2023年7月26-28日，Green Carbon首届编委会暨2023国际绿碳科学大会在青岛召开。Green Carbon顾问委员会委员、中国科学院院士江雷研究员应邀出席并做题为“超浸润体系——量子限域超流：能量转化，化学反应与生物信息传输”的主旨报告。

超浸润体系——量子限域超流：能量转化，化学反应与生物信息传输

生命系统在高效能量转换、信息传递和生物合成等方面表现出超低能耗的特点。为了实现这些超低能耗的过程，在纳米通道(如离子、分子通道)中应该有一种超低电阻率的物质输运，其中离子或分子的定向集体运动(离子/分子超流体)是必要条件。

江雷院士从苏格拉底哲学辩式为切入点，提出道法自然、向自然学习的研究思路，生动地介绍了超浸润体系和量子限域超流的相关概念及研究进展。

 超浸润体系 

江雷院士根据自然界中独特的超浸润性现象，探究科学原理，总结了超浸润现象的三条原理。首先，微/纳米结构和表面能协同作用，疏水材料的粗糙度增加，疏水性增强；亲水材料的粗糙度增加，亲水性增强。其次，液体在纳米结构上的超亲水和超疏水的转变点是液体亲疏的界限，并在此基础上建立了包括64个组合方案的超浸润界面材料体系。最后，从静态浸润转到动态浸润，江雷院士提出表面能梯度、粗糙度梯度和曲率梯度可以增强液体输运动力学过程。

 量子限域超流 

江雷院士通过对一些生命现象的分析去阐释“生命系统如何实现超低能耗的高效能量转换、信息传输和物质合成”这一问题。

首先，针对生命系统如何超低能耗进行能源转换这一问题，江雷院士对电鳗发电现象和心脏复苏现象进行分析，发现机械调制可以导致离子的集团运动，即离子相干共振的宏观量子态。江雷院士还提出超低电阻抗状态的离子集团运动是电鳗不把自己烧死的原因。为了进一步理解这一现象，江雷院士回顾了超导和液氦超流的相干共振的宏观量子态机制及Ginzburg-Landau方程，并提出该方程可以拓展用于描述离子的限域超流。

其次，针对信息传输这一方面，受到如前所述的有序离子在生物通道上的高通量输运和电鳗放电的启发，离子通道中的量子限域离子超流体被认为是生物信息的量子态，而离子通道间的相干性则是作为神经信息的载体。脑电波退相干的周期是6-8小时，从而可以解释为什么人类需要8小时睡眠。另外，周期性环境刺激可以调制该相位，从而引发相干共振，进而调制神经系统及生命活动，比如人类通过学习获得技能就是这一过程的体现。

再次，针对物质合成这一方面，江雷院士提出ATP分解为ADP释放出的频率为~34 THz的光子，可以进一步推动DNA聚合酶纳米腔内的DNA聚合。江雷院士还认为多光子中远红外光化学可以实现超低能耗高通量高选择性生化反应。未来，在不同微孔结构膜的管式反应器中，可以进一步设计由多个中远红外多光子共振驱动的量子化合成，以实现低能耗、高效率的合成。

最后，江雷院士总结提出超低阻抗物质传输(离子/分子定向有序集团运动)是实现超低能耗的高效能量转换、信息传输和物质合成这一过程的必要条件。

江雷 院士

江雷，中国科学院院士、中国科学院理化技术研究所研究员，主要从事交叉科学领域仿生智能界面材料的合成与制备的研究工作，主要涉及仿生特殊浸润性材料、仿生离子通道、仿生能源、仿生轻质高强等方面的研究。1987年毕业于吉林大学物理系固体物理学专业，获学士学位。1990年获吉林大学化学系物理化学硕士学位。1992年至1994年在日本东京大学作为中日联合培养博士生学习，并回到中国获得博士学位。1994年至1996年在东京大学从事博士后研究工作。1996年至1999年任神奈川科学技术院高级研究员。1998年入选中国科学院人才计划。1999年至2015年任中国科学院化学研究所研究员。2015年起任中国科学院理化技术研究所研究员。2008年至2019年兼任北京航空航天大学化学学院院长。2009年当选为中国科学院院士。2012年当选为第三世界科学院院士。2016年，当选为美国工程院外籍院士。2022年当选为澳大利亚科学院外籍院士。2023年，当选为欧洲科学院外籍院士，兼任英国皇家化学学会会士。任Green Carbon顾问委员会委员、Small国际顾问编委会主席、Adv. Funct. Mater.、ACS Nano等杂志的编委。

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江雷院士与Green Carbon | 超浸润体系——量子限域超流：能量转化，化学反应与生物信息传输

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