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十三五科技展上的北大突破 [复制链接]

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10月21至27日

国家“十三五”科技创新成就展

在北京展览馆举行

“创新驱动发展迈向科技强国”

经科技部组织遴选

北京大学20余项成果参展

基础研究

高新技术

重大专项

社会发展

多个展区展示

面向国家重大需求

发挥“基础为根、交叉为本”的优势

服务国家“四个面向”

01面向基础前沿,发展颠覆性技术

彭练矛、张志勇碳基芯片技术

未来芯片技术部分成果

全球领先的碳基无掺杂CMOS技术、5纳米栅长的碳基晶体管制备、碳纳米CMOS晶体管晶圆级制备技术、纯度大于99.%的8英寸半导体碳纳米管晶圆材料、碳基CMOS逻辑电路芯片、柔性碳基芯片……信息科学技术学院碳基团队在彭练矛院士和张志勇教授的带领下,坚持研发20年,攻克系列难题,接连在高纯度材料研发和超低功耗狄拉克源碳基晶体管器件、碳管发光器件等研发方面取得突破,基本解决了ITRS给出的碳管材料和器件带来的挑战,为推进碳基集成电路的实用化发展奠定了基础。

魏文胜新型基因编辑技术

LEAPER技术原理

近年来,以CRISPR/Cas9为代表的基因编辑技术在生物医学等诸多领域产生了深远影响,但该技术依赖于外源编辑酶或效应蛋白的表达,从而引发体内递送困难、脱靶效应显著、激发免疫反应等问题,使相关技术在临床治疗应用中面临巨大挑战。

生命科学学院及生物医学前沿创新中心魏文胜团队建立了具有我国自主知识产权的名为LEAPER的新型基因编辑技术,仅需转入一条特殊设计的RNA,即可对靶向基因转录本上特定腺苷进行高效精准的编辑。

此外,研究人员还利用LEAPER成功修复了来源于Hurler综合征病人的缺陷细胞。该方法在疾病治疗中显示出可观的潜能,并且具有高精度、易于递送、长时效、高安全性等多种优点。同时,LEAPER还可能衍生出多种延展型技术,为生物医学研究提供新型工具。

程和平微型化双光子显微镜

未来技术学院程和平院士团队研制了新一代微型化双光子显微镜,在国际上首次实现了自由行为小鼠大脑神经元和神经突触活动的清晰稳定成像,不仅可以“看见”大脑的思维活动,而且在脑疾病发生的神经机制研究及新药研发中发挥重要作用,具有巨大的科研和商业价值。该成果入选年度中国科学十大进展,获评NatureMethods年度方法。

团队新近开发了集成飞秒光纤激光器的医用便携式双光子显微成像系统,其具备操作柔性便捷、成像速度快、分辨率高等优势,可直接进行人体皮肤及其他组织内细胞无创、原位、实时的观察,并获取人体中NADH、FAD、胶原蛋白、弹性纤维等多种物质的定量指标,实现人体代谢状态监测及病变组织病理级水平的量化分析,为各类疾病的早期诊断、后期疗效评估等提供可靠支撑。

吴晓磊多亚基Na+/H+逆向转运蛋白的结构解析

微生物广泛地分布在地球的各种环境中,其中不乏极端盐碱等严苛环境。长期以来,微生物的极端环境适应机制是生命科学研究的重要公开问题,对生命起源和进化研究具有重要意义。为了适应这些极端环境,微生物进化了多种耐受盐碱胁迫以适应高盐碱环境生长繁殖的策略。其中,一个重要机制是微生物利用其细胞膜上的钠泵系统及ATP合酶等保持细胞内Na+和H+浓度的相对稳定,从而维持细胞正常的生命活动。

工学院能源与资源工程系吴晓磊课题组系统研究了极端环境微生物适应机制。课题组利用单颗粒冷冻电镜技术,对极端盐碱耐受菌Dietziasp.DQ12-45-1b的多亚基Na+/H+反向转运系统Mrp复合物结构进行了解析,首次提出Mrp复合物的结构模型,阐明了Mrp反向转运Na+/H+机制。该发现为以呼吸链复合体I为代表的、由氧化还原反应驱动的初级主动转运蛋白中的阳离子转运机制提供了新的认识。

江颖、王恩哥揭示水的原子结构和新奇效应

扫描探针显微镜探头(实物)和互动视频及现场

物理学院量子材料科学中心、轻元素先进材料研究中心江颖教授和王恩哥院士领衔的联合研究团队发挥学科交叉优势,近年来开发了一种基于高阶静电力的新型扫描探针技术,刷新了扫描探针显微镜空间分辨率的世界纪录,实现了氢原子的直接成像和定位,首次将水科学的研究推向了原子尺度;结合全量子化计算模拟,揭示了核量子效应、动力学幻数效应等新奇效应,改变了人们对水和轻元素体系的传统认知,在物理、化学、材料、生物等多个学科和领域产生了重要影响。

成果入选中国科学十大进展(、),获教育部自然科学一等奖()。年,团队承担建设的怀柔综合性国家科学中心轻元素量子材料交叉平台开工,将为我国率先打破量子材料瓶颈、引领轻元素先进材料研发新潮流奠定坚实基础。团队主要成员包括物理学院李新征教授、徐莉梅教授和化学与分子工程学院高毅勤教授等。

邓宏魁成功实现体外培养人类成体肝脏细胞功能长期维持

如何大量制备功能成熟细胞是再生医学的关键瓶颈和挑战,解决的突破口之一是实现功能细胞在体外的长期维持。年4月,生命科学学院邓宏魁教授与合作者在Science发文,以人原代肝细胞为研究对象,筛选到一个化学小分子组合。经该组合培养的人肝细胞,可在体外长期维持各种肝细胞功能,并支持乙肝病毒在体外人肝细胞中的高效感染,为筛选抗乙肝药物提供了理想模型。该成果为药物研发提供了重要工具,并为体外大量制备维持功能成熟的人肝细胞提供了条件。

研究团队长期致力于采用化学小分子调控细胞的命运和功能,系统性建立了化学重编程的方法制备各种功能细胞和干细胞。该研究是化学重编程在功能细胞维持方面的应用,首次证明利用化学小分子调控信号通路可实现人功能细胞在体外的长期维持,表明化学小分子在精细调控细胞命运和功能上的优越性,为其他类型细胞体外功能的长期维持提供了新途径。

蒋争凡锰离子免疫调节及其生理学功能取得新突破

锰是地球排名第五的金属,含量巨大。锰离子则是生命体必需元素,参与多种生理生化反应,但其免疫功能从未被发现。

年以来,生命科学学院蒋争凡实验室先后发现锰离子(Mn2+)在抗病毒、抗细菌及肿瘤免疫监视与治疗中发挥关键的免疫调节作用;Mn2+还是细胞内的免疫激活剂。这些成果为Mn2+的免疫功能研究打开了新窗口;也为其在抗感染、抗肿瘤的实际应用提供了理论基础。以此为基础,实验室发明了可激活细胞免疫、体液免疫和黏膜免疫的“锰佐剂”及用于肿瘤治疗的“锰免疗法”。

锰佐剂具有高效性、稳定性及使用方便等优点,具有巨大的市场潜力。锰免疗法不仅显著提高肿瘤免疫治疗效果,还显著降低肿瘤免疫治疗的成本,有望极大降低国家和患者负担,惠及国计民生。

郭雪峰新一代单分子芯片和分子诊断技术

单分子电子器件

化学与分子工程学院郭雪峰课题组在单分子科学与技术领域的“无人区”发展了制备稳定单分子器件的突破性方法,构建了国际首例稳定可控的单分子开关器件,开拓了单分子科学研究的新领域,曾获教育部自然科学奖一等奖、中国高等学校十大科技进展、中国科学十大进展。

该研究结合国家重大需求,在单分子场效应晶体管、精准分子诊断技术、快速病毒检测技术和单分子传感器等方面均突破了许多瓶颈技术,是未来分子光电子器件的基石。为揭示单分子光电转化规律、化学反应的内在机理和生命本征现象提供了新一代独特的研究手段和谱学方法,在集成电路芯片技术、基因测序和精准分子诊断技术等方面具有巨大的应用前景。

周欢萍大幅提升钙钛矿太阳能电池寿命

钙钛矿太阳能电池是广受

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