STEM Education |
使用化学疗法治疗冠状病毒感染

香港科技大学化学系客座副教授陈浩怀教授

 

自新型冠状病毒(2019-nCoV)爆发以来,人心惶惶,大家都非常紧张和警惕。口罩和酒精消毒剂在香港以及中国大陆的城市都很快售罄。

 

它是一种新型病毒和一种新型的肺炎。因此,现时尚没有针对这种疾病的既定治疗方法(暂时无药可医!)。但这就代表科学家无法对抗这种疾病吗?

 

如今,随着科技的日新月异,科学家可以前所未有的速度工作。例如,科学家已经刷了新的世界纪录,以惊人的速度鉴定出了新的致病病毒,并破解了其遗传密码。现在,新的化学疗法临床试验也正在迅速地进行当中。

 

像许多其他病毒一样,冠状病毒也需要快速自我复制才能对人类造成伤害。因此,科学家设计了可以插入病原病毒复制机制中的分子,希望能成功阻断该机制并阻止病毒复制。这类分子包括利巴韦林 ribavirin )和瑞德西韦 remdesivir)。一些制药业巨头目前正在与中国卫生部门合作,研究一些新的抗病毒药物候选药物(如瑞德西韦)对治疗2019-nCoV引致肺炎的效用。中国食品药品监督管理局已批准在武汉对受到冠状病毒感染而出现轻度至中度肺炎的患者开展随机对照临床试验。到目前为止,虽然该疗法尚未被证实是安全或有效,但现有数据表明,瑞德西韦对动物冠状病毒具有“体外和体内活性”,可抵抗冠状病毒,例如引起中东呼吸综合症(MERS)和严重急性呼吸系统综合症(SARS)的病毒。

 

2020131日,一篇在《新英格兰医学杂志》发表的研究文章指出正在接受新型冠状病毒感染肺炎治疗的患者对瑞德西韦的静脉注射出现正面效果。我们希望抗病毒药物能尽快面世。

 

此外,在分析了病毒的遗传密码后,科学家发现新的冠状病毒使用了类似流感病毒攻击人类细胞的方法,并具有类似HIV病毒的繁殖周期。因此,结合使用流感和HIV药物可能可以治疗严重的新冠状病毒病例。使用大剂量的流感药物,奥司他韦 oseltamivir ,加上HIV药物,洛匹那韦(lopinavir)和利托那韦(ritonavir),就很可能对患者有帮助。这种化学疗法的临床试验也在进行中。

 

病毒来势汹汹,非常危险。如果全球科学家共同努力,我们仍然可以找到方法对抗它们。

 

文章来源https://stem.ust.hk/en/chemotherapy-for-treatment-of-coronavirus-infections/ 

 

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应对全球危机的甜蜜方案

佘焯成是2011年的数学理学士毕业生,一路走着顺遂且丰富多彩的人生旅程。毕业短短数年,他用两年时间苦心经营的数学补习社,已让他尝得创业成功的滋味。 

身为数学科补习名师,数学让畲焯成名利双收,但沉重的工作压力亦令其健康在2017年响起警号,意外地改写了他的人生。 

他忆述:「我当时受肠胃问题困扰,朋友建议我服用天然原蜜调理身体,效果很好,立时引起我对蜜糖和蜜蜂的兴趣,自此不停研究,我的人生亦因此改变。」

焯成向元朗一位本地蜂农拜师,学习怎样在不用抗生素、不加糖、不热压的情况下生产蜂蜜,愈是钻研,兴趣愈浓,2017年更与两位科大校友合作创办自己的第二盘生意「香港原蜜」。自此,他不仅积极宣扬原蜜对健康的好处,更致力保育蜜蜂,以协助全球生态系统保持平衡。 

近十年来的絶大部份时间,很多蜂农都表示每年失去三成或以上的蜂巢。全球蜜蜂数量锐减,严重威胁各式各样人类赖以生存的植物及谷物,情况令人忧虑。

他说:「这是我投身养蜂业的其中一个重要原因。全球暖化和使用杀虫剂,导致蜜蜂数量急跌,但不少植物倚赖蜜蜂授粉,人类约有七成食粮是由蜜蜂支持生产。」

在人口稠密的城市,无休止的发展令野生蜜蜂及其食物供应饱受威胁,加上热带风暴的破坏力有增无减,即使业界努力补救,蜂蜜供应依然不甚稳定。 

解决问题的其中一个有效办法,就是大量在城市养殖独居蜂。焯成说,独居蜂占了全球蜜蜂的九成,生性温驯,无需倚靠蜂巢存活,因此是家居养蜂的首选。用木头和其他物料搭建小小的蜂箱,已可为独居蜂提供基地。这些蜂箱可放置在家居或公园任何角落,在自然环境中增添蜜蜂授粉的机会。

在城市设置「蜜蜂酒店」的做法在全球越见普遍。他说:「这在台湾非常盛行,甚至深入学校,但香港仍需努力推广。」

科大对促成畲焯成的「甜蜜」人生居功不少。他攻读数学学位时,副修生态研究及中国研究,对全球暖化有一定认识,明白气候变化如何影响地球。他亦热衷与别人分享其所学知识。

现时,焯成既要打理补习社,又忙于在大屿山和大帽山郊野公园附近建立生产基地、举办蜂场生态教育团向参观者讲解香港常见的花蜜植物、蜜蜂生活习性、采收蜜糖方法,以及设置蜜蜂酒店。

他说:「养蜂要在烈日下工作,留意蜂后情况,以及处理蜜蜂分群,预防『走蜂』。蜜蜂有天敌,会生病,主宰蜂巢健康的蜂后会死亡,要做的功夫多得很。」

「香港原蜜」是集商业、社会和教育功能于一身的初创公司。养蜂业在香港虽只处于起步阶段,但焯成认为业界可以仿效手工啤酒在全球的发展模式。因此,他现正专注于产品的分销、推广和包装。 

他说:「我希望大家认识养蜂业和从我们公司的产品中得到启发,以及我们怎样帮助世界。在香港,人人渴望当律师、医生或银行家,我们需要教育公众,扭转这种观念。这条路非常难行 — 即使是家父和家母,也对我的决定颇有微言。」 尽管如此,焯成坚持身体力行,效法蜜蜂的坚毅,为造福人类的理想奋斗。

「香港原蜜」的产品现于科大精品店有售。焯成这位年轻人尽心尽力地保护蜜蜂和食物多样性,你愿意以行动支持他吗?

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2020年度本科最新入学信息
Student Development & Bonding |
越洋万里拓阔视野

科大一直致力吸纳世界各地的学生,以推动校园多元发展及国际化;而为了进一步扩大非本地生组合,大学在2018推出了「海外中学访问团计划」,让中亞及中东的高中辅导老师深切认识科大为当地学生所提供的升学机会。该计划在2019年三月再接再厉,让逾30名来自九个西欧国家的高中辅导老师参与。两位分别来自哈萨克斯坦和土耳其的科大学生,就和我们畅谈来港升学的由来和感受。

祖籍哈萨克斯坦的生物科技及商学理学士四年级生 Kamila ABDRASSILOVA,见证了越来越多同乡入读科大的趋势 – 她回想抵埗之初,全校的哈萨克斯坦学生只有七人,相对今天的14人,四年间增长高达一倍。

选择大学时,Kamila不讳言下了一番功夫。她除了特别重视大学的学术和毕业生就业能力排名,申请奖学金的机会,以及学生组合多元化与否,也是关键因素。科大毕业生的就业能力是大中华之冠,排名接近哈佛与哥伦比亚大学,而且实习及交流机会充足。身为IB国际文凭毕业生,Kamila 取得的奖学金足以全数支付学费及生活开销。衡量种种有利因素后,她很快已立定主意,选择这家力求创新的年轻大学。

然而,事情往往并非一帆风顺。她回忆抵港后不久的情况:「初到香港,很挂念家人,也担心家乡的政局。幸好大学的学生辅导中心提供免费支持,对我帮助很大。」

开放的环境,想法近似的人,让这个在阿拉木图土生土长的女孩,得以完全融入香港和大学的生活。Kamila积极加入不同学生组织,其中一个就是 「视野无界」 (SIGHT)。她伙拍SIGHT的其他成员,针对现存问题一起构思实际解决方案,过程中提升小妮子的设计思维及其项目管理能力。

在科大修业期间,Kamila还获得负笈加州大学柏克莱分校的宝贵机会,汲取知识之余,也实地认识和感受美国文化。另外,她也在香港汇丰银行总部的银行增长及创新部门完成实习。一连串难得经历,助她建立全球视野此一重要职业技能,有利日后的事业发展。

种种机会让Kamila不断进步,她亦很快成为科大的忠实支持者,身体力行参与组织和带领代表团回到自己的家乡,宣传科大。 

攻读经济学的一年级生Zeynep AYDIN来自土耳其。在不少人眼中,她放弃入读哈佛、宾夕凡尼亚大学、达特茅斯学院等长春藤名校而选择科大,可谓「离经叛道」,但小妮子思虑周详,早已立志进军亚洲新兴市场,因而决定忠于自己的意愿,来港学习创业之道。

Zeynep泛起留学海外的想法,源自其对「模拟联合国」(MUN) 学术活动的热枕。学生可透过活动从中学习外交、国际关系,以及联合国的运作模式。Zeynep早在中三时已加入学校的 「模拟联合国」学会,并成立名为 "MUN College"的初创公司,把 MUN的活动方式转化为课程内容,藉此培养初学者成为适应力强、能干和创意洋溢的二十一世纪菁英。

Zeynep立志创业,当她挑选海外大学时,对自己能够完全融入科大信心十足。来港时日虽短,但她已感觉在家,努力学业之余,亦踊跃参与校园活动。她说:「适应这儿的校园生活轻而易举,文化差异也没带来多少问题。科大生非常优秀,而且具有国际视野,不但能助我以全新角度探视世界,也让我感受到浓浓的人情味。」 

仍属新生的Zeynep,对打算入读科大的非本地生有一些建议:「出国留学,除了要注意学业,还需要有独立生活的心理准备,使自己成为自信坚强的人。」

Kamila 对非本地新生也有另一些建议:「尽量把握机会参与课外活动,与同学建立坚实的友谊,在万里之外「另建新家」,并注意在学习与社交生活之间取得平衡。」

将于2020年毕业的 Kamila早已成竹在胸,准备进军亚洲的健康护理或生物科技行业。主修生物科技及商业学的她信心满满,深信在科大学到的技能和知识,足以帮助自己在生物科技这新兴领域脱颖而出,推出创新产品,改善我们的日常生活。

Research and Innovation |
科大研究团队揭示内波能助调节珊瑚礁的热白化

由香港科技大学(科大)领导的一个国际研究团队,近日证明了海洋内波(海里的波浪)的冷却功能可为珊瑚礁营造一个抗热环境,或有助防止和更准确预测珊瑚白化。

世界各地的珊瑚礁正遭受由气候变化和包括厄尔尼诺等极端气候所引起的泛热带白化现象威胁,但是,白化模式很难预测,在较深的水域尤甚。现时,大部分白化预测都是基于由卫星收集得来的海水温度数据作表面评估。虽然这些数据对了解大规模及偏远地区的白化状况很重要,但它们只反映了海洋表面的温度以及相对大面积的温度平均值。

科大海洋科学系助理教授Alex Wyatt,联同来自东京大学、圣地亚哥加州大学斯克里普斯海洋研究所、美国地质调查局,以及佛罗里达理工学院的科学家组成研究团队,就内波对太平洋西面、中部及东面珊瑚礁的温度影响进行了定量分析。团队花了数年时间,在日本、法属波利尼西亚和巴拿马不同海深的珊瑚礁位点量度温度,并记录了在2015年和2016年因厄尔尼诺现象发生的加热事件。

该团队透过自行研发的新型过滤方法,从温度记录中撷取内波讯号,以比较有内波及无内波海域的加热情况。结果显示,内波的出现有助减少该海区的酷热情况,如在2015-2016年厄尔尼诺现象期间,内波的出现便将加热程度减轻了88%;一些本可导致全数珊瑚死亡的严重加热地区,因内波的出现而将加热量降低了约36%至50%,有些地区甚至完全避免了加热情况的发生。

研究还发现,天然内波的降温能力会随水深而上升。在水深8至10米的浅水处,内波将热量减少了20%至41%;而在水深30至40米的较深水处,则减少了54%至88%,反映内波是一种能减轻珊瑚白化的重要过程。相反,在欠缺内波、或因气候变化而令内波频率和强度下降的地方,珊瑚礁的受热威胁愈趋严重。

Wyatt教授指研究结果显示,人类可透过创新方法保育当地的珊瑚礁﹕「透过主动管理方法,如人工引流至需要特别保护的珊瑚群落,能减少海洋加热对它们的影响。但人工引流只能提供小范围或短暂的保护,要长远解决珊瑚礁的存活问题,解决气候变化这根本原因实属不可或缺。」

是次研究成果已于科学期刊自然-地球科学中发表。
 

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香港科技大学(www.ust.hk)是国际知名的研究型大学,其科学、工程、商业管理及人文社会科学领域,均臻达世界一流水平。科大校园国际化,提供全人教育及跨学科研究,培育具国际视野、创业精神及创新思维的优秀人才。科大的研究于香港的大学教育资助委员会「2014研究评审工作」获得最多「世界领先」评级,亦于最新的《泰晤士高等教育全球年轻大学排名榜2019》中排行第一,而科大的毕业生在2019年度的全球大学就业能力调查排名第10位,位列大中华院校之首。

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燃点学习物理热诚

要在香港各级学校推广STEM (科学、科技、工程、数学) 教育,殊非易事。考试至上的文化根深柢固,加上学习方法刻板乏味,导致这方面的教学人才、时间,以及辅助教学工具不足。

物理学系的苏荫强教授热心支持STEM教育,但认为现行的教学模式乏善足陈。他鼓励教育界跳出固有框架,善用现有科技和简介最新研究突破,让学生学习崭新知识。他亦明白老师工作繁重,难有足够时间紧贴日新月异的科学与科技新知,使他们在教授STEM科目时倍感困难。

他说:「大部分老师都忙得不可开交。即使政府已为STEM教育预留拨款,他们也提不起兴趣钻研。」 

苏教授在其专业范畴努力作出贡献,至今已就复杂物理体系发表逾160份获引用的研究论文,但在其内心深处,始终念念不忘与身边学生分享物理学的纯真趣味,希望教导他们实践所学,以行动改善生活。

因此,他研发了一个「实验工具包」,当中的概念源于其无意中发现的新型反射电子衍射现象。事实上,研制工具包的念头早于2015年萌生:苏教授当时获指派担任2016年亚洲物理奥林匹克大赛一项实验考试的出题员。由于题目必须与出题者的科研专长有关,苏教授于是决定研发这个结合理论与生活实例的工具包,并将其发展成适合于中学和大学使用的STEM辅助教学工具。

工具包内有10件主要组件,包括使用激光二极管的照明机、一个可以旋转的拨盘,以及一个能够有效解说电子衍射和光学衍射现象的观察板,组装十分容易。学生可利用它动手进行有关测试光学对准技巧的实验,并学习周期性与随机性之间的关连。

他说:「工具包定价合理,对需要教授STEM科目,但难以找到教材的老师很有帮助。」

苏教授亦在科大物理学系的「小型讲座」外展活动中,增添了介绍工具包的环节。这些小型讲座由经过训练的本科生负责向本地中学生讲解和示范,旨在激发少年人对物理学的兴趣。苏教授亦正计划加入香港教育城,向物理老师作推广。

工具包不但在中学大受欢迎,连澳门大学、中国科学技术大学、南方科技大学、暨南大学等学府亦研究如何将教导于一年级新生。苏教授于是因应中学生及大学生各自的学习需要,为工具包研发两个不同程度的版本。

在澳门,有些老师甚至在工具包的基础上研发游戏:学生须根据手册中的定量实验争先找出答案,以开启电子门锁,使学习过程更富趣味,亦使学生更投入学习。

苏教授强调STEM 离不开科技和实验,课堂上的实践十分重要。他明白单凭一己之力,不足以形成新的学习和授课文化,但仍希望为高等教育界树立榜样,鼓励学者应用最新科研知识创制STEM 教学工具。他深信这有助将实践为本、配合生活需要的教学方法带入课室。

Research and Innovation |
科大以崭新合成生物学方法 破解大肠杆菌素致癌的机制 有助研究预防大肠癌方法

香港科技大学(科大)一个跨学科研究团队发现,人体肠道中大肠杆菌所释出的一种毒素,与大肠癌有关。研究不但为大肠杆菌对人类健康的影响带来新见解,更有助推动预防全球第三常见癌症「大肠癌」 的研究*。

人体肠道中的大肠杆菌虽然可以帮助我们消化食物及调节免疫系统,但它们亦含有毒性,可以导致细胞周期停滞(arrest cell cycle)甚至死亡。科学家早已发现大肠杆菌所产生的大肠杆菌素(Colibactin)是一种基因毒性(genotoxin)化合物,可以破坏真核细胞中脱氧核醣核酸(DNA)的双螺旋结构(double-strand breaks),增加患上大肠癌的风险。不过,由于这种化合物浓度低、状态不稳定及生物合成反应路径(biosynthetic pathway)过于复杂,难以复制作研究用途,所以它到底如何导致DNA受损,至今仍是一个谜。

由科大捷成David von Hansemann理学教授、海洋科学系及生命科学部讲座教授钱培元带领的研究团队,利用崭新的生物合成方式,解开这个谜团。团队不仅成功复制大肠杆菌素基因簇,更发现可以大量培植相关基因的方法,以进行测试及验证。经过反复分析及化验多种大肠杆菌素前体化合物(Colibactin precursors),团队最终确定「大肠杆菌素-645」是引致DNA双螺旋结构受损的元凶,并发现其生物合成反应路径和损害DNA双螺旋结构的机制。

钱教授表示﹕「虽然部分大肠杆菌素会透过交叉连接的方式损害DNA,但一直以来未有数据显示它们会直接破坏DNA。我们的研究确认了大肠杆菌素-645会直接破坏DNA的双螺旋结构,进一步解释大肠杆菌素对健康的影响,补上长久以来缺失的一块拼图。」

硏究团队中的李忠瑞指,重组大肠杆菌素的分子骨架,可以为设计及合成有效的DNA分解试剂(DNA cleaving agent),例如合成限制性内切酶或癌症化疗药物提供基础。

是次研究由科大、加州大学柏克莱分校及加州大学圣迭戈分校斯克里普斯海洋学研究所合作进行,研究结果已于国际权威科学期刊《自然 — 化学》中发表。此外,研究团队早期就大肠杆菌素的研究成果也发表于国际权威科学期刊《自然 — 化学生物学》。

*  根据世界癌症研究基金会2018年的统计数据: https://www.wcrf.org/dietandcancer/cancer-trends/colorectal-cancer-statistics

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科大研究团队研发全球首个全光学多层神经网络 有助研发新一代人工智能硬件

香港科技大学(科大)的科研人员成功研发全球首个可用作深度机器学习(machine learning)的全光学神经网络,不但能让人工智能在处理较复杂的问题上﹕例如辨识事物之间的关系或风险评估等范畴,进一步追近人类,更可在能耗大幅度降低的情况下,以光速进行运算。

一直以来,光学网络操作仅限于线性*运算,但只靠线性运算并不能让神经网络模拟人类大脑运作而达至「深度学习」(Deep Learning)。人工智能要掌握深度学习,需具有「非线性启动函数」(non-linear activation functions) 的多层神经网络。然而,在现存的光电混合神经网络中,模拟人类大脑响应方式的「非线性启动函数」乃透过电来实现,这限制了光学网络的指令周期及能力。现在,由科大物理学系教授杜胜望及助理教授刘军伟所带领的研究团队,实现了首个全光学多层神经网络,为构建大规模的光学神经网络推进一步。

为突破限制,研究团队利用冷原子介质内只需极低激光功率便能运作的「电磁波引发透明效应」(electromagnetically induced transparency, EIT),来实现非线性启用函式,并制作了一个双层全光学的神经网络。为测试成效,团队利用这个网络,对凝聚态物理学易辛模型(Ising model)中的有序相和无序相进行分类,发现与高性能电脑神经网络运算的结果一样准确。

杜教授表示﹕「虽然我们现在的成果只是一个概念验证(proof-of-principle)的测试,但它表明新一代的光学人工智能—即在低能耗的情况下进行快速运算,是有可能的。」

刘教授补充谓:「未来,我们希望扩大此技术的规模,构建一个更大型、更复杂的全光学神经网络,以作图像识别等实际应用。」

研究结果近日刊登于权威期刊《Optica》,并获美国光学学会撰写新闻稿介绍。

*即算术中的加减法及乘法

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让 STEM教育走出桎梏的生物学

数理科技(STEM)是近年香港教育界的流行语,不少学校增拨资源添置科技配件,但在生命科学部的周敬流教授眼中,却有偏离本质之虞。香港以填鸭式教育闻名,学生缺少通过整合不同学科知识解决问题的训练,然而,这种能力却是STEM教育的要素之一。主次失焦,不仅会令科学教育走进死胡同,也难以培育香港需要的发明家或科学家。

周教授说:「STEM 的真谛,在于让学生学习探索事情的方法、态度、原则和应用规则。可惜在香港不少高中和大学,学生学习的只是信息,忽视了背后的逻辑和分析。」

要从课本或互联网取得信息,可说轻而易举,但周教授建议同学专注于探索事情的态度和方法。「举例说,认识大自然并没有固定的方法。教育制度应让学生有多些机会走出课室,观察他们感兴趣的事物,而不是只训练他们应付一式一样的公开考试。」

周教授说自己少时极为好奇,因此选择在大学修读生物学;而负笈美国德州贝勒医学院攻读细胞生物学博士学位,则与家族里多人患癌有关。加入科大前,他是美国纽约爱因斯坦医学院的分子遗传学Belfer院士。 

周教授钻研身体形态的分子遗传学、神经发展,以及合成和演化生物学。不论在大学校园或日常生活的各个层面,他都在努力培育新一代以科学解决问题,迎接二十一世纪的种种挑战。

身为在香港致力提倡STEM教育的先驱,他着重训练学生培养分析和解读数据 、进而自行归结原则的能力。训练越早,效果越佳。为了达致两大目标,他将国际生物奥林匹克(IBO)高中生国际比赛引入香港,一则希望为公众学习生物学提供广阔平台,但更重要的是 — 藉此改变本地学校对这门科学的看法和授课方法。

IBO香港区赛事于2018年首办。在前一年,筹委会特别举办香港联校生物奥林匹克比赛作为热身。周教授说:「学生从中找到很多乐趣,非常兴奋。这种学习生物学的模式,是他们从没想过的!」 

传统教育制度下,生物学不外乎背诵和关键词,做好这两点,就可以拿取高分。事实证明,IBO香港区赛事改变了一贯的游戏规则,因为它开拓了学生的视野,让他们体验不同的学习方法。

在589名香港IBO参赛者中,80人获选接受三阶段中第一阶段的训练,出席合共24小时的课堂。大会接着选拔 15名学生晋身第二阶段的实验课,在全长29小时的训练里,除了修读分子生物学和环境生物学,亦须进行野外考察。第三阶段是全长36小时的科研讨论,只余6人可以晋级,当中表现最好的4名学生,就是参与匈牙利国际生物奥林匹克大赛的首批香港代表。

在国际生物奥林匹克大赛竞逐的国家及地区有73个,参赛者多达285人,竞争之烈,可想而知;但4位香港代表不负众望,最终赢得一金、两银、一铜而归。

赢得奖牌固然兴奋,但参赛同学眼中的最大收获,是在解决难题的过程中,学懂怎样应用分析技巧和创意的实战经验。 

对周教授来说,成功举办IBO只是起点,要革新传统学校教授生物学等理科学科的模式,仍是漫漫长路。他说:「要推行真正的 STEM教育,我们必须给学生多点弹性,尤以考试为甚。学习的精髓不在于背诵课本和关键词,而在于活用日新月异的科学知识。」

Research and Innovation |
香港科技大学科研团队用超冷原子解密三维拓扑材料

复杂的拓扑材料,尤其是具有不同内部和表面性质的材料,使得量子计算免于噪声干扰而更加健壮,近年来成为工业和学术界研究焦点。目前的量子计算机仍然脆弱,提高量子信息抗噪性是重要的研究方向。在噪声下保持功能容错量子计算的需求,促使了对于复杂拓扑材料的探索。

香港科技大学物理系的曹圭鵬教授与北京大学物理系的刘雄军教授合作首次实现三维拓扑材料。此材料由超冷原子构成,制备在接近绝对零度的亿分之三度。它为研究新型拓扑材料,甚至那些固体中无法制备的材料提供了途径。这些利用超冷原子实现的新型人工合成材料使得物理学家可以去研究非凡的物质态,进而研发新型量子器件。

材料的拓扑属性意味着材料在实际系统中可以含有一定缺陷,这也为探索材料的新奇特性提供了可能。拓扑材料研究局限于低维,因为超冷原子难以实现三维拓扑材料。三维材料的实现全面开启拓扑材料在超冷原子中的研究,包括绝缘态,半金属和超流在内的高维的非凡拓扑态。

在物理学家构造的人工合成晶格结构中,超冷原子的行为如同在固体中电子。实验中,研究员们将原子的自旋与原子的运动关联起来,形成合成拓扑材料,并且通过新的观测手段观测其能谱。这个合成量子材料就是三维自选轨道耦合的结点线半金属。

这项研究最近于2019年7月29号在自然物理杂志发表 (DOI:10.1038/s41567-019-0564-y)。

“我们的研究为研发自然界不存在的新奇的拓扑材料提供了可能”,曹教授指出,“此进展也为复杂的三维拓扑材料研究和模拟提供了平台。”

这项研究是Science Advances 4, eaao4748 (2018) 的后续工作。

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科大研究团队共同发现内质网融合蛋白新功能 为了解遗传性痉挛性下身麻痹病理提供新见解

香港科技大学(科大)和中国科学院(中科院)生物物理研究所的研究人员,近日发现一种名为atlastin(ATL)的酶,原来具有运送细胞内蛋白质的功能。这项全新发现有助了解遗传性痉挛性下身麻痹(HSP)﹕一种因神经缺陷而引致下肢痉挛的罕见遗传性疾病背后的病理。

科学界已知ATL与导致HSP有关,但出现突变的ATL如何影响正常生理机能运作仍是一个谜。最近,由科大理学院生命科学部助理教授郭玉松领导的团队,发现了缺乏ATL的细胞,会严重推迟一些重要蛋白自细胞当中被移送至细胞表面的过程,从而导致我们的生理机能失灵。团队亦揭示了一个有趣现象,便是一种经过改造的ATL,能纠正以上的情况,为寻找此遗传性疾病的治疗方法提供了新见解。上述成果由中科院生物物理研究所胡俊杰教授的团队共同发现。

胰岛素、人类抗体或依附在细胞表面负责接收讯号的蛋白,一旦在细胞中形成,便需透过分泌运输途径被输送至细胞表面,以执行各项身体所需的功能。这些蛋白首先被装载至COPII囊泡这种运输工具之中,然后经第一站「内质网(ER)」出发,最终被传送至细胞表面。 

内质网的管状结构由dynamin超家族蛋白atlastin(ATL)接驳而成。郭教授及其合作伙伴利用崭新的CRISPR/Cas9技术消除ATL后,发现缺少了ATL的细胞,其内质网管道不但无法接驳得上,COPII的形成亦告减少,影响其装载蛋白的效率。事实上,很多内质网的出口位置亦失去招募COPII载体的能力,严重减慢蛋白的运送速度。研究亦进一步发现,蛋白质的流动性以及COPII的形成,可透过一种经过异变、具膜栓连而非融合功能的ATL来恢复。有关研究成果近日于科学期刊《美国国家科学院院刊》中发表(https://www.pnas.org/content/early/2019/06/24/1908409116)。

郭教授指出,有关研究为ATL出错可如何导致遗传性痉挛性下身麻痹症提供了新见解。他表示:「很明显, ATL介导的膜栓连在维持蛋白于内质网结构内的流动性方面保有关键作用,虽然我们并无相关的医学知识制订治疗策略,但我期望是次发现可为这罕见疾病的治疗方法提供线索。」

郭教授是研究细胞内部运输方向的专家。有关研究的资金由研资局和国家自然科学基金委员会提供。

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STEM Education |
Let's Get Back On Track In Science (只提供英文版本)

When I was in secondary school, my physics teacher, who was among HKUST's first batch of graduates, always encouraged me and my classmates to explore scientific questions according to our interests, even though those questions are outside the syllabus.

With his encouragement and guidance, we participated in science competitions in high school, paving the way for my continuation of scientific pursuits ever since.

Many of us in the science stream then were lucky to be able to receive comprehensive scientific training and study subjects such as additional maths, biology, physics and chemistry in addition to Chinese, English and maths for the Hong Kong Certificate of Education Exam.

At the Advanced Level, we could focus on three science subjects in addition to English and Chinese.

This gave us plenty of exposure to science subjects and room to explore the areas we liked most.

Students nowadays are, however, required to take four compulsory subjects of Chinese, English, maths and liberal studies to meet university admission requirements, leading them to spend much less time on advancing their knowledge in science.

If this situation continues, Hong Kong will likely suffer from a shortage of science and engineering talents in the long run.

Over the years, I have always credited my achievements as a physicist to my incredible teachers and professors for their enlightenment and inspiration.

The desire to reciprocate when I have the opportunity to do so has always been on my mind.

In 2017, recognizing the imminent need to groom young scientists, the Hong Kong Academy of Sciences initiated the establishment of the Hong Kong Young Academy of Sciences.

Officially launched last month, it is a group of young scientists and engineers working in universities in Hong Kong.

Our members have diverse research interests, ranging from quantum physics, biomedical research, textile, civil engineering to cosmology.

Together with our 30 members, we would like to leverage on our expertise to serve our community.

In particular, we are committed to enlightening and grooming future talents in science, innovation and technology.

To kick-start our outreach efforts, and in collaboration with the Hong Kong Academy of Gifted Education, we have launched a series of talks entitled Emerging technologies - Science, Opportunities and Challenges.

In these talks, we would like to introduce the scientific principles behind some emerging technologies such as genome editing, quantum computation, artificial intelligence, science of climate change, computer assisted drug design and the latest discoveries in cosmology.

Many of these technologies are likely to have a huge impact on our economic development and way of life.

We would like to prepare our younger generation for the opportunities and challenges to come.

Currently, the young academy is also heavily involved in mentoring high school students by participating in the "Distinguished Masters, Accomplished Students" mentorship program of the Hong Kong Academy of Sciences.

We are also planning other outreach activities to serve our community.

You are welcome to visit our website https://yashk.org.hk to get connected.

The article was published in The Standard on July 17, 2019.