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緊跟科技前沿，助力科技強國

自覺履行科技自立自強的使命擔當

交大人，給力！

9月24日，習近平主席向2021中關村論壇視頻致賀，指出“當今世界，發(fā)展科學技術必須具有全球視野，把握時代脈搏，緊扣人類生產生活提出的新要求”，強調“中國高度重視科技創(chuàng)新，致力于推動全球科技創(chuàng)新協(xié)作”。

近期，西安交大科研人員在止血材料、腫瘤藥物、上消化道癌篩查、微生物電合成、金屬韌脆轉變、高性能中熵合金、擬南芥基因組組裝、腫瘤缺氧微環(huán)境研究、太陽能海水淡化、生物質高效制備甲酸機理與應用、超冷原子物理等領域取得重要進展。

牢記習近平總書記重要指示精神，加強基礎研究和核心技術攻關，在開放合作中提升科技創(chuàng)新能力，在解決全球性挑戰(zhàn)中貢獻交大智慧。

｜內容速覽｜

1、西安交大科研人員系統(tǒng)性總結評價現(xiàn)有止血材料 展望其未來發(fā)展

2、西安交大科研人員在腫瘤藥物研究方面取得新進展

3、西安交大科研團隊在我國上消化道癌篩查策略衛(wèi)生經濟學評價研究方面取得重要成果

4、西安交大科研人員在微生物電合成領域取得新進展

5、西安交大科研人員發(fā)現(xiàn)金屬韌脆轉變新機制

6、西安交大科研人員研發(fā)出一種面向極端低溫環(huán)境的高性能中熵合金

7、西安交大科研人員在擬南芥基因組組裝領域取得重要進展

8、西安交大科研人員在腫瘤缺氧微環(huán)境研究領域取得新進展

9、西安交大科研人員在太陽能海水淡化領域取得重要進展

10、西安交大科研人員在生物質高效制備甲酸機理與應用研究中取得新進展

11、西安交大科研人員在超冷原子物理領域取得系列新進展

#01

西安交大科研人員

系統(tǒng)性總結評價現(xiàn)有止血材料

展望其未來發(fā)展

發(fā)表期刊

《自然綜述—化學》

（Nature Reviews Chemistry）

內容摘要

創(chuàng)傷是最常見的健康問題之一，每年用于傷口護理和愈合的花費也連續(xù)增加。而傷口愈合的第一步是止血。在過去的 5年中，有助于傷口愈合的止血材料的開發(fā)成為研究人員關注的熱點。隨著此領域迅速發(fā)展，對于現(xiàn)有止血材料的系統(tǒng)性的總結與對未來止血材料發(fā)展的展望仍舊缺乏。

西安交通大學郭保林教授課題組相繼開發(fā)出了多種具有良好止血性能且能夠有效促進傷口愈合的材料,并且相關成果在《自然通訊》《先進功能材料》《美國化學學會納米雜志》《微尺度》《生物材料》等國際權威期刊發(fā)表。

基于郭保林教授課題組在用于傷口愈合應用的止血材料方面的突出貢獻，近日郭保林教授團隊受邀在國際頂級期刊《自然綜述—化學》（Nature Reviews Chemistry）發(fā)表用于傷口愈合應用的止血材料相關綜述。綜述通過對近年來國際國內止血材料的開發(fā)進行研究歸納，從止血和傷口愈合的生理機制、目前止血材料的不同活性成分（包括天然聚合物、合成聚合物、硅基材料和含金屬材料）以及止血材料的不同形式狀態(tài)（包括海綿、水凝膠、納米纖維和顆粒等）等方面，對現(xiàn)有傷口敷料的止血材料進行了總結與評價，重點介紹了現(xiàn)有止血材料化學設計和制備過程。同時，該綜述還對現(xiàn)有止血材料中不同活性成分和止血材料形式的優(yōu)點和局限性進行了歸納，提出了傷口愈合止血材料發(fā)展中所面臨的挑戰(zhàn)和其未來方向。

該綜述文章題目為“用于傷口愈合應用的止血材料（Haemostatic materials for wound healing applications）”。

文章作者

西安交通大學前沿院郭保林教授為本文的第一作者及通訊作者，西安交通大學為唯一通訊單位。

論文鏈接

https://www.nature.com/articles/s41570-021-00323-z

#02

西安交大科研人員

在腫瘤藥物研究方面取得新進展

發(fā)表期刊

《臨床與轉化醫(yī)學》

（Clinical and Translational Medicine）

內容摘要

肝細胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）是最常見的原發(fā)性肝臟惡性腫瘤，其發(fā)病率高且極易轉移復發(fā)，嚴重影響人類健康。傳統(tǒng)藥物治療存在毒副作用大、多藥耐藥等問題，因此亟需尋找新的作用靶點和藥物。研究發(fā)現(xiàn)，多形性腺瘤基因樣蛋白2（pleomorphic adenoma gene like-2，PLAGL2）與腫瘤侵襲轉移、耐藥以及不良預后等密切相關。作為轉錄因子，其可調節(jié)涉及增殖、血管生成、腫瘤轉移的多種基因，被認為是腫瘤治療中極具潛力的靶標之一。因此，針對PLAGL2調控機制的進一步深入研究及其靶向抑制劑的發(fā)現(xiàn)將為特異性靶向抗腫瘤藥物的開發(fā)提供新的策略。

近日，西安交通大學醫(yī)學部藥學院張彥民教授研究團隊證實PLAGL2在肝癌病人腫瘤組織中呈現(xiàn)顯著高表達，并創(chuàng)新性地發(fā)現(xiàn)PLAGL2通過調控下游C-MET/STAT3信號通路增強肝癌細胞的線粒體凋亡抵抗。另外，體內、外實驗結果表明無機硒化合物二硫化硒（selenium sulfide，SeS2）通過靶向PLAGL2顯著抑制肝癌細胞增殖，并誘導肝癌細胞線粒體凋亡，其作用機制為抑制C-MET/STAT3、AKT/mTOR及MAPK信號通路，進而激活Bcl-2/Cyto C/Caspase級聯(lián)反應。該研究為PLAGL2靶向抑制劑的抗腫瘤治療提供了理論支持，也為二硫化硒的進一步開發(fā)奠定了實驗基礎。

文章作者

西安交通大學醫(yī)學部藥學院博士研究生楊天楓為論文第一作者，代秉玲副教授與張彥民教授為共同通訊作者，西安交通大學為本文唯一完成單位。

論文鏈接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ctm2.536

#03

西安交大科研團隊

在我國上消化道癌篩查策略衛(wèi)生經濟學評價研究方面取得重要成果

發(fā)表期刊

《美國醫(yī)學會雜志網絡開源》,《胃腸內鏡》

內容摘要

上消化道癌（食管癌和胃癌）嚴重危害我國居民健康，我國兩癌年發(fā)病和死亡數均占全球的一半。早期篩查是上消化道癌最有效的防控手段，內鏡篩查是其目前最準確的方法。但是，食管癌和胃癌內鏡聯(lián)合篩查、食管癌分級內鏡篩查衛(wèi)生經濟學效果如何，亟待做出評價。為此，西安交通大學公共衛(wèi)生學院科研團隊聯(lián)合國家癌癥中心科研團隊，基于我國上消化道癌篩查前瞻性隊列研究項目，開展了相關衛(wèi)生經濟學評價研究。

研究證實，在中國上消化道癌高發(fā)區(qū)，針對40?69歲人群，內鏡同時篩查食管癌和胃癌策略具有高的成本效果，不論哪個初始篩查年齡2年一次內鏡篩查均是最佳策略。40?44歲開始2年一次內鏡篩查獲得健康收益最大，終生一次內鏡篩查在65?69歲初始篩查年齡獲得健康收益最大。

研究表明，在中國食管癌高發(fā)區(qū)，針對40?69歲人群，使用前期發(fā)表的風險評分模型初篩確定高危人群、再對高危人群進行內鏡篩查的分級篩查策略具有成本效果。并且，在

以上研究成果為國家制定上消化道癌篩查和早診早治策略提供了重要科學依據。

文章作者

西安交通大學公共衛(wèi)生學院博士后夏茹意是兩篇論文的第一作者，其合作導師公共衛(wèi)生學院莊貴華教授和國家癌癥中心陳萬青教授是兩篇論文的通訊作者。

論文鏈接

《美國醫(yī)學會雜志網絡開源》:

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34402889/

《胃腸內鏡》:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016510721015637?via=ihub

#04

西安交大科研人員

在微生物電合成領域取得新進展

發(fā)表期刊

《化學工程學報》

內容摘要

微生物電合成(microbial electrosynthesis，MES)是利用微生物作為催化劑將CO2電還原為有機物（如甲烷、乙酸、丁酸等）的過程。與傳統(tǒng)無機催化劑相比，微生物具有產物選擇性高、長期穩(wěn)定性高（可自我再生）、催化過電位低和可生成長鏈有機物等優(yōu)點。因此，MES為CO2電還原合成有機物提供了一條嶄新的途徑，在CO2資源化和冗余電能的儲存方面具有廣闊的應用前景。然而，目前限制MES實際應用的主要瓶頸是其較低的電流密度，即較低的產物合成速率。

傳統(tǒng)的MES反應器均為基于陰極電活性生物膜的裝置。雖然經過電活性菌株富集選育和電極材料修飾改性，一般陰極生物膜的電流密度已經達到10 A/m2水平，然而仍遠低于工業(yè)應用的要求（103A/m2）。電催化產氫的電流密度已達工業(yè)化應用水平，且氫氣是微生物良好的電子和質子供體。因此，將電解產氫和發(fā)酵耗氫原位耦合有望進一步提升MES的電流密度。但是，由于氫氣在水中的溶解度極低，如何實現(xiàn)高電流密度條件下的高氫氣利用率（即高庫倫效率）是該系統(tǒng)成功的關鍵。

為了提高氫氣在反應器內保留時間，受到鼓泡塔反應器的啟發(fā)，西安交大化工學院郭坤特聘研究員課題組構建了一種電解氫氣鼓泡塔反應器（圖1）。該裝置將電解槽置于反應器的底部用于原位提供氫微氣泡，鼓泡塔置于電解槽上部以增加電解氫氣泡在反應器的保留時間。在此反應器中接種同型產乙酸功能菌群，在156 A/m2電極電流密度條件下，鼓泡塔的存在可將反應器的庫倫效率從5%提高到70%。該反應器的產乙酸速率達到898 g/m2陰極/d（1.2 g/L反應器/d），是絕大多數基于生物膜的MES反應器產乙酸速率的10倍以上。

圖1 電解氫氣鼓泡塔微生物電合成反應器示意圖

為了進一步強化反應器內的氣液傳質和提高反應器的生物量，課題組與西安交大能動學院王云海教授合作，設計開發(fā)了電解氫氣移動床生物膜反應器（圖2）。移動床內填料的存在，進一步提升了氫氣泡的停留時間，強化了氣液傳質，同時提高了反應器內的生物量。該反應器將前一種反應器的產乙酸速率提升了四倍，達到4.1 g/L反應器/d。此外，在該反應器內接種產甲烷功能菌群，在2 A的恒電流運行模式下，反應器的庫倫效率高達92.5%，甲烷的產率最高可達1.4L/L反應器/d（141.5 L/m2陰極/d），是已報道最大值的兩倍左右。

圖2 電解氫氣移動床生物膜反應器示意圖

以上研究成果為MES系統(tǒng)電流密度的進一步提升提供了新的思路，初步實現(xiàn)了高電流密度條件下的高庫倫效率乙酸和甲烷合成。同時，以上反應器尺寸比已報道MES反應器高出近兩個數量級，為MES反應器的設計放大提供了一定的理論基礎和實踐經驗。微生物電合成的研究將會對我國“3060雙碳”目標的實現(xiàn)提供一種新的技術保障，同時也為可再生電能的儲存提供了新的方法和思路。電解氫氣鼓泡塔反應器獲得中國發(fā)明專利一項（發(fā)明名稱：一種電解氫氣鼓泡塔微生物電合成反應器及其使用方法，發(fā)明人：郭坤，專利號：ZL201910677926.7）。

文章作者

西安交大化工學院助理教授蔡文芳為論文第一作者，郭坤特聘研究員和王云海教授為共同通訊作者。

論文鏈接

《化學工程學報》：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.132093

#05

西安交大科研人員

發(fā)現(xiàn)金屬韌脆轉變新機制

發(fā)表期刊

《美國科學院院刊》（PNAS）

內容摘要

1912年4月，泰坦尼克號與一座冰山相撞，造成船體斷成兩截，沉入大西洋海底。為什么有“永不沉沒”美譽的泰坦尼克號會因觸礁冰山而沉沒？當時工程師為了增加鋼的強度，往煉鋼原料中添加了大量硫化物，雖然強度得以提升，但也大大降低了鋼的韌性。由于鉚釘和鋼板在低溫時像玻璃一樣脆而易折，當泰坦尼克號撞上冰山時（水溫接近0℃），鉚釘斷裂，船殼解體，釀成了泰坦尼克號沉沒的悲劇。

不僅鋼鐵表現(xiàn)出低溫脆性，研究人員發(fā)現(xiàn)釩、鉻、鉬、鎢等金屬也有同樣的性質：在臨界溫度（稱為“韌脆轉變溫度”）之上，材料具有較好的塑性，低于臨界溫度時，材料突然從韌性轉變?yōu)榇嘈?，幾乎喪失了塑性變形能力，這個過程稱之為“韌脆轉變”。其中，鉻、鉬、鎢等金屬的韌脆轉變溫度較高，在室溫下，這些金屬脆的像玻璃一樣，極大地限制了它們的應用。

為什么鐵、鉻、鎢等體心立方金屬都具有如此特殊的“韌脆轉變”行為呢？從1860年以來，材料的低溫脆性問題一直困擾著幾代研究者，是一個百年難題。一般認為金屬的韌脆轉變與螺位錯運動密切相關，研究者也先后提出了位錯形核主導和位錯滑移主導的兩種韌脆轉變機制。然而，現(xiàn)有理論很難解釋韌脆轉變的突然性，即由韌到脆的轉變發(fā)生在很窄的溫度區(qū)間。

近日，西安交通大學材料學院韓衛(wèi)忠教授課題組系統(tǒng)研究了金屬鉻的韌脆轉變機理，發(fā)現(xiàn)螺/刃位錯的相對運動速度是控制金屬韌脆轉變的關鍵因素。金屬一般靠位錯運動來協(xié)調變形，根據伯氏矢量的不同，位錯分為螺位錯和刃位錯。在體心立方金屬中，由于螺位錯特殊的三維位錯核心結構，運動時晶格摩擦力很大，導致其滑移困難。螺位錯運動是一個熱激活的過程，通常溫度越低，運動速度越慢。研究人員發(fā)現(xiàn)，螺位錯和刃位錯的相對速度在調控金屬塑形變形能力中有重要的作用。這就像“兩人三足”游戲一樣，如果一個人步子很大，另一個人步子很小，那就一定會摔倒；只有兩個人的步子協(xié)調在一定范圍時，才可以快速向前跑。隨溫度的降低，螺位錯運動速度越來越慢，螺/刃位錯速度比值越來越??；當小到一定程度時，位錯就很難通過滑移協(xié)調變形，導致金屬材料脆斷。然而，螺/刃相對移動速度的比值達到多少才能完全協(xié)調變形呢？研究人員采用納米壓入的方法（如圖1），通過觀察壓痕下位錯的分布特征，定量測量了不同溫度下螺/刃位錯的相對運動速度。研究表明，當螺/刃位錯的速度比值大于0.7時，金屬鉻從脆性轉變到韌性。

圖 1 鉻在不同溫度壓痕突跳后形成的位錯結構

研究人員發(fā)現(xiàn)，脆韌轉變的過程實際上是位錯源從一次性、不可再生的位錯源轉變?yōu)檫B續(xù)的、可再生的位錯源的過程，并且提出了相應的物理模型（圖2）?；谠撐锢砟Ｐ?，可以根據位錯的幾何形狀來估算螺/刃位錯的相對速度。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，鐵、鋁、鎢等金屬的脆韌轉變均需滿足螺/刃位錯速度比值大于0.5的臨界條件。當低于韌脆轉變溫度時，即低于螺/刃相對速度的臨界比值時，位錯源效率比較低，只能發(fā)射少量位錯來協(xié)調變形，導致金屬材料韌性較低。當螺/刃位錯的相對速度高于臨界比值時，部分位錯線從一次性位錯源轉變?yōu)榭稍偕母ヌm克-里德位錯源，效率大大提高，可以源源不斷產生位錯協(xié)調變形，促進交滑移，使得金屬材料具有良好的變形能力，這就導致了“韌脆轉變”現(xiàn)象的發(fā)生。金屬變形對位錯源效率和交滑移能力的臨界需求造成了韌脆轉變的突然性。

圖 2 位錯相對速度與位錯源有效性的物理模型及實驗驗證

文章作者

西安交通大學材料學院博士生盧巖為論文第一作者，韓衛(wèi)忠教授為論文通訊作者，合作者包括馬恩教授和張雨衡博士。

論文鏈接

《美國科學院院刊》：

https://www.pnas.org/content/118/37/e2110596118

#06

西安交大科研人員

研發(fā)出一種面向極端低溫環(huán)境的

高性能中熵合金

發(fā)表期刊

Acta Mater，JMST

內容摘要

現(xiàn)代工業(yè)對極端低溫環(huán)境服役的高性能結構材料的需求日益迫切（如外太空飛行器、低溫恒溫器、液氮/氧/氦運輸存儲等領域），而絕大多數傳統(tǒng)金屬/合金呈現(xiàn)出溫度降低、強度升高但塑韌性下降的現(xiàn)象。近年來，多組元（中/高熵）合金的出現(xiàn)開創(chuàng)了合金材料設計的新理念，并具有突破傳統(tǒng)材料諸多性能極限的潛能，使其在極端環(huán)境中應用極具前景。其中單相面心立方(FCC)結構的FeCoCrNiMn高熵合金越低溫越強韌的特性于2014年首次被發(fā)現(xiàn)，隨后又發(fā)現(xiàn)FCC結構的NiCoCr中熵合金具有比其更高的強塑性和創(chuàng)紀錄的斷裂韌性。然而，單相NiCoCr中熵合金具有較低的屈服強度，是限制其低溫工程應用的主要瓶頸。

近日， 西安交大材料學院孫軍教授團隊針對這一問題，以NiCoCr合金為模型合金通過成分結構設計進一步提升了其低溫綜合力學性能。在成分設計上，考慮到合金低溫強度的提升主要源于“short-range stress”的晶格摩擦力，因此以適用于多主元合金的Varvenne模型篩選出Al和Ta作為NiCoCr基體的固溶強化元素并基于VEC準則確定其含量；在微觀結構上，基于位錯-共格孿晶界交互作用的溫度依賴性，利用溶質原子對晶界遷移的抑制效應，同時冷軋后輔以快速退火在組織中預制高密度的退火孿晶，巧妙構筑孿晶結構的(NiCoCr)AlxTay多組元合金。隨后，從Al/Ta合金化協(xié)同效應以及溫度效應兩個維度對其力學行為和變形機理進行了深入探索。研究結果表明，Al/Ta共摻雜顯著提高了其晶格強度（圖1），并且在室溫下誘發(fā)了異常孿生行為，即Al/Ta共摻雜促進了基體NiCoCr合金中退火孿晶形成但抑制變形孿晶，這分別與晶界松弛行為和孿晶機制轉變的尺寸效應密切相關。在液氮溫度下（77K），團隊研發(fā)的(NiCoCr)AlxTay合金的低溫綜合力學性能顯著優(yōu)于目前報道的FCC結構高熵合金和典型的傳統(tǒng)高性能低溫合金（如高Ni鋼、304/316L不銹鋼和TRIP/TWIP鋼）（圖2），使其作為結構材料在極端低溫環(huán)境領域具有極大的工業(yè)應用潛力。該合金在低溫下展現(xiàn)出多階段的加工硬化能力和優(yōu)異的均勻塑性，這主要源于合金在變形過程中多種變形機制的協(xié)同效應以及所形成的復雜亞結構間的強烈交互作用。另外，(NiCoCr)AlxTay合金優(yōu)異的低溫力學性能已經引起了相關企業(yè)的關注，通過進一步提升其綜合服役性能，能夠取得實際應用。

圖 1 Al/Ta合金化效應顯著提高基體NiCoCr合金晶格

摩擦力

圖 2 (NiCoCr)AlxTay合金室溫和低溫力學性能及與

已報道合金的性能對比

文章作者

西安交通大學材料學院在讀博士生張東東為上述論文第一作者，劉剛教授和張金鈺教授為論文通訊作者，西安交通大學金屬材料強度國家重點實驗室為通訊單位。

論文鏈接

ActaMater:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645421006686#sec0021

JMST:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1005030221002139#fig0060

#07

西安交大科研人員

在擬南芥基因組組裝領域取得重要進展

發(fā)表期刊

《基因組蛋白質組與生物信息學報》

內容摘要

擬南芥在植物研究領域具有崇高的地位，被科學家譽為“植物中的果蠅”。擬南芥的研究為糧食增產、農作物抗逆、植物保護等領域做出了重要貢獻。全世界有近萬家實驗室正在對擬南芥進行遺傳分析、基因克隆和功能基因組等科學研究。然而，目前擬南芥參考基因組還存在大量的缺失序列，尤其是在細胞分裂過程中起到重要作用的著絲粒序列和與衰老相關的端粒序列。這些序列存在大量高度重復的片段，給基因組組裝帶來了巨大困難，阻礙了科學家對該區(qū)域序列及其功能的研究。

完整組裝擬南芥基因組，尤其是完成著絲粒和端粒序列的組裝是當今科學界亟待破解的世界難題。為了解決這一難題，并在擬南芥基因組完成圖的研究中貢獻中國智慧，西安交通大學信息與生物醫(yī)學交叉團隊在首席科學家葉凱教授的帶領下，基于在鴉片罌粟及人類基因組組裝（Science, 2018;Science, 2021）所積累的經驗，設計了綜合利用不同測序技術優(yōu)勢的混合測序策略，提出細菌人工染色體為錨點的序列替換新策略，實現(xiàn)了僅剩兩個缺口的高質量擬南芥基因組Col-XJTU。該基因組完成了三號、四號及五號染色體著絲粒的無缺口組裝，并完成了一號和二號染色體大部分著絲粒的組裝。此外，該基因組的堿基準確性和結構準確性均高于目前的參考基因組TAIR10.1，值得一提的是，Col-XJTU以哥倫比亞（Columbia）生態(tài)型和西安交通大學英文縮寫命名，凸顯了該研究中的中國智慧。

基因組組裝流程示意圖

文章作者

西安交通大學自動化學院王博助理教授為論文第一作者，自動化學院葉凱教授和計算機學院楊曉飛副教授為共同通訊作者。西安交通大學信息與生物醫(yī)學交叉團隊的多名博士和碩士研究生參與了該研究工作。

論文鏈接

《基因組蛋白質組與生物信息學報》：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1672022921001741

#08

西安交大科研人員

在腫瘤缺氧微環(huán)境研究領域取得新進展

發(fā)表期刊

《科學進展》（Science Advances）

內容摘要

癌細胞的快速增殖加上腫瘤血管的結構和功能異常，導致實體瘤內的區(qū)域氧氣供應減少，形成缺氧微環(huán)境。研究證實缺氧與腫瘤高侵襲性特征、治療抵抗以及臨床預后不良密切相關。在缺氧條件下，缺氧誘導因子α（HIFα）的羥基化和泛素蛋白酶體降解減弱，因此HIFα穩(wěn)定并轉移到細胞核中，其與HIFβ形成異二聚體復合物，進而結合靶基因啟動子中的缺氧反應元件（HREs）激活轉錄。HIFs是癌細胞適應缺氧環(huán)境最重要的內源性轉錄因子，可調節(jié)涉及增殖、葡萄糖代謝、血管生成、腫瘤侵襲和耐藥的多種基因。因此，HIFs可以說是腫瘤中最有吸引力的藥物靶標之一，進一步深入研究HIFs涉及的調控機制，有助于開發(fā)特異性靶向HIFs的腫瘤治療新策略。

近日，西安交通大學第一附屬醫(yī)院肝膽外科劉青光教授研究團隊和2019年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎獲得者、美國科學院院士、美國醫(yī)學院院士、美國藝術與科學院院士、美國約翰霍普金斯大學醫(yī)學院Gregg L. Semenza教授研究團隊共同合作，創(chuàng)新性地發(fā)現(xiàn)在乳腺癌和肝癌細胞中肽基精氨酸脫亞胺酶4（PADI4）以HIF依賴性方式由缺氧誘導表達，PADI4反過來被HIFs募集到HREs，從而參與HIF靶基因轉錄。缺氧通過PADI4和HIF依賴性方式在HREs處誘導組蛋白瓜氨酸化，RNA測序顯示乳腺癌細胞中幾乎所有HIF靶基因表達都依賴于PADI4。另外，PADI4是小鼠乳腺和肝臟腫瘤生長和血管生成所必需的。PADI4表達與人乳腺癌組織中HIF-1α表達和血管生成相關。該研究表明靶向HIF和/或PADI4活性的小分子抑制劑研發(fā)可能是乳腺癌和肝癌患者的一種新治療策略。

文章作者

西安交通大學第一附屬醫(yī)院肝膽外科王宇鋒博士為文章第一作者，涂康生副研究員為共同第二作者，劉青光教授與Gregg L. Semenza教授為共同通訊作者。

論文鏈接

https://advances.sciencemag.org/content/7/35/eabe3771

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34452909

#09

西安交大科研人員

在太陽能海水淡化領域取得重要進展

發(fā)表期刊

Journal of Materials Chemistry A，Nano Energy

內容摘要

基于界面蒸發(fā)的太陽能海水淡化技術具有低成本、節(jié)能、環(huán)境友好等優(yōu)勢，是一種可持續(xù)的淡水獲取技術，可一步直接從海水中制取飲用水。該技術適用于中大規(guī)模淡化廠（沿海地區(qū)、海島）和便攜式凈水裝置（農村、野外、海上船只、海上作業(yè)平臺等）。近年來，隨著各類高效蒸發(fā)器的研發(fā)，太陽能轉換效率得到了顯著提高，已經接近商用價值。然而，同傳統(tǒng)的海水淡化技術一樣，都面臨著鹽分污染問題，不可避免地影響蒸發(fā)器的性能和壽命。

電信學部闕文修教授團隊是最早從事該領域研究的團隊之一，針對這一問題，在早期研究工作（Materials Horizons2018, 5, 1143-1150、Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6, 16196-16204 (ESI高被引論文)、Chemical Engineering Journal 2019, 373, 955-962）的基礎上，綜述了目前光熱材料的各類阻鹽技術，分為清洗、擴散、排斥、收集四種技術。

圖1 光熱材料的各類阻鹽技術

后又進一步綜述了現(xiàn)有蒸發(fā)系統(tǒng)的全部阻鹽策略，分為人工移除（包括清洗、收集）、屏蔽效應（包括疏水效應、雙面膜、離子排斥）、勢場液流驅動（包括夜間自溶解、反向自擴散、單向液流、馬蘭戈尼效應）（圖2），分析了各種阻鹽機制的優(yōu)缺點，展望了該領域的挑戰(zhàn)和機遇。該工作有望為設計和開發(fā)高效耐鹽太陽能海水淡化系統(tǒng)提供借鑒意義。

圖2 太陽能蒸發(fā)系統(tǒng)的全部阻鹽策略

文章作者

電信學部巴基斯坦留學生Fahad Nawaz為上述第一篇論文的第一作者，博士生盛敏豪為第二篇論文的第一作者，楊亞威助理教授為兩篇論文的共同第一作者和通訊作者，闕文修教授為兩篇論文的通訊作者，西安交通大學為唯一作者單位。電子科學與技術專業(yè)趙石焓作為參加大學生創(chuàng)新訓練“基于太陽能驅動界面蒸發(fā)的海水淡化”的本科生，深度參與了兩篇文章的整理和寫作過程。

論文鏈接

Journal of Materials Chemistry A：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/TA/D1TA03610F#!divAbstract

Nano Energy：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285521007230

#10

西安交大科研人員

在生物質高效制備甲酸機理與應用研究中取得新進展

發(fā)表期刊

Green Chemistry

內容摘要

甲酸廣泛應用于化學化工領域，也是良好的儲氫體，可以按需制氫。目前工業(yè)制備甲酸主要依賴化石資源，通過多步反應合成，因此，亟需發(fā)展高效綠色甲酸制備方法。西安交通大學李洋研究員課題組相繼發(fā)展了以甲酸為中間體的“一鍋兩步法”高效生物質制氫(Nat. Catal., 2018,1, 332-338)，通過生物質水解氧化得到的甲酸反應液作為氫源還原硝基苯類化合物(ChemCatChem2019,11, 4189-4195)及喹啉類化合物(ChemCatChem2021,13, DOI: 10.1002/cctc.202101099)。同時，生物質水解氧化反應液中的礬元素活化甲酸，使甲酸歧化為甲醛，因此，甲酸反應液也可以同時作為綠色氫源和碳一源對喹啉類化合物進行氫化甲基化(Green Chem.2021,23, 2918-2924)。DMSO促進生物質高效高選擇性制備甲酸是實現(xiàn)這些轉換的先決條件。

近日，前沿院李洋研究員團隊與鄭州大學藍宇教授合作，通過實驗及理論計算，揭示了DMSO通過氫鍵誘導使生物質中的纖維素和半纖維素高效高選擇性轉換為甲酸, 具體為反應中微量DMSO和生物質水解氧化過程中的中間體葡萄糖, 乙醇醛及乙二醛的醛基在水中生成的偕二醇產生氫鍵, 分別抑制了葡萄糖異構化為果糖, 乙醇醛氧化為乙醇酸, 乙二醛氧化為乙醛酸, 促使生物質高選擇性水解氧化轉換為乙二醛, [V5+]對乙二醛進行氧化斷裂, 最終高選擇性得到甲酸（圖1），并發(fā)展了微量DMSO實現(xiàn)釩和硫酸高效循環(huán)催化生物質制備甲酸的方法。通過補加微量的DMSO并對體系進行預加熱，可實現(xiàn)10克級生物質制備甲酸的催化循環(huán)(圖2)。

圖1 DMSO 促進生物質高效制備甲酸路徑圖

圖2 10克級規(guī)模的生物質制備甲酸的循環(huán)示意圖

文章作者

西安交通大學前沿院博士生郭晏君是本文的第一作者，前沿院和動力工程多相流國家重點實驗室為該論文的第一通訊單位。鄭州大學藍宇教授，李世俊博士完成了這項研究的理論計算。

論文鏈接

Green Chemistry：

https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2021/GC/D1GC02265B.

#11

西安交大科研人員

在超冷原子物理領域取得系列新進展

發(fā)表期刊

《物理評論通訊》（Physical Reviews Letter）《科學公報》（Science Bulletin）

內容摘要

經過近三十年的蓬勃發(fā)展，超冷原子物理已經成為人們開展量子物理研究的重要平臺。利用該平臺，人們深入研究了玻色—愛因斯坦凝聚（BEC）、BCS型費米超流、BCS-BEC渡越、拓撲相和拓撲相變等豐富的物理現(xiàn)象，極大地深化了人們對超導、超流、量子磁性、拓撲相變等物理現(xiàn)象的認識。

基于超冷原子物理平臺，人們可以開展新奇量子物理研究，深化人們對彎曲空間及其對稱性應用的認識。一方面，借助于超冷原子物理靈活的可操控性，人們可以研究高維空間的物理現(xiàn)象，因此，對人工維度的研究是近年來人們非常重視的前沿研究方向之一。比如，利用激光和原子的相互作用，人們實現(xiàn)了霍爾圓柱以及霍爾帶等幾何結構，進而研究其中的新奇物理現(xiàn)象。張仁副教授與周琦教授研究組通過研究霍爾圓柱上的局域化現(xiàn)象，從理論上指出人工維度上的邊界條件對局域化態(tài)的出現(xiàn)至關重要。相關結論與美國國家標準局IanSpielman教授實驗組的實驗結果一致，該研究成果以《人工霍爾柱上的局域化》（Localization on a synthetic Hall cylinder）為題發(fā)表在《物理評論通訊》(2021)。

超冷原子物理研究與更多的研究領域逐漸交叉。具有離散標度不變性的Efimov態(tài)吸引了物理學家們長達數十年的興趣。近年來的研究發(fā)現(xiàn)Efimov效應不僅存在于三體問題中，也出現(xiàn)在在拓撲材料、石墨烯等凝聚態(tài)物質中。研究在雙曲平面上的量子態(tài)具有跟Efimov態(tài)類似的性質。具體來講，龐加萊半平面和龐加萊圓盤上的非零能本征態(tài)是無窮簡并的，并且簡并態(tài)之間存在類似Efimov態(tài)的離散標度不變性。因此，他們將這些簡并本征態(tài)稱為類Efimov態(tài)。通過操控格點之間的非均勻躍遷強度和格點占據能量，作者指出平直二維空間里的格點模型可以模擬龐加萊半平面、龐加萊盤和其他任意的二維黎曼曲面，并為研究彎曲空間里的新奇量子效應提供了新的平臺。例如，雙曲空間里存在漏斗口。在雙曲坐標系中，系統(tǒng)本征態(tài)指數分布在漏斗口附近。因此，在動力學演化過程中，任何初始波包都會朝漏斗口聚集，該現(xiàn)象被稱為量子漏斗現(xiàn)象。這是物理學家們首次在厄米系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)量子漏斗現(xiàn)象。該研究成果以《人工雙曲面上的類Efimov態(tài)和量子漏斗效應》（Efimov-like states and quantum funneling effects on synthetic hyperbolic surfaces）為題在線發(fā)表在《科學公報》。

對稱性是人們開展物理學研究的最重要工具之一。借助于對稱性分析，人們可以對相關物理現(xiàn)象得到最徹底的理解?；诙S相互作用凝聚體的SU（1，1）對稱性，張仁副教授與周琦教授研究組研究了二維玻色氣體中的動力學問題，提出了能夠調制呼吸模動力學演化的SU（1，1）回波方法，并且基于該方法對有著特殊幾何結構的呼吸模的行為提供了直觀的物理圖像。巴黎高師2019年的一個實驗發(fā)現(xiàn)了某些形狀的呼吸模的振蕩周期跟傳統(tǒng)理論吻合，另外一些形狀則有更長的周期，甚至產生不規(guī)則，沒有周期的運動。呼吸模的這些新奇行為引起了整個領域的極大興趣，但一直缺乏理論上的解釋。作為任意簡諧勢阱本征態(tài)的呼吸模，其動力學演化可以被可視化在單一龐加萊圓盤上，在吸引或排斥勢阱下分別對應于封閉或開放軌道。而SU（1，1）回波方法均可反轉這些動力學過程，將這些軌道封閉。而作為非簡諧勢阱本征態(tài)的呼吸模需要依賴于多個圓盤來描述其動力學過程，周期變化的行為正是來源于不同圓盤之間的量子干涉。如果量子干涉里的動力學相位非公度，呼吸模的運動就不會表現(xiàn)出任何周期行為。不同于被動的動力學所產生的呼吸模，SU（1，1）回波通過主動周期性調制勢阱頻率，一方面使得包括自由膨脹在內的動力學過程得以反轉，另一方面擴大了呼吸模動力學演化過程中的自由度。這使得呼吸模SU（1，1）回波方法在探測簡諧勢阱失諧上有著一定的優(yōu)勢。基于SU(2)對稱性的自旋回波在醫(yī)療和科研中已被廣泛應用，對人們的日常生活產生了深刻影響，研究人員相信，SU(1，1)回波未來也有望產生重要影響。該研究成果以《量子氣體中呼吸模的SU(1,1)回波》（SU(1,1) Echoes for Breathers in Quantum Gases）為題于2020年12月份在《物理評論通訊》（2020）發(fā)表。

文章作者

西安交通大學物理學院副教授張仁是《人工霍爾柱上的局域化》和《人工雙曲面上的類Efimov態(tài)和量子漏斗效應》上述兩篇論文的第一作者，西安交大是第一署名單位。同時張仁是《量子氣體中呼吸模的SU(1,1)回波》的共同第一作者。

論文鏈接

《物理評論通訊》：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.253002

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.193001

《科學公報》：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927321004400#f0025

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內容來源 / 西安交大新聞網

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版尾設計 / 劉鴻翔

責任編輯 / 譚金巍