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近期，西安交大科研人員在人工裝配體的可逆融合與分裂、中熵合金、“亞洲水塔”地區(qū)水循環(huán)機理、胚胎發(fā)育、2型糖尿病的線粒體表觀遺傳學(xué)、硫族鈣鈦礦光電、有機場效應(yīng)晶體管等領(lǐng)域的研究中接連取得重要進展。

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1 西安交大合作研究成果在《科學(xué)》發(fā)表

發(fā)表期刊

《科學(xué)》

內(nèi)容摘要

融合和裂變行為在生物學(xué)、化學(xué)工程和理論物理學(xué)中已經(jīng)受到廣泛的關(guān)注和研究，用以了解細(xì)胞行為，發(fā)展人工裝配體，以及生產(chǎn)多金屬化合物等。盡管過去人們通過多種方法實現(xiàn)了脂質(zhì)/表面活性劑/有機小分子/聚合物膠束和囊泡的融合和裂變，可逆融合裂變過程的實現(xiàn)仍然是一項巨大的挑戰(zhàn)。對可逆和可控制的融合與裂變的探索將極大地促進刺激響應(yīng)性材料的發(fā)展，這在開發(fā)動態(tài)可變形系統(tǒng)和具有定制化纖維亞結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)材料方面有可觀的前景。

為了實現(xiàn)人工裝配體的可逆融合與分裂，西安交通大學(xué)航天航空學(xué)院劉益?zhèn)惤淌趫F隊聯(lián)合浙江大學(xué)高分子系高超教授團隊聯(lián)合提出了一種溶劑觸發(fā)的形貌調(diào)控策略，以氧化石墨烯（Graphene oxide , GO）纖維為模型，實現(xiàn)了可逆的融合與分裂。相關(guān)成果于5月7日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。

可逆融合與分裂的性質(zhì)有幾個潛在的應(yīng)用展示。首先，制備直徑任意可調(diào)的粗融合纖維，并且隨著融合纖維的直徑增加，力學(xué)性能基本不下降。可作為結(jié)構(gòu)材料，有望在工程領(lǐng)域發(fā)揮力學(xué)優(yōu)勢。其次，可以在不同的纖維基組裝結(jié)構(gòu)間靈活轉(zhuǎn)換。例如，通過可控的融合與分裂，一萬多根GO纖維基組裝體在GO柱與節(jié)點融合的GO網(wǎng)之間轉(zhuǎn)變，也能在融合的GO纖維與復(fù)雜的組裝結(jié)構(gòu)之間變化（圖3A-F）。再者，GO纖維束通過融合與分裂能實現(xiàn)包含與排除各種客體等功能性，如聚丙烯腈短纖（圖3G-J）、亞毫米級的玻璃珠和聚苯乙烯微球等。另外，普通的纖維（包括聚乙烯醇纖維、尼龍、蠶絲、不銹鋼絲、玻璃纖維、玄武巖纖維等）通過GO涂層也能具備這種可逆融合-分裂的特性，進一步擴展了相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的范圍。

論文鏈接

http://science.sciencemag.org/content/sci/372/6542/614.full

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2 西安交大合作研究成果在Nature發(fā)表

發(fā)表期刊

Nature

內(nèi)容摘要

近年來，物理冶金研究的新熱點聚焦在“高熵(或中熵)合金”(high-entropy alloys and medium-entropy alloys,以下簡稱HEA)。涌現(xiàn)出的新科學(xué)問題之一，是HEA與化學(xué)無序的傳統(tǒng)合金的結(jié)構(gòu)不同。其間的化學(xué)相互作用，使原子相互之間傾向于吸引或排斥，即元素原子間有偏好地選擇回避或聚集。其導(dǎo)致的不同程度的局部化學(xué)有序中，化學(xué)短程有序(chemical short-range order, CSRO)可以說是最難破解的。迄今為止，HEA中有很多CSRO的確鑿證據(jù)一直沒有找到，也不清楚CSRO中元素分布特征和原子堆垛構(gòu)型。

近日，西安交通大學(xué)材料學(xué)院馬恩教授、中科院力學(xué)研究所武曉雷研究員和清華大學(xué)電鏡中心朱靜院士等人通過設(shè)計系統(tǒng)且細(xì)致的實驗和計算模擬，首次給出了中熵合金存在CSRO以及CSRO與位錯交互作用的直接觀察證據(jù)。相關(guān)論文以“Direct observation of chemical short-range order in a medium-entropy alloy”為題于2021年4月28日發(fā)表在Nature上。

研究人員利用配備了能量過濾系統(tǒng)的雙像差矯正透射電子顯微鏡，找到合適的晶帶軸，綜合運用選區(qū)和微區(qū)電子衍射、高角環(huán)形暗場(HAADF)高分辨成像及其傅氏變換(FFT)和反傅氏變換(IFFT)、能量過濾暗場成像，以及原子尺度的化學(xué)元素面分布(EDS-Mapping)測試等手段，在中熵VCoNi合金中清晰地看到了CSRO，獲得了CSRO的電子衍射暈圓證據(jù)及其尺寸、組成元素占位和三維構(gòu)型的信息。

此工作首次直接實驗證實了中熵合金化學(xué)短程有序及其與位錯的交互作用，為理解高熵合金的基本微結(jié)構(gòu)特征以及設(shè)計高性能的高熵合金提供了新的思路。

論文鏈接

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03428-z

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3 西安交大科研人員在“亞洲水塔”地區(qū)

水循環(huán)機理研究方面取得重要進展

發(fā)表期刊

Geophysical Research Letters

內(nèi)容摘要

“亞洲水塔”地區(qū)是指喜馬拉雅—青藏高原地區(qū)，該地區(qū)是除南極、北極以外全球第三大冰川、積雪和凍土覆蓋區(qū)，也稱為“第三極”。近年來，“亞洲水塔”地區(qū)氣溫快速升高，發(fā)生冰川退縮、凍土退化、湖泊擴張等現(xiàn)象，引發(fā)了冰湖潰決、洪水、泥石流等重大災(zāi)害，未來水資源短缺的風(fēng)險加劇。因此，在 “亞洲水塔”地區(qū)深入開展水循環(huán)機理研究對于建立我國西南地區(qū)生態(tài)安全屏障，保障糧食安全、推動可持續(xù)發(fā)展，進而實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標(biāo)有重要意義。

近日，西安交通大學(xué)人居環(huán)境與建筑工程學(xué)院地球環(huán)境科學(xué)系青年教師姚瑩瑩與南方科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院講席教授、美國地球物理聯(lián)合會會士鄭春苗，德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校經(jīng)濟地質(zhì)局首席科學(xué)家、美國工程院院士Bridget R. Scanlon教授等團隊密切合作，從青藏高原水循環(huán)過程研究的“盲區(qū)”——地下水系統(tǒng)入手，結(jié)合高原觀測數(shù)據(jù)和數(shù)值模型，系統(tǒng)量化了雅魯藏布江流域地下水對地表徑流的年季貢獻。

該研究成果以“喜馬拉雅山北麓地下水對河流徑流的貢獻作用（Role of Groundwater in Sustaining Northern Himalayan Rivers）” 為題，被地球科學(xué)頂級期刊、Nature Index源期刊《地球物理學(xué)研究快報》（Geophysical Research Letters）接受發(fā)表。

文章作者

西安交通大學(xué)人居學(xué)院姚瑩瑩副教授為論文第一作者，南方科技大學(xué)鄭春苗教授為通訊作者，西安交通大學(xué)為該論文的第一單位。德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校Bridget R. Scanlon教授，西安交通大學(xué)吳一平教授，南方科技大學(xué)匡星星副教授、曾振中副教授，首爾國立大學(xué)Su-jong Jeong副教授，青藏高原研究所李國帥博士等為論文合作作者。

論文鏈接

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2020GL092354

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4西安交大科研人員

在胚胎發(fā)育研究領(lǐng)域取得新進展

發(fā)表期刊

PNAS雜志

內(nèi)容摘要

脊椎動物的早期胚胎是輻射對稱的球體，隨著發(fā)育的進行，這種對稱性逐漸被打破，胚胎開始獲得前后極性，并最終形成一個外觀上明顯的前后圖式：沿著前后軸依次發(fā)育形成頭、軀干和尾巴。FGF、WNT和RA等幾條進化上保守的信號通路控制著脊椎動物早期胚胎的前后圖式形成過程，這些信號的激活可促進后部發(fā)育，而它們的抑制則促進前部發(fā)育。鑒定新的前后圖式形成的調(diào)控因子對于我們理解這一基本的發(fā)育過程具有重要意義。

5月12日，西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)部基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院/轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院腦科學(xué)研究所丁毅課題組聯(lián)合美國加州大學(xué)洛杉磯分校Edward M. De Robertis課題組、清華大學(xué)陶慶華課題組在 PNAS 雜志上發(fā)表題為“The Cytokine FAM3B/PANDER is an FGFR Ligand that Promotes Posterior Development in Xenopus”的文章，該研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞因子FAM3B/PANDER是一個FGF信號的新配體，可在非洲爪蟾早期胚胎中通過激活FGFR/ERK通路促進后部發(fā)育。

該研究鑒定了一個新的FAM3B/FGFR/ERK通路，并證明其在脊椎動物胚胎前后圖式形成過程中發(fā)揮重要作用。FAM3B很有可能在二型糖尿病和癌癥的發(fā)生中也通過這一分子機制起作用。目前，F(xiàn)GFR的多種小分子抑制劑已作為抗癌藥被批準(zhǔn)上市或正在進行臨床試驗，該研究提示這些FGFR小分子抑制劑也可以作為治療FAM3B相關(guān)的二型糖尿病和癌癥的候選藥物。

文章作者

西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)部基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院張芳芳、西湖大學(xué)朱薛辰和清華大學(xué)汪盼為論文的共同第一作者。陶慶華教授、Edward M. De Robertis教授和丁毅研究員為論文的共同通訊作者。西安交通大學(xué)為論文完成的第一單位?；A(chǔ)醫(yī)學(xué)院何青、賈紅、許臨平，西安兒童醫(yī)院黃惠梅和西安交通大學(xué)口腔醫(yī)院趙華翔為論文共同作者。

論文鏈接

https://www.pnas.org/content/118/20/e2100342118

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5 西安交大科研人員在2型糖尿病的

線粒體表觀遺傳學(xué)領(lǐng)域取得重要進展

發(fā)表期刊

Advanced Science

內(nèi)容摘要

2型糖尿病的發(fā)病率在全球范圍內(nèi)日益增加，已成為危害人類健康的重大公共衛(wèi)生問題，而胰島素抵抗是2型糖尿病的基礎(chǔ)和核心環(huán)節(jié)。盡管細(xì)胞核DNA的表觀遺傳學(xué)修飾參與胰島素抵抗的機制已有大量研究，但線粒體DNA表觀遺傳學(xué)修飾的參與機制鮮有報道。

近日，西安交通大學(xué)生命學(xué)院線粒體生物醫(yī)學(xué)研究所劉健康教授、馮智輝教授團隊、醫(yī)學(xué)院臧偉進教授團隊以及空軍軍醫(yī)大學(xué)高峰教授團隊等密切合作，從線粒體DNA甲基化調(diào)控線粒體穩(wěn)態(tài)入手，在線粒體表觀遺傳學(xué)參與胰島素抵抗機制方面取得重要進展。

該研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞內(nèi)游離脂肪酸的升高能夠通過激活腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）促進DNA甲基轉(zhuǎn)移酶DNMT1的線粒體轉(zhuǎn)位，進一步特異性地誘導(dǎo)線粒體DNA編碼的呼吸鏈復(fù)合物Ⅰ關(guān)鍵基因MT-ND6的高甲基化，造成MT-ND6的轉(zhuǎn)錄抑制與線粒體氧化磷酸化受損，最終導(dǎo)致胰島素抵抗的發(fā)生。該研究從線粒體表觀遺傳學(xué)的新角度揭示了線粒體穩(wěn)態(tài)失衡參與胰島素抵抗形成的分子機制，為2型糖尿病的防治提供了新的干預(yù)靶點和防治策略。論文評委認(rèn)為“這一發(fā)現(xiàn)是線粒體基因調(diào)控和代謝疾病領(lǐng)域的一個里程碑”。

該研究成果以“肝臟線粒體ND6基因的高甲基化推動全身性胰島素抵抗的發(fā)生”為題，被Advanced Science 接收發(fā)表。

文章作者

西安交大生命學(xué)院曹可副教授、博士生呂偉強和王雪強為該論文的共同第一作者，劉健康教授和馮智輝教授為通訊作者。西安交通大學(xué)生命學(xué)院龍建綱教授、楊鐵林教授、董珊珊副教授、許潔助理研究員，貴州航天醫(yī)院馬慶慶主任、林牧醫(yī)師，交大二附院鄒璇副研究員、交大醫(yī)學(xué)院臧偉進教授以及空軍軍醫(yī)大學(xué)高峰教授等為文章的共同作者。西安交通大學(xué)生命學(xué)院線粒體生物醫(yī)學(xué)研究所為該論文的第一作者和通訊單位。

論文鏈接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202004507

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6 西安交大科研人員在硫族鈣鈦礦光電領(lǐng)域

研究中取得重要進展

發(fā)表期刊

Nano Energy

內(nèi)容摘要

近年來，有機無機鹵化物鈣鈦礦型太陽能薄膜電池由于其出色的轉(zhuǎn)化效率得到了快速的發(fā)展。但鹵化物鈣鈦礦通常含有毒性元素Pb，對生態(tài)環(huán)境與生命健康危害較大，而且該材料對水分和溫度較為敏感?；诖?，國內(nèi)外研究者嘗試以無機硫?qū)倩镒鳛樘娲牧涎芯科涮柲苻D(zhuǎn)化性能，其中鋇鋯硫化物因具有出色的可見光吸收和高化學(xué)穩(wěn)定性而備受關(guān)注，然而這種薄膜加工通常在1000℃以上的高溫，限制了相關(guān)器件的開發(fā)。

近日，西安交通大學(xué)物理學(xué)院楊森教授團隊與紐約州立大學(xué)布法羅分校曾浩教授團隊合作，在500 ℃下成功合成了一種薄膜以及相關(guān)光電探測器和場效應(yīng)晶體管。該薄膜表面粗糙度僅為0.6 nm，且去除了高溫處理帶來的硫空位和碳污染。以其為核心材料的光電探測器顯示出了極快的光電響應(yīng)速度（0.3 ms）和較高的開/關(guān)比（80）。場效應(yīng)晶體管表現(xiàn)出雙極性行為，其中電子和空穴遷移率分別為16.8cm2/ Vs和2.6cm2/ Vs，這些都為硫族化物鈣鈦礦薄膜在光電器件中的進一步應(yīng)用打下了堅實的基礎(chǔ)。

該研究以“Chalcogenide perovskite thin-film electronic and optoelectronic devices by low temperature processing“為題發(fā)表在國際期刊 Nano Energy 上。

文章作者

論文第一作者為西安交通大學(xué)物理學(xué)院博士生于忠海，西安交通大學(xué)物理學(xué)院為第一單位，通訊作者為楊森教授和曾浩教授。

論文鏈接

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.105959

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7 西安交大科研人員在

有機場效應(yīng)晶體管領(lǐng)域取得重要進展

發(fā)表期刊

Chemistry of Materials

內(nèi)容摘要

可溶液加工的聚合物半導(dǎo)體因其優(yōu)良的薄膜成型能力和質(zhì)量輕等優(yōu)勢在柔性電子、可穿戴器件、智能器件等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。雖然目前有機場效應(yīng)晶體管（OFETs）在遷移率和開/關(guān)比方面的性能與商用硅晶體管相當(dāng)，但環(huán)境穩(wěn)定性仍然限制了它們的商業(yè)應(yīng)用。溶液加工的聚合物半導(dǎo)體薄膜是多晶的，形態(tài)上是多分散的，這意味著薄膜中不同部分的局域電子性能和性能衰減速率會有很大的差異。尤其是在這類薄膜中常常會發(fā)生垂直相分離的現(xiàn)象，這就導(dǎo)致聚集/結(jié)晶度沿薄膜深度方向變化，因此電子性能也沿薄膜深度方向變化。

近日，西安交通大學(xué)化學(xué)學(xué)院卜臘菊教授課題組使用組內(nèi)近年來發(fā)展的斷層光譜分析技術(shù)研究了聚合物半導(dǎo)體薄膜在深度方向上的結(jié)晶度變化，并利用軟等離子體刻蝕技術(shù)提高了OFETs的穩(wěn)定性。對常用的聚合物半導(dǎo)體材料的研究表明，其薄膜表面的結(jié)晶度高于表面以下部分。然而，對于p型聚合物半導(dǎo)體，較高的結(jié)晶度通常會導(dǎo)致較低的電離能，使得薄膜暴露于空氣時產(chǎn)生較高的氧氣摻雜濃度，從而產(chǎn)生了較高的背景電流，降低了OFETs的關(guān)閉能力。采用軟等離子體輔助的表面刻蝕的方法，有選擇性地除去暴露在空氣中的薄膜表面（結(jié)晶度高），而留下來的表面以下部分的結(jié)構(gòu)和電子功能都沒有任何損壞，所制備的OFETs在空氣中的壽命有效地增加了50%以上。這項工作為通過調(diào)控薄膜深度方向上的電荷分布來提高OFETs的環(huán)境穩(wěn)定性提供了借鑒。

該研究成果以“Surface Etching of Polymeric Semiconductor Films Improves Environmental Stability of Transistors”為題發(fā)表在《材料化學(xué)》（Chemistry of Materials）上。

文章作者

西安交通大學(xué)化學(xué)學(xué)院碩士生翟晨陽為本文第一作者。西安交通大學(xué)化學(xué)學(xué)院卜臘菊教授、西安交通大學(xué)前沿科學(xué)技術(shù)研究院魯廣昊教授和中山大學(xué)張鵬副教授為共同通訊作者。西安交通大學(xué)化學(xué)學(xué)院為第一通訊單位。

論文鏈接

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.1c00628

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