科研快报 | 中大近期科研进展速览33

编者按：

科技兴则民族兴，科技强则国家强。为了更好的展现学校科研动态，增强广大科研工作者的认同感、归属感、自豪感，激发科研创新活力、促进学科交叉融合，科学研究院将持续汇总报道校内各单位重要科研进展，诚邀各单位积极来稿。

内容速览

1.材料学院高平奇教授团队研究成果在Nature Energy上发表

2.生命科学学院张鹏教授团队揭示绢蝶的演化历史

3.材料科学与工程学院衣芳教授课题组在柔性可穿戴能量收集方面取得新进展

4.生态学院陈浩副教授团队在生物固氮控制因子研究中取得新进展

5.附属第三医院团队研发脂质体纳米药物用于乳腺癌的光动力/免疫联合治疗

01

材料学院高平奇教授团队研究成果在Nature Energy上发表

硅基半导体技术支撑着信息和能源两大支柱产业，与硅基芯片不断追逐尺寸微缩化一样，硅基光伏追求光电转化效率的持续提升。基于半导体技术和新能源需求而快速兴起的硅基光伏产业，已经成为实现能源开源的重要途径，有助于加快实现“碳达峰、碳中和”，有利于推进能源革命，保障国家能源安全。

该研究首先从光电性能的对比上，指出隆基的硅异质结电池相较于其它电池技术展现出的突出电学性能，在叠加上光学方面的优化，完全可以在传统的前背接触结构（FBC）电池上实现更高的电池效率。更细化的电学分析表明，FF上的快速提升，尤其在超越理想因子为1的极限曲线（蓝色虚线）后，是电池电学性能进一步提升的关键。这种提升，归因于电池背结的掺杂膜层由p型掺杂非晶薄膜（p-a-Si:H）替换为p型掺杂纳晶薄膜（p-nc-Si:H）后，空穴接触侧接触电阻的快速下降。

进一步的分析表明， p-nc-Si:H相比于p-a-Si:H，在晶化率、电导率和激活能上均具有明显的优势。使得空穴载流子在基于p-nc-Si:H空穴接触层的SHJ电池中相较于p-a-Si:H对比电池更容易传输，同时具有更佳的钝化性能，从而利于实现更优的载流子选择性钝化接触特性。测试表明，由p-nc-Si:H所组成的异质结，其接触电阻和表面复合分别降低为5mΩ.cm2和0.5fA.cm-2。这使得电池的开路电压和FF分别上升至751.4mV、86.07%。据德国哈梅林太阳能研究所（ISFH）认证，该电池的能量转换效率高达26.81%，这是目前单结晶体硅太阳电池能量转换效率的世界纪录（不区分技术路线）!

上述成果以“Silicon heterojunction solar cells with up to 26.81% efficiency achieved by electrically optimized nanocrystalline-silicon hole contact layers”为题发表在权威期刊Nature Energy上，中山大学材料学院林豪为论文的共同第一作者，中山大学高平奇教授为论文的共同通讯作者。

来源：中山大学材料学院

“材料学院高平奇教授团队联合隆基绿能科技股份有限公司发表Nat. Energy|世界最高效率（26.81%）晶体硅太阳电池”

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生命科学学院张鹏教授团队揭示绢蝶的演化历史

绢蝶是一种生活在高海拔山区的蝴蝶，以其翅膀形状酷似半透明的薄绢而得名。其洁白色翅膀上常缀有亮红色、橙色、蓝色的圆斑，外观典雅高贵。绢蝶隶属于凤蝶科、绢蝶亚科、绢蝶属，广泛分布于欧亚大陆及北美洲，包括55种。该类群中许多物种如君主绢蝶和阿波罗绢蝶都是国家二级保护动物。学界对于该属的起源存在争议，一说是起源于高海拔环境，随后部分物种逐渐往低海拔地区迁移，另一说是起源于低海拔环境，随后逐渐适应高海拔山区。此外，绢蝶物种的幼虫以许多不同科的植物为食，而且大多数种类是专食性的。绢蝶物种与其植物宿主的共同演化过程以及与其物种多样性分化的关系也是值得研究的问题。一个稳健的绢蝶物种系统进化框架是开展相关研究的基础，然而以往研究重建的绢蝶物种的系统发育关系相当不稳定，一些重要的节点，特别是基部支系仍有争议。

为了厘清绢蝶属物种的系统进化历史，中山大学生命科学学院张鹏教授与华南农业大学王厚帅副教授团队通过长期系统的野外考察与馆藏标本交换，收集了大量珍贵的绢蝶属样品，覆盖了绢蝶属目前已知的75%的物种。研究团队利用张鹏教授最新开发的扩增子杂交捕获技术，克服了蝴蝶干标本DNA降解严重的技术难题，测定了绢蝶物种的144个核基因编码序列和全长线粒体基因组序列，利用系统发育基因组学研究手段可靠解析了绢蝶属物种间的系统发育关系，确定了绢蝶8个亚属间的系统位置，发现分布于蒙古地区的Sachaia亚属是绢蝶中最早分化出来的类群。

研究发现，绢蝶的祖先在约1320万年前起源于青藏高原与蒙古高原的联合区域，属于中等海拔地区 (2000-4000 m)，以罂粟科植物为食，绝大部分绢蝶属物种的分化发生在青藏高原地区，说明青藏高原不但是绢蝶物种的起源地，也是其“进化的摇篮”。结合古气候变化情况，研究者推测是中新世中期的全球变暖期（发生在1700万年前 - 1500万年前之间，比今天的平均温度高出4到5摄氏度）促使喜冷的绢蝶祖先迁移至蒙古高原和青藏高原地区，冷凉的蒙古高原和高海拔的青藏高原在气候变暖时期为绢蝶祖先提供了冷气候避难所，随后的中新世中期全球变冷事件（开始于约1390万年前）为适应寒冷的绢蝶向外扩散及多样化提供了气候机会。值得一提的是，基因分析结果表明，绢蝶亚属（Parnassius）作为绢蝶属内物种最多的亚属，其物种多样性产生的关键在于其植物寄主从罂粟科向景天科的转变。对新寄主植物的适应促进了绢蝶亚属物种多样性的爆发，符合经典的 “escape and radiate” 进化假说。

绢蝶海拔分布(a)和寄主植物(b)演化图

该成果以 “Amplicon capture phylogenomics provides new insights into the phylogeny and evolution of alpine Parnassius butterflies (Lepidoptera: Papilionidae)” 为题发表在国际昆虫系统学的权威期刊Systematic Entomology 上。中山大学生命科学学院为第一作者单位。

来源：中山大学生命科学学院

“中大团队揭示“雪线精灵”——绢蝶的演化历史”

03

材料科学与工程学院衣芳教授课题组在柔性可穿戴能量收集方面取得新进展

当前全球能源危机使得新能源的研究备受关注，摩擦纳米发电机由于具有输出效率高、构建简便、成本低、质量轻巧、工作模式多样、选材广泛等优点，成为机械能收集、自驱动运动传感器、自供电可穿戴设备等领域备受关注的新技术。其中单电极摩擦纳米发电机（single-electrode triboelectric nanogenerators, 简称SETENGs）因为结构简单，工作时其中一个摩擦部件运动不受限制等优点而应用场景特别广泛，特别是在目前新兴的柔性电子领域具有巨大的应用潜力。关于SETENGs的理论模拟研究对于其实际应用具有重要的指导意义。目前SETENGs的理论模拟研究默认将与主电极等尺寸的参比电极放置于主电极下方进行SETENGs的相关研究分析；然而，器件在实际应用中，尤其是在柔性电子领域，为了密封性和便携性，参比电极常常需要跟主电极集成在一起并且排布方式多样，参比电极的位置分布、间隙距离、尺寸大小、形状等可能都会对器件输出性能产生影响，而这些影响还缺少系统研究并且相关机理机制尚不清晰。因此研究参比电极对SETENGs输出性能的影响对器件结构设计和实际应用具有重要指导意义。

鉴于此，衣芳教授课题组深入系统地研究了参比电极的位置、尺寸、形状等因素对SETENGs输出性能的影响，通过理论模拟和实验验证对相关影响原理进行了详细地阐述和分析，探究得到器件的最优输出性能并且提出了相应的器件结构优化设计策略，本文工作对SETENGs实际应用研究中的输出性能优化提供了有力的理论依据和指导，也为器件结构设计合理性和最优性提供了坚实的理论支持。

相关成果以“Influence of the Reference Electrode on the Performance of Single-Electrode Triboelectric Nanogenerators and the Optimization Strategies”为题发表于期刊Advanced Science，材料科学与工程学院硕士陈泽桐为第一作者；衣芳教授为共同通讯作者，中山大学材料科学与工程学院为论文第一完成单位。

来源：中山大学材料科学与工程学院

“衣芳教授课题组在柔性可穿戴能量收集方面取得新进展”

04

生态学院陈浩副教授团队在生物固氮控制因子研究中取得新进展

豆科植物在干旱区分布广泛，其共生固氮过程不仅为豆科植物自身生长提供大量氮素，还在根瘤死亡脱落后向深层土壤补给大量生物可利用氮，促进其它非固氮植物的生长。虽然生物固氮对豆科植物自身生长与保持干旱区生态系统氮素平衡至关重要，但已有的研究表明干旱区豆科植物共生固氮空间变异非常大，且空间分布格局与形成机制不清。地下水和河水是干旱区深根豆科植物主要的水分来源。地下水位深度和距河远近不仅影响水分的可利用性，还影响盐分的空间分布，然而水分与盐分哪个是影响豆科植物生物固氮的关键因子仍不清楚。

为回答上述科学问题，团队在塔克拉玛干沙漠南缘的策勒沙漠绿洲过渡带以疏叶骆驼刺（Alhagi sparsifolia, 以下简称骆驼刺）为研究对象，开展了关于地下水位深度和距河远近对骆驼刺生物固氮影响的研究。研究发现，骆驼刺生物固氮速率随地下水位深度的增加而降低，但随距离策勒河距离的增加而升高。通过分析距河远近不同植物个体的水分来源发现季节性河水对骆驼刺水分利用的贡献非常有限，植物在生长季的主要水分来源仍是地下水。由于地下水在植物整个生长季较为稳定，因此可以基本排除水分可利用对骆驼刺生物固氮的限制作用。通过对各水分来源理化性质的分析发现，地下水中的盐分空间变化对深根豆科植物骆驼刺生物固氮空间变异起决定作用。

地下水位深度和距离河流远近通过影响根际盐分含量而对生物固氮起作用

该研究不仅探明了干旱区深根豆科植物的共生固氮的空间分布格局，还揭示了盐分是影响干旱区共生固氮速率的主要生态因子。该研究突破了传统静态研究豆科植物生物固氮的思维局限，在区域尺度上用水文动态的观点研究共生固氮的空间格局与控制因素，对受水分过程影响的其它生态过程都具有重要的参考价值。

以上研究成果以“Effects of groundwater and seasonal streamflow on the symbiotic nitrogen fixation of deep-rooted legumes in a dryland floodplain”为题发表于国际土壤学主流期刊Geoderma ，中山大学生态学院的博士后李梅梅为该论文的第一作者、陈浩副教授为通讯作者。

来源：中山大学生态学院

“Geoderma | 陈浩副教授团队在生物固氮控制因子研究中取得新进展”

05

附属第三医院团队研发脂质体纳米药物用于乳腺癌的光动力/免疫联合治疗

免疫疗法变革了癌症的治疗方式，并在某些类型的癌症中取得了显著的临床治疗效果，但大多数实体瘤还是存在免疫原性差、抗原呈递缺陷以及细胞毒性T淋巴管（CTL）浸润效率低下等问题。化疗、放疗、光动力治疗（PDT）、光热治疗、声动力治疗和化学动力治疗等多种治疗方式，已被证明是协同增强免疫疗法的有效手段。特别是PDT，其作为一种稳健、无创、低副作用的抗肿瘤治疗方式，已引起了极大的关注。在激光照射下，PDT不仅通过产生丰富的细胞毒性活性氧（ROS），来对癌细胞产生强大的杀伤作用，而且能有效引发抗肿瘤免疫反应。研究表明，ROS不仅可以诱导肿瘤细胞ICD，而且具有再教育免疫细胞的能力。然而，PDT的治疗效果会受到肿瘤组织缺氧环境、激光组织穿透深度、ROS较短的半衰期和较短扩散距离、肿瘤异质性以及免疫抑制微环境等因素的限制。因此，单纯的PDT并不能完全根除肿瘤，同时，它诱导的ICD也不足以产生足够的免疫反应来有效地消除残留的肿瘤。

此外，PDT诱导的ICD激活DCs的抗原呈递以及启动效应T细胞后，细胞毒性T淋巴细胞（CTLs）需要表面的T细胞受体（TCR）结合肿瘤细胞表面的主要组织相容性复合物I类（MHC-I）进行肿瘤识别。然而，研究发现多种肿瘤低表达MHC-I且表现出过度的自噬活性。自噬是细胞去除功能损伤或多余成分以维持生理平衡的重要生理活动。肿瘤细胞在遇到代谢应激时，会通过上调自噬活动来抵抗细胞凋亡和坏死。最新研究已证明，肿瘤细胞可以通过自噬活动吞噬MHC-I，将其运到溶酶体进行生物降解，以逃避免疫系统的识别。因此，通过抑制肿瘤细胞的自噬，增加其表面MHC-I的表达，提高T细胞对肿瘤细胞的免疫识别，是提高抗肿瘤免疫治疗的有效途径。

因此，本研究制备了一种脂质体纳米药物，共递送抗生素盐酸多西环素（Doxy）和光敏剂二氢卟吩e6（Ce6），实现肿瘤高效的光动力/免疫联合治疗。Doxy是一种常用抗生素，最新研究发现其还具有抗肿瘤作用。团队的研究进一步发现Doxy可以抑制自噬并诱导线粒体功能障碍。光敏剂Ce6在近红外（NIR）激光照射下，发挥光动力治疗作用，并诱导肿瘤细胞发生ICD，逆转“冷肿瘤”三阴乳腺癌的免疫抑制微环境。而Doxy会诱导线粒体功能障碍，增强光动力治疗效果；同时，Doxy也会抑制肿瘤细胞的自噬活性，从而提高肿瘤细胞表面MHC-I的表达，促进肿瘤抗原的呈递和CTLs的识别，从而提高肿瘤的免疫原性。通过联合Ce6介导的光动力治疗与Doxy诱导的自噬抑制和线粒体功能障碍，实现三阴乳腺癌的高效治疗。本研究所开发的纳米药物显示出良好的抗肿瘤效果，为改善“冷肿瘤”的免疫治疗提供了一种高效的策略。

纳米药物诱导自噬抑制和线粒体功能障碍增强肿瘤光动力-免疫治疗的示意图。TDLN，肿瘤引流淋巴结；TCR，T细胞受体

以上研究成果以“Nanodrug Inducing Autophagy Inhibition and Mitochondria Dysfunction for Potentiating Tumor Photo-Immunotherapy”为题发表在生物材料著名期刊Small。第一作者为中山大学附属第三医院超声科博士后肖洪，通讯作者为中山大学附属第三医院帅心涛教授、任杰教授及珠海市人民医院韩世松副研究员。

来源：中山大学附属第三医院

转自：“中大科研”微信公众号

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