新聞及香港科大故事

香港科技大學(科大)的研究團隊近日發現了一個新的材料體系，將有望改寫有機太陽能電池的未來發展。利用該材料造成的有機太陽能電池，能於接近零的電荷分離驅動力下，達到高效及高速的電荷分離。這意味著較環保的有機太陽能電池，可望媲美無機太陽能電池的效能水平。 這項突破性的成果由科大化學系顏河教授領導的團隊發現，並於6月在Nature Energy雜誌上發表。 有機太陽能電池是一項重要的第三代太陽能電池技術。然而，它需要0.3eV或以上的驅動力，才能進行發電的必須步驟，即電荷分離。這大大限制了有機太陽能電池的發展，因為對驅動力的需求，令有機太陽能電池無可避免地產生了較大的電壓流失，因而限制了它的光電轉換效率。 這個科學界研究逾廿載的難題，如今可能被顏教授的團隊破解。科大團隊與瑞典林雪平大學的高峰教授、以及美國北卡羅來納州立大學的Kenan Gundogdu教授合作，於驅動力接近零的情況下，利用由新材料體系造成的有機太陽能電池，實現了於0.1-3皮秒間發生、超快速的電荷分離。 這項突破將對有機太陽能電池產生革命性的影響。現時，即使是表現最佳的有機太陽能電池，也只能達到百分之12至13的光電轉換效率。若電荷分離所需要的驅動力被減至接近零，電池的最高轉換效率將可提升至百分之20至25，足以媲美當今最先進的無機太陽能電池。而相關成果亦引發了一系列包括有機太陽能電池中的電荷分離和複合是如何發生等問題，並將引起新一輪有關有機半導體材料中光物理過程的研究。

香港科技大學(科大) 的研究團隊發現人體自身的一種蛋白質，有機會發展成為有效治療阿爾茲海默症（AD）的新藥物。 這項突破性的研究由科大理學院院長、分子神經科學國家重點實驗室主任、晨興生命科學教授葉玉如帶領。她領導的研究小組，與英國格拉斯哥大學的劉富友教授及浙江大學的張寶榮教授合作，發現一種稱為白介素-33 (IL-33) 的蛋白質，能有效改善模擬阿爾茲海默症轉基因小鼠的認知障礙和病理徵狀。是項突破性研究於香港科技大學進行，研究結果剛於本月在國際權威科學期刊《美國國家科學院院刊》(PNAS)上發表。 阿爾茲海默症是一種會嚴重削弱患者認知能力的漸進性腦退化病，至今仍然未有有效的治療方法。患者的徵狀包括逐漸喪失記憶、推理和判斷能力，以及降低活動能力。病理學標誌包括在患者腦中有累積的澱粉樣(Aβ)蛋白斑和神經纖維纏結。 IL-33是調節人體免疫系統功能的一種蛋白質。科大的研究團隊首先研究罹患阿爾茲海默症風險較高的輕度認知障礙患者，發現這些患者體內的IL-33功能異常。研究更發現注射IL-33對APP/PS1小鼠（即具有阿爾茲海默症病理徵狀的轉基因小鼠）的認知功能產生了顯著而快速的恢復效果。在短短一周內能夠成功逆轉APP/PS1小鼠的神經細胞通訊缺陷和記憶力衰退情況。值得注意的是，連續兩天注射 IL-33可以減少這些轉基因小鼠腦中Aβ水平，從而降低澱粉樣蛋白斑的沉積。 大腦清除Aβ蛋白的功能下降是導致阿爾茲海默症的主要病因之一。在病變條件下，IL-33會驅動小膠質細胞（腦內的免疫細胞）移向澱粉樣蛋白斑，並促進對蛋白斑的清除。同時，IL-33也能夠改變小膠質細胞的活性狀態，降低腦中整體炎症反應的水平。炎症正是引致疾病惡化的重要因素。 葉教授說：「這項令人振奮的發現使我們對阿爾茲海默症這個既複雜又多病因的疾病有了更進一步的了解，並為開發治療這病症提供了一種新途徑。我們下一步的計劃是將小鼠的研究成果轉化為臨床治療。」

中樞神經系統中，神經軸突（Axon）一旦受損，往往會導致永久性喪失功能。如果受損的神經元（Neuron）能夠令神經軸突再生，中樞神經系統的功能有望恢復。香港科技大學（科大）生命科學部助理教授劉凱領導的研究團隊，最近發現一個促進受損神經元的神經軸突再生的嶄新方法，為包括脊髓損傷在內的中樞神經系統修復研究提出一個新方向。這項研究發現已於2016年2月16日刊登於《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Science）。 早於2015年，劉教授曾發現在慢性脊髓損傷後，透過抑制PTEN基因可以激活mTOR信號， 從而使受損的神經軸突再生，並形成突觸連接。在最新的研究中，劉教授提出了一項增強神經元活動的機制，以促進軸突再生，而這個發現會有助研發促進神經修復的臨床方法。 劉教授的研究團隊發現，可以通過光遺傳學或化學遺傳學的方法調節神經元活動，以加強軸突的再生能力。研究團隊發現當小鼠視網膜過量表達於一種感光分子－黑視蛋白（melanopsin），會增強視網膜神經節細胞的神經反應，從而激活mTOR信號，促進損傷的視神經再生。研究團隊隨後採取了一種名為DREADD （Designer Receptor Exclusively Activated by Designer Drugs）的化學遺傳學方法，來激活黑視蛋白的下游Gq蛋白信​​號。DREADD是一種廣泛應用於增強神經元活動的工具。在合成配體Clozapine-n-oxide激活DREADD的情況下，軸突再生活動顯著增加。 研究結果表明，黑視蛋白通過調節神經元活性來增強mTOR信號，令神經軸突再生。黑視蛋白激活下游Gq信號，以致神經元活性和鈣的流入增加，維持了視網膜神經節細胞中的mTOR信號。 劉教授說：「我們的研究發現顯示，增強神經元的活動可以促進軸突再生。我們目前正在研究將類似的方法，應用於脊髓損傷這類更具挑戰性的情況中，以促進軸突再生。」 劉凱教授本科畢業於北京大學，並從羅格斯大學獲得博士學位。他曾在哈佛醫學院的波士頓兒童醫院從事研究工作，並於2011年加入科大。

香港科技大學物理學系的理論物理學家發表論文，闡釋超導體(superconductor)在強力磁場下仍能保持超導性(superconductivity)的現象，就多名荷蘭科學家提出但尚未解開的實驗謎團提出理論解釋。 科大與荷蘭團隊的研究結果於2015年11月12日在國際權威科學期刊《科學》(Science)上發表。 [DOI:10.1126/science.aab2277].(http://m.sciencemag.org/content/early/2015/11/11/science.aab2277.abstract) 超導性是一種量子現象，當電子結合成雙，便能在「零電阻」的情況下流動。然而，強力磁場可切斷電子的結合，破壞物質的超導性。荷蘭研究團隊發現，二硫化鉬(MoS2)薄片在高達37特斯拉(Tesla)的磁場下仍能保持其超導性，並把有關結果交予羅錦團教授的團隊。其後，羅教授和學生袁凡奇經過仔細研究後作出推論。 羅教授的團隊提出，二硫化鉬薄片的晶體結構能使物料內流動的電子接觸到約100特斯拉的強力內稟磁場。這種特殊的內稟磁場不會破壞物質的超導性，而是抵禦超導電子的結合，免受外在磁場的破壞。研究團隊把這種超導體稱作「伊辛超導體」。根據他們的推斷，其他不少晶體結構與二硫化鉬相似的超導體，也可歸類為「伊辛超導體」。 此外，伊辛超導體可用於創造一種名為「馬約拉納費米子(Majorana fermions)」的新粒子。「馬約拉納費米子」有潛力應用於組建量子電腦。羅教授表示︰「『伊辛超導體』有不少奇妙特性和嶄新應用，尚待我們日後探索。」 羅教授指出︰「現在我們已明白為何某類物質能夠抵禦外在磁場的干擾，因此未來我們將繼續尋找與二硫化鉬特性相近的物質。」事實上，羅教授與美國賓夕法尼亞州立大學的實驗科學家並肩合作，發現二硒化鈮(NbSe2)的單層亦是一種伊辛超導體。他們的研究成果已於《自然物理學》(Nature Physics)期刊上發表 (DOI: 10.1038/NPHYS3538)。

香港科技大學（科大）物理學系助理教授羅錦團的研究團隊，解釋物質在強力磁場下仍能保持超導性的複雜現象，協助荷蘭的科學家以理論闡釋實驗結果。這項雙方合作的發現於2015年11月12日在國際權威科學期刊《科學》(Science) 上發表。 超導性是一種量子現象，電子結合成雙，並在「零電阻」的情況下流動，然而強力的磁場會切斷電子之間的連結，破壞物質的超導性。當得悉荷蘭的研究人員發現二硫化鉬薄片在高達37特斯拉（Tesla）的磁場下仍能保持其超導性，羅教授與他的學生袁凡奇嘗試解釋這實驗結果，並成功解開謎團。 羅教授的研究團隊提出，二硫化鉬擁有特殊的晶體結構，令流動的電子要承受強達100特斯拉的內稟磁場。這種特殊的內稟磁場並不會破壞物質的超導性，反而能保護超導體內電子之間的連結，免受外在磁場破壞。研究團隊把這種超導體稱作「伊辛超導體」。他們亦推斷很多與二硫化鉬晶體結構相似的超導體，也屬於「伊辛超導體」。 羅教授的研究團隊亦指出，「伊辛超導體」可用於創造一種名為「馬約拉納費米子（Majorana fermions）」的新粒子。「馬約拉納費米子」將可能用於製造量子電腦。羅教授表示：「伊辛超導體還有很多有待發現的奇妙特質和應用。現在，我們理解某類物質為何能夠抵禦外來磁場的干擾，我們將會找出更多與二硫化鉬特性相近的物質。」羅教授亦與賓夕凡尼亞州立大學的研究團隊合作，發現單分子層二硒化鈮同屬於「伊辛超導體」，相關發現已在11月於國際權威物理期刊《自然物理》(Nature Physics) 發表。 羅教授於2011年加入科大物理學系。他在2003年於科大畢業，2008年於美國布朗大學取得博士學位，同時獲頒「Anthony Houghton Award for Theoretical Physics」獎項。他於2008年成為香港科技大學賽馬會高等研究院及麻省理工學院的首位聯合博士後研究員，並於2009至2011年作為裘槎博士後研究員在麻省理工學院任職。他於2014年獲頒科大理學院研究獎，並於2015年獲頒「裘槎前瞻科研大獎」。 傳媒查詢:

科大研究團隊最近發現刺激神經軸突（axons）再生的方法，可望為慢性脊髓損傷治療打開新一頁。 脊髓損傷令大量受損神經軸突難以跨越損傷組織，特別是皮質脊髓束。慢性脊髓損傷病人往往喪失活動能力甚至癱瘓，嚴重影響日常生活。 在科大生命科學部助理教授劉凱領導下，研究團隊先為老鼠進行錐體束切斷術（pyramidotomy），然後剔除其體內的PTEN基因。此外，研究人員亦在脊髓嚴重損傷4個月和12個月的老鼠身上進行相同程序。 研究團隊在三組樣本身上均發現皮質脊髓束展現再生的反應，顯示即使損傷已維持一段時間，若剔除PTEN基因，仍可刺激皮質脊髓束再生。 劉教授表示，與急性損傷比較，慢性損傷的皮質脊髓束較難出現再生。儘管困難重重，但藉著嶄新療法，皮質脊髓束即使在受損一年後仍可再生，令團隊大感意外。 劉教授指出︰「認識到慢性受損的神經細胞仍有再生軸突和重建初步突觸連接（synaptic connections）的能力，實在是一項重大發現。抑制PTEN基因的治療可針對特定的神經細胞進行，亦即是說，我們可在日後研究中將程序具體應用於目標部位。」 請按此獲取更多資訊。

香港科技大學(科大)生命科學部及香港賽馬會高等研究院與清華大學生命科學學院的研究團隊，首次揭示在DNA複製過程中有極重要角色的 MCM2-7複合體近乎原子般大小的立體結構，為雙鏈DNA在複製過程中的「解鏈機理」揭開新一頁。 這項突破性發現於2015年7月29日在國際權威科學期刊《自然》(Nature)上發表(http://dx.doi.org/10.1038/nature14685)，並獲同期雜誌內的「新聞與觀點」專欄重點撰文評述(http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature14643.html)。 真核生物中的雙鏈DNA結構緊密，進行複製前必須先「解鏈」，當中圍繞著雙鏈DNA的MCM2-7複合體，則成為解鏈過程的重要一環；儘管多年來有大量針對MCM2-7複合體的研究，但它們如何令DNA分解則依然成謎。 科大戴碧瓘教授和清華大學高寧教授共同領導的研究團隊，利用先進的冷凍電鏡技術，首次揭示MCM2-7複合體的3.8 Å高解像度的立體結構，有助更深入了解結構極其穩定的雙鏈DNA，在自我複製的過程開始時會分裂的原因。這項突破性研究帶來的重大發現亦已經刊載於同期《自然》期刊中的「新聞與觀點」(http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature14643.html)。

香港科技大學化學系顏河教授的研究團隊，近日成功研發出三種新的高分子材料以及超過十種高分子富勒烯材料組合，能夠實現高達10.8%的光電轉化效率，是迄今最高效的單節高分子太陽能電池。 高分子太陽能電池是一種成本低且環保的太陽能技術。高分子太陽能電池板不但輕巧靈活，更可透過類似報章印刷的技術大量生產，以降低成本。高分子太陽能電池由高分子給體和富勒烯受體的共混薄膜構成，可為智能手機及手提電腦等流動裝置充電。儘管高分子太陽能電池近年發展迅速，一些限制條件仍然制約其發展，如高分子-富勒烯共混膜的形貌難於控制。 顏河教授團隊與北卡羅來納州立大學的Harald Ade教授以及馬偉博士合作，在《自然通訊》上發表了一篇論文，闡述隨溫度控制的高分子聚集效應是實現高效率太陽能電池的關鍵因素。Ade教授團隊運用一系列的X光技術對高分子-富勒烯混合物形貌進行了測試，發現由科大顏教授團隊研發的混合物擁有「近乎理想」的形貌狀態，有別於現存的先進材料。 顏教授表示:「開發高分子太陽能電池材料的研究成功率通常較低，僅有幾種高分子材料和一種富勒烯材料可達9%的光電轉化效率。而我們團隊自2013年9月研發出第一個超過10%效率的材料組合之後，在過去一年先後研發出兩種高分子材料及多種不同的富勒烯材料，均能實現超過10%的能源轉化效率。我們希望這些新材料的設計方法和Ade教授的測試結果能促進其他科研人員對高分子-富勒烯材料的研發，從而提升太陽能電池效率，進一步降低成本，儘早實現高分子太陽能電池商業化。」 除了研發出10.8%效率的高分子太陽能電池，顏教授團隊在其他有機太陽能電池領域也取得了突破，包括用高分子或者小分子作為受體的有機太陽能電池，達至6.3%的高效率記錄。長遠來說，發展新型受體材料將拓闊製造有機太陽能電池材料的選擇，促進高效、低成本太陽能電池的發展。三篇闡述這些成果的文章已於高影響因子雜誌Advanced Materials 和 Energy and Environmental Science上發表。