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2024湖南教育裝備展覽會將于6月26—27日在湖南省展覽館舉辦。

山東大學晶體材料國家重點實驗室陶緒堂教授團隊通過自主設計的“微爆炸法”獲得了無氧化MXene-Ti3C2Tx量子點，首次提出可將此類二維結構鈦基晶體材料用于腫瘤治療，并與劉宏教授團隊合作發現其具有較強的類芬頓反應特性，在抗腫瘤實驗中效果顯著，從而實現了更高效、更安全的納米催化治療方式。相關結果以“Nonoxidized MXene Quantum Dots Prepared by Microexplosion Method for Cancer Catalytic Therapy”為題，發表在材料類權威期刊Advanced Functional Materials（IF=15.621）上，陶緒堂教授和劉宏教授為通訊作者，晶體所博士研究生李雪松和劉鋒為共同第一作者，山東大學為獨立完成單位。 對于腫瘤治療，傳統的化學、物理療法都存在嚴重的副作用，限制了其在實際臨床治療中的應用。最近，基于特殊的腫瘤微環境，利用腫瘤內部催化反應的納米催化治療成為前沿且備受關注。其中，研究最為廣泛的鐵基納米催化劑可特異性響應腫瘤的弱酸性細胞微環境，釋放Fe2+并引發芬頓反應，產生•OH自由基以觸發細胞凋亡，從而抑制腫瘤。然而，在弱酸性腫瘤環境中，Fe2+催化的芬頓反應速率較低，導致•OH自由基形成緩慢。此外，眾多抗腫瘤復合納米制劑的潛在毒性值得關注。因此，尋找更高催化活性和更安全的納米制劑是人們一直追求的目標。晶體材料國家重點實驗室陶緒堂教授團隊與劉宏教授團隊合作發現所制備的鈦基無氧化MXene-Ti3C2Tx量子點具有較強的類芬頓反應特性，其對正常細胞和組織器官均表現良好的生物相容性，并對宮頸癌和乳腺癌均有強烈的殺傷能力，體現出優異的抗腫瘤效果。這種以鈦基類芬頓反應為基礎的腫瘤治療方式潛力巨大，為實現腫瘤的高效、精準治療提供了一條新的探索途徑。

凹凸棒石是一種天然的一維納米礦物，具有獨特的棒狀纖維結構，是潛在的環保型橡膠補強材料。該項目對凹凸棒石進行改性處理，制得納米級橡膠添加劑，進而利用乳液共絮共凝法制得橡膠/凹凸棒石納米復合材料。

在非活化烯烴官能團化方面的研究進展：含α-季碳中心的手性胺是許多有生物活性化合物和重要藥物的結構單元，該結構單元的不對稱合成一直以來是充滿挑戰性的課題：需要克服季碳中心的空間位阻和控制與之相連的四個取代基的正確方向。劉心元、譚斌課題組利用質子酸（布蘭斯特酸）催化非活化烯烴的不對稱胺氫化反應，合成了含季碳中心的α-吡咯烷類化合物。此項研究成果在國際上首次實現了通過不對稱胺氫化反應構建含有季碳中心的含N雜環化合物，該工作通過在底物中引入硫脲基團，該基團在手性磷酸（布蘭斯特酸）催化下可活化非活化烯烴和控制手性的季碳中心的形成。該方反應具有操作簡單，產率高，官能團耐受性好，綠色環保（非金屬催化的）等優點，可以很方便轉化為各種具有潛在生物活性的螺環的含季碳中心的α-吡咯烷類化合物。

常見的納米酶大多數是金屬化合物納米顆粒，其催化活性主要是來自在納米顆粒表面的金屬離子。在自然界中，生物酶的特征表明活性位點和支持、穩定活性位點的網絡環境對于高催化效率同樣重要。通過調整活性位點的成分和環境可以實現高的活性和選擇性。水凝膠是一類具有良好生物相容性的三維親水網絡材料，其結構可以有效地保護酶分子活性中心，同時提供更好的底物遷移微環境，從而實現有效的催化作用，載酶水凝膠材料已成為生物學研究中的熱點。納米凝膠為水凝膠的納米粒子，具有類似于宏觀水凝膠材料的親水網絡及類似流體的傳輸特性，其納米的尺寸可以作為進一步體內生物應用的理想載體。在受限的納米空間中實現修飾或組裝以獲得雜化納米凝膠仍然存在挑戰。應對這一挑戰，同濟大學化學科學與工程學院王啟剛團隊從仿生的角度出發，設計了一種酶催化的原子轉移自由基聚合（ATRPase）和金屬配位交聯方法成功制備出納米人工多酶凝膠體系。該體系具有模擬超氧化物歧化酶（SOD-like）和過氧化物酶（POD-like）特性，可以實現腫瘤微環境級聯催化的響應成像。日前，相關研究成果以“Multienzyme‐Mimic Nanogels Synthesized by Biocatalytic ATRP and Metal Coordination for Bioresponsive Fluorescence Imaging”為題，發表在國際著名學術期刊 Angewandte Chemie International Edition （《德國應用化學》） 上。同濟大學化學科學與工程學院為該文的唯一通訊作者單位，碩士生齊美園為第一作者，王霞副教授和王啟剛教授為共同通訊作者。 圖1.（a）人工多酶凝膠體系的ATRPase及配位交聯制備流程（b）模擬SOD和POD級聯酶催化的腫瘤微環境響應的熒光成像機制。研究人員首先在納米粒子表面修飾酶催化的原子轉移自由基聚合的引發劑(-Br)，以具有良好生物相容性的生物酶為催化劑，修飾有雙鍵的賴氨酸（N-acryloyl-L-lysine）為聚合單體，在納米粒子周圍聚合制備得到聚賴氨酸高分子刷，最后通過亞鐵配位交聯，從而構建出具有多酶活性的人工多酶凝膠體系（如圖1所示）。凝膠體系中高分散的Fe離子一方面作為凝膠網絡的交聯劑，同時作為模擬酶的活性中心。通過模擬SOD和POD酶，先將腫瘤部位高水平的O 2 ?? 催化轉化為H 2 O 2 ，進一步基于腫瘤部位提升的H 2 O 2 通過級聯酶催化反應實現腫瘤微環境響應的安全、高效的腫瘤成像。該人工多酶凝膠體系類似自然的過氧化物酶催化機制不產生羥基自由基，具有低毒性和高生物安全性。同時，ATRPase方法和金屬配位交聯技術可進一步實現多種納米材料體系的制備，用于藥物輸送和其他生物醫學應用。該研究成果得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃等經費支持以及中國科學院強磁場科學中心的技術支持。王啟剛教授團隊多年來一直致力于高分子凝膠固定酶技術及其生物診療應用，近5年累計以通訊作者在 Adv.Mater. ,  Nat. Commun. ,  Angew. Chem. Inter. Ed. 等期刊發表SCI論文50多篇。文獻鏈接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202002331  PDF：anie_202002331.pdf課題組網站：https://qgwang.tongji.edu.cn/

本項目是新興的自動化系統與計算機技術等多學科交叉領域前沿重大問題的研究，屬人工智能、知識工程技術領域。早期專家系統中知識的自動獲取與知識匱乏成為其瓶頸問題，一直制約著專家系統的發展。本項目找到了解決這一瓶頸問題的有效途徑與方法，即用知識發現創新技術來實現知識的自動獲取與解決知識匱乏這一難題；有望將專家系統的發展推向新階段。 本項目提出了一種基于知識發現創新技術的專家系統，簡記作ESKD，它采用了自主研發的知識發現創新技術，實現了ESKD的全新總體架構:第一，把知識發現系統視為認知系統，研究其自身的內在認知機理(涵蓋4個機制),由機理的研究導致7個新模型與11種新技法；第二，以知識發現創新技術作成專家系統新的知識自動獲取構件,并形成了全新的動態知識庫系統；第三，其推理機中集成了多種不確定性推理形式與方法；第四，它以多個知識源、多種知識融合、多抽象級與多知識層次結構為特征形成了具有豐富內涵的專家系統總體構架,提高了實用化功能，推動其向新一代專家系統的發展；第五，通過在鋁電解生產等領域中的應用，解決了過去憑經驗與簡單技法難于解決的控制過程與參數等優化問題。 ESKD突顯其技術先進與學科領域促進作用的根源，就是作為其理論基礎的KDTICM(我們獨立提出的基于內在認知機理的知識發現理論)及其載體（軟件系統ICCKDSS）是原創性的與自主的。這一點由2項國際獲獎及其評價書、國際著名科學家與國內5院士評價、8項國家發明專利(詳見附件)、教育部鑒定、國內外著名刊物發表的論著等證實。

本項目是新興的自動化系統與計算機技術等多學科交叉領域前沿重大問題的研究，屬人工智能、知識工程技術領域。早期專家系統中知識的自動獲取與知識匱乏成為其瓶頸問題，一直制約著專家系統的發展。本項目找到了解決這一瓶頸問題的有效途徑與方法，即用知識發現創新技術來實現知識的自動獲取與解決知識匱乏這一難題；有望將專家系統的發展推向新階段。 本項目提出了一種基于知識發現創新技術的專家系統，簡記作ESKD， ESKD是將KDTICM與傳統的專家系統相融合的結果,它以原創性理論KDTICM為貫穿,以動態知識庫為主線,以全新的知識表示和獲取方法為依托,構成了多層遞階的獨特結構,很好地解決了傳統專家系統中極為重要的“知識自動獲取”與“知識匱乏”的瓶頸問題;成為新一代專家系統的基本概型(新分支學科)。 它具有多知識源、多知識融合、多抽象級等特征的全新總體架構、全新知識自動獲取構件、全新動態知識庫系統、全新推理機。(見圖5)“科技時報”就“中國科學”發表的此文與產生的重要影響作了報道。ESKD促進與影響著基于KDTICM的其它智能系統新構造的形成。 ESKD全新的構造要素:1)知識獲取源除書本知識、專家知識與經驗、推理機制外,增加了數據庫與知識庫的知識源;并利用KDTICM自動獲取知識,拓展了知識自動獲取的新途徑。2)構造了獨特的基礎知識庫--衍生知識庫--合成知識庫--綜合知識庫--擴展知識庫的動態知識庫系統。3)集成了模糊、綜合歸納、定性、基于案例等多種推理形式和方法。4)采用我們獨立提出的基于語言場的知識表示方法,能夠深層次的綜合表達具有不確定性與定性描述特征的知識。5）結合了KDD*和KDK*的多項相關專利技術。 ESKD突顯其技術先進與學科領域促進作用的根源，就是作為其理論基礎的KDTICM(我們獨立提出的基于內在認知機理的知識發現理論)及其載體（軟件系統ICCKDSS）是原創性的與自主的。這一點由3項國際獲獎及其評價書、國際著名科學家與國內5院士評價、10項國家發明專利(詳見附件)、教育部鑒定、國內外著名刊物發表的論著等證實。

史延慧教授介紹，實驗基于咪唑的雙齒配體（1,4-雙咪唑基苯（1）和1,3-雙咪唑基苯（2））及三齒配體（1,3,5-三咪唑基苯（3））通過[2+2]及[2+3]配位驅動自組裝與三種金屬釕中心（[Ru2(µ-η4-OO∩OO)(h6-p-cymene)2](O3SCF3)2(OO∩OO =草酸根（oxa（4）），2,5-二氧基-1,4-苯醌（dobq（5））和5,8-二氧基-1,4-萘醌（donq（6）））反應，合成了6個四核矩形金屬環7-12及3個六核三棱柱金屬籠子13-15。生命科學學院張鵬副教授通過MTT實驗發現配合物9,12和15對所測試的癌細胞系都有很高的抗癌活性，比順鉑更優，與阿霉素相當。文章探討了細胞內攝取的效率是如何影響配合物9,12和15對癌細胞的細胞毒性和選擇性的，結果發現化合物9的積累水平在三種配合物中最高，即與A549中的最低IC50值一致（1.14 μM）。為研究抗癌機制，測量了滴定ctDNA到釕配合物的溶液中的紫外-可見光譜，得出配合物9,12和15與雙鏈ctDNA的結合能力是通過靜電結合方式作用的。這種結合方式通常是由帶正電的藥物分子與DNA中帶負電的磷酸部分相互作用導致的，而化合物9具有與ctDNA作用的最高結合常數Kb。

利用周期性共振光脈沖序列導致的自旋依賴布居數耗散、射頻場耦合下的自旋拉比振蕩、以及Feshbach共振調制下的相互作用控制，在一個量子系統中同時實現了精密調控耗散、相干和相互作用三大要素，為實現宇稱-時間對稱的非厄米哈密頓量的量子模擬奠定了技術基礎。       實驗結果不僅精確地復現了在經典系統中已經觀測到的靜態哈密頓量的宇稱-時間對稱性破缺，還利用周期性耗散機制發現了在任意小耗散下的宇稱-時間對稱性破缺，觀察到系統的能量可以在極其微小的耗散下發生不可逆的發散。不同于以往靜態哈密頓量的單參數相變，周期性耗散驅動的宇稱-時間對稱性的相圖在頻率的參數空間實現延拓，在特定的頻率區間，宇稱-時間對稱性對于耗散有極其敏感的響應。這個現象之前只有理論預言，而羅樂教授小組首次在絕對零度之上500納開爾文的超冷費米氣體中首次觀測到。同時這項工作還發現了對稱性破缺點附近的慢衰變模式、類比于多光子躍遷的高階PT對稱性破缺等新穎有趣的物理現象。       目前，羅樂教授研究團隊正基于非厄米量子體系研究宇稱-時間對稱哈密頓量的拓撲量子態轉換、耗散下的量子相干態保持、以及高階奇異點附件的超靈敏能譜響應。這些研究將為基于開放量子系統的量子計算和量子精密測量開拓新的前沿。