳性。5月9日复查，抗体结果为阳性，认定为新冠确诊病例。专家对各种因素排查分析，认为病因应主要来源于既往社区感染。

新冠的狡猾之处还在于，比如有的患者的眼内，新冠可留存长达20天，浓度下降到检测不出来5天后，在第27天，眼内再次检测到新冠。而且，在鼻拭子中未检测到新冠后，在眼内还能再检测到数天。

发表在《内科学年鉴》（Annals of Internal Medicine）的一项研究认为，新冠感染者的眼液可能含有传染性，因此可能是潜在的感染源，并强调避免触摸鼻子、嘴巴和眼睛，经常洗手等控制措施的重要性。

更需要警惕的是，新冠在感染后会在体内进化，这可能会影响其毒性、传染性和传播性。中国科学院北京基因组研究所等研究机构的学者们建议，尽管宿主内变异如何在人群中传播仍然难以捉摸，但有必要加强对人群中进化和相关临床变化的监测。这一研究发表在国际学术期刊《临床传染病》（Clinical Infectious Diseases）上。

正因新冠复杂，学者们对疫情零星出现做好了心理准备。吴尊友也说，国内出现多个本土病例，这种情况在预料中，“我曾经告诉大家疫情的拖尾会相当长”，近日出现的本土病例也证实了这一点。