新闻及香港科大故事

香港科技大学（科大）的研究团队近日发现了一个新的材料体系，将有望改写有机太阳能电池的未来发展。利用该材料造成的有机太阳能电池，能于接近零的电荷分离驱动力下，达到高效及高速的电荷分离。这意味着较环保的有机太阳能电池，可望媲美无机太阳能电池的效能水平。这项突破性的成果由科大化学系颜河教授领导的团队发现，并于6月在Nature Energy杂志上发表。有机太阳能电池是一项重要的第三代太阳能电池技术。然而，它需要0.3eV或以上的驱动力，才能进行发电的必须步骤，即电荷分离。这大大限制了有机太阳能电池的发展，因为对驱动力的需求，令有机太阳能电池无可避免地产生了较大的电压流失，因而限制了它的光电转换效率。这个科学界研究逾廿载的难题，如今可能被颜教授的团队破解。科大团队与瑞典林雪平大学的高峰教授、以及美国北卡罗来纳州立大学的Kenan Gundogdu教授合作，于驱动力接近零的情况下，利用由新材料体系造成的有机太阳能电池，实现了于0.1-3皮秒间发生、超快速的电荷分离。这项突破将对有机太阳能电池产生革命性的影响。现时，即使是表现最佳的有机太阳能电池，也只能达到百分之12至13的光电转换效率。若电荷分离所需要的驱动力被减至接近零，电池的最高转换效率将可提升至百分之20至25，足以媲美当今最先进的无机太阳能电池。而相关成果亦引发了一系列包括有机太阳能电池中的电荷分离和复合是如何发生等问题，并将引起新一轮有关有机半导体材料中光物理过程的研究。

香港科技大学(科大) 的研究团队发现人体自身的一种蛋白质，有机会发展成为有效治疗阿尔兹海默症（AD）的新药物。 这项突破性的研究由科大理学院院长、分子神经科学国家重点实验室主任、晨兴生命科学教授叶玉如带领。她领导的研究小组，与英国格拉斯哥大学的刘富友教授及浙江大学的张宝荣教授合作，发现一种称为白介素-33 (IL-33) 的蛋白质，能有效改善模拟阿尔兹海默症转基因小鼠的认知障碍和病理征状。是项突破性研究于香港科技大学进行，研究结果刚于本月在国际权威科学期刊《美国国家科学院院刊》(PNAS)上发表。 阿尔兹海默症是一种会严重削弱患者认知能力的渐进性脑退化病，至今仍然未有有效的治疗方法。患者的征状包括逐渐丧失记忆、推理和判断能力，以及降低活动能力。病理学标志包括在患者脑中有累积的淀粉样(Aβ)蛋白斑和神经纤维缠结。 IL-33是调节人体免疫系统功能的一种蛋白质。科大的研究团队首先研究罹患阿尔兹海默症风险较高的轻度认知障碍患者，发现这些患者体内的IL-33功能异常。研究更发现注射IL-33对APP/PS1小鼠（即具有阿尔兹海默症病理征状的转基因小鼠）的认知功能产生了显著而快速的恢复效果。在短短一周内能够成功逆转APP/PS1小鼠的神经细胞通讯缺陷和记忆力衰退情况。值得注意的是，连续两天注射 IL-33可以减少这些转基因小鼠脑中Aβ水平，从而降低淀粉样蛋白斑的沉积。 大脑清除Aβ蛋白的功能下降是导致阿尔兹海默症的主要病因之一。在病变条件下，IL-33会驱动小胶质细胞（脑内的免疫细胞）移向淀粉样蛋白斑，并促进对蛋白斑的清除。同时，IL-33也能够改变小胶质细胞的活性状态，降低脑中整体炎症反应的水平。炎症正是引致疾病恶化的重要因素。 叶教授说：「这项令人振奋的发现使我们对阿尔兹海默症这个既复杂又多病因的疾病有了更进一步的了解，并为开发治疗这病症提供了一种新途径。我们下一步的计划是将小鼠的研究成果转化为临床治疗。」

中枢神经系统中，神经轴突（Axon）一旦受损，往往会导致永久性丧失功能。如果受损的神经元（Neuron）能够令神经轴突再生，中枢神经系统的功能有望恢复。香港科技大学（科大）生命科学部助理教授刘凯领导的研究团队，最近发现一个促进受损神经元的神经轴突再生的崭新方法，为包括脊髓损伤在内的中枢神经系统修复研究提出一个新方向。这项研究发现已于2016年2月16日刊登于《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Science）。 早于2015年，刘教授曾发现在慢性脊髓损伤后，透过抑制PTEN基因可以激活mTOR信号，从而使受损的神经轴突再生，并形成突触连接。在最新的研究中，刘教授提出了一项增强神经元活动的机制，以促进轴突再生，而这个发现会有助研发促进神经修复的临床方法。 刘教授的研究团队发现，可以通过光遗传学或化学遗传学的方法调节神经元活动，以加强轴突的再生能力。研究团队发现当小鼠视网膜过量表达于一种感光分子－黑视蛋白（melanopsin），会增强视网膜神经节细胞的神经反应，从而激活mTOR信号，促进损伤的视神经再生。研究团队随后采取了一种名为DREADD （Designer Receptor Exclusively Activated by Designer Drugs）的化学遗传学方法，来激活黑视蛋白的下游Gq蛋白信​​号。DREADD是一种广泛应用于增强神经元活动的工具。在合成配体Clozapine-n-oxide激活DREADD的情况下，轴突再生活动显著增加。 研究结果表明，黑视蛋白通过调节神经元活性来增强mTOR信号，令神经轴突再生。黑视蛋白激活下游Gq信号，以致神经元活性和钙的流入增加，维持了视网膜神经节细胞中的mTOR信号。 刘教授说：「我们的研究发现显示，增强神经元的活动可以促进轴突再生。我们目前正在研究将类似的方法，应用于脊髓损伤这类更具挑战性的情况中，以促进轴突再生。」 刘凯教授本科毕业于北京大学，并从罗格斯大学获得博士学位。他曾在哈佛医学院的波士顿儿童医院从事研究工作，并于2011年加入科大。

香港科技大学物理学系的理论物理学家发表论文，阐释超导体(superconductor)在强力磁场下仍能保持超导性(superconductivity)的现象，就多名荷兰科学家提出但尚未解开的实验谜团提出理论解释。 科大与荷兰团队的研究结果于2015年11月12日在国际权威科学期刊《科学》(Science)上发表。 [DOI:10.1126/science.aab2277].(http://m.sciencemag.org/content/early/2015/11/11/science.aab2277.abstract) 超导性是一种量子现象，当电子结合成双，便能在「零电阻」的情况下流动。然而，强力磁场可切断电子的结合，破坏物质的超导性。荷兰研究团队发现，二硫化钼(MoS2)薄片在高达37特斯拉(Tesla)的磁场下仍能保持其超导性，并把有关结果交予罗锦团教授的团队。其后，罗教授和学生袁凡奇经过仔细研究后作出推论。 罗教授的团队提出，二硫化钼薄片的晶体结构能使物料内流动的电子接触到约100特斯拉的强力内禀磁场。这种特殊的内禀磁场不会破坏物质的超导性，而是抵御超导电子的结合，免受外在磁场的破坏。研究团队把这种超导体称作「伊辛超导体」。根据他们的推断，其他不少晶体结构与二硫化钼相似的超导体，也可归类为「伊辛超导体」。 此外，伊辛超导体可用于创造一种名为「马约拉纳费米子(Majorana fermions)」的新粒子。「马约拉纳费米子」有潜力应用于组建量子电脑。罗教授表示︰「『伊辛超导体』有不少奇妙特性和崭新应用，尚待我们日后探索。」 罗教授指出︰「现在我们已明白为何某类物质能够抵御外在磁场的干扰，因此未来我们将继续寻找与二硫化钼特性相近的物质。」事实上，罗教授与美国宾夕法尼亚州立大学的实验科学家并肩合作，发现二硒化铌(NbSe2)的单层亦是一种伊辛超导体。他们的研究成果已于《自然物理学》(Nature Physics)期刊上发表 (DOI: 10.1038/NPHYS3538)。

香港科技大学（科大）物理学系助理教授罗锦团的研究团队，解释物质在强力磁场下仍能保持超导性的复杂现象，协助荷兰的科学家以理论阐释实验结果。这项双方合作的发现于2015年11月12日在国际权威科学期刊《科学》(Science) 上发表。 超导性是一种量子现象，电子结合成双，并在「零电阻」的情况下流动，然而强力的磁场会切断电子之间的连结，破坏物质的超导性。当得悉荷兰的研究人员发现二硫化钼薄片在高达37特斯拉（Tesla）的磁场下仍能保持其超导性，罗教授与他的学生袁凡奇尝试解释这实验结果，并成功解开谜团。 罗教授的研究团队提出，二硫化钼拥有特殊的晶体结构，令流动的电子要承受强达100特斯拉的内禀磁场。这种特殊的内禀磁场并不会破坏物质的超导性，反而能保护超导体内电子之间的连结，免受外在磁场破坏。研究团队把这种超导体称作「伊辛超导体」。他们亦推断很多与二硫化钼晶体结构相似的超导体，也属于「伊辛超导体」。 罗教授的研究团队亦指出，「伊辛超导体」可用于创造一种名为「马约拉纳费米子（Majorana fermions）」的新粒子。「马约拉纳费米子」将可能用于制造量子电脑。罗教授表示：「伊辛超导体还有很多有待发现的奇妙特质和应用。现在，我们理解某类物质为何能够抵御外来磁场的干扰，我们将会找出更多与二硫化钼特性相近的物质。」罗教授亦与宾夕凡尼亚州立大学的研究团队合作，发现单分子层二硒化铌同属于「伊辛超导体」，相关发现已在11月于国际权威物理期刊《自然物理》(Nature Physics) 发表。 罗教授于2011年加入科大物理学系。他在2003年于科大毕业，2008年于美国布朗大学取得博士学位，同时获颁「Anthony Houghton Award for Theoretical Physics」奖项。他于2008年成为香港科技大学赛马会高等研究院及麻省理工学院的首位联合博士后研究员，并于2009至2011年作为裘槎博士后研究员在麻省理工学院任职。他于2014年获颁科大理学院研究奖，并于2015年获颁「裘槎前瞻科研大奖」。 传媒查询:

科大研究团队最近发现刺激神经轴突（axons）再生的方法，可望为慢性脊髓损伤治疗打开新一页。 脊髓损伤令大量受损神经轴突难以跨越损伤组织，特别是皮质脊髓束。慢性脊髓损伤病人往往丧失活动能力甚至瘫痪，严重影响日常生活。 在科大生命科学部助理教授刘凯领导下，研究团队先为老鼠进行锥体束切断术（pyramidotomy），然后剔除其体内的PTEN基因。此外，研究人员亦在脊髓严重损伤4个月和12个月的老鼠身上进行相同程序。 研究团队在三组样本身上均发现皮质脊髓束展现再生的反应，显示即使损伤已维持一段时间，若剔除PTEN基因，仍可刺激皮质脊髓束再生。 刘教授表示，与急性损伤比较，慢性损伤的皮质脊髓束较难出现再生。尽管困难重重，但借着崭新疗法，皮质脊髓束即使在受损一年后仍可再生，令团队大感意外。 刘教授指出︰「认识到慢性受损的神经细胞仍有再生轴突和重建初步突触连接（synaptic connections）的能力，实在是一项重大发现。抑制PTEN基因的治疗可针对特定的神经细胞进行，亦即是说，我们可在日后研究中将程序具体应用于目标部位。」 请按此获取更多资讯。

香港科技大学(科大)生命科学部及香港赛马会高等研究院与清华大学生命科学学院的研究团队，首次揭示在DNA复制过程中有极重要角色的MCM2-7复合体近乎原子般大小的立体结构，为双链DNA在复制过程中的「解链机理」揭开新一页。 这项突破性发现于2015年7月29日在国际权威科学期刊《自然》(Nature)上发表(http://dx.doi.org/10.1038/nature14685)，并获同期杂志内的「新闻与观点」专栏重点撰文评述(http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature14643.html)。 真核生物中的双链DNA结构紧密，进行复制前必须先「解链」，当中围绕着双链DNA的MCM2-7复合体，则成为解链过程的重要一环；尽管多年来有大量针对MCM2-7复合体的研究，但它们如何令DNA分解则依然成谜。

香港科技大学化学系颜河教授的研究团队，近日成功研发出三种新的高分子材料以及超过十种高分子富勒烯材料组合，能够实现高达10.8%的光电转化效率，是迄今最高效的单节高分子太阳能电池。 高分子太阳能电池是一种成本低且环保的太阳能技术。高分子太阳能电池板不但轻巧灵活，更可透过类似报章印刷的技术大量生产，以降低成本。高分子太阳能电池由高分子给体和富勒烯受体的共混薄膜构成，可为智能手机及手提电脑等流动装置充电。尽管高分子太阳能电池近年发展迅速，一些限制条件仍然制约其发展，如高分子-富勒烯共混膜的形貌难于控制。 颜河教授团队与北卡罗来纳州立大学的Harald Ade教授以及马伟博士合作，在《自然通讯》上发表了一篇论文，阐述随温度控制的高分子聚集效应是实现高效率太阳能电池的关键因素。Ade教授团队运用一系列的X光技术对高分子-富勒烯混合物形貌进行了测试，发现由科大颜教授团队研发的混合物拥有「近乎理想」的形貌状态，有别于现存的先进材料。 颜教授表示:「开发高分子太阳能电池材料的研究成功率通常较低，仅有几种高分子材料和一种富勒烯材料可达9%的光电转化效率。而我们团队自2013年9月研发出第一个超过10%效率的材料组合之后，在过去一年先后研发出两种高分子材料及多种不同的富勒烯材料，均能实现超过10%的能源转化效率。我们希望这些新材料的设计方法和Ade教授的测试结果能促进其他科研人员对高分子-富勒烯材料的研发，从而提升太阳能电池效率，进一步降低成本，尽早实现高分子太阳能电池商业化。」 除了研发出10.8%效率的高分子太阳能电池，颜教授团队在其他有机太阳能电池领域也取得了突破，包括用高分子或者小分子作为受体的有机太阳能电池，达至6.3%的高效率记录。长远来说，发展新型受体材料将拓阔制造有机太阳能电池材料的选择，促进高效、低成本太阳能电池的发展。三篇阐述这些成果的文章已于高影响因子杂志和 上发表。