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近日,中国科学院近代物理研究所的科研人员与来自法国、芬兰、南非和英国等国家的合作者首次成功测量了β缓发质子核镧-120的激发态结构,在质子滴线原子核的质子中子相互作用和形状演化的研究中取得重要进展,相关成果于近期发表在Physics Letters B上。理论预言,当位于中重质量区的原子核靠近N="Z线时,质子-中子相互作用会增强,并对激发态的结构产生重要影响。同时,原子核可能伴随形状的演化,呈现出“橄榄球”(长椭球),甚至是稀有的“南瓜形”(扁椭球)、“梨形”(八极形变)和“猕猴桃形”(三轴形变)。因此,通过实验测量奇特核的激发态性质对于检验相关理论模型至关重要。为了探索极端丰质子镧原子核的结构演化及其背后的物理机制,近代物理所和法国巴黎萨克雷大学的研究人员主导开展了寻找镧-120激发态的实验。镧-120是一种稀有的β缓发质子核,于1984年首次发现。由于熔合蒸发反应生成镧-120的截面极小,反应产物十分复杂,因此分离及鉴别镧-120极其困难。在过去的40年中,实验物理学家一直未能成功测量到镧-120的激发态。研究团队利用芬兰于韦斯屈莱大学重离子加速器上的质量分析谱仪和伽马探测器阵列,结合多种时间空间关联测量技术,首次在实验上建立了镧-120的激发态能级结构,发现镧-120的奇偶能级劈裂符合系统性,但是它的电磁跃迁比显著不同。结合理论模型,研究团队发现镧-120展现出一种稀有的三轴形变,并且质子-中子相互作用在描述质子滴线奇奇核的结构中扮演着重要角色。该研究得到了国家自然科学基金、中法科研伙伴交流计划项目和中国科学院未来伙伴网络专项的支持。 查看详细>>
来源:中国科学院大学 点击量: 18If there’s one thing we humans are good at,it’s producing heat.Significant amounts,and in many cases most of the energy we generate and put into our systems we lose as heat,whether it be our appliances,our transportation,our factories,even our electrical grid.“Waste heat is everywhere,”said UC Santa Barbara mechanical engineering professor Bolin Liao,who specializes in thermal science and renewable energy.“Our power plants,our car exhaust pipes—there are so many places where we create excess heat waste.”For the moment,we’re fairly limited as to how we can make the most out of this dissipating heat.But Liao and UCSB colleagues,alongside collaborators from Ohio State University and University of Hong Kong are making headway toward putting that heat to use,with afirst-time comprehensive characterization of the thermoelectric properties of high-quality cadmium arsenide thin films.“If we could harvest that waste heat then that would be fantastic,”he said.“That would really increase our energy efficiency and it’s also areally sustainable energy source.”The team’s research is published in the journal Advanced Materials.A better thermoelectric material“To obtain high efficiency,we need the material to conduct electricity well,conduct heat poorly and generate ahigh voltage for agiven temperature difference,”Liao said.Poor heat conduction minimizes heat dissipation while maintaining atemperature difference across the material,resulting in an electric current enhanced by the material’s high-performing electric conductivity.The voltage resulting from atemperature gradient is known as the Seebeck effect.This combination of electrical and thermal transport properties is ideal but,according to Liao,“very hard to achieve in practice.”Enter cadmium arsenide(Cd3As2),a Dirac semimetal with promising transport properties,in particular,a low thermal conductivity and high electron mobility.“We were pretty excited about this material,and we thought‘okay,this is really acombination of these two great properties,”Liao said.“But there is only one problem.“This problem was that in addition to good electric conduction and poor thermal conduction,you also need this material to be able to generate enough voltage under atemperature gradient.”As asemimetal,cadmium arsenide is excellent at conducting electricity very rapidly,but it only generates avery small Seebeck voltage.To create auseful voltage,Liao explained,one would need to open up aband gap.“You want this material to have acertain energy range where the electrons cannot conduct.That’s called aband gap,”he said.Because of the gap,which essentially blocks the free flow of electrons,enough electrical“pressure”(a.k.a.voltage)can build up as aresponse to atemperature difference across the material.In bulk cadmium arsenide crystals,there is no band gap. 查看详细>>
来源:加州大学圣芭芭拉分校 点击量: 1030近日,上海交通大学电子信息与电气工程学院感知科学与工程学院黄震宇团队在基于变换声学的降噪且通流应用方向取得重要进展,相关成果以“Meta-barriers for ventilated sound reduction via transformation acoustics”(通过变换声学实现通风隔音的超屏障)为题,以上海交通大学电子信息与电气工程学院为第一单位发表在International Journal of Mechanical Sciences上。研究背景大型动力装备的噪声控制不仅需要采用各种措施来降低声音,还需要确保噪声控制措施的实施对装备通流散热的影响尽可能小。在保持介质有效流动的同时阻断声波的传播是一个违反直觉的物理过程。根据经典波动力学,介质充当声波传播的载体,阻断声波会限制介质流动,从而影响通流散热性能。作为一个具体实用性的研究课题,学者们在解决降噪与通流散热之间的矛盾方面付出了巨大的努力。然而,现有的方案无法兼顾低频宽带声波抑制与高通量介质流动,无法满足大型动力装备的噪声控制需求。创新成果针对以上问题,黄震宇团队提出了一种基于变换声学的超屏障(Meta-barrier),用于实现低频宽带降噪,同时保持高通量介质流动。所提出的超屏障由内部空气核心和由具有高阻尼耗散的双负声学超材料制成的涂层组成。与传统屏障不同,超屏障具有远超过其实际尺寸的散射截面,使其能够在增强的阻挡效应之外提供相干干涉效应。而相干干涉效应则可直接降低由开孔辐射的声波辐射效率。此外,涂层中固有的材料阻尼在宽频范围内对超屏障的降噪性能具有积极影响。论文详细推导了超屏障的构成参数,并给出了超屏障与开孔之间的多重散射现象的理论描述。基于有限元数值模型,演示了在大放置距离和宽入射角的情况下超屏障的稳健降噪性能。制备的元屏障样件,具备75%的风速比,可以在500–1000Hz的频率范围内实现卓越的透射声衰减。这项工作对基于变换声学的无源声学装置的设计和开发具有极大的启发和推动作用。变换声学的基本原理是通过数学变换,通常为坐标变换,来设计声学材料或结构,从而实现对声波传播的控制。变换声学是一个跨学科的研究领域,它结合了数学、物理和工程学的知识,为声波的控制和应用提供了新的可能性。随着声学超材料技术的发展,变换声学有望在未来的声学研究和应用中发挥更大的作用。这项工作可视为基于变换声学的超屏障实现低频宽带降噪和高效通流应用的前奏。后续研究工作包括使用更多的单元组成层来构建双负声学超材料涂层以接近连续梯度阻抗,制造三维超屏障并在真实房间尺度进行试验验证,平面结构形式设计的超屏障以减少空间占用,并寻求更容易生产和更具成本效益的制造超屏障的技术以促进其实际应用。 查看详细>>
来源:上海交通大学 点击量: 2559近日,南方科技大学研究教授刘铮与中山大学肿瘤防治中心曾木圣教授、中山大学孙逸仙纪念医院孔祥炜博士在Cell子刊Cell Reports Medicine上发表题为“Potent human monoclonal antibodies targeting Epstein-Barr virus gp42 reveal vulnerable sites for virus infection”的研究成果。该研究为EB病毒(Epstein-Barr virus)的中和性抗体与疫苗研发奠定了重要基础。EB病毒感染全球超过90%的成年人,其感染与多种疾病包括多发性硬化症、鼻咽癌和B细胞恶性肿瘤有关,是全球重大的健康问题之一。尽管EB病毒具有广泛影响和显著的临床意义,但目前尚无针对EB病毒的疫苗或靶向治疗方法。学界对EB病毒感染和持久性的复杂机制理解仍然有限。EB病毒表面糖蛋白42(gp42)对病毒入侵宿主B细胞至关重要。然而,gp42与宿主细胞相互作用的分子机制尚未完全了解。该项研究使用全人源抗体噬菌体展示库,成功分离并鉴定出两株针对gp42的抗体2C1和2B7,填补了国际上尚未分离出针对EB病毒gp42的全人源单克隆抗体的研究空白。该研究通过体外与体内功能实验验证了这两株抗体的中和能力,结合结构分析展示两个抗体结合于gp42上的不同表位,提出了抗gp42抗体能够阻碍病毒融合过程的中和机制,并首次发现gp42抗体在上皮细胞上的中和作用,为未来基于gp42的EB病毒疫苗设计提供了重要参考。此外,研究证明抗体2C1可有效预防EB病毒感染人源化小鼠,为开发基于抗体的预防或治疗EB病毒感染的策略提供了新方向。本研究的结构解析工作由南方科技大学冷冻电镜中心刘铮课题组主导,采用单颗粒技术对gH/gL/gp42-2C1、gH/gL/gp42-2B7复合物进行结构解析,从分子层面明确了抗体的中和表位。通过分析抗体2C1与gp42结合的复合物结构,显示2C1与gp42结合的位点不同于gp42与受体分子HLA-II结合的位点,这一结构信息为抗体中和机制提供了实验数据支持,为基于gp42的EB病毒疫苗设计提供了重要的结构基础。 查看详细>>
来源:南方科技大学 点击量: 863近日,上海交通大学机械与动力工程学院核科学与工程学院王亚飞副教授在Cell子刊Matter上发表了“Nobility vs.mobility:Insights into molten salt corrosion mechanisms of high-entropy alloys via high-throughput experiments and machine learning”研究论文,提出了通过人工智能机器学习来增强对熔盐腐蚀现象的理解和认知。王亚飞副教授为该论文的共同一作和通讯作者。高温熔盐传热性能好、系统压力小、使用温度高、价格低、安全可靠,是性能优良的高温传热蓄热介质,在第四代核反应堆冷却剂及核燃料、反应堆乏燃料干法后处理以及太阳能储能和传热上具有广阔的应用前景和市场空间。然而,材料的腐蚀是制约这些前景应用的棘手问题。由于高温熔盐腐蚀实验数据的缺乏,熔盐中材料的腐蚀一直被简单认为是一个热力学控制的过程。王亚飞副教授通过发展一系列高通量合金材料设计、合成与腐蚀测试方法,实现了100余种不同合金材料熔盐腐蚀实验数据的积累。他基于大批量实验数据,通过耦合材料腐蚀影响因素,利用人工智能机器学习方法对实验数据的分析揭示了CrFeMnNi合金系列在熔盐中的腐蚀机制。研究发现CrFeMnNi合金系列的腐蚀受Ni在合金中扩散的控制,而非传统认知中合金的热力学稳定性。该研究是人工智能机器学习在分析科学现象背后机理上的新应用,对合金的设计也具有重要的指导作用。研究工作得到美国能源部、国家自然科学基金委等相关研究项目的资助。论文作者还包括美国威斯康星大学麦迪逊分校Bonita Goh、Phalgun Nelaturu、Michael Moorehead、Dan Thoma、Kumar Sridharan、Adrien Couet,美国伊利诺伊大学芝加哥分校Thien Duong、Pikee Priya、Santanu Chaudhuri(阿贡国家实验室双聘)、加拿大多伦多大学Jason Hattrick-Simpers以及复旦大学张宏亮。 查看详细>>
来源:上海交通大学 点击量: 962淀粉样蛋白纤维聚集体是多种神经退行性疾病(neurodegenerative diseases,NDs)的关键病理标志物和主要致病因素,如阿尔茨海默病中Tau蛋白形成的神经元纤维缠结(NFT)和β-淀粉样蛋白(Aβ)斑块。近年来,靶向结合NDs致病蛋白(如11C-PBB3结合Tau蛋白,11C-PiB结合Aβ)的正电子发射断层显像(PET)的临床运用,不仅显著提升了NDs的早期诊断水平,也推动了致病蛋白在ND患者脑中原位示踪的研究,极大地加速了人们对ND复杂发病机制和其致病蛋白靶向治疗的研究。2022年初,上海交通大学Bio-X研究院李丹课题组,复旦大学附属华山医院王坚课题组与中国科学院生物与化学交叉中心刘聪课题组合作,首次在健康老年脑和PD脑中同时发现一种由跨膜蛋白106B(transmembrane protein 106B,TMEM106B)C末端片段折叠并组装形成的蛋白淀粉样聚集体,研究结果在Cell Research1上发表的同期,国外三个独立的研究团队也分别在Nature和Cell杂志上发表了类似的发现2-4。TMEM106B纤维聚集体广泛存在于健康老年脑和NDs脑的研究发现,一方面增加了现有NDs致病蛋白分子显像结果误判的风险,对NDs致病蛋白PET分子显像的选择性和特异性提出了全新的挑战;另一方面也带来了新的研究领域和机会——开发特异性更高的分子示踪剂,从而更准确地识别并区分不同类型的淀粉样蛋白,以进一步提高NDs的早期诊断精度。2024年5月14日,上海交通大学李丹课题组与复旦大学附属华山医院王坚课题组合作在Cell Discovery杂志在线发表题为“A Tau PET tracer PBB3 binds to TMEM106B amyloid fibril in brain”的研究成果。本研究首次发现了Tau蛋白PET小分子示踪剂PBB3能够识别NDs脑中淀粉样蛋白纤维TMEM106B,并阐释其结合的分子机制。本研究首先系统地表征了TMEM106B在101岁老年脑中的分布和形态,并通过免疫组化(IHC)和免疫荧光(IF)技术进一步确认TMEM106B的聚集体形式。研究发现,TMEM106B聚集体在大脑中主要呈现出两种形态:胞质内包涵体(cytoplasmic inclusions)和短丝状突起(short filamentous processes)。通过硫磺素S染色进一步验证了TMEM106B的淀粉样聚集体特性。随后,人脑片原位IF染色实验发现临床运用的Tau PET显像剂PBB3能原位识别结合TMEM106B纤维聚集体,而AβPET显像剂PiB则不具备这种结合能力。接下来,研究团队通过冷冻电子显微镜以及三维螺旋重构技术验证了上述原位脑片PET示踪剂与TMEM106B双染结果,并深入揭示了PBB3结合TMEM106B纤维聚集体的原子结构。研究团队成功纯化出同一病人、同一脑区中TMEM106B纤维,并将其分别与PBB3和PiB共孵育,随后进行结构解析。结果显示,PBB3能够与TMEM106B纤维蛋白的两个特定位点结合,而PiB并不与TMEM106B纤维蛋白结合。从冷冻电子显微镜的三维密度图上来看,PBB3在TMEM106B纤维蛋白表面形成了两个额外的密度,这些密度位于纤维蛋白表面的凹槽中,并与特定的氨基酸残基形成氢键。这些特征与PBB3衍生物在Tau纤维蛋白中的结合模式类似5,表明PBB3具有识别并结合不同淀粉样蛋白的潜力。PBB3在不同纤维蛋白中的结合模式表现出高度的一致性,表明其分子结构具有广泛的适应性,能够与多种淀粉样纤维蛋白相互作用。该研究首次阐释了PBB3作为Tau示踪剂的潜在脱靶效应——不仅可结合人们熟知的Tau缠结,还可以识别全新的TMEM106B纤维蛋白。此发现提示科研人员及临床医师在NDs致病蛋白(如α-syn,Tau,Aβ和TDP-43)示踪剂的研发过程中,需要警惕其与广泛存在于老年脑及各种NDs脑中的TMEM106B纤维聚集体的脱靶结合。另外,通过原子水平的结构解析,研究团队明确了PBB3与TMEM106B纤维蛋白的结合机制,不仅提示PBB3可作为TMEM106B纤维蛋白示踪剂研发的分子骨架,也为未来开发高特异性TMEM106B显像剂奠定了重要的理论基础。TMEM106B纤维聚集体示踪剂的成功研发,将可视化活体人脑TMEM106B纤维蛋白分布模式与特征,进而揭示TMEM106B纤维蛋白在衰老和NDs中的复杂作用。总而言之,在前期研究创新性地发现人脑TMEM106B纤维聚集体并揭示其原子结构的基础上1,本研究进一步发现Tau PET示踪剂PBB3可与TMEM106B淀粉样蛋白纤维结合并揭示其机制,为NDs致病蛋白示踪剂研发的脱靶效应敲响了警钟,亦为人脑活体示踪全新TMEM106B纤维聚集体带来了曙光。 查看详细>>
来源:上海交通大学 点击量: 1721中性水系有机液流电池(AORFBs)有望实现可再生能源从辅助能源向主导能源的转变。其中,电解液材料是液流电池中关键组成部分,是能量存储的核心单元,其成本占系统总成本的50%以上。因此,AORFBs从实验室创新到大规模制造的成功转型在很大程度上依赖于高性能电解质材料的开发。萘二酰亚胺材料因其独特的平面刚性结构以及优异的双电子存储特性而备受关注。然而,萘二酰亚胺衍生物作为负极电解质材料依然面临着高浓度性能不足以及制备成本高昂两大难题。针对上述问题,西安交通大学前沿院何刚教授课题组在前期工作的基础上,利用结构改性修饰策略以及优化制备工艺,在核心萘环末端引入亲水基团,通过水热合成技术实现了萘二酰亚胺材料验室级百克尺度制备。其中,dex-NDI水溶性高达1.85 M和成本低至$0.16 g-1。结合分子动力学模拟,X射线衍射模拟等理论计算以及电喷雾离子时间飞行质谱,变温红外光谱等多种表征技术,深层次揭示了π-π堆积和氢键网络协同效应对萘二酰亚胺材料分子构型稳定性影响的内在机制。匹配负极氮氧化合物电解液(MiAcNH-TEMPO),构建的全电池体系在制备成本,体积容量(54.4 Ah L-1),电池电压(1.27 V),功率密度(318 mW cm-2)以及循环寿命等多个维度展现出显著的优势。这一研究成果不仅为萘二酰亚胺材料相关领域提供了宝贵的借鉴意义,并且推动了中性水系有机液流电池的技术发展。本工作首次提出了水热合成技术规模化制备萘二酰亚胺衍生物的普适方法,阐明了分子间π-π堆积和氢键网络的协同作用,为电解质材料的设计合成提供了新的思路,也为水系有机液流储能技术从实验创新到大规模制造的商业化发展奠定了坚实基础。以上研究结果以论文形式发表在国际化学领域权威期刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)上,该论文也被选为VIP(Very Important Paper)和Back Cover文章。西安交通大学前沿院博士研究生刘旭和张恒为论文共同第一作者,何刚教授为论文通讯作者,西安交通大学为论文唯一通讯作者单位。相关工作得到了西安交通大学能源与动力工程学院何雅玲院士和李印实教授、北京理工大学李明佳教授的指导和支持。这也是何刚教授课题组在前期萘/苝二酰亚胺基液流电池关键电解液材料研究领域中的又一重要突破。 查看详细>>
来源:西安交通大学 点击量: 2155在自然界中,具有多个识别域的超分子结构广泛存在,并且能够结合不同的客体分子实现不同的功能。例如,人血清白蛋白(HSA)含有三个同源结构域,其中结构域II倾向于结合大的杂环和带负电的化合物,而结构域III则更适合结合小型芳香羧酸。这类结构在结合了这些小分子客体分子以后就可以开启不同的功能,如选择性催化和传输。然而,设计人工多位点识别体系来模拟自然界这类超分子结构的功能是非常具有挑战的。针对这一问题,西安交通大学材料学院张明明教授课题基于多组分配位自组装构筑了一系列具有不同识别域的梯形三空腔金属笼。由于引入了线性半刚性八齿羧酸钠配体,基于卟啉的金属笼能够通过封装富勒烯分子发生结构变化,在加入C60和C70后对晕苯分子展现出不同的识别过程。C60分子优先进入该金属笼的中间空腔,会压缩两个侧空腔的尺寸,使得金属笼的侧空腔可以分别包裹一个晕苯分子。然而C70分子会更倾向于进入两个侧空腔中,从而压缩中间空腔的尺寸,迫使中间空腔来包裹一个晕苯分子。该研究不仅提供了一种设计和制备多空腔金属笼用于异质封装的通用策略,还利用其与富勒烯的结合力差异实现了不同的变构识别过程,有望推动变构超分子体系在选择性输运、药物递送和多组分协同催化等方面的发展。近日,该研究成果发表在国际化学领域权威期刊《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society)上。论文第一作者为西安交通大学材料学院博士生刘海飞,通讯作者为西安交通大学材料学院张明明教授与深圳大学化学与环境工程学院王恒副教授。西安交通大学金属材料强度国家重点实验室是论文第一通讯单位。该研究工作得到了国家自然科学基金、陕西省重点研发计划国际合作项目、西安交通大学基础研究计划等项目共同的资助,论文的表征及测试得到了深圳大学化学与环境工程学院国晨星博士,西安交通大学物理学院侯高磊教授,布鲁克工程师张振义博士,西安交通大学分析测试共享中心的支持。受自然界中机械互锁蛋白质和DNA的启发,机械互锁分子在过去几十年中受到了极大关注,并且被广泛用于构筑机械互锁聚合物和分子机器。由两个环或者笼状结构互相嵌套形成的索烃,是最为基础机械互锁分子之一。然而,虽然利用笼状化合物来构筑索烃结构已经取得了很大的进展,但是利用索烃作为构筑基元来构筑更为高级的机械互锁结构,尤其是刚性的环状多索烃结构却鲜少被报道。张明明教授课题组利用Cu/菲罗啉单元与Pt/吡啶/羧酸的正交自组装,高效制备了一系列双金属核[2]索烃和环状双[2]索烃,其结构得到了单晶X射线衍射的验证。该工作首次报道了由正交金属配位自组装制备的刚性环状双[2]索烃,为利用索烃来构筑高阶机械互锁结构提供了新的思路。之后作者发现这类结构具有广谱的抗菌性能,为高阶超分子结构在生物医学领域的应用提供了借鉴。近日,该研究成果在国际化学领域权威期刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)发表。论文第一作者为西安交大材料学院博士生冯倩、西安交大前沿学院博士生丁睿与西安交大材料学院侯亚丽博士,通讯作者为西安交大材料学院张明明教授,西安交大金属材料强度国家重点实验室是论文第一通讯单位。 查看详细>>
来源:西安交通大学 点击量: 1487近日,上海交大机械与动力工程学院重大装备设计与控制工程研究所郭为忠教授团队在国际机构学期刊Mechanism and Machine Theory上发表了题为“Synthesis and cross-section design of anew family of single-loop 7R deployable polygon mechanisms”的研究论文。该团队首次提出了单环7R可展开多边形机构,建立了系统的设计方法,为具有一般展开轮廓和网络划分的大型可动结构设计提供了可能,为航空航天、机械超材料、艺术建筑等领域的复杂展开功能与空间优化提供了新技术途径。重大装备设计与控制工程研究所2022级致远荣誉计划博士研究生陈昊为论文第一作者,郭为忠教授为通讯作者。可展开多边形机构(DGM)是未来空间可展开系统发展的一种重要形式,因能够折叠成紧凑的束状又能展开成平面多边形的几何形态,具有重要的应用前景。论文首次提出单环7R类型的可展开多边形机构,并将其设计问题分解为获得理论机构解的原理图综合和获得物理结构解的截面结构设计两个子问题,系统建立了设计方法。针对获得理论机构解的原理图综合子问题,研究团队讨论了构建DGM过程中的两类转动副轴线布局及其取值范围,并定义了构建DGM的三类参数。为了设计出具有任意期望的可展开多边形形态的单环单自由度DGM,该团队首次提出利用DGM的不同状态完成不同种类参数的设计,给出了每类参数设计过程中所需要的全部约束条件及其几何含义,并使用预测校正方法实现了在隐式定义的构型空间中的路径搜索问题,从而形成能够设计所有单环单自由度7R DGM的原理图综合方法。团队提出的利用DGM不同状态完成不同种类参数设计的设想,能够拓展至其他类型DGM的原理图设计。针对获得物理结构解的截面结构设计子问题,该团队结合单环机构的闭环约束要求提出了一种新方法,计入各杆件实际尺寸对DGM可折叠性的影响,在物理结构层面上对7R DGM原理方案作进一步细化,确保设计完成的7R DGM装置能顺利实现无干涉的束状折叠和展开。利用该方法,可以设计出具有所需横截面几何形态的7R DGM。该论文首次提出无过约束的7R DGM新系列,填补了单环单自由度无过约束DGM领域的空白。论文系统建立了设计方法,能够有效处理边数不超过7的任意多边形的空间可展开机构的设计问题。这一研究成果为未来构造任意复杂几何形态的大型空间可展开结构,提供了多样化的基本单元,极大丰富了大型空间可展开结构的网格划分路径,在航空航天、机械超材料、艺术建筑和土木工程等领域具有广泛的应用前景。该团队近期在可展开机构领域取得了系列研究进展,先后提出了平面对称6R DGM和一般7R DGM的综合方法,发明了系列新型可展开多边形/多面体机构。对于可展开多面体机构,该团队提出了一种新的RRR支链来链接各可展开单元,建立了多面体展开图法和最少关节角法,可以实现具有最少的关节、连杆和自由度的可展开多面体机构设计。 查看详细>>
来源:上海交通大学 点击量: 1595透明软骨纤维化通常被认为是骨关节炎的终末期病理特征,可致软骨细胞外基质改变,使组织更加偏向纤维化表型。当透明软骨损伤或退变为纤维软骨时,软骨外基质的主要成分Ⅱ型胶原被Ⅰ型胶原逐步取代。新生的纤维软骨由于缺乏透明软骨的生物和机械特性,不能正常发挥关节软骨的功能。然而,迄今为止,大量的研究集中于软骨降解分子机制的阐明,关于透明软骨纤维化研究仍鲜有报道,其关键分子机制亟待揭示。医药生物技术全国重点实验室、南京大学生命科学学院孙洋教授、徐强教授团队首次阐明RNA解旋酶DDX5不仅抑制骨关节炎早期软骨退变,还直接阻止了晚期透明软骨的纤维化,该过程是通过选择性剪接和G-四链体解旋双重作用模式所介导,研究人员还借助DDX5基因疗法实现了软骨损伤的逆转。鉴于软骨与肿瘤微环境均具有乏氧的特征,而肿瘤乏氧微环境下可变剪接发生紊乱,研究人员受此启发,发现了骨关节炎病理条件下细胞外基质相关基因存在差异可变剪接,并筛选参与调控可变剪接的分子发现RNA解旋酶DDX5下调最显著。一方面,DDX5与透明软骨marker COL2表达正相关而与纤维软骨marker COL1负相关,骨关节炎相关病理性刺激因子如IL-1β和TNF-α可致软骨细胞DDX5表达减少;另一方面,敲减DDX5后软骨细胞系ATDC5由圆球型变成长条型的纤维状,一些软骨降解相关基因如MMP13、NOS2、ADAMTS5等表达均上调。进一步构建软骨细胞诱导性DDX5敲除的小鼠,发现DDX5敲除显著加重小鼠DMM骨关节炎造模后的关节损伤,且未造模的DDX5条敲鼠在9月龄会出现自发骨关节炎表型(自发的蛋白多糖丢失、COL1/COL2比例上调以及软骨降解酶高表达)。与之相对,AAV-DDX5腺相关病毒关节腔注射过表达DDX5则可显著改善关节软骨损伤。以上结果综合提示DDX5可能是骨关节炎软骨纤维化及退变进程中的关键分子开关。进一步研究人员借助RNA-seq及蛋白质组学发现DDX5敲低的ATDC5细胞,其炎症和纤维化等相关通路被显著富集。利用rMATS软件挖掘差异剪接基因,发现DDX5的缺失可导致Fn1和Plod2剪接全长转录本的上调,分别促进纤维软骨表型和细胞外基质的降解,而两个全长转录本的敲减则可显著抑制纤维化及细胞外基质降解相关基因表达,并在体内部分逆转DDX5缺乏诱导的骨关节炎加重表型。然而,有意思的是,Fn1和Plod2全长转录本的敲减并不影响COL2的表达,但DDX5条敲鼠中COL2表达是下调的,提示DDX5可能还存在其他调节COL2表达的机制。鉴于DDX5作为解旋酶,不仅具有RNA剪接功能,还可以解旋DNA G-四链体(G4)结构。研究人员受此启发,通过核磁共振技术(NMR)筛选Col2启动子689-707区域存在G4特征峰并解析了其为3+1型的拓扑结构,结合ChIP-qPCR实验、免疫荧光以及NMR等多种技术方法验证了DDX5可与Col2-DNA G4结合并解旋其G4,从而促进COL2的表达;而DDX5的缺失致Col2-DNA G4形成使得COL2含量降低,导致透明软骨表型的丧失。综上所述,该研究勾勒出DDX5在软骨修复中“既破又立”的双重作用模式:一方面,DDX5通过调控Fn1和Plod2的可变剪接阻止透明软骨纤维化和基质降解(破);另一方面,DDX5还发挥了RNA解旋酶的非经典功能,可直接促进透明软骨编码基因Col2-DNA G-四链体解旋从而增强COL2表达(立)。该研究为洞悉早期软骨退变及晚期纤维化的分子开关以及干预策略提供了重要的线索和思路。相关成果近日以题为DDX5 inhibits hyaline cartilage fibrosis and degradation in osteoarthritis via alternative splicing and G-quadruplex unwinding的研究长文发表在Nature Aging杂志。南京大学生命科学学院刘倩倩博士后和韩明睿博士生、北京大学前沿交叉学科研究院吴志桂博士生、中科院强磁场科学中心付文强博士是该论文的共同第一作者,南京大学生命科学学院孙洋教授和徐强教授是该论文的共同通讯作者。该研究还得到华东师范大学生命科学学院赖玉平教授、中科院上海药物所谭敏佳研究员和翟琳辉副研究员、中科院强磁场科学中心张钠研究员、南京大学医学院附属鼓楼医院蒋青教授和史冬泉教授、南京大学医学院附属口腔医院季骏主任、南京大学医学院附属金陵医院孙梓荧博士以及南京大学生命科学学院陈迪俊教授和刘雯助理准聘教授的帮助,在此一并表示感谢!该工作受到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后及江苏省博士后科学基金、中科院上海药物所原创新药研究全国重点实验室开放课题和南京大学登峰人才计划等资助。 查看详细>>
来源:南京大学 点击量: 1265