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新材料、高分子材料專業(yè)

2020年5月4日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生醫(yī)部、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院、中科院天然免疫與慢性疾病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心周榮斌、江維研究組，附屬第一醫(yī)院潘躍銀研究組和復(fù)旦大學(xué)柳素玲研究組合作在NatureCellBiology上在線發(fā)表題為“Myeloid PTEN promotes chemotherapy-induced NLRP3 inflammasome activation and antitumor immunity”的長篇研究論文，發(fā)現(xiàn)髓系細(xì)胞中PTEN蛋白能夠促進(jìn)NLRP3炎癥小體活化，并增強(qiáng)化療反應(yīng)性。化療是目前治療腫瘤最常用的手段之一，但是一些腫瘤患者對化療藥物并不敏感。除了受腫瘤細(xì)胞自身因素的影響外，越來越多的研究表明免疫微環(huán)境對腫瘤的化療效果同樣具有重要作用。過去的研究表明蒽醌類化療藥物能夠誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生免疫原性細(xì)胞死亡，釋放大量免疫原性物質(zhì)如HMGB1和ATP，誘導(dǎo)NLRP3炎癥小體活化和IL-1β和IL-18等細(xì)胞因子產(chǎn)生，從而促進(jìn)腫瘤微環(huán)境中免疫細(xì)胞浸潤并提高化療誘導(dǎo)的抗腫瘤免疫。盡管腫瘤微環(huán)境中NLRP3炎癥小體活化對化療效果的發(fā)揮至關(guān)重要，但是在腫瘤微環(huán)境中決定NLRP3炎癥小體活化的因素還不清楚。PTEN蛋白是機(jī)體中重要的腫瘤抑制子，具有脂質(zhì)磷酸酶和蛋白磷酸酶雙重磷脂酶活性。已有的研究表明腫瘤細(xì)胞中PTEN蛋白通過其脂質(zhì)磷酸酶活性逆轉(zhuǎn)PI3K-AKT-mTOR 信號活化，抑制細(xì)胞增殖和腫瘤生長。在腫瘤治療過程中，腫瘤細(xì)胞中的 PTEN 蛋白缺失導(dǎo)致 PI3K-AKT 信號通路過度活化，引起腫瘤治療抵抗。盡管腫瘤細(xì)胞中的PTEN蛋白在腫瘤發(fā)生發(fā)展和腫瘤治療中的功能研究較為清楚，但是PTEN在免疫微環(huán)境中的作用和機(jī)制尚不清楚。 為了探究髓系細(xì)胞中的 PTEN 蛋白是否影響腫瘤的治療效果，研究者首先對髓系細(xì)胞中PTEN條件性基因缺陷小鼠進(jìn)行皮下荷瘤，并利用能夠誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生免疫源性細(xì)胞死亡的化療藥物進(jìn)行治療。結(jié)果顯示當(dāng)PTEN缺陷后，化療藥物對腫瘤的治療效果顯著降低。對小鼠腫瘤組織和腹股溝淋巴結(jié)中抗腫瘤免疫相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)PTEN缺陷小鼠中CD8+T細(xì)胞浸潤顯著降低，IFN-γ的分泌也明顯減少。與此同時(shí)，腫瘤免疫微環(huán)境中炎癥小體活化相關(guān)指標(biāo)caspase-1剪切，IL-1β和IL-18分泌也顯著減少。這些結(jié)果表明PTEN可能通過促進(jìn)免疫微環(huán)境中炎癥小體活化提高機(jī)體抗腫瘤免疫。接下來研究者在細(xì)胞水平探究PTEN對炎癥小體活化的影響。通過利用shRNA敲低和PTEN缺陷細(xì)胞進(jìn)行炎癥小體活化實(shí)驗(yàn)，研究者發(fā)現(xiàn)PTEN能夠特異性促進(jìn)NLRP3炎癥小體活化，而不影響AIM2和NLRC4炎癥小體活化。機(jī)制上，PTEN能夠直接結(jié)合NLRP3，通過其蛋白磷酸酶功能介導(dǎo)NLRP3酪氨酸32位點(diǎn)（鼠源為酪氨酸30位點(diǎn)）發(fā)生去磷酸化修飾，進(jìn)而促進(jìn)NLRP3炎癥小體組裝活化。此外，作者還構(gòu)建了能夠特異性識(shí)別NLRP3酪氨酸30位點(diǎn)磷酸化的抗體以及NLRP3酪氨酸30位點(diǎn)組成型磷酸化的knock-in小鼠Nlrp3Y30E/Y30E，進(jìn)一步確定了PTEN通過誘導(dǎo)NLRP3酪氨酸32位點(diǎn)去磷酸化促進(jìn)NLRP3炎癥小體活化。為了明確髓系細(xì)胞PTEN促進(jìn)化療誘導(dǎo)的抗腫瘤免疫依賴于NLRP3炎癥小體。研究者在PTEN條件缺陷鼠中回補(bǔ)細(xì)胞因子IL-1β和IL-18，發(fā)現(xiàn)回補(bǔ)細(xì)胞因子后能夠顯著提高化療藥物對PTEN條件缺陷鼠的治療作用，表明PTEN通過促進(jìn)免疫微環(huán)境中NLRP3炎癥小體活化提高機(jī)體抗腫瘤免疫。在腫瘤臨床樣本中，研究者也發(fā)現(xiàn)髓系細(xì)胞中的PTEN與腫瘤患者對化療藥物的敏感性呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。總之，該研究創(chuàng)新性體現(xiàn)在：1）發(fā)現(xiàn)腫瘤抑制因子PTEN在NLRP3炎癥小體活化中發(fā)揮關(guān)鍵作用；2）揭示髓系細(xì)胞PTEN可以通過控制NLRP3炎癥小體活化從而決定化療敏感性；3）提示髓系細(xì)胞PTEN的表達(dá)可以作為一種預(yù)測化療敏感性的生物標(biāo)記物。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生醫(yī)部和基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院黃億博士為該論文第一作者，周榮斌、江維、潘躍銀和柳素玲教授為共同通訊作者。該項(xiàng)工作得到了復(fù)旦大學(xué)丁琛課題組、邵志敏課題組，安徽醫(yī)科大學(xué)蔡永萍課題組，蘇州系統(tǒng)醫(yī)學(xué)研究所馬瑜婷課題組和中科大張華鳳課題組、金騰川課題組、王朝課題組和白麗課題組及科技部、基金委、中科院、安徽省和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的大力支持。原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41556-020-0510-3

一種高效保溫隔熱材料 SiO2 納米多孔氣凝膠，美國已將類似的材料用于航天飛機(jī)。 這種性能優(yōu)異的新型保溫隔熱隔聲材料，其纖細(xì)的多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使之具有極低的固態(tài)熱 傳導(dǎo)以及氣態(tài)熱傳導(dǎo)。在常溫常壓下熱導(dǎo)率可低達(dá) 0.02W/（m?K），是當(dāng)前熱導(dǎo)率最低的 固態(tài)材料。它不僅根據(jù)熱導(dǎo)率推算，一塊不到一寸厚的 SiO2納米多孔氣凝膠，相等于二 十至三十塊普通玻璃或 15cm 厚度的混凝土墻體的隔熱功能。鑒于目前建筑材料的隔熱 性能差,僅上海的建筑能耗占總能耗的 25.4%，因此有關(guān)專家呼吁應(yīng)大力推廣各類保溫隔 熱輕質(zhì)材料，SiO2納米多孔氣凝膠以其優(yōu)異的保溫隔聲性能有望成為一種環(huán)保型高效保 溫隔聲輕質(zhì)建材。另外 SiO2納米多孔氣凝膠還具有透光性，可以有效地透過可見光，同 時(shí)可以高效地阻隔紅外輻射，因此，用于建筑物可以很好地兼顧采光和節(jié)能。

發(fā)光材料一般可以分為兩類：熒光材料和磷光材料。熒光材料的特點(diǎn)是在外在光線或射線照射下會(huì)發(fā)光，當(dāng)外在光線或射線消失后就不會(huì)發(fā)光。而磷光材料的特點(diǎn)是在外在光線或射線消失后仍能長時(shí)間地發(fā)光。也就是說，熒光材料和磷光材料的主要區(qū)別在于它們的余輝時(shí)間不同。所以，熒光材料又可以稱作為增光材料，而磷光材料又可以稱作為夜光材料。熒光材料常用于顯示屏、燈管、公路交通反光牌等。磷光材料則多用于夜光鐘表、暗處指示等。 很久以前，人們就能制造各種各樣的夜光材料，不過絕大部分都因?yàn)樾阅芴畹貌坏綇V泛的應(yīng)用。近百年來，工業(yè)上生產(chǎn)和使用的夜光材料主要是“硫化鋅：銅”。“硫化鋅：銅”的最大缺點(diǎn)是余輝時(shí)間較短，只有3小時(shí)左右。為了利用“硫化鋅：銅”作夜光材料，人們就在其中添加一些放射性元素，利用放射性元素的射線來刺激“硫化鋅：銅”持續(xù)發(fā)光。由于放射性元素對人體健康的危害，“硫化鋅：銅”夜光材料的應(yīng)用受到很大限制。現(xiàn)在基本上不再允許生產(chǎn)夜光手表就是這個(gè)原因。除了國防軍用如坑道等場合外，很難看到“硫化鋅：銅”的蹤跡。 近年來，夜光材料的研究出現(xiàn)重大突破，發(fā)現(xiàn)了一種新型的稀土夜光材料。這種稀土夜光材料的發(fā)光強(qiáng)度高，余輝時(shí)間長，比“硫化鋅：銅”的指標(biāo)要大10倍以上。新型稀土夜光材料十分穩(wěn)定，其性能長時(shí)間受光發(fā)光后不會(huì)發(fā)生變化。而“硫化鋅：銅”則不夠穩(wěn)定，在有濕氣時(shí)容易變黑，性能降低。新型稀土夜光透明性較好，其粉末顯淡黃色。比重為每立方厘米為3.6克。由于不再需要加入放射性元素，所以對人體健康毫無害處。

相變儲(chǔ)能材料(Phase Change Materials, PCMs)是一類利用在某一特定溫度下發(fā)生物理相態(tài)變化以實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)和釋放的儲(chǔ)能材料，一般有固- 液、液-氣和固- 固相變?nèi)N形式。目前固- 液相變儲(chǔ)能材料的研究和應(yīng)用最為廣泛，其工作原理為：當(dāng)環(huán)境溫度高于相變溫度時(shí)，材料由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)并吸收熱量；而當(dāng)環(huán)境溫度低于相變點(diǎn)時(shí)，材料由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)釋放熱量，從而維持環(huán)境溫度在適宜水平。在相變過程中材料吸收或釋放的熱量，是材料單一相態(tài)溫度變化時(shí)吸收或釋放熱量的幾十倍甚至幾百倍。

項(xiàng)目簡介相變儲(chǔ)能材料(Phase Change Materials, PCMs)是一類利用在某一特定溫度下發(fā)生物理相態(tài)變化以實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)和釋放的儲(chǔ)能材料，一般有固- 液、液-氣和固- 固相變?nèi)N形式。目前固- 液相變儲(chǔ)能材料的研究和應(yīng)用最為廣泛，其工作原理為：當(dāng)環(huán)境溫度高于相變溫度時(shí)，材料由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)并吸收熱量；而當(dāng)環(huán)境溫度低于相變點(diǎn)時(shí)，材料由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)釋放熱量，從而維持環(huán)境溫度在適宜水平。在相變過程中材料吸收或釋放的熱量，是材料單一相態(tài)溫度變化時(shí)吸收或釋放熱量的幾十倍甚至幾百倍。相變儲(chǔ)能材料儲(chǔ)能原理應(yīng)用范圍 相變儲(chǔ)能材料響應(yīng)溫度變化所吸收和釋放的是熱能，在能源高效利用和節(jié)能保溫領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià)值。如在建筑節(jié)能、太陽能利用、電力調(diào)峰、可再生能源消納、工業(yè)余熱回收、紡織品、冷鏈運(yùn)輸、醫(yī)療健康等方面擁有廣闊的市場前景。項(xiàng)目階段目前主要的有機(jī)相變儲(chǔ)能材料產(chǎn)品來源于石油工業(yè)的副產(chǎn)物，具有毒性，同時(shí)因其不會(huì)被生物降解，所以會(huì)持續(xù)產(chǎn)生污染。研發(fā)團(tuán)隊(duì)以國家“973”計(jì)劃—“節(jié)能領(lǐng)域納米材料機(jī)敏特性關(guān)鍵科學(xué)問題研究”課題的研究成果為基礎(chǔ)，制備出基于天然可再生油脂的相變儲(chǔ)能材料，具有綠色無毒、可降解、儲(chǔ)能密度高等優(yōu)點(diǎn)。通過對相變儲(chǔ)能材料進(jìn)行功能化處理，使其進(jìn)一步具備了高光熱轉(zhuǎn)換效率及良好的儲(chǔ)熱特性，可高效利用太陽能及環(huán)境余熱。知識(shí)產(chǎn)權(quán)已申請相關(guān)專利。調(diào)配出的不同溫度的相變材料合作方式1. 可根據(jù)實(shí)際情況研制具有不同相變溫度的相變儲(chǔ)能材料，滿足各類需求。2. 完成建筑用相變儲(chǔ)能材料產(chǎn)品的中試生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了相變儲(chǔ)能產(chǎn)品的規(guī)模化制備，如相變儲(chǔ)能地板產(chǎn)品、相變儲(chǔ)能板材產(chǎn)品、相變儲(chǔ)能粉體（60-80 目）與顆粒產(chǎn)品（5-8mm）等。其中，地板和板材產(chǎn)品可用于室內(nèi)裝修，粉體和顆粒產(chǎn)品可作為其他建材，如涂料、砂漿、水泥、混凝土等的添加物。3. 將制備的相變儲(chǔ)能板材應(yīng)用于實(shí)際建筑中，取得了很好的控溫節(jié)能效果：在北京冬季時(shí)，白天室內(nèi)最多可少升溫6-7℃，且溫度峰值延后近2 小時(shí)；夜晚溫度降低時(shí)間最多可延遲近6 小時(shí)（以降至18℃為限），有效減小了室內(nèi)溫度波動(dòng)，并減少約18% 的采暖電能能耗。4. 研制了一套相變蓄熱供暖系統(tǒng)，該系統(tǒng)可將谷電期間的電能轉(zhuǎn)化為熱能并存儲(chǔ)于相變儲(chǔ)能材料內(nèi)，在非谷電期間則利用所存儲(chǔ)的熱能實(shí)現(xiàn)用戶供暖。該系統(tǒng)有助于電力系統(tǒng)的蓄熱調(diào)峰，也可有效降低終端用戶的采暖成本，同時(shí)還具有體積小、效率高、節(jié)能環(huán)保、無噪音、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)實(shí)際的供暖試驗(yàn)結(jié)果表明，峰電期間僅利用存儲(chǔ)的熱量進(jìn)行供暖，可使用戶室內(nèi)平均溫度達(dá)到20℃，與市政集中供暖相比，采暖費(fèi)用可降低約20%。

集成電路產(chǎn)業(yè)需要大量高端薄膜生長設(shè)備，上個(gè)世紀(jì)80年代，MBE作為一種尖端技術(shù)，國外就對中國進(jìn)行了技術(shù)封鎖，禁運(yùn)中國。甚至在今天，MBE仍然屬于美國對中國出口的管制類產(chǎn)品，每一臺(tái)都要經(jīng)過復(fù)雜的審批過程。

液晶彈性體是一種典型的雙向形狀記憶材料，具有形變大、形變可逆等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，在仿生器件、軟機(jī)器人等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。然而，經(jīng)過長達(dá)四十年的發(fā)展，液晶彈性體研究仍停留在實(shí)驗(yàn)室層面，未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用；限制其應(yīng)用的關(guān)鍵科學(xué)問題是：液晶彈性體在形變過程中產(chǎn)生的應(yīng)力太小，無法滿足實(shí)際應(yīng)用場景的力學(xué)性能需求。例如，人的骨骼肌收縮應(yīng)變大于40[[%]]，應(yīng)力大于0.35 MPa，彈性模量大于10 MPa；對傳統(tǒng)的液晶彈性體材料而言，收縮應(yīng)變不是問題，應(yīng)力也勉強(qiáng)可以達(dá)到，但是彈性模量一般在0.1~1 MPa，低了整整一到兩個(gè)數(shù)量級。東大科研團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，采用將聚氨酯液晶彈性體和聚丙烯酸酯液晶熱固體的小分子前體組分混合、再同步交聯(lián)的技術(shù)途徑，制備了一種聚氨酯/聚丙烯酸酯互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)液晶彈性體材料，其收縮應(yīng)變、應(yīng)力、彈性模量分別達(dá)到了46[[%]]、2.53 MPa、10.4 MPa，首次全面滿足了液晶彈性體基人造肌肉的力學(xué)性能要求。如下圖所示，該新型人造肌肉材料具有超強(qiáng)的力學(xué)性能，其發(fā)生伸縮形變時(shí)的抗拉強(qiáng)度和彈性模量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了前人的研究成果；在熱刺激條件下，該材料可以拉起自身重量3萬倍的物體。