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近期，西安交大科研人員在金屬功能材料、廣譜抑菌蛋白、細胞膜仿生篩選、4D打印材料、全固態(tài)電池鋰枝晶形核生長機理、弱光有機光伏器件中光電流高估機理、復雜網(wǎng)絡動力學等領域相繼取得重要進展。

西安交大科研團隊在金屬功能材料研究領域取得重要進展

隨著世界各國對空間技術需求的快速增長，航天領域?qū)椥圆牧系囊笠苍絹碓礁撸盒枰婢咻p質(zhì)、低模量和高強度，以獲得高彈性儲能密度，并且能夠在宇宙空間大溫差的極端環(huán)境中保持穩(wěn)定性能。目前，具有這類獨特性能的材料仍然較為罕見。一是因為高強度和低彈性模量兩種對立性能很難同時實現(xiàn)，二是因為材料原子間結(jié)合力會隨著溫度下降產(chǎn)生“彈性硬化”現(xiàn)象，從而無法實現(xiàn)寬溫域下的恒彈性模量。

近日，西安交大前沿院鐵性智能材料研究團隊在輕質(zhì)鎂鈧合金中通過調(diào)控成分設計了獨特的“應變玻璃”合金——具有凍結(jié)納米馬氏體疇的合金，該合金在200 MPa工作應力和寬溫域下顯示出穩(wěn)定的高彈性儲能密度，屬于輕質(zhì)低模量恒彈性合金。該輕質(zhì)應變玻璃合金（密度僅為2g/cm3,與工程塑料相當）利用應變玻璃的適量彈性軟化性質(zhì)抵消其固有的彈性硬化，克服了上述原理性難題，實現(xiàn)了從室溫到-150℃寬溫域下的恒定低模量（20-23 GPa），同時具有鎂合金中最高屈服強度等級（200-270 MPa）和百萬次量級的疲勞壽命，這一優(yōu)越性能有望使該合金在航空航天等高科技領域得到廣泛應用。

西安交大科研團隊發(fā)現(xiàn)廣譜抑菌蛋白并自主命名

7月7日，記者從西安交通大學第一附屬醫(yī)院獲悉，國際期刊《細胞》子刊《細胞通訊》5日在線發(fā)表該院劉冰/王亞文教授團隊在噬菌體抑菌領域的最新研究成果，揭示了其首次發(fā)現(xiàn)的噬菌體編碼細菌糖代謝通路的抑制蛋白并為其自主命名：PEIP。

西安交大科研團隊在研究革蘭氏陽性細菌的模式生物——枯草芽孢桿菌專屬噬菌體SPO1抑菌基因的過程中發(fā)現(xiàn)一奇特現(xiàn)象：某噬菌體基因的過表達可以導致該陽性細菌在與革蘭氏染色實驗中顯示革蘭氏陰性菌的特性。通過透射電鏡發(fā)現(xiàn)細菌死亡，并呈現(xiàn)與青霉素殺菌類似的表型。該現(xiàn)象是由噬菌體蛋白靶向抑制糖代謝中倒數(shù)第二步的Enolase（烯醇化酶）所導致。由于該蛋白是首個發(fā)現(xiàn)的烯醇化酶抑制蛋白，《細胞通訊》編輯部建議由發(fā)現(xiàn)者命名該蛋白。根據(jù)該蛋白的靶向作用，團隊將其命名為：Phage Enolase Inhibitor Protein（PEIP，噬菌體烯醇化酶抑制蛋白）。

為了詳細詮釋PEIP的抑菌機制，團隊通過微生物學、生物化學、結(jié)構(gòu)生物學等手段闡明了PEIP的廣譜抑菌作用及其詳細的分子機制。同時指出由于糖代謝通路在所有生物中的高度保守，PEIP可以部分抑制人體腫瘤細胞的糖代謝通路。使用冷凍電鏡的手段解析了PEIP與烯醇化酶的復合物結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)揭示，PEIP使用了一種不同于常規(guī)蛋白酶抑制劑的方式（蛋白質(zhì)抑制劑通常通過阻擋目標蛋白的催化位點達到抑制的目的），它將8聚體的烯醇化酶拆分成4份?？萍疾樾嘛@示，這種特殊現(xiàn)象此前未見報道。

原文刊發(fā)于2022年7月8日《科技日報》頭版。

西安交大在細胞膜仿生篩選領域取得新突破

近日，教育部發(fā)布《教育部辦公廳關于公布2021年國家級和省級一流本科專業(yè)建設點名單的通知》，西安交通大學21個專業(yè)獲批2021年度國家級一流本科專業(yè)建設點，入選專業(yè)數(shù)實現(xiàn)新突破。藥學院藥學專業(yè)、制藥工程專業(yè)先后入選國家級一流本科專業(yè)建設點。

西安交通大學藥學院院長王嗣岑介紹，西安交通大學藥學院有兩項成果受到外界關注，研究人員經(jīng)過長期研究發(fā)現(xiàn)，細胞膜與納米載體之間的界面相互作用是影響其能否有效地固定在納米載體上的主要因素，開發(fā)了一種新型高效的細胞膜仿生石墨烯納米誘餌（HPMGO）。通過調(diào)控納米載體分散性及表面功能，增加細胞膜包覆量，提高中藥活性成分的篩選效率。此項研究結(jié)果表明，這一策略對細胞膜在載體材料上的固定效率有明顯的改善。

體外抗增殖活性和細胞凋亡分析表明，HPMGO所篩選的活性成分可誘導HeLa細胞凋亡，并呈濃度依賴性，證明了這一納米誘餌親和識別策略在藥物活性成分篩選領域的應用前景。

值得注意的是，這種精準調(diào)控的涂層策略提供了一種改善細胞膜仿生納米材料性能的方法，為其應用提供廣闊的前景，并且能進一步推動設計更有效的納米平臺來進行中藥物質(zhì)基礎分析。

另外，西安交通大學藥學院研究人員近期研究發(fā)現(xiàn)，葡萄科藤茶中的主要有效成分-二氫楊梅素（Dihydromyricetin, DHM）可以顯著改善小鼠結(jié)腸炎癥狀、腸道屏障破壞和結(jié)腸炎癥。對小鼠腸道菌群結(jié)構(gòu)分析表明DHM可以有效改善UC小鼠腸道菌群失調(diào)，而采用抗生素建立的偽無菌小鼠及糞便移植實驗結(jié)果表明DHM的療效與腸道菌群密切相關。

進一步采用代謝組學研究表明DHM可以調(diào)控靶向腸道菌關聯(lián)非結(jié)合型膽汁酸的合成（Unconjugated BA Metabolism），從而激活腸上皮FXR/TGR5相關信號通路，最終發(fā)揮抑制炎癥發(fā)生和修復腸屏障完整的生物功能。

西安交通大學藥學院王嗣岑院長說，交大藥物學與藥理學整體實力目前在全國排名11，還會帶領團隊繼續(xù)努力，取得更多科研成果。

西安交大4D打印材料取得突破具有優(yōu)異的自修復性和重塑性

近日，西安交通大學張彥峰教授團隊開發(fā)了一種具有強機械性能和良好的生物相容性、以動態(tài)硫代氨酯鍵作為動態(tài)可逆交聯(lián)點的共價可適網(wǎng)絡，并實現(xiàn)了4D打印。相較于傳統(tǒng)光固化3D打印樹脂，此材料具有優(yōu)異的自修復性、重塑性，在機器人、智能警報器、生物植入體等領域有很大的潛在應用空間。

4D打印因其在智能設備、生物醫(yī)學和組織工程中的潛在應用，引起了科研以及工業(yè)領域的極大興趣。其中，形狀記憶聚合物由于具有形變大、重量輕、恢復應力大、響應速度快等優(yōu)點，在4D打印材料中至關重要。然而，4D打印形狀記憶聚合物通常由共價交聯(lián)的網(wǎng)絡組成，不變的永久形狀導致其形狀恢復方向單一，限制了4D打印的靈活性。

此外，雖然光固化3D打印具有更高的精度、分辨率和表面質(zhì)量，但目前光固化3D打印的形狀記憶聚合物結(jié)構(gòu)由于其不溶解和不熔化的共價交聯(lián)網(wǎng)絡，所得的打印結(jié)構(gòu)不可回收、不可修復，從而造成嚴重的經(jīng)濟和環(huán)境問題。因此，開發(fā)用于4D打印的高強度、可多次重構(gòu)、可回收和可自愈的材料至關重要。

西安交通大學張彥峰教授團隊通過一系列實驗，得到了分辨率高、表面光滑的聚硫氨酯（4DP-PTU）結(jié)構(gòu)。相較于傳統(tǒng)光固化3D打印樹脂，4DP-PTU由于動態(tài)硫代氨酯鍵而具有優(yōu)異的自修復性、重塑性。4DP-PTU打印結(jié)構(gòu)在發(fā)生損壞后，可通過“斷面再打印”的方式進行修復，使性能恢復如初，并且可對4DP-PTU粉末通過簡單的熱壓處理，實現(xiàn)自愈合與從粉末到塊體材料的重塑，且自愈合或重塑后依然保持與原塊狀材料相同的機械性能，解決了已有4D打印技術難以同時實現(xiàn)抓取與釋放的問題，有望應用于機器人領域。

原文刊載于2022年7月12日陜西日報02版。

西安交大研究人員在全固態(tài)電池鋰枝晶形核生長機理領域獲得新進展

全固態(tài)鋰金屬電池具有本征安全性高、能量密度大等優(yōu)勢，然而，鋰枝晶的生長有可能導致全固態(tài)電池短路失效，阻礙全固態(tài)電池的推廣應用。因此，借助先進的材料分析表征工具，揭示全固態(tài)電池中鋰枝晶形核的主導誘因和生長機制，對指導固態(tài)電解質(zhì)的設計與調(diào)控改性至關重要。

鑒于此，西安交通大學與美國勞倫斯伯克利國家實驗室研究人員合作，總結(jié)分析了鋰枝晶刺穿固態(tài)電解質(zhì)導致電池失效的相關研究進展，總結(jié)了目前存在的兩種“矛盾競爭”的機理解釋，即機械穿刺機理（Mechanical penetration mechanism）和輸運促進機理（Transport-facilitated mechanism），概述了分別支持兩種機理的代表性實驗、表征方法及典型失效特征。

基于上述分析，針對機理研究與實際服役工況差異較大的問題，采用原位同步輻射微束勞厄衍射技術，利用其時空分辨率高、晶體取向與應力測量準、微觀缺陷檢測靈敏的優(yōu)勢，設計構(gòu)建全固態(tài)電池多場耦合原位實驗裝置與方法，捕捉固態(tài)電解質(zhì)中微觀應力應變及缺陷在電化學循環(huán)中的空間分布與時間演變動態(tài)過程，探明全固態(tài)電池中鋰枝晶形核生長的電化學-力學耦合作用機理。該方法同時具備厘米級觀測尺度與亞微米級分辨率，克服鋰枝晶難以捕捉的困難，深度研究鋰枝晶孕育、形核、生長早期固態(tài)電解質(zhì)微觀組織結(jié)構(gòu)的演化，為理解鋰枝晶生長導致全固態(tài)電池失效提供重要實驗基礎

論文展望了先進同步輻射衍射與三維成像技術在全固態(tài)電池研究中的潛在應用，從微觀結(jié)構(gòu)信息、時空分辨率等角度對比了多種研究方法的優(yōu)劣，探討了針對新型全固態(tài)電池結(jié)構(gòu)的設計以及基于高通量多尺度多維度表征“聯(lián)合療法”的構(gòu)建思路。

文章作者

該論文第一作者為西安交通大學材料學院微納尺度材料行為研究中心助理教授沈昊博士，通訊作者為西安交通大學材料學院微納尺度材料行為研究中心陳凱教授、西安交通大學化工學院唐偉教授和美國勞倫斯伯克利國家實驗室Marca Doeff博士。西安交通大學為第一單位。共同作者包括美國先進光源Nobumichi Tamura博士、西安交通大學材料學院博士生寇嘉偉和賈占輝、西安交通大學化工學院滑緯博特聘研究員、卡爾斯魯厄理工學院Helmut Ehrenberg教授。

西安交大科研人員揭示弱光有機光伏器件中光電流高估機理

近年來，室內(nèi)電子設備的日益普及激發(fā)了對半永久性室內(nèi)發(fā)電系統(tǒng)的需求。光伏是適合用于室內(nèi)能量收集的重要技術之一。有機光伏器件具有獨特的光學特性（如高吸收系數(shù)、帶隙可調(diào)）和其他特征（柔性、半透明），能很好地匹配以低光強、不同的輸出光譜和美觀為特征的室內(nèi)光條件/環(huán)境。發(fā)展和研究弱光光伏器件必須準確測量器件性能參數(shù)，主要包括能量轉(zhuǎn)換效率（PCE），短路電流（Jsc），開路電壓（Voc)，填充因子（FF）。然而，盡管有機光伏器件在標準光照下可以準確測得Jsc，在弱光下測試的Jsc卻常常存在嚴重高估的現(xiàn)象。該現(xiàn)象從未被關注，導致對弱光器件性能的評估和工作機制的分析出現(xiàn)了嚴重錯誤。

西安交通大學金屬材料強度國家重點實驗室趙超博士和馬偉教授分析認為，決定電學邊緣貢獻的關鍵物理參數(shù)是電壓分布而不是電阻。隨著光照強度降低，光電流減小，器件邊緣的電壓分布變寬，有效邊緣面積增大，導致器件的有效面積增大，造成弱光下Jsc高估?；谏鲜龇治?，研究團隊提出等效電路模型，以研究光照強度和器件表面電阻對電學邊緣效應的影響。計算和實驗結(jié)果表明，當界面電阻為1MΩ/sq時，在標準光照下（1 sun），邊緣效應很??；然而，在低光照下（0.01 sun），邊緣效應將導致Jsc高估>70%，PCE高估>22%。該機制適用于所有類型的光伏器件，包括有機太陽能電池、鈣鈦礦太陽能電池和染料敏化太陽能電池。此外，電學邊緣效應通常被認為只發(fā)生在具有導電層的器件中，本研究揭示非導電層的界面摻雜也能造成明顯的電學邊緣效應：在0.01 sun光照下，Jsc高估51%，PCE高估15%。相比導電界面層，界面摻雜引起邊緣效應從未被關注，也極易被忽視。進一步研究，團隊發(fā)現(xiàn)隨著表面粗糙度的增大，界面電阻減小，導致更強的邊緣效應?；谝陨辖Y(jié)果，團隊提出增加器件的有效面積、降低表面粗糙度、使用掩膜、設計無邊緣器件結(jié)構(gòu)，以避免電學邊緣效應導致Jsc高估和PCE高估。該工作為電學邊緣效應的內(nèi)在機制及其對器件性能評估的影響提供了新見解，有利于促進室內(nèi)光伏器件研究領域的健康發(fā)展。

西安交大科研人員在復雜網(wǎng)絡動力學領域取得重要進展

大規(guī)模復雜系統(tǒng)中有一類是通過網(wǎng)絡耦合形成的動力學系統(tǒng)，揭示網(wǎng)絡復雜性與系統(tǒng)穩(wěn)定性之間的關系是復雜系統(tǒng)研究領域長達半個世紀的熱點問題。該研究成果首次利用系統(tǒng)的非正則性(nonnormality)和反應性(reactivity)來解釋系統(tǒng)復雜性與系統(tǒng)穩(wěn)定性的關系。研究人員發(fā)現(xiàn)，隨著網(wǎng)絡規(guī)模的增大，系統(tǒng)的線性與非線性穩(wěn)定性的發(fā)展方向可能是相悖的。論文揭示了系統(tǒng)非正則性和反應性的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)性根源?；贑hung–Lu–Vu隨機網(wǎng)絡模型，論文嚴格證明了大規(guī)模網(wǎng)絡動力學系統(tǒng)具有非正則性和反應性的概率趨于1，同時給出了非正則和反應性的定量估計公式。這些結(jié)論為復雜動力學網(wǎng)絡的分析、設計、控制奠定了理論基礎，在電力系統(tǒng)等工程領域具有潛在的應用價值。

文章作者

該研究是西安交通大學段超教授與美國西北大學Adilson E. Motter教授、Takashi Nishikawa教授以及土耳其卡迪爾哈斯大學Deniz Eroglu助理教授的合作成果，西安交通大學為第一完成單位。