郑州大学Nature!深圳先进院Nature!
- 2026-04-03 13:45:36
近日，郑州大学金刚石材料与器件团队成功合成出纯相六方金刚石块材，并精确解析了其晶体结构，揭示了全新的相变机制。相关研究成果以“Bulk hexagonal diamond”为题，于北京时间2026年3月5日在线发表在国际学术期刊《自然》（Nature）上。郑州大学物理学院博士研究生来守龙、杨西贵教授和南京大学施九洋博士为该论文共同第一作者，郑州大学单崇新教授、杨西贵教授、程少博教授以及南京大学孙建教授为论文共同通讯作者，郑州大学为第一完成单位和通讯作者单位。
金刚石凭借其最高的硬度、优异的热导率、最快的声传输速度、巨大的禁带宽度、良好的生物兼容性等特点，在磨具磨料、珠宝首饰、散热材料、极端环境光学元件及未来半导体等诸多领域中展现出广阔的应用前景，被誉为“工业牙齿”和“终极半导体”。传统金刚石为立方晶系结构，但1962年，研究者从理论上预测了六方晶系金刚石可能存在。随后，1967年科学家在陨石中发现了一种六方结构的碳同素异形体—六方金刚石，也称为“朗斯代尔石”或“陨石钻石”。理论进一步预言，这种独特的原子堆垛方式赋予其超越立方金刚石的硬度，因而引起了科研人员的广泛关注。然而，天然六方金刚石仅以纳米级颗粒嵌在陨石中，极难分离；其形成源于陨石撞击所产生的极端条件，过程短暂且概率极低。更为关键的是，六方金刚石在实验条件下的形成能垒高于立方金刚石，导致高温高压合成产物多以立方相为主。因此，六方金刚石是否能够独立稳定存在，长期以来一直存在争议，而其本征物性也由于样品尺寸过小，难以通过实验精确测量。这一研究困境直至2025年才取得重要突破：2月，吉林大学刘冰冰教授团队率先报道了六方金刚石块材的合成；同年7月，北京高压科学研究中心毛河光院士团队利用高纯度天然单晶石墨也成功制备出六方金刚石。然而，目前对于六方金刚石的形成机制及其在原子尺度上的精细晶体结构，仍缺乏清晰的认识。
合成的六方金刚石的晶体结构、X射线衍射以及原子级分辨图像
针对上述问题，郑州大学金刚石材料与器件团队科研人员历时五年潜心研究，从设备研制入手，开发出大腔体单轴高压技术，并利用该技术合成出导电金刚石材料。在此基础上，以高定向热解石墨为前驱体，提出石墨层受限滑移的思路，在20 GPa，1300oC条件下成功制备出毫米尺寸纯相六方金刚石。通过同步辐射X射线衍射、球差校正透射电子显微镜及电子能量损失谱等表征手段，系统解析了其晶体结构与成键特征，获得了清晰的原子级分辨图像，证实了其为六方晶系金刚石。并与南京大学孙建教授合作，结合机器学习分子动力学模拟，揭示了六方金刚石的全新相变路径。基于所获得的六方金刚石材料，采用超声波声速、纳米压痕和维氏硬度等方法系统表征了其力学性能，结果表明其维氏硬度和剪切模量均优于传统的立方金刚石。
上述结果被审稿人评价为“truly convincing”,“provide a more complete picture”,“resolve a long-standing controversy on the existence of hexagonal diamond”等。这些来自不同独立研究组的相互印证，进一步证实了六方金刚石人工合成的可行性，不仅为实现长久以来人们合成六方金刚石的夙愿提供了明确方案和关键证据，也为六方相金刚石的规模化制备及其未来应用开辟了路径。
该工作得到了国家自然科学基金、河南省自然科学基金以及郑州大学高层次人才经费等项目资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10212-4
课题组简介：
郑州大学金刚石材料与器件团队主要依托河南省在金刚石超硬材料领域的产业优势，聚焦金刚石领域的前沿科学问题与共性关键技术开展研究。团队一方面探索金刚石领域国际学术前沿，另一方面努力推进产学研结合，部分研究成果在上市公司实现转化。产学研合作结果曾受到中央电视台、新华网、《光明日报》《中国科学报》等媒体报道。
2、Nature | 深圳先进院研发可个性化适配的新型磁流体机器人 为左心耳封堵带来全新方案
文章上线截图
针对这一临床难题，北京时间3月5日，中国科学院深圳先进技术研究院集成所徐天添团队联合中国医学科学院阜外医院潘湘斌团队，在《自然》发表最新研究。合作团队首次研发出了一种可个性化适配所有左心耳类型的磁流体机器人（Magnetofluids），并提出了一种基于液体的心脏左心耳封堵的技术体系。
该研究首次解决了心脏左心耳血栓治疗中面临的“封堵周围漏、器械相关性血栓、心肌损伤、内皮化不完全”等核心痛点，实现了在猪模型上超过10个月的稳定封堵，颠覆了目前临床上使用的基于金属封堵器的封堵手段，标志着左心耳封堵技术从“固体适配”迈向“流体完全封堵”的全新阶段。
磁流体左心耳封堵术示意及封堵效果展示。深圳先进院供图
该研究中，深圳先进院研究员徐天添、吴新宇，阜外医院主任医师潘湘斌、王首正为论文共同通讯作者；浙医二院经血管植入器械研究院特聘研究员王姝（原徐天添团队博士后），阜外医院助理研究员鞠文浩、博士后庄东林，中国科学技术大学博士生陈哲诚（原徐天添团队硕士），深圳湾实验室研究员赵东良为论文共同第一作者。深圳先进院为该研究第一单位。
心脏左心耳是左心房向外延伸的狭长管状结构，具有调节左心房压力、储存血液、参与凝血、维持心脏功能等作用，其内壁凹凸不平的结构易导致血流堵塞，是房颤患者血栓形成的主要原因。
磁流体左心耳封堵体外实验过程
而对于无法使用口服抗凝药的房颤患者来说，左心耳封堵术是降低其中风风险的关键治疗手段。
现有的封堵技术长期面临两大核心挑战：一方面，现有的金属封堵器质地坚硬，需刺破心肌壁才能固定，易导致封堵器周围漏、器械相关性血栓和心肌损伤，硅胶等软封堵器需要过度扩张才能封堵，易破坏心脏内血流动力学；另一方面，左心耳内部布满小梁间隙，不同患者的左心耳形态千差万别，固体封堵器难以完全适配，未封堵的死角仍可能形成血栓，导致患者中风。
一直以来，徐天添团队深耕磁控微型机器人技术。该项技术作为先进制造的前沿技术，凭借无线操控、微创介入、精准靶向等优势，成为解决微创介入诊疗临床痛点的重要方向。团队常年与多个临床团队积极开展合作，致力于通过磁控技术实现临床难题的突破。
2023年11月的一天，徐天添团队正在围绕原位固化的磁流体机器人展开实验，恰逢潘湘斌团队来访交流。徐天添团队在交流中了解到了左心耳封堵的临床难题。
“普通流体材料难以对抗血流冲刷和心跳挤压，难以实现安全封堵，如果利用磁流体这类新型材料，巧妙地利用外磁场作用以及本身的自适应塑形能力，或许能克服解决左心耳封堵的临床难题。”徐天添说道。
潘湘斌团队研发的超声引导介入技术体系可以实时显示心脏内部结构，为植入磁流体，提供了关键引导路径。双方一拍即合，迅速开展实验研究。
团队在离体猪上完成初步验证后，对初版磁流体的磁性、流动性、固定性等方面进行了改进和优化，最终研发出了一款新型磁流体机器人。该机器人可以经心脏介入导管进入左心耳中，在磁力牵引下，能成功对抗高速血流和剧烈心跳带来的干扰。与血液接触后，它能快速原位固化，继而形成完全贴合左心耳形状的磁凝胶，对出血部位完全封堵。
“从研究设想到实验落地，再到论文投稿、返修、上线，整个过程持续了两年多的时间。”论文共同第一作者王姝回忆。
在研发过程中，团队发现磁流体机器人在临床上实现左心耳封堵还存在诸多挑战。为此，他们以钕铁硼颗粒为磁响应材料，乙烯-乙烯醇共聚物的二甲基亚砜溶液为基载液，通过仿真、体外实验确认合适的磁铁及覆盖位置，并创新地通过聚乙烯醇粉末调控磁流体，以促进心内膜的生长。团队通过聚焦临床实际需求，构建起了完善的磁流体左心耳封堵技术体系，填补了该领域内的技术空白。
此外，由于大鼠无法实施介入手术，需开胸后直接注射封堵，对科研人员的操作精度要求极高；在猪模型验证实验中，猪与犬体型、生理结构迥异，需格外注意磁场摆放位置、磁流体固化时间，每次实验都要进行充分的术前评估、反复预演。两年多的时间里，研究团队常常在深圳、北京两地多次往返，彻夜讨论、通宵实验成为了研究工作的常态。
磁流体磁响应效果测试中。阜外医院供图
验证效果显示，这一新型磁流体机器人对左心耳的封堵效果优于作为临床最广泛使用的传统金属封堵器。
研究人员在8头巴拿马猪、30只SD大鼠，以及比格犬的跨物种验证中发现，该材料在实验动物介入手术中无明显出血和心率异常。3D重建显示，新型磁流体机器人能够彻底封堵左心耳血栓，适用于各种复杂形态的左心耳。磁流体机器人在猪模型上植入2至10个月后，固化后的磁凝胶表面可形成光滑完整的心内膜，解剖学显示，无器械相关性血栓形成和心肌损伤，为团队提出的磁流体封堵术的有效性和安全性提供了有力支撑。
审稿人对该成果评价道，该研究将为左心耳封堵术确立全新策略基础，有望解决现有器械面临的诸多问题。
DSA(数字减影血管造影)拍摄的巴马猪体内磁流体左心耳封堵实验过程。深圳先进院供图
中国心房颤动管理指南（2025）指出，全球房颤患者人数约为5970万例。其中相当比例的患者因左心耳形态复杂、高龄、出血风险高等因素，无法耐受传统金属封堵器的植入。现有的金属封堵器即使有不同的型号，也难以完全适配临床上复杂形态的左心耳。研究团队提出的新型磁流体封堵术有望为临床上左心耳封堵术的实施策略带来新思路。
徐天添表示，该研究开创了左心耳血栓“液体封堵”的介入治疗新模式，为复杂腔隙的完全封堵提供了新范式，是一次工程科学与医学交叉结合的成功案例。
潘湘斌表示，该研究解决了传统封堵技术的核心痛点，为房颤患者，尤其是左心耳形态复杂、无法耐受传统封堵器的患者提供了更安全、长效的卒中预防方案，可减少二次手术风险和医疗成本。
未来，研究团队将进一步围绕左心耳封堵后磁凝胶表面内皮的生成机制，以及更长期的安全性方面展开探索，并推动该新型磁流体向临床应用进行转化。
