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豐收七月！華科大科研團隊取得一系列科研新進展
2023年08月11日 11:17:36
來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：4988
近段時間，華中科技大學的科研人員堅守在科研一線，緊盯前沿，刻苦攻關(guān)，跑出科研“加速度”，七月不斷有科技成果上新。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】科技進步和創(chuàng)新是增強綜合國力的決定性因素，對經(jīng)濟和發(fā)展具有先導(dǎo)性、全局性。如今，世界科技突飛猛進，日新月異，我國要在日趨激烈的國際競爭中掌握主動權(quán)，就必須大大提高科技創(chuàng)新的能力。
黨的十九大以來，以習近平同志為核心的黨中央全面分析國際科技創(chuàng)新競爭態(tài)勢，深入研判國內(nèi)外發(fā)展形勢，針對我國科技事業(yè)面臨的突出問題和挑戰(zhàn)，堅持把科技創(chuàng)新擺在國家發(fā)展全局的核心位置，全面謀劃科技創(chuàng)新工作。在黨中央堅強領(lǐng)導(dǎo)下，在全國科技界和社會各界共同努力下，我國科技實力正在從量的積累邁向質(zhì)的飛躍、從點的突破邁向系統(tǒng)能力提升，科技創(chuàng)新取得新的歷史性成就。
近段時間，華中科技大學的科研人員堅守在科研一線，緊盯前沿，刻苦攻關(guān)，跑出科研“加速度”，七月不斷有科技成果上新：機械學院高亮團隊連續(xù)發(fā)表在超材料拓撲優(yōu)化設(shè)計的最新研究成果，有望在血管支架軟體機器人中進行應(yīng)用；材料學院李箐教授、王譚源副教授團隊發(fā)表直接電解海水制氫領(lǐng)域最新研究成果，為低能源成本直接海水電解制氫提供了高效的電解槽結(jié)構(gòu)和催化劑設(shè)計方案……
機械學院高亮團隊連續(xù)發(fā)表在超材料拓撲優(yōu)化設(shè)計的最新研究成果
7月7日，《Nature Communications》在線刊發(fā)了機械學院高亮教授團隊關(guān)于力學超材料非線性拓撲優(yōu)化設(shè)計的最新研究成果“Self-bridging metamaterials surpassing the theoretical limit of Poisson’s ratios(超越泊松比理論極限的自橋接超材料)”。
受杠桿機構(gòu)支點可轉(zhuǎn)換的啟發(fā)，團隊提出了基于自接觸的結(jié)構(gòu)拓撲可重構(gòu)思路，建立了自橋接力學超材料的非線性拓撲優(yōu)化設(shè)計方法，實現(xiàn)了超越線性材料泊松比理論極限的三類力學超材料設(shè)計。團隊通過構(gòu)建考慮幾何、材料和接觸三類非線性的拓撲優(yōu)化模型，定制化設(shè)計了具有指定泊松比的微結(jié)構(gòu)拓撲單胞，實現(xiàn)了非互易性、超大和階躍等三類泊松比。
同時，通過設(shè)計非互易性泊松比的力學超材料，研究團隊揭示了一種新穎的體模態(tài)，可打破靜力學互易性，具備位移場的單向傳遞和放大特性；通過設(shè)計超大和階躍泊松比，團隊分別展示了自橋接力學超材料的位移雙向放大特性和拉壓膨脹特性。該成果超越了線性材料的泊松比理論極限，實現(xiàn)了力與位移的“二極管”效應(yīng)，能夠在超材料中進行單向位移傳遞，有望在血管支架、軟體機器人中進行應(yīng)用。
材料學院李箐、王譚源團隊發(fā)表直接電解海水制氫領(lǐng)域最新研究成果
7月4日，《自然·通訊》(Nature Communications)在線刊發(fā)材料學院李箐教授、王譚源副教授團隊的研究成果：一種鈉離子導(dǎo)通的不對稱電解槽用于降低直接電解海水制氫工作電壓“A sodium-ion-conducted asymmetric electrolyzer to lower the operation voltage for direct seawater electrolysis”。
清潔制氫是實現(xiàn)雙碳目標的有效途徑，直接海水電解制氫可以充分利用海水資源以及海邊富余的風能、太陽能。團隊設(shè)計了一種Na+交換膜分隔的pH不對稱電解槽，Na+交換膜可以阻止天然海水中的Cl-向陽極運輸，從而避免了競爭性的Cl-氧化。
在接近中性的海水(pH<9.5)和流動電解質(zhì)中，Ca2+和Mg2+沉淀物的問題將得到緩解。此外，在該體系中陰陽極不對稱pH值電解質(zhì)之間的化學勢差，可以用來降低直接電解海水所需的整體電壓。該團隊成果將宏觀電解體系設(shè)計及微觀催化路徑調(diào)控相結(jié)合，為低能源成本直接海水電解制氫提供了高效的電解槽結(jié)構(gòu)和催化劑設(shè)計方案。
武漢光電國家研究中心陳煒團隊在高性能甲脒基反式鈣鈦礦太陽能電池方向取得重要進展
反式鈣鈦礦太陽能電池在兼顧效率、穩(wěn)定性、成本方面，具有先發(fā)競爭優(yōu)勢，是目前鈣鈦礦光伏產(chǎn)業(yè)化最受關(guān)注的重要技術(shù)路線。目前最高效的正式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池往往采用Br, MA-free的FAPbI3基鈣鈦礦，但在反式器件中Br, MA-free的FAPbI3基鈣鈦礦薄膜仍缺乏系統(tǒng)性優(yōu)化，如何利用純碘無甲胺鈣鈦礦優(yōu)化帶隙的優(yōu)勢，在獲得更高短路電流的同時，減少開路電壓損失，仍然具有挑戰(zhàn)性。
7月3日，武漢光電國家研究中心/湖北光谷實驗室陳煒教授團隊針對上述問題，提出了一套對鈣鈦礦薄膜從體相到表面的系統(tǒng)性缺陷鈍化方案，實現(xiàn)了25.1%的光電轉(zhuǎn)化效率和高運行穩(wěn)定性。他們采用一種反溶劑耐受的路易斯堿DBSO添加劑提高FACsPbI3鈣鈦礦薄膜晶體質(zhì)量，再結(jié)合多氟碳改性PEAI分子進行多功能表面修飾，實現(xiàn)對鈣鈦礦薄膜從體相到表面的系統(tǒng)性缺陷鈍化，取得系列創(chuàng)新成果。
公衛(wèi)學院劉剛團隊發(fā)表鈣補充劑與糖尿病患者心血管疾病風險的最新研究成果
近期，國際權(quán)威期刊Diabetes Care在線刊發(fā)了華中科技大學公共衛(wèi)生學院劉剛教授團隊題為“糖尿病和非糖尿病人群長期服用鈣補充劑與心腦血管疾病和死亡風險的前瞻性研究”的最新研究成果。
研究團隊發(fā)現(xiàn)，在糖尿病患者中，長期鈣補充劑服用與心腦血管疾病和過早死亡風險的增加顯著相關(guān)，而在非糖尿病人群中則沒有顯著關(guān)聯(lián)。同時，食物來源的鈣攝入對糖尿病患者心血管疾病和死亡風險沒有影響。
研究結(jié)果表明，鈣的來源很重要，優(yōu)選食物補鈣。糖尿病患者可能需要謹慎長期服用鈣補充劑。未來還需要更多研究去全面評估鈣補充劑的潛在益處和可能副作用，特別是對于糖尿病患者。
生命學院栗茂騰課題組揭示甘藍型油菜3D基因組結(jié)構(gòu)變異調(diào)控種子含油量的分子機制
近日，華中科技大學栗茂騰教授團隊在Plant Communications(IF：10.5)在線發(fā)表了題為 “3D genome structural variations play important roles in regulating seed oil content in Brassica napus”的研究成果，為從基因組三維結(jié)構(gòu)角度理解SOC的分子調(diào)控機制提供了新的視角。
該研究通過對甘藍型油菜高油材料N53-2(含油量超過50%)和低油材料Ken-C8(含油量40%左右)的Hi-C和ATAC-seq技術(shù)分析，結(jié)合轉(zhuǎn)錄組、基因組等多組學分析與QTL精細定位，解析了甘藍型油菜基因組的3D空間結(jié)構(gòu)并驗證了候選基因的功能，探討了基因組結(jié)構(gòu)變異調(diào)控含油量的分子機制。
此項研究基于多組學聯(lián)合分析，揭示了甘藍型油菜的三維基因組結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)變異對甘藍型油菜種子含油量影響，為進一步通過分子設(shè)計方法培育高含油量的油菜品種提供了基礎(chǔ)。
生命學院朱斌課題組首次揭示Gabija免疫機制
華中科技大學生命學院朱斌課題組基于長期的核酸代謝酶研究基礎(chǔ)首次對Gabija系統(tǒng)分子機制開展研究。2023年7月21日，朱斌教授團隊在Cell Host & Microbe發(fā)表題為Prokaryotic Gabija complex senses and executes nucleotide depletion and DNA cleavage for antiviral defense的研究論文，揭示了Gabija系統(tǒng)的免疫機制。
本研究發(fā)現(xiàn)GajB是一個受DNA末端激活的A/GTP水解酶，其激活信號是具有一定長度DNA的3’末端。GajA和GajB的激活信號和反應(yīng)效果恰好互補，這兩個酶分別感知病毒的轉(zhuǎn)錄和DNA復(fù)制起始反應(yīng)，并通過反應(yīng)效果與激活信號的互補互相激活產(chǎn)生極聯(lián)放大的正反饋循環(huán)，破壞細胞DNA同時清除重要代謝物A/GTP導(dǎo)致流產(chǎn)感染。
GajA和GajB形成復(fù)合物以增強協(xié)同效果，但復(fù)合物中GajB的量必須低于GajA才能執(zhí)行免疫，過量的GajB會導(dǎo)致形成巨大復(fù)合物影響GajA結(jié)合DNA。二者比例通過轉(zhuǎn)錄終止機制進行調(diào)控，兩種前所未見酶活性的巧妙配合使Gabija免疫機制顯著區(qū)別于已知免疫機制。限制修飾系統(tǒng)和CRISPR系統(tǒng)機制解析早期工作由歐美眾多實驗室完成，而Gabija免疫核心機制由朱斌課題組通過生化手段獨立闡明。
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