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建設科技強國，貢獻交大力量

自覺履行科技自立自強的使命擔當

交大人，前進！

近期，西安交大科研人員在農(nóng)業(yè)勞動力短缺有效應對機制、超聲血腦屏障開放和原位腦膠質(zhì)瘤治療、仿生納米材料、細胞力學、大規(guī)模能用水系有機液流電池、高質(zhì)量罌粟屬多基因組、可見光催化反應、鋰離子電池、DNA復制和抗菌策略、催化劑設計和能源轉(zhuǎn)化等領域取得重要進展。

科研創(chuàng)新，探索未知，交大人，永不止步！

｜內(nèi)容速覽｜

1、西安交大科研人員在農(nóng)業(yè)勞動力短缺有效應對機制研究領域取得新突破

2、西安交大科研人員在超聲血腦屏障開放和原位腦膠質(zhì)瘤治療研究領域取得新進展

3、西安交大科研人員構建仿生納米材料有效截斷腫瘤能量供應

4、西安交大科研人員在細胞力學研究領域取得新進展

5、西安交大科研人員在大規(guī)模儲能用水系有機液流電池研究領域取得新進展

6、西安交大科研人員構建高質(zhì)量罌粟屬多基因組破譯隱藏800萬年的進化之謎

7、西安交大科研人員構建多組分金屬籠用于可見光催化反應

8、西安交大科研人員在高比能鋰離子電池研究領域取得新進展

9、西安交大科研人員在DNA復制、抗菌策略領域取得重要成果

10、西安交大科研人員在催化劑設計和能源轉(zhuǎn)化方面取得重要進展

#01

西安交大科研人員

在農(nóng)業(yè)勞動力短缺

有效應對機制研究領域取得新突破

發(fā)表期刊

《美國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟學雜志》

（American Journal of Agricultural Economics）

內(nèi)容摘要

西安交通大學經(jīng)濟與金融學院青年教師羅添元博士與美國佐治亞大學（University of Georgia）教授Genti Kostandini博士合作撰寫的《移民密集型產(chǎn)業(yè)對嚴厲的移民限制政策的應對機制分析》（Stringent Immigration Enforcement and Responses of the Immigrant-intensive Sector）一文，使用合成控制方法(Synthetic Control Method)和來自多個來源的數(shù)據(jù)，研究了農(nóng)業(yè)部門因為勞動力供給減少的工資變化以及其他各樣的應對機制。該研究主要確定了農(nóng)業(yè)應對勞動力變化的有效機制，并通過有效的理論模型來預測勞動力要素價格對要素供給變化的最終結(jié)果。該文是第一項針對21世紀農(nóng)業(yè)發(fā)展與工資、資本使用、生產(chǎn)組合和農(nóng)業(yè)技術創(chuàng)新的互動關系的研究。

一個部門在經(jīng)歷了勞動力供給顯著減少之后是否會出現(xiàn)工資水平的上升是勞動力經(jīng)濟學一直關心的問題。如果某一生產(chǎn)部門沒有經(jīng)歷所期望的工資水平的變化，那么該部門所用來調(diào)整生產(chǎn)結(jié)構以緩解勞動力供給減少沖擊的有效機制則更值得我們關注。在目前無論是發(fā)達國家還是發(fā)展中國家都面臨的農(nóng)業(yè)勞動力減少的大背景之下，該研究發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)部門會使用作物組合調(diào)整而不是工資調(diào)整和采用新的農(nóng)業(yè)技術來緩解勞動力供應的沖擊。如果沒有成熟的可用的機器或者技術來替代勞動力，農(nóng)業(yè)部門往往會改變作物組合（從勞動密集型作物轉(zhuǎn)為資本密集型作物），即使農(nóng)業(yè)部門的利潤會因此而有所下降。這項研究的另一個新的發(fā)現(xiàn)是勞動力短缺在刺激生產(chǎn)部門的機械使用以及技術創(chuàng)新方面的作用有限。Rybczynski理論提出在一個小型開放經(jīng)濟體中，當某一固定要素比率因生產(chǎn)組合調(diào)整而不變時，要素價格將對要素投入的相對變化保持不變。該研究的結(jié)果是對Rybczynski理論的進一步驗證，同時提出生產(chǎn)部門在保持勞動力工資不變情況下所實施的產(chǎn)品結(jié)構的調(diào)整將會減少生產(chǎn)部門的創(chuàng)新和競爭。

該研究提供證據(jù)表明勞動力規(guī)模大幅度減少并不一定會增加工資或資本使用，而生產(chǎn)部門往往會通過改變產(chǎn)品結(jié)構來減緩勞動力沖擊。另外，產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新和研究對于勞動力減少的反應也是相對滯后的。這項研究確定了產(chǎn)品結(jié)構調(diào)整是生產(chǎn)部門應對勞動力要素減少的主要機制。

文章作者

文章的第一作者以及通訊作者為西安交通大學經(jīng)濟與金融學院青年教師羅添元博士。

文章鏈接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/ajae.12271

#02

西安交大科研人員

在超聲血腦屏障開放和

原位腦膠質(zhì)瘤治療研究領域取得新進展

發(fā)表期刊

《先進功能材料》

（Advanced Functional Materials）

內(nèi)容摘要

血腦屏障（Blood-brain barrier, BBB）是介于血液與腦組織之間的一種保護性生理屏障，可以起到調(diào)節(jié)大腦穩(wěn)態(tài)，防止某些物質(zhì)不受控制地從血液進入腦組織，從而保護大腦正常功能的作用。但BBB的存在也導致大分子藥物和超過98%的小分子藥物不能通過血液進入大腦，從而給腦部疾病治療的藥物遞送帶來了重大挑戰(zhàn)。低強度聚焦超聲作用下微泡的空化效應能引起B(yǎng)BB的短暫開放，為各種藥物(包括化療藥物和攜帶藥物/基因的納米顆粒以及抗體等)的腦部遞送提供了新途徑。

基于內(nèi)源性ROS響應心型納米顆粒

聯(lián)合PLUS調(diào)控自噬治療腦膠質(zhì)瘤的示意圖

腦膠質(zhì)瘤是中樞神經(jīng)系統(tǒng)腦腫瘤中最常見和最具侵襲性的腫瘤亞型，具有較高的發(fā)病率和死亡率。由于通過BBB輸送足夠劑量化療藥物的挑戰(zhàn)，以及神經(jīng)膠質(zhì)瘤細胞相對完整地離開BBB侵入周圍大腦等多種原因，使得腦膠質(zhì)瘤治療難度很大。近日，西安交通大學研究人員利用腫瘤細胞內(nèi)源性活性氧（ROS）水平明顯高于正常細胞的特性，設計構建ROS響應型攜藥高分子PTX-TL-PEG1K-3-MA，并與DSPE-PEG2K-Angiopeg-2自組裝制備得到一種ROS響應型的載藥納米顆粒，其中Angiopeg-2肽能夠與腦膠質(zhì)瘤和內(nèi)皮細胞表面過表達的低密度脂蛋白受體相關蛋白1（LRP 1）特異性結(jié)合。他們利用這種ROS響應型納米顆粒，在脈沖聚焦超聲聯(lián)合微泡作用開放血腦屏障的基礎上，實現(xiàn)了化療藥物和自噬抑制劑在原位腦膠質(zhì)瘤部位的靶向精準遞送，從而達到對腦膠質(zhì)瘤的協(xié)同高效治療。

文章作者

西安交通大學生物醫(yī)學信息工程教育部重點實驗室是第一單位，西安交通大學生命科學與技術學院博士生吳鵬英為文章第一作者，博士生朱明婷和李燕為該文章共同第一作者，通訊作者為宗瑜瑾教授和萬明習教授。

論文鏈接

https://doi.org/10.1002/adfm.202105786

#03

西安交大科研人員

構建仿生納米材料有效截斷腫瘤能量供應

發(fā)表期刊

《生物材料》

內(nèi)容摘要

相較于放療、化療等腫瘤治療方法，針對與腫瘤生長、增殖、轉(zhuǎn)移等行為密切相關的能量供給的饑餓療法由于其更高的安全性、較低的耐藥性等優(yōu)勢吸引了越來越多的關注。該療法的基本理念是利用功能材料改變腫瘤組織內(nèi)血管的生理狀態(tài)，抑制腫瘤組織內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的運輸以切斷腫瘤的能源供應，從而實現(xiàn)腫瘤的殺滅。因此，將破壞現(xiàn)有腫瘤血管的手段與抑制VEGF誘導的新血管生成方法相結(jié)合有望實現(xiàn)更有效的腫瘤治療。然而，針對血管的治療方法僅著眼于營養(yǎng)物質(zhì)的運輸，而營養(yǎng)物質(zhì)的利用才是產(chǎn)生腫瘤生成所需能量的根本。鑒于線粒體是腫瘤能源轉(zhuǎn)化的重要工廠，在破壞現(xiàn)有的腫瘤血管并抑制腫瘤血管生成的同時賦予材料引發(fā)腫瘤線粒體功能障礙的能力，對于高效截斷腫瘤能量供應至關重要。

針對上述問題，西安交通大學化工學院陳鑫教授團隊與西安交通大學藥學院張彥民教授團隊通過簡單的水解-縮合反應制備了疏水單元（N-叔丁基丙烯酰胺，TBAM）和葡萄糖衍生物（三硫酸化N-乙酰氨基葡萄糖，TSAG）共改性的介孔二氧化硅納米粒子（MSNMG），作為血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）的仿生親和劑。其將作用于VEGF的疏水結(jié)構域和帶正電荷結(jié)構域以實現(xiàn)抗血管生成。基于介孔二氧化硅納米粒子易于表面的功能化的特點，研究團隊精準調(diào)節(jié)了TBAM與TSAG的比例，在兩者比例達到2:1時實現(xiàn)了最佳的治療效果。同時，研究團隊利用MSNMG的多孔結(jié)構負載康普瑞汀A4-磷酸鹽（CA4P，血管破壞劑）及維生素K2 （VK2，ROS生成劑），進一步在其表面構建透明質(zhì)酸冠層，制備仿生納米材料（CVMMGH）。這種材料在使用后能通過CD44受體介導的結(jié)合進行腫瘤靶向，并在透明質(zhì)酸酶的作用下暴露TBAM/TSAG基團并釋放出CA4P和VK2，逐步實現(xiàn)CA4P誘導的腫瘤血管破壞、VEGF捕獲引起的血管生成抑制及ROS 產(chǎn)生導致的線粒體功能紊亂，同時從腫瘤組織營養(yǎng)物質(zhì)的傳輸和利用兩個方面著手完全阻斷腫瘤能量供應，實現(xiàn)精確高效的腫瘤治療及轉(zhuǎn)移抑制。

文章作者

該研究工作由西安交通大學化工學院陳鑫教授團隊和西安交通大學藥學院張彥民教授團隊合作完成，化工學院碩士研究生于小倩、藥學院博士后蘇琪為該文章共同第一作者，陳鑫教授與張彥民教授為共同通訊作者。

論文鏈接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S014296122100538X

#04

西安交大科研人員

在細胞力學研究領域取得新進展

發(fā)表期刊

《自然—通訊》

內(nèi)容摘要

力學在生物體發(fā)育過程中扮演著重要角色，隨著細胞生物學的快速發(fā)展，力學因素在細胞尺度上的調(diào)控作用受到越來越多的關注。在不同類型、不同狀態(tài)的活細胞粘彈性響應中，存在著一個統(tǒng)一的標度律響應。盡管已有非常多的模型用于探究細胞的流變學行為，然而，細胞標度律響應是如何自發(fā)產(chǎn)生的？力學在其中扮演什么樣的角色？標度律指數(shù)中又蘊含著什么樣的物理規(guī)律？這些問題仍待解答。

不同種類的細胞都展現(xiàn)出統(tǒng)一的標度律行為

近日，西安交通大學航天學院徐光魁教授團隊通過考慮細胞諸多組分的細胞結(jié)構建立了揭示活細胞標度律流變學響應機制的自相似多級結(jié)構模型，并受結(jié)構模型啟發(fā)，建立了自相似的多級結(jié)構理論模型，揭示了標度律流變學的形成機制，發(fā)現(xiàn)了細胞剛度在標度律指數(shù)變化中的調(diào)控作用，給出了標度律指數(shù)與細胞剛度的統(tǒng)一關系以及相應的物理規(guī)律，不僅可以自發(fā)地再現(xiàn)蠕變?nèi)崃侩S時間或復模量隨頻率變化的標度律響應規(guī)律，還實現(xiàn)了標度律指數(shù)與細胞剛度的普適關系。模型預測結(jié)果與不同類型的細胞、不同狀態(tài)的細胞實驗數(shù)據(jù)都相吻合。該研究表明，細胞材料普適的標度律響應主要取決于其統(tǒng)一的結(jié)構特征，而不是具體的分子特性。該項研究不僅可以為生物組織材料的仿生設計和應用提供理論基礎，還可以為醫(yī)學診斷、藥物開發(fā)以及預后評估提供新的思路和理論指導。

細胞的標度律流變學響應

自相似的細胞多級結(jié)構模型

文章作者

西安交通大學航天航空學院多尺度力學—醫(yī)學交叉實驗室博士生杭久濤為論文第一作者，西安交通大學航天航空學院多尺度力學—醫(yī)學交叉實驗室教授徐光魁、新加坡南洋理工大學教授高華健為論文通訊作者。

論文鏈接

https://www.nature.com/articles/s41467-021-26283-y

#05

西安交大科研人員

在大規(guī)模儲能用水系

有機液流電池研究領域取得新進展

發(fā)表期刊

《德國應用化學》

(Angew. Chem. Int. Ed.)

內(nèi)容摘要

在“碳達峰、碳中和”目標驅(qū)動下，以光伏、風電為代表的清潔可再生能源將逐漸占據(jù)能源結(jié)構主體地位。然而，這些新能源發(fā)電方式受自然條件影響，存在間歇性、波動性和不可控的缺點，嚴重制約了該類新技術的大規(guī)模應用。水系有機液流電池作為一種新型的大規(guī)模儲能技術，具有低成本、高安全、功率和容量獨立設計等特點，有望解決制約太陽能、風能等新能源技術大規(guī)模應用的瓶頸問題。

紫精類氧化還原活性分子以其成本低、水溶性高、氧化還原可逆性好等特點，是迄今用于水系有機液流電池負極活性材料的最優(yōu)選擇之一。然而，水溶性紫精分子體積較小，易在電池循環(huán)過程中穿透隔膜發(fā)生滲透；同時，還原態(tài)紫精自由基分子穩(wěn)定性差，容易發(fā)生結(jié)構異化。這些不利因素導致紫精類水系液流電池容量衰減快、服役壽命短，極大限制了其規(guī)?；瘧谩?/p>

針對上述問題，西安交通大學宋江選教授團隊采用分子空間結(jié)構調(diào)控策略，在紫精分子主體結(jié)構—聯(lián)吡啶環(huán)的2,2,6,6-四個位置接枝甲基，得到了一種滲透率低、穩(wěn)定性高且氧化還原電位更負的新型“棒狀”紫精分子（R-Vi）。研究人員通過二維核磁共振譜（2D-NOE）和密度泛函理論計算確證了分子空間結(jié)構。結(jié)果表明，活性中心鄰位接枝的四個甲基的電子誘導效應可顯著降低紫精分子的氧化還原電位（-0.55 V vs. SHE），是目前報道紫精分子中的最低電位。更為重要的是，該策略通過空間位阻效應改變了紫精分子的空間構型，即由未改性的“S狀”（S-Vi）變?yōu)椤鞍魻睢保≧-Vi）。這一改變增加了紫精活性分子的尺寸（456.1 ?3增大至542.6 ?3），將分子滲透率降低至1.25×10-10cm2s-1，僅為S-Vi的14.7%。此外，“棒狀”構型對紫精還原態(tài)的二聚具有抑制作用，進一步提升了紫精的循環(huán)壽命。以R-Vi為負極，K4Fe(CN)6為正極構建的水系液流電池3200圈循環(huán)后容量保持率高達77.6%，容量衰減率僅為0.007%每圈。本文提出的分子工程修飾策略提高了紫精分子的綜合電化學性能，拓寬了有機活性材料的設計思路。

文章作者

西安交通大學博士研究生李宏斌為論文第一作者，宋江選教授和范豪助理教授為通訊作者，西安交通大學金屬材料強度國家重點實驗室為論文唯一通訊單位。

論文鏈接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202110010

宋江選教授課題組主頁

http://jxsong.xjtu.edu.cn/

#06

西安交大科研人員

構建高質(zhì)量罌粟屬多基因組

破譯隱藏800萬年的進化之謎

發(fā)表期刊

《自然-通訊》

內(nèi)容摘要

中藥是中華民族的瑰寶，是我國具有原創(chuàng)優(yōu)勢的科技資源、重要的生態(tài)資源和優(yōu)秀的文化資源。罌粟屬植物作為重要的中藥材，其合成的那可丁、嗎啡喃類物質(zhì)具有顯著的止咳、止疼及抗癌功效，廣泛應用于臨床治療。近日，西安交通大學信息與生物醫(yī)學交叉團隊在葉凱教授帶領下成功構建三個高質(zhì)量罌粟屬物種基因組，破譯那可丁及嗎啡喃類物質(zhì)合成通路的進化之謎，這是繼2018年該團隊發(fā)現(xiàn)了那可丁及嗎啡喃類物質(zhì)合成基因簇之后（Science,2018），在藥用植物基因組學研究領域的又一重大突破。

葉凱教授團隊精心選擇了那可丁及嗎啡喃類物質(zhì)產(chǎn)量各不相同的虞美人、渥美罌粟和鴉片罌粟三個罌粟屬物種，綜合運用二代和三代測序及組裝技術，設計開發(fā)多物種基因組深度聯(lián)合挖掘及分析計算方法，成功構建了三個高質(zhì)量罌粟屬物種基因組，系統(tǒng)地闡明了罌粟屬物種進化歷史，揭示了那可丁及嗎啡喃類物質(zhì)合成通路的跳躍式進化奧秘。研究表明，在過去的近800萬年間，罌粟屬物種經(jīng)歷了不同次數(shù)的全基因組加倍，以及基因重排、復制、融合跳轉(zhuǎn)等事件，共同促進了那可丁及嗎啡喃類物質(zhì)合成基因簇的形成。此外，發(fā)現(xiàn)該基因簇中的15個基因共進化、共調(diào)控，形成代謝體，為合成生物學研究提供新思路。罌粟屬多物種基因組的構建及合成次生代謝產(chǎn)物通路進化奧秘的破譯，能夠極大促進該屬植物藥用價值深度開發(fā)研究，對藥用次生代謝產(chǎn)物的“綠色生物制造”具有重大指導意義，為現(xiàn)代科學解讀中藥奧秘提供原創(chuàng)中國方案。

文章作者

西安交通大學自動化學院葉凱教授為論文通訊作者，計算機學院楊曉飛副教授、自動化學院博士生高勝寒和郭立教授為論文共同第一作者。

論文鏈接

https://doi.org/10.1038/s41467-021-26330-8

課題組網(wǎng)站

http://gr.xjtu.edu.cn/web/kaiye

#07

西安交大科研人員

構建多組分金屬籠用于可見光催化反應

發(fā)表期刊

《中國化學會·化學》

（CCS Chemistry）

內(nèi)容摘要

單線態(tài)氧是一種高效低成本的光催化氧化反應的氧化劑。通常，能高效產(chǎn)生單線態(tài)氧的理想光敏劑需要同時具有強的光吸收、良好的光穩(wěn)定性、溶解性以及高效的單線態(tài)—三線態(tài)系間竄越效率。然而，開發(fā)一種可同時滿足上述所有要求的光敏劑是非常具有挑戰(zhàn)性的。因此，很多研究者致力于將多種光敏劑通過共價連接整合到單個分子或聚合物中，以避免它們的光降解和自聚集，從而提高單線態(tài)氧產(chǎn)生的穩(wěn)定性和效率。然而，共價連接過程往往需要繁瑣和耗時的合成過程，并且收率低，這極大地限制了它們的實際應用。因此，迫切需要開發(fā)一種新的策略來制備具有良好穩(wěn)定性和單線態(tài)氧產(chǎn)生能力的光敏劑。

針對這一問題，西安交通大學材料學院張明明教授課題組通過配位自組裝將兩種常見的光敏劑（苝酰亞胺和苯并噻唑）結(jié)合在一起，制備了一類桶狀多組分金屬籠。這種策略不僅通過帶電荷的籠狀結(jié)構之間排斥作用避免了其自聚集，而且還利用鉑基配位鍵促進了系間竄越，提高了其單線態(tài)氧產(chǎn)生能力（單線態(tài)氧量子產(chǎn)率高達56%）。這些籠狀化合物可以將一些烯類衍生物包裹進空腔內(nèi)，通過可見光照產(chǎn)生的單線態(tài)氧將其氧化，表現(xiàn)出了優(yōu)異的催化效率（產(chǎn)率＞90％）、良好的光穩(wěn)定性和可重復使用性。該項研究不僅提供了一種通過配位自組裝構筑具有優(yōu)異單線態(tài)氧產(chǎn)生能力的金屬籠的策略，還拓展了其在光催化氧化反應領域的應用，為金屬籠在光催化方面的設計和應用提供了指導。

文章作者

西安交大材料學院博士生侯亞麗為本文的第一作者，西安交大金屬材料強度國家重點實驗室張明明教授為通訊作者，西安交大金屬材料強度國家重點實驗室是論文唯一通訊單位。

論文鏈接

https://doi.org/10.31635/ccschem.021.202101382

#08

西安交大科研人員

在高比能鋰離子電池研究領域取得新進展

發(fā)表期刊

《先進材料》

（Advanced Materials）

內(nèi)容摘要

汽車產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟的重要支柱產(chǎn)業(yè)，也是體現(xiàn)國家競爭力的標志性產(chǎn)業(yè)。新能源汽車基于驅(qū)動技術的重大轉(zhuǎn)型，是汽車產(chǎn)業(yè)對能源安全、氣候變化和結(jié)構升級的重要突破口。近年來，以電動汽車為代表的高新技術領域?qū)︿囯x子電池的能量密度、使用壽命提出了更高的技術需求，亟需開發(fā)新型高比容電極材料，解決續(xù)航里程焦慮問題。硅負極理論容量高達4200 mAh/g，十倍于傳統(tǒng)石墨負極，被認為是新一代高比能鋰離子電池負極的理想選擇。然而硅負極在充放電過程中存在著巨大的體積膨脹（>300%），由此產(chǎn)生的內(nèi)應力易導致硅顆粒的嚴重粉化和界面膜的不穩(wěn)定，嚴重阻礙了其實際應用。設計新型聚合物粘合劑用于硅負極被認為是一種緩減其體積膨脹、維持其結(jié)構穩(wěn)定的有效方法，受到了研究人員的廣泛關注。然而，目前已報道粘合劑易在大應力下產(chǎn)生分子鏈滑移，引起電極結(jié)構破壞，最終導致電池容量快速衰減。

梯度氫鍵粘合劑的能量耗散次序示意圖

近日，受天然抗疲勞肌聯(lián)蛋白高效應力耗散現(xiàn)象啟發(fā)，西安交通大學宋江選教授團隊報道了一種梯度氫鍵聚合物粘合劑用于解決高比容硅基負極大體積膨脹導致的應力破壞。研究人員利用具有超支化結(jié)構的單寧酸和聚(丙烯酸-co-2-羥乙基丙烯酸酯)構建了具有高效應力耗散功能的水系粘合劑。當應用于硅基負極時，該體系存在的多級氫鍵（-2.88 kcal mol-1~ -10.04 kcal mol-1)可以連續(xù)解離，高效地進行能量/應力耗散，從而避免了大應力導致的結(jié)構破壞，有效解決硅負極的大體積膨脹問題，顯著提升其循環(huán)穩(wěn)定性。所制備的2 Ah NCM/Si-C軟包電池700次循環(huán)后容量保持率高達80.2%，有力地證明了該梯度能量耗散型粘合劑的實用性。研究人員進一步通過變溫紅外光譜、核磁共振等表征方法并結(jié)合有限元模擬揭示了梯度氫鍵的演化和能量耗散機制。

文章作者

西安交通大學材料學院博士生虎琳琳為文章第一作者，通訊作者為西安交通大學材料學院宋江選教授，論文合作者包括材料學院Goran Ungar教授、鄧俊楷教授、張啟路副教授。西安交通大學金屬材料強度國家重點實驗室為第一單位，

論文鏈接

https://doi.org/10.1002/adma.202104416

#09

西安交大科研人員

在DNA復制、抗菌策略領域取得重要成果

發(fā)表期刊

《核酸研究》

內(nèi)容摘要

DNA復制發(fā)生在所有的生物體內(nèi)，是生物遺傳的基礎、物種保持其獨特性的根本。自1953年沃森和克里克在提出DNA的雙螺旋結(jié)構模型時對DNA的復制過程進行預測以來，人類一直在探索DNA的復制過程。在所有形式的DNA復制中，高度保守的DNA聚合酶是完成DNA復制的必需。由于DNA聚合酶需要在DNA雙螺旋上快速滑動，而其環(huán)狀b亞基提供了滑動的可能。因此DNA的復制過程是圍繞DNA聚合酶的b亞基在DNA上的裝卸來進行的，DNA聚合酶的b亞基是DNA復制過程中的持續(xù)性-啟動因子（processivity-promoting factor），DNA雙螺旋通過在b亞基上快速滑動來完成復制。

同時由于DNA聚合酶b亞基在細菌復制、腫瘤發(fā)生中的重要性，其抑制劑的研發(fā)備受關注。多個類別的DNA聚合酶b亞基抑制劑在研發(fā)的不同階段，并有部分小分子抑制劑獲得FDA批準作為抗腫瘤藥物。據(jù)悉，目前所有公布的抑制劑中（包括小分子、多肽）以及已知b亞基結(jié)合蛋白均靶向b環(huán)上的疏水口袋（hydrophobic protein binding pocket）。

冷凍電鏡圖像2D分類

一附院劉冰教授團隊通過對細菌的天敵——噬菌體開展研究發(fā)現(xiàn)，噬菌體多肽Gp168可以抑制細菌DNA的合成，通過冷凍電鏡的方式解析了Gp168與DNA聚合酶b亞基的復合物結(jié)構，發(fā)現(xiàn)了Gp168抑制細菌DNA合成的全新機制。10月7日，研究成果在國際著名期刊《核酸研究》上發(fā)表。研究指出，Gp168是迄今為止發(fā)現(xiàn)的首個噬菌體b亞基抑制劑，首個天然b亞基抑制劑，同時也是首個非靶向b環(huán)疏水口袋的分子。同時由于該蛋白只包含2個a螺旋，符合多肽藥物的范疇。經(jīng)過驗證，該多肽有廣譜抑菌效果。因此該研究為多重耐藥菌的治療提供全新的思路，目前臨床試驗正在籌備中。

b亞基與DNA結(jié)合

b亞基中的DNA被Gp168置換

文章作者

西安交通大學第一附屬醫(yī)院碩士生劉洋為并列第一作者，劉冰教授為論文通訊作者，王亞文教授為共同通訊作者。西安交大物理學院張磊教授、基礎醫(yī)學院王洪亮教授為共同作者。

論文鏈接

https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkab875/6382387?login=true

#10

西安交大科研人員

在催化劑設計和能源轉(zhuǎn)化方面取得重要進展

發(fā)表期刊

《自然》

（Nature）

內(nèi)容摘要

鉑催化劑是目前能源領域最重要的一類催化劑，已被廣泛應用于燃料電池、水分解制氫等可持續(xù)能源系統(tǒng)中。應變調(diào)節(jié)能控制鉑原子間距離，從而靈敏地改變其電子結(jié)構，進一步結(jié)合晶面調(diào)控可以在原子尺度上針對特定催化體系實現(xiàn)鉑催化劑表面活性位點電子和幾何結(jié)構的優(yōu)化，進而獲得高效鉑催化劑。目前，催化劑表面應變調(diào)節(jié)主要依賴于鉑在另一種材料表面的沉積（形成核殼結(jié)構）。雖然鉑和其他材料之間存在晶格常數(shù)差異，但這種獲得表面應變的方式難以實現(xiàn)應變的精準、連續(xù)調(diào)節(jié)。如何實現(xiàn)鉑催化劑表面應變的精準、連續(xù)調(diào)控是催化領域備受關注和亟待解決的挑戰(zhàn)性難題。

西安交大前沿科學技術研究院、動力工程多相流國家重點實驗室金明尚教授研究團隊在前期發(fā)現(xiàn)鈀（Pd）納米晶體可以通過磷化和去磷化反應實現(xiàn)體積連續(xù)改變的基礎上，發(fā)展了一種基于鉑基核殼結(jié)構的磷化和去磷化處理的全新應變調(diào)節(jié)方法。該方法可應用于不同表面結(jié)構的鉑催化劑表面應變的調(diào)節(jié)，甚至有望進一步拓展至其他材料，具有普適性。該研究成果不僅可以從根本上探索應變?nèi)绾斡绊戙K電催化，而且還為制造用于可再生能源轉(zhuǎn)換反應的高性能鉑催化劑提供了一條有前途的途徑。

利用鈀基納米立方體內(nèi)核在磷化/去磷化過程中的體積伸縮調(diào)控鉑殼層晶格應變

為實現(xiàn)鉑催化劑晶格應變的精準、連續(xù)調(diào)節(jié)，該合作團隊首先將鉑沉積于鈀基材料表面形成Pd@Pt及PdP@Pt核殼結(jié)構。在前期研究中，金明尚教授團隊曾發(fā)現(xiàn)對鈀納米立方體進行磷化處理會引起明顯的體積膨脹；相反，通過去磷化處理又可使PdP納米顆粒體積回縮至初始狀態(tài)?；诖?，研究發(fā)現(xiàn)對Pd@Pt（PdP@Pt核殼結(jié)構）進行磷化（去磷化）處理可以獲得相應的拉伸（壓縮）應變。該團隊進一步通過控制磷化（去磷化）程度調(diào)節(jié)實現(xiàn)了鉑晶格伸縮程度的精準調(diào)控，得到在-5.1%到5.9%范圍連續(xù)可調(diào)的晶格應變。通過原子分辨的球差電鏡表征系統(tǒng)分析了實驗條件對晶格應變的影響，并結(jié)合理論計算揭示了晶格應變能改變催化體系中關鍵物種在鉑催化劑表面的吸附強度和吸附位點從而影響其催化活性。更為重要的是，在深入理解鉑催化劑“應變—活性”構效關系的基礎上，該團隊通過應變優(yōu)化使鉑催化劑在甲醇電催化氧化和析氫反應中的活性分別提升2.5倍和1.5倍以上。晶格應變調(diào)節(jié)方法的開發(fā)為高效鉑催化劑的設計和制備提供了詳細的理論指導和全新的實驗方法，并有望應用于燃料電池、電解水產(chǎn)氫產(chǎn)氧等領域，助力國家能源戰(zhàn)略。

文章作者

該研究工作在金明尚教授的帶領下，應變調(diào)節(jié)實驗和催化性能表征部分主要由金明尚教授團隊博士賀天歐、博士后王偉聰完成。西安交大動力工程多相流國家重點實驗室為第一單位和通訊單位。

論文鏈接

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03870-z

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內(nèi)容來源 / 西安交大新聞網(wǎng)

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責任編輯 / 譚金巍