“科”创未来 | 华中大第四十八期科研资讯

编者按

“苟日新、日日新、又日新”，创新是引领发展的第一动力。华中大始终以引领科技进步为己任，在“谋创新”中“谋未来”，创造一项又一项骄人的科创成果！

金马在《21世纪罗曼史》中如是说，“以空前未有的热情，焕发青春的创新功能，激发人人独特的创新精神，使民族的、国家的创新智慧来一个总爆发！使个体的、群体的创新潜能来一个大爆发！”

“科”创未来，旨在带领大家了解华中大最新科研资讯。我们颂扬那些深耕科技兴邦国的大师们，同时也在华中科技大学这片土地上，期待一个又一个的腾飞。

生命学院李一伟教授、刘笔锋教授在仿生润湿阵列微芯片开发和生物医学应用取得系列成果

生物芯片的每一次跨越式发展都将带来生命科学、生物信息学和生物医学的革命性改变。在后疫情时代，高通量筛选、个体化医疗和生物大数据等领域迎来了巨大的机遇和挑战。10月31日，我校生命科学与技术学院李一伟教授、刘笔锋教授、哈佛大学／麻省理工张兴才研究员应邀在国际著名期刊Materials Today发表了题为“Wettability-patterned microchip for emerging biomedical materials and technologies”的综述性文章。李一伟教授为该论文的第一作者和共同通讯作者，生命学院刘笔锋教授和哈佛／MIT张兴才研究员为共同通讯作者，生命学院为该论文第一作者单位。

1980年代，微阵列芯片的开发实现了空间上的核酸、蛋白、细胞高通量的平行鉴定，带来了遗传学、基因组学、蛋白组学、生物医学检测等领域的巨大发展。1990年以来，基于微机电系统和软光刻技术的微流控芯片系统实现了细胞、分子尺度的时序高通量控制和分析，给复杂分子诊断、单细胞测序、高通量药物筛选等领域带来重大突破、并实现了部分产业转化。

我校生命学院李一伟、刘笔锋自2016年，基于生物启发的亲疏水图案化界面，研发仿生阵列微芯片，该芯片系统结合了微阵列芯片和微流控芯片的优势，将复杂的时序高通量操作阵列化，在空间和时间上实现并行且异质的生物操作和生物分析，为生物医学检测、微组织／类器官的构建、高通量药物筛选与开发提供了新的机遇。近5年间，李一伟和刘笔锋团队将该仿生润湿性阵列微芯片，用于高通量构建异质微组织、培养类器官（Advanced Materials, 2016; Lab Chip 2021;）,生物电子医疗柔性设备及软体机器人（Advanced Functional Materials, 2017; Nature Communications 2019; Nano Energy, 2021; Sensors and Actuators B: Chemical, 2021）和环境微生物研究（Environmental Microbiology, 2021; Environmental Science: Nano, 2020; Soil Biology and Biochemistry, 2017）。

生命学院闫云君教授团队在研发高效绿色便利富集回收稀土元素新技术方面取得重要进展

稀土元素具有优良的光电磁等物理特性，是国家发展高新技术的关键元素和国防工业的重要原材料，也是关系国家安全和创新发展的重要战略资源。目前，稀土开采过程中产生了大量富含稀土离子的废水，其直接排放导致了严重的资源浪费和环境污染。因此，研发生态环保、工艺简单、高效的稀土富集回收新技术具有重大而深远的战略意义。

近年来，微生物吸附回收稀土元素因其环保、成本低、工艺简单等优点受到越来越多的关注，但其高效性、可控性及回收过程的便利化仍需大幅提升。10月30日，生命科学与技术学院闫云君教授团队在国际权威期刊Journal of Hazardous Materials上发表题为“Effectively auto-regulated adsorption and recovery of rare earth elements via an engineeredE. coli”的研究论文。闫云君为论文通讯作者，博士后解晓慢博士为论文第一作者。本研究得到国家自然科学基金、华中科技大学自主创新基金的资助。

本研究提出将镧系结合肽（LBT）置于微生物信号转导系统—pmrCAB操纵子中以实现工程菌对外界稀土元素的感应；随后将dLBT和硅结合蛋白（Si-tag）置于受pmrCAB操纵子调控的表达框内，并展示在细胞表面，同时结合多策略改造底盘细胞，从而实现工程菌的高效和可调控。基于该策略成功构建了集感应-吸附-便利回收稀土元素功能为一体的高效工程菌，该工程菌对稀土元素的吸附率达到41.9 mg/g DCW，高于目前文献中所报道的工程菌。与此同时，通过调控硅结合蛋白与硅柱的结合状况实现工程菌和稀土元素的便利回收，对稀土元素的回收率达到90%以上。本项目构建了集感应-吸附-便利回收稀土元素功能于一体的“细胞工厂”，创建出具高效、可调控和便利化回收的稀土元素生物富集回收新方法，实现了对稀土元素的绿色、可控和低成本的生物冶炼。

协和医院生物医学工程博士冯庆敏获2021年湖北大学生创业大赛冠军

9月29日，“才聚荆楚·创业湖北”湖北省大学生创业大赛总决赛在武汉举行。我校同济医学院附属协和医院2016届生物医学工程博士冯庆敏摘得桂冠。省委副书记、省长王忠林为冠军颁奖。

冯庆敏本科阶段就读于我校生命学院生物医学工程专业，研究生就读于同济医学院附属协和医院医学工程科生物医学工程研究室，入选2019年度“武汉黄鹤英才”优秀青年人才。获奖项目主要专注于中高端微创外科手术器械研发，在充分的临床需求调研和基础理论研究基础之上，开发了符合临床医生使用习惯、可多自由度灵活操控的全自主知识产权外科器械产品，适用于微创手术中狭窄手术部位的高效率、精准组织切割与缝合，具有较强的竞争优势和市场前景，与协和医院胃肠外科、泌尿外科、心血管外科等临床科室开展了广泛合作。

据悉，本次大赛经过材料收集、专家评审和社会公示层层选拔，从全省征集的1634个项目中择优遴选出10名创业大学生选手，现场角逐产生了2021年湖北大学生“创业冠军”。

协和医院生物医学工程研究室是我校生物医学工程专业硕士和博士招生点，也是湖北省唯一一家建设在医院中的医工研究室。学科带头人张强教授自2004年起培养了一大批医工人才，主要研究方向包括创新医疗器械研发、医疗器械技术评价等。研究室以临床需求为导向，以工程技术为支撑，在推动医工医理交叉融合、医疗器械创新发展方面，取得了许多成绩，建立了医学与工程合作交流的桥梁，共同推动解决临床实践中的需求与问题。近年来，研究室与临床科室共同承担了多项国家重点研发项目，还曾获得全国首届CCI杯医疗科技创新大赛一等奖。

电气学院陈新宇团队与哈佛相关团队在《焦耳》联合发表碳中和最新研究成果

习近平总书记2020年9月在联合国大会辩论会上提出我国将力争在2060年前实现碳中和。作为全球最大能源系统，我国碳中和转型预计需要百万亿级的固定资产投资，将成为推动后疫情时代世界和中国经济绿色复苏的重要驱动力。然而，目前电力能源系统国家层面的转型路径顶层设计尚不明晰，各地方的减排目标、减排方案缺乏统筹，甚至出现了盲目关停高能耗企业等“运动式”减碳现象。亟需制定科学合理的转型路径，统筹考虑低碳发展、保障能源供应安全以及电力能源系统的运行可行性与经济性。

近日，Cell杂志姊妹刊《焦耳》（Joule，IF=41.248）刊发了电气学院陈新宇教授课题组与哈佛大学关于碳中和的最新联合研究成果“Pathway towards Carbon-Neutral Electrical Systems in China by Mid-century with Negative CO2 Abatement Costs Informed by High-Resolution Modeling”（《基于高分辨率模型的2050中国电力能源系统“碳中和”转型路径优化》）。

图1 全国碳中和电力能源系统分析平台结构

电气学院陈新宇教授团队与哈佛大学联合经过六年攻关，形成了电力能源系统数字孪生平台，包含超过40年的高精度陆上风电、海上风电和光伏发电历史资源评估，全国超过5000台火电机组的详细的地理位置和运行情况，全国所有规模以上水电机组的流量信息与运行特性，全国跨省输电线网架数据，全国各省电网实际运行的小时级负荷需求，目前主流的储能技术和最具前景的几种电解水制氢技术的性能和造价预测等全面、详实、精确的数据。该平台可以进行全年8760小时的电力系统运行模拟，优化碳中和转型下的各省发电结构和全国跨省输电网的投资，形成我国电力能源系统技术可行、有经济最优的碳中和转型路线图。该平台采用快速机组组合技术、全国输电网规划预优化技术、电动汽车车辆群充电行为整体优化技术、蓄水式水电站梯级建模技术等加速方法，攻克了宏观规划与小时级运行一体化出清运算量超大的难题，平台结构如图1所示。基于该平台，形成了全年8760小时、60个不同场景小时级精度运行模拟和最优投资计划。结果表明，不同减排路径之间年化投资和运营总成本会相差2.3万亿元，研究提供的最优碳中和转型路径不仅技术可行，而且经济性优于传统化石燃料为主的能源系统，该方案相比各省单独推进碳中和转型方案，可降低年化成本1.2万亿元，大致相当于中国每年卫生健康财政支出的2/3。

网安学院与俄罗斯圣彼得堡ITMO大学举行线上学术研讨会

俄罗斯圣彼得堡信息技术、机械学与光学大学（ITMO University）建校于1900年，是俄罗斯国家研究型大学和“5-100”卓越大学计划高校之一。该校精密机械、光学、计算机技术、控制科学与机器人学、网络安全技术、程序设计等专业特色突出，居于世界领先水平。

10月27日下午，网安学院与俄罗斯圣彼得堡ITMO大学信息安全技术学院举行线上学术研讨会。双方围绕网络安全热点问题、未来合作进行了深入探讨交流。双方师生共计50余人参加活动。

会议聚焦代码安全、通信安全、车联网安全、物联网安全等领域，在后量子下的代码安全、下一代通信系统的扩展码、自动驾驶的数据质量与信任问题、动态物联网固件的挑战、智能家居系统的安全性、ARM平台漏洞分析等当下网络安全热点问题上进行充分的探讨。

最后，双方就联合研讨活动、科研合作及学生交流等方面展开了深入地沟通交流，双方表示，未来将不断开展更多频次、更广领域的合作研讨活动。

网安学院路松峰、袁斌、王杰、周威等参加会议，俄罗斯圣彼得堡ITMO大学信息安全技术学院Sergey Bezzateev、Peter Trifonov、Viktoriia Korzhuk、Sergey Chuprov、Nikita Tursukov等参加会议。会议由俄方Viktoriia Korzhuk副教授主持。学校国际交流处欧洲事务办公室相关人员参加活动。

华中科技大学本科招生工作办公室

来源 / 华中大新闻网

编辑 / 张文清

校对 / 姚子艺

审核 / 胡涛