来源:南京大学
三月科技快讯
肝癌精准诊断新方法
肝细胞癌是全球范围内第四大常见的恶性肿瘤，南京大学化学化工学院的刘震教授团队基于前期分子印迹技术(Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 10211-10215; Nat. Protoc. 2017, 12, 964-987; Chem. Sci. 2019, 10, 1831-1835)和等离激元免疫分子技术(Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 13215–13218; Nat. Protoc. 2021, 16, 3522–3546），发展出一种糖型分辨双模态比率免疫夹心法。该方法通过分子印迹材料等肝癌标志物糖蛋白甲胎蛋白的识别，特别是一个能“以一抵十”的糖链印迹材料对含有唾液酸修饰和核心岩藻糖修饰的糖基化异构体的精准识别，利用表面增强拉曼散射和激光辅助电离质谱两种模态下产生的比率信号来实现对肝癌的精准诊断（原理见图1）。
图1.基于分子印迹材料的糖型分辨双模态比率型免疫夹心法原理示意图
揭示中国碳排放提前
达峰的环境健康效益
南京大学大气科学学院王海鲲教授课题组最新合作研究成果揭示了中国碳排放提前达峰的环境健康效益，也为区域气候变化与大气污染的协同治理提供了新思路。研究团队通过融合政策情景分析、空气质量模拟、健康风险模型、成本效益分析等方法与数据，聚焦二氧化碳排放，从社会经济发展和气候政策强度两个维度，评估了不同气候政策路径的碳排放（图1），及其对改善环境空气质量和人群健康的协同效应。研究发现，在绿色发展路径（SSP1）和全球1.5℃控制目标下，我国可在2030和2050年分别避免约11.8万和61.4万人的PM2.5归因死亡（图2）。气候政策越严格健康协同效益越大，并且气候政策的长期协同效益更加明显。研究进一步指出，在2050年前，仅依靠气候政策的协同效应不足以实现"美丽中国"的空气质量目标，也难以抵消老龄化趋势导致的PM2.5相关死亡的上升，我国仍需持续增强大气污染防治力度，有效保护公众健康。
图1不同SSP-RCP情景下我国碳排放达峰年份及2030年碳排放强度
(虚线对应于我国NDC中的碳达峰年及碳强度目标)
图2我国实施气候政策带来的PM2.5相关健康协同收益
（a和b分别是2030年REF-RCP2.6（即维持2015年政策水平与2℃情景之差）、RCP2.6-RCP1.9（即2℃情景与1.5℃情景之差），c和d分别是在2050年的对应差值)
片上集成光学非互易
领域取得重要进展
针对全光非互易器件的芯片集成问题，以及片上集成光学非互易器件对集成光量子信息处理重要性,南京大学现代工程与应用科学学院夏可宇课题组与国际合作者理论提出片上集成的全光控制的光隔离方法和非互易光子晶体管。该项成果创新性地提出一种利用单向压缩腔模诱导光学非互易的理论方案。图1所示光学非互易系统由两个铌酸锂基非线性环形微腔和两根耦合波导组成。泵浦光从端口3入射，在满足相位匹配条件下，RB腔内发生非线性参量下转换产生逆时针的压缩腔模，但是顺时针模式仍为普通腔模。正向信号光在RA腔中形成顺时针普通腔模，与RB腔内的逆时针压缩腔模耦合。但是对于反向信号光，系统中两个普通腔模耦合。信号光正向与反向入射情况相比，普通腔模与压缩腔模耦合强度大于两个普通腔模的耦合，强耦合相比弱耦合形成模式劈裂，如图2(a)所示。并且等效压缩腔模频率小于普通腔模频率，产生模式频率漂移，如图2(b)所示。由此引起的光学非互易可以实现隔离度大于40 dB的光隔离和保真度大于98%的三端口准环形器。如果再向腔内注入与压缩腔模匹配的压缩真空场，泵浦引入的噪声将被消除，从而实现单光子隔离器和环形器。而且开关弱泵浦光可以控制正向强信号光从端口1到2传输的通断，但是不能控制反向信号光。这样提出的方案可以实现控制增益G大于1的非互易光子晶体管。
图1利用经典光泵浦铌酸锂微腔压缩腔模诱导光子——光子手性耦合，实现非互易光传输。(a)正向信号光入射，量子压缩调制的光子——光子耦合；(b)反向信号光入射，腔模相互作用不受量子压缩调制。
图2(a, b)光隔离器与光环形器的透射谱，红色曲线表示，蓝色曲线表示，绿色曲线表示；(c, d)光子晶体管的增益。
巨噬细胞免疫功能重塑
研究方面取得新进展
肿瘤相关巨噬细胞（Tumor-associated macrophages,简称TAMs）在调控肿瘤发生发展中占据枢纽地位，是有意义的治疗靶标。南京大学生命科学学院、医药生物技术国家重点实验室沈萍萍教授团队长期从事TAMs功能与调控机制方面的研究，并结合临床实践进行免疫治疗技术研发工作。在巨噬细胞代谢重编程及基于此的免疫治疗新策略构建方面，获得系列研究进展。最近的又一项工作发现：糖异生代谢限速酶—丙酮酸羧化酶（PCB）发挥了非经典生物学功能，改变TAMs功能性极化表型而介导了肿瘤进展。该项研究结果不仅发现PCB的非经典生物学功能与调控新机制，而且构建了“靶向干预TAMs极化”的专利技术，可用于进一步免疫治疗新策略的构建。
图1：靶向调控PCB而重塑TAMs免疫杀伤功能
肝性骨病机制研究
方面取得新进展
南京大学医学院蒋青教授研究团队与南京医科大学附属逸夫医院薛斌教授团队、南京医科大学李朝军教授团队、中科院深圳先进院陈棣教授团队合作，发现了慢性肝损伤过程中肝细胞表达PP2Acα调节骨量丢失的分子机制。该研究建立并深化了肝/骨轴稳态调控的理论，阐明了肝骨轴失衡加剧了慢性肝损伤导致的肝性骨病的发病机制，筛选出关键的肝骨轴调节分子LCAT，明确了胆固醇逆向转运对于维持肝脏与骨骼稳态的生理意义，也为肝性骨病相关治疗药物的开发提供了潜在靶点，奠定了肝性骨轴稳态调控领域的理论基础。
高密度极性拓扑畴在硅基
片上的集成与阻态调控
南京大学现代工程与应用科学学院聂越峰教授课题组、吴迪教授课题组与美国加州大学尔湾分校的潘晓晴教授课题组等国际团队展开密切合作，将钙钛矿氧化物铁电/介电自支撑双层结构与硅基片进行集成，获得了高密度的铁电拓扑纳米畴（～200 Gbit/inch2），并实现其阻态在外电场下的可逆调控。高密度、可擦写铁电拓扑纳米畴与硅基片的成功集成展示了新奇氧化物极性拓扑结构在新型高密度非易失性存储器中的广阔应用前景。相关成果以“High-density Switchable Skyrmion-like Polar Nanodomains Integrated on Silicon”为题发表在《Nature》期刊上（DOI: 10.1038/s41586-021-04338-w）。
PTO20/STO10双层膜中高密度铁电纳米畴的实现。（a）自支撑双层膜中铁电纳米畴示意图。（b）自支撑双层膜的AFM形貌、VPFM振幅、VPFM相位、LPFM振幅和LPFM相位图。（c）中心发散和（d）中心会聚型纳米畴的放大图。
解锁“不可成药”CELF1靶点
助力抗肝纤维化药物发现
南京大学生命科学学院、医药生物技术国家重点实验室徐强教授和吴兴新教授联合上海药物所罗小民课题组、南京大学陈加余教授课题组及南京宁丹新药技术有限公司针对“不可成药”CELF1靶点共同攻关。首次提出以单个鸟苷酸与CELF1的结合为虚拟筛选中心的新策略，发现并确证苗头化合物27可以竞争阻断CELF1与RNA的结合，具有调控抗纤维化的IFN-γ mRNA的降解和肝星状细胞活化的作用，可改善小鼠肝纤维化（图1）。进一步，对苗头化合物27进行结构优化获得选择性抑制CELF1活力的小分子化合物841，其有望成为新药开发的候选化合物，目前已申请专利（ZL202111009467.9；ZL202210029098.8）。本研究首次发现了选择性抑制CELF1与靶基因结合的候选化合物，为肝纤维化及其它CELF1相关疾病的治疗提供了候选药物、新靶点和新策略。
图1：解锁"不可成药"CELF1靶点作用机制示意图
全空间智能表面助力
新一代无线通信技术
南京大学电子科学与工程学院冯一军教授团队提出了智能全向超表面（Intelligent programmable omni-metasurface）新概念，可在同一频率、同一极化通道内集成透射、反射电磁波动态调控功能(图1)。该超表面由透射-反射控制层和相位调控层构成，通过切换透射-反射控制层中有源器件的工作状态可决定超表面单元以透射模式或反射模式调控电磁波，通过切换相位调控层内有源器件的工作状态可使超表面在对应工作模式下实现动态相位调制。在此基础上，通过联合调控两层结构，可使超表面分别工作为反射、透射和全空间模式(同时实现反射和透射波束控制)（图2），从而主动调节适应背向半空间、前向半空间、或全空间内的无线通信用户需求。
图1：全空间智能表面辅助无线通信系统；右：相位调控层和透射-反射控制层。
图2：同时在前向空间和背向空间动态生成相同/不同波束实验测试结果
鞠熀先教授获美国化学会20
22年度测量科学进展讲座奖
美国化学会（ACS）近日公布2022年度测量科学进展讲座奖（2022 Advances in Measurement Science Lectureship Award）获奖人名单，来自南京大学生命分析化学国家重点实验室的鞠熀先教授为三名获奖人之一。该奖项为ACS旗下的测量科学方面的五个主要期刊，ACS Sensors, Analytical Chemistry, Journal of Proteome Research, Journal of the American Society for Mass Spectrometry, ACS Measurement Science Au，联合ACS分析化学分部（the ACS Division of Analytical Chemistry）颁发，以表彰来自三个主要地理区域——美洲、欧洲/中东/非洲、亚太地区——在测量科学领域做出重要影响和贡献的三名科学家（每个地区各评选出一名获奖人）。该奖项将在今年10月举行的ACS测量科学研讨会上颁发，并邀请获奖者作学术演讲。鞠熀先教授为荣获该奖的第四位中国科学家。
白光圆偏振OLED领域取得进展
南京大学化学化工学院郑佑轩课题组在前期开发的基于螺芴手性蓝光TADF材料(R/S-OSFSO)的基础之上(Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 8435),开发了一种螺芴基手性黄光TADF材料(R/S-SPOCN)，通过将两对呈现互补色发光的手性热活化延迟荧光(TADF)材料结合，开发了首例基于全手性TADF材料的白光CP-OLED。以R/S-OSFSO和R/S-SPOCN为发光材料，制备了具有双发光层结构的白光CP-OLED。得益于优良的器件结构以及高效的激子利用，该器件呈现暖白光发射并具有极佳的光谱稳定性，对应的CIE坐标为(0.35, 0.46)。其最大亮度可达15700 cd/m2，最大外量子效率可达21.6%，gEL值为+2.5/-3.0×10-3。该工作是目前唯一可以同时利用单线态和三线态激子的白光CP-OLED报道，为开发高性能白光CP-OLED提供了新的思路。
揭示急性缺血性脑卒中后继发
性白质损伤的特异性分子机制
南京大学医学院附属金陵医院刘新峰教授团队采用左侧远端大脑中动脉永久闭塞的模型造成小鼠左侧大脑皮质局部缺血性梗死，取非缺血区胼胝体研究星形胶质细胞表达的LCN2在继发性胼胝体损伤中的关键作用。研究结果表明，野生型小鼠胼胝体确有严重脱髓鞘改变，该部位星形胶质细胞高表达LCN2，且LCN2阳性的星形胶质细胞具有吞噬髓鞘碎片的功能。而Lcn2-/-小鼠的星形胶质细胞吞噬功能受限，脱髓鞘损伤也较轻。本研究还使用慢病毒转染的方法使Lcn2-/-小鼠胼胝体区星形胶质细胞特异性表达非分泌型LCN2Δ2-20），通过对星形胶质细胞吞噬功能和胼胝体脱髓鞘损伤严重程度的分析，进一步确定了胞内LCN2在继发性脱髓鞘病变中的重要地位。为了解析可能的下游分子机制，研究人员通过免疫共沉淀的方法确认造模后LCN2和介导细胞吞噬作用的受体LRP1结合增加，导致LRP1磷酸化，激活下游吞噬活化相关通路，从而调控星形胶质细胞的吞噬功能。而用LV-Lrp1-RNAi的方法抑制LRP1表达可以减轻LCN2诱导的星形胶质细胞对髓鞘碎片的吞噬功能，并延缓胼胝体脱髓鞘进程。因此，本研究证明内源性LCN2可以通过与LRP1结合激活吞噬信号通路促进星形胶质细胞吞噬髓鞘碎片的能力，最终造成缺血后继发性胼胝体脱髓鞘病变。
小鼠非缺血区胼胝体星形细胞吞噬作用参与继发性脱髓鞘机制图
基于MoS2-BN-Graphene范德
华异质结的多功能半浮栅晶体管
南京大学电子科学与工程学院谢臻达教授和南京理工大学严仲副教授发表了基于MoS2-BN-Graphene范德华异质结的多功能半浮栅晶体管的研究。该半浮栅器件可以实现运算、存储和整流三种不同的功能。这种器件可以实现三种不同器件的功能：作为场效应晶体管（MOSFET）可以用于逻辑运算；作为非易失性存储器（FG-MOSFET）可以实现数据的存储，数据可以保持10年，存储开关比为103；作为二极管也可以实现整流的功能，整流比高达103，该值可由不同的Vcg进一步调制。传统冯诺依曼架构的计算机，由于计算和存储单元分离，其运输速率和能耗存在瓶颈。半浮栅器件作为同时具有计算和存储功能的结构单元，可能为突破冯诺依曼架构的下一代计算机设计铺平道路。
基于MoS2-BN-Graphene异质结的半浮栅器件。（a）半浮栅器件结构示意图，其中MoS2为沟道，石墨烯为半浮栅，BN为隧穿层，重掺杂衬底Si为控制栅；（b）半浮栅器件光学照片图，异质结中的MoS2、h-BN和石墨烯区域分别用紫色、蓝色和红色的实线标记，标尺为20μm;(c)器件A为MOSFET，其中电极1和2为源漏两极，电极5为栅极；（d）器件B为FG-MOSFET，其中1和2为源漏两极，衬底Si为控制栅；（e）器件C为二极管，其中电极2为阳极，电极3为阴极。
证实拓扑Dirac半金属的
“体-棱”对应关系
南京大学固体微结构物理国家重点实验室和现代工程与应用科学学院研究团队利用了人工声子晶体的可控优势，构建具有相反手性耦合的双层蜂窝晶格（No.184空间群）。其中，一对理想的三维Dirac点受旋转、滑移对称和时间反演对称性保护。通过对比观察侧面和顶面投影的二维表面态，证实了其中不存在"体-面"对应。当界面有缺陷时，平庸的表面态可被彻底移除或消失，除非在表面引入额外对称性，才可能支持一对螺旋状的表面态。在更高阶的一维棱上（即二阶拓扑），即便在多种棱型的情况下，一维棱态均可稳定存在，且互补的棱存在于互补的动量区域（布里渊区）。本工作通过理论和实验证明了Dirac半金属中的高阶拓扑棱态和三维狄拉克点之间的"体-棱"对应关系，发现一对互补棱的拓扑棱态位于互补的布里渊区中。这一工作不仅解决了Dirac半金属中普遍关心的"体-边"对应关系问题，而且为边界调控跨维度的声波传播提供了新的思路。
Dirac半金属中的“体-棱”对应关系。
揭示外科病人补充性肠外
营养治疗应用的最佳时机
如何实现围手术期营养治疗优化是当前外科领域关注的热点之一。南京大学医学院附属金陵医院（东部战区总医院）普通外科王新颖教授团队依托“国家卫生行业公益性科研专项基金（201502022）——外科规范化临床营养支持治疗体系的建立与推广研究”，在黎介寿院士的指导和科室的大力支持下，联合国内11家三甲医院普通外科，历时5年攻关完成了腹部大手术补充性肠外营养的管理— PNASIT研究。本研究探索了早期补充性肠外营养（Early SPN, E-SPN，术后第3天）和晚期补充性肠外营养（Late SPN, L-SPN，术后第8天）方案在改善腹部大手术病人预后方面的有效性及安全性。研究结果发现：与L-SPN相比，E-SPN联合肠内营养可明显降低术后院内感染发生率及改善病人出院时营养状况。
无需包层的超紧凑光子回路
南京大学物理学院赖耘教授、彭茹雯教授和王牧教授合作团队的最新研究成果突破了依赖于包层的传统波导物理图像，在纯电介质系统中提出了一种无需包层的超紧凑波导阵列与光子回路的新原理。他们通过原理性实验成功展示了与空气完美阻抗匹配且具有直角转弯功能的零间距波导阵列，以及沿弯曲路径传播并遍历整个物理空间的无包层光子回路。普通介质波导（见图1（a））和光子晶体带隙波导（见图1（b））都需要低折射率介质或全带隙光子晶体作为包层将光限制在芯层中传播。研究人员设计了一种特殊的光子晶体，通过把这种光子晶体波导与普通介质波导组合起来就形成了无包层的新型波导系统（见图1（c））。在这种独特的波导系统中，整个物理空间都可以作为电磁波/光的传输通道，因此可以把空间利用率提升到最高。这项研究成果表明，未来的波导和光子芯片领域或将迎来不需要包层的新时代。
图1传统波导和无包层波导的工作原理。(a)普通介质光波导，(b)光子晶体波导，(c)无包层波导。右边代表了相应情况的等频率曲线。
新型肿瘤免疫重编基因环路
针对目前许多识别肿瘤中高表达转录因子（transcription factor, TF）的合成基因环路缺乏严格的肿瘤特异性的问题，南京大学医学院模式动物研究所刘江怀/刘耕教授与合作团队，探索了一类新型基因线路，将一个致癌转录因子（TF1）驱动的CRISPRa效应器模块，与另一个响应p53信号（TF2）的负向开关相组装，从而依据TF1/TF2信号的AND-NOT逻辑而精确靶向肿瘤。这种特异、灵活、有效的合成基因线路将为肿瘤相关的基础及应用研究提供新型工具。该研究首次构建了响应肿瘤细胞中转录因子信号同时获得和丢失的CRISPRa基因环路，一方面能精准识别肿瘤，另一方面能恰当启动抗肿瘤免疫，产生特异及有效的治疗效应。
快照式单纳米颗粒CD检测技术
南京大学现代工程与应用科学学院张伟华课题组与胡伟、陆延青团队，及南京邮电大学晁洁团队合作开发并演示了一种新型、快速、简便、可靠的单纳米颗粒圆二色光谱检测手段，为单纳米结构三维空间构象的原位、实时检测提供了新手段。与传统圆二色光谱测量相比，新方法利用基于液晶光栅特有的精准偏振分光能力将信号光进行分光，通过拍照一次性即可完成离散单纳米颗粒圆二色光谱的测量。该方法可与各类光学成像装置配合，经简单的改装后即可实现单颗粒、乃至单量子点、单分子的偏振光谱测量，解决了传统原二色谱设备昂贵、操作复杂、速度慢、难以与单颗粒成像装置耦合的难题。该工作从理论上证明了对于自然偏振光照明的情况下，基于散射信号分光的新圆二色光谱测量方法与传统基于入射光偏振调制的测量方法等价，其信号反映了纳米结构、材料对外场的非定域响应。同时，利用该模型，可将光谱信息与结构参数联系起来，为利用圆二色光谱测量纳米结构的几何参数提供了可能。
基于液晶偏振光栅的圆二色成像光谱测量方法及单个等离激元手性纳米结构的光谱测量结果图