原标题：科研追踪|哈工大学者近期都在哪些领域取得重要进展？
来源：哈尔滨工业大学
近期，哈工大研究人员分别在高性能织构陶瓷储能电容器研究、量子傅立叶分析研究、铁死亡研究等前沿领域取得最新研究成果或重要进展。下面就跟随小编一起来看其中的几项代表性成果。
近日，我校仪器学院常云飞副教授研究组与西安交通大学、澳大利亚伍伦贡大学等单位合作发表了关于多层织构陶瓷储能电容器的最新研究成果。该成果以《用于能量储存的晶粒择优取向多层陶瓷电容器》为题，刊发于国际学术期刊《自然·材料》（Nature Materials）。常云飞为论文共同通讯作者之一。
图1多层陶瓷电容器单个陶瓷层的应变和弹性能分布的有限元模拟：(a)陶瓷电容器和单陶瓷层示意图；沿<100>，<110>和<111>取向的钙钛矿样品的(b)局部位移、(c)应力局域分布和(d)局部弹性能密度。
陶瓷电容器以高放电功率、快充放电速率和抗衰退循环等优势，在电子、通讯、交通和脉冲功率器件等众多领域有着广泛的需求。大电容容量、尺寸小型化和高耐压等特点是陶瓷电容器的发展趋势。然而，目前制约陶瓷电容器发展的一个主要问题是较低击穿电场强度导致的低储能密度。
图2<111>多层织构陶瓷电容器的取向结构特征及其储能特性：(a)钛酸锶模板和(b, c)<111>多层织构陶瓷电容器的截面显微照片；织构陶瓷的(d) XRD图谱和(e)晶粒取向分布图；(f)多层织构陶瓷电容器照片；(g)随机取向以及分别沿<001>和<111>取向的多层陶瓷应变与电场的关系；(h)<111>取向多层陶瓷极化强度与电场的关系；(i)<111>取向多层织构陶瓷与文献报道的陶瓷材料储能密度对比。
基于钙钛矿结构电致伸缩效应的各向异性特点，研究团队提出了一种新的设计思路，即通过控制陶瓷晶粒取向（织构工程）来降低电容器在外场刺激下产生的应变和应力，避免微裂纹和拉伸应力所导致的陶瓷击穿，从而提高击穿电场强度和储能密度。
研究团队巧妙地运用局部化学微晶转化法制备了径厚比高的钛酸锶模板，然后基于模板晶粒生长技术首次制备了沿<111>择优取向且织构度达91%的钛酸锶铋钠(NBT-SBT)多层陶瓷电容器，将其击穿电场提高至100 MV m-1，获得了高达21.5 J cm-3的储能密度，为目前已知陶瓷电容器的最高值。该研究为突破制约陶瓷电容器发展的技术难题提供了新设计思路，并且该思路可广泛应用于提高其他电子功能陶瓷的强场工作稳定性和可靠性，如基于电卡效应的固态制冷陶瓷等。
该研究工作得到国家自然科学基金委面上项目和黑龙江省自然科学基金优秀青年项目等支持。
文章链接：
https://www.nature.com/articles/s41563-020-0704-x
日前，《美国科学院院刊》（PNAS）在线刊发了我校数学研究院青年教师吴劲松及其合作者的论文《量子傅立叶分析》（Quantum Fourier analysis）。
近年来，吴劲松与其合作者得到了子因子平面代数、局部紧量子群、耦合范畴上的傅立叶分析中一系列重要基本的结果。
子因子平面代数、局部紧量子群、耦合范畴都是物理中量子对称性的不同数学表述。基于此方面的深刻理解，吴劲松与哈佛大学亚瑟·贾菲（Arthur Jaffe）教授、河北师范大学蒋春澜教授、清华大学刘正伟教授、哈佛大学博士后任云翔建议，要更为广泛地借助拓扑方法和傅立叶分析工具，在量子对称性上研究超压缩性、不确定性等一系列深刻不等式，并寻找这些理论的应用。这个建议被整理成美国科学院院刊的名为《量子傅立叶分析》的文章。
目前部分不等式已经被发现是耦合环范畴化的关键判断准则。《量子傅立叶分析》将会对量子物理、量子信息等领域产生重要影响。
《美国科学院院刊》（PNAS）是世界上最负盛名的基础科学领域顶级综合性学术杂志，是公认的世界四大名刊之一(《Nature》《Science》《Cell》《PNAS》)。自1914年创刊至今，《美国科学院院刊》提供具有高水平的前沿研究报告、学术评论、学科回顾、具有前瞻性的学术论文以及美国国家科学学会学术动态的报道和出版。
文章链接：
https://www.pnas.org/content/117/20/10715
近日，我校生命科学中心高明辉课题组在著名国际学术杂志《信号转导与靶向治疗》发表题为《LKB1-AMPK信号通路通过抑制脂肪酸合成而阻断铁死亡》的研究论文，揭示了LKB1-AMPK信号通路在调节铁坏死中的重要作用。
铁死亡（ferroptosis）是近年来发现的一种由铁依赖的氧化损伤引起的程序性细胞死亡形式，由一系列铁坏死诱导剂如erastin和RSL3引起。Erastin抑制谷氨酸/胱氨酸交换器xCT的活性，使细胞中半胱氨酸和谷胱甘肽（GSH）缺乏，进而破坏细胞氧化还原稳态，导致铁死亡的发生。谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）是一种能清除脂质过氧化物的酶，其失活可以在不影响细胞内半胱氨酸和谷胱甘肽水平的情况下，导致铁死亡的发生。越来越多的证据表明，铁死亡与肿瘤、心脑血管疾病、神经退行性疾病等重大人类疾病息息相关。
葡萄糖和谷氨酰胺是细胞生存的必要营养物质。然而，本课题组的前期研究发现，谷氨酰胺对于细胞铁死亡也是必须的。谷氨酰胺通过线粒体代谢进入三羧酸循环，进而调控铁死亡的进程。类似地，葡萄糖进入细胞后经糖酵解途径和三羧酸循环途径产生ATP进而提供细胞的能量需求。但是葡萄糖是否调控铁死亡尚不清楚。
高明辉课题组发现葡萄糖的缺失可以抑制由erastin或RSL3诱导的铁死亡，表明葡萄糖对细胞铁死亡是必须的。AMPK是细胞的代谢和能量感受器。当葡萄糖缺乏时，细胞内AMP/ATP比值增加，进而激活AMPK。该研究发现激活AMPK能够抑制铁死亡的发生，而抑制AMPK能够促进铁死亡的发生。
AMPK的上游激酶LKB1是一个非常关键的肿瘤抑制蛋白。LKB1在肺癌等肿瘤中突变频率非常高。该研究发现携带LKB1突变的非小细胞肺癌细胞对铁死亡异常敏感。这表明铁死亡诱导剂可能是携带LKB1突变的肿瘤的有效候选药物。该研究进一步发现当细胞受到铁死亡刺激时，AMPK被激活，进而磷酸化并抑制AMPK下游底物乙酰辅酶A羧化酶1（ACC1）的活性，以及抑制脂肪酸的合成，从而减缓脂质氧化物的积累和铁死亡的发生。
该研究是高明辉课题组继发现谷氨酰胺调控铁死亡之后，在细胞营养代谢与铁死亡领域的又一重要发现。更重要的是该研究发现携带LKB1突变的肿瘤细胞对铁死亡刺激异常敏感，这为我们开发靶向携带LKB1突变基因肿瘤的特异性药物奠定了理论基础。
哈工大生命科学中心高明辉研究员为本文的通讯作者，博士生李长炙为第一作者，硕士研究生董萱、石昕、陈康婕和博士后杜文静合作参与该项工作，康奈尔医学院博士张炜是该文章的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金，黑龙江省优秀青年基金和哈尔滨工业大学人才启动经费的支持。
文章链接：https://rdcu.be/b6Js9
来源|哈工大新闻网
责任编辑|商艳凯
值班编辑|梁英爽
