新闻及香港科大故事

由香港科技大学（科大）领导的国际研究团队通过对东亚人群（包括中国人和日本人）和欧洲人群进行全面的基因分析，识别出了对阿尔茨海默病具有保护作用的关键遗传因素。这一突破性发现为相关遗传因素如何发挥保护作用提供了新线索，揭示了阿尔茨海默病的发病机制。 要点： 发现：识别出一种对阿尔茨海默病具有保护作用的基因变异──SORL1基因的单倍型「Hap_A」，其在东亚人群（包括中国人和日本人）中的出现频率是欧洲人群的168倍。 证据：研究显示，Hap_A与较佳的认知表现有关，并且与人体组织中SORL1的表达增加有关。SORL1是一种与阿尔茨海默病密切相关的重要蛋白受体。 意义：这项研究展示了跨种族遗传研究有助于揭示遗传因素对阿尔茨海默病的影响，而且发现了SORL1蛋白异构体的一种特定编码变异，它有潜力成为进一步研究该疾病机制的重要靶点。 阿尔茨海默病是一种严重的神经退行性疾病，影响着全球逾5000万人口，给社会经济带来了巨大的负担。然而，有效的治疗方法仍然有限，主要是因为该病的致病机制复杂，用于药物开发的有效靶点也很少。

香港科技大学（科大）工学院最近发表全球首幅高解析度的地下水硫酸盐分布图，揭示了一项惊人的公共卫生隐患——地下水硫酸盐含量过高的现象，正对全球1,700万人的肠胃健康构成威胁。 地下水是数十亿人重要的食水来源，然而，硫酸盐进入供水系统后，可导致饮用者腹泻和脱水，特别对婴幼儿、老年人及其他体弱人士风险更高。此外，硫酸盐还会促进砷的释放，污染水质，并可导致重金属溶解，加速管道腐蚀，间接引发其他健康问题和经济损失。以美国为例，每年因水管腐蚀相关问题所带来的财政成本，便高达220亿美元。 本研究的共同通讯作者、土木及环境工程学系讲座教授陈光浩指出：「地下水中的硫酸盐含量对大众健康和水系统基础设施均有深远影响，可惜这个重要课题往往被忽视。」 为探讨这一问题的严重性，陈教授及其团队采用先进的数据驱动方法，分析了超过17,000项硫酸盐浓度测量数据以及相关的全球地理空间变量数据，成功生成了首幅1公里解析度的硫酸盐分布地图。这张开创性的分布图成为水质评估的实用参考工具，它不但标示出硫酸盐超标的热点地区，还辨别了主要影响因素，包括降水模式和沉积地质等自然现象，以及化肥施用和矿业操作等人类活动。 世界卫生组织建议，食水的硫酸盐浓度不应超过每公升250毫克，一旦污染超出这个水平，便可能出现异常味道。按此标准，研究团队借助这张分布图推算，发现全球有约1.94亿人生活于超标的地区。更令人担忧的是，有约1,700万人生活在地下水硫酸盐浓度超过每公升500毫克的地区，这已是严重超标，可引发肠胃问题。

香港科技大学（科大）物理系和化学系副教授潘鼎的课题组与数学系姚远教授合作，在超临界水中二氧化碳（CO₂）的复杂反应机制研究方面取得了重要发现。这些成果不仅对了解自然界和工程领域中二氧化碳矿化封存的分子机制有重要意义，对了解地球内部碳循环也同样重要，有助于为未来发展碳封存技术提供新的方向。研究结果已发表在《美国国家科学院院刊》*（PNAS）上。 二氧化碳在水中的溶解及其后续的水解反应是有效碳捕集和矿化储存的关键过程，对有助缓解全球变暖的碳封存技术意义重大。潘鼎教授领导的团队通过发展和应用第一性原理马尔可夫模型，揭示了在体相和纳米受限环境中二氧化碳与超临界水的反应机制。他们发现pyrocarbonate（C₂O₅²⁻）是纳米受限环境中稳定且重要的反应中间体，由于pyrocarbonate在水溶液中极易分解，无法稳定存在，故此前一直被忽视。这次pyrocarbonate的意外出现与受限溶液的超离子行为有关。此外，研究团队还发现碳酸化反应涉及沿瞬态水链的集体质子转移，这种转移在体相溶液中表现出协同行为，但在纳米受限条件下可逐步进行。此项研究展示了第一性原理马尔可夫模型在阐明水溶液中复杂反应动力学方面的巨大潜力。

香港科技大学（港科大）今日宣布，正式获得中国载人航天工程空间应用系统的总体单位中国科学院空间应用工程与技术中心（空间应用中心）委托，领军研制全球首款轻小型高分辨率高精度二氧化碳（CO₂）和甲烷（CH₄）点源协同探测仪载荷。此项目有望成为香港特区首项跟随天舟货运飞船登上中国「天宫」太空站，展开研究与应用的载荷。该仪器能更精准地监测特定范围温室气体的排放浓度，识别温室气体排放源，为制订和评估减碳政策提供关键数据，响应国家「碳达峰、碳中和」的双碳战略政策。 为应对全球气候变化的挑战，国家力争在 2030 年前碳排放量达峰， 并在2060 年前实现碳中和的战略目标。全面且准确的温室气体排放监测工作，对实现此目标至关重要。港科大发起主导项目，研发轻小型高分辨率高精度温室气体点源探测仪，以准确地从太空获取地球主要温室气体排放数据。该项目已于去年正式通过空间应用中心的遴选和审核，预计将安装于中国太空站，并以其为核心平台，实时获取二氧化碳和甲烷的浓度数据。此仪器将是全球首款能同时监测该两种温室气体的既有高解析度又有高精准度的太空探测仪。 该探测仪将重点监测发电厂、堆填区、油田、煤矿及天然气厂等重点碳排放设施，涵盖范围包括香港在内的低至中纬地区。仪器不仅能记录相关温室气体的排放浓度数据，还能同时监测潜在的煤气泄漏，从而减少资源浪费。港科大研究团队计划建立温室气体点源排放数据库，利用相关数据推算实时碳排放量，识别温室气体排放源，并在碳监测、报告和核查工作中，提供可靠、准确且高频次的数据，协助决策者制订更有效的减排政策及评估措施成效。港科大团队计划透过合作方式，将数据分享予不同科研机构，服务粤港澳大湾区以至「一带一路」沿线国家和地区，助力国际社会共同应对和缓解全球气候变化。

香港科技大学（科大）工学院成功研发出一款全球最小的多功能手术机械人，体积较现有同类型机械人小60%，集拍摄及精准导航能力，可协助医疗人员在人体内取样、传送药物及进行激光热疗手术，其障碍物检测距离表现更有十倍提升，有助将微创手术应用于人体内支气管末端、输卵管等微小腔道分支，扩大其应用范围。  这款微型医疗手术机械人的直径仅为0.95毫米，较现有的机械人小60%，突破了现有技术限制的「不可能三角」，使机械人能集三大功能于一身。 它具备高清拍摄功能，有助延伸障碍物检测距离至约9.4毫米，与理论极限相比，这是十倍提升。 其移动精确度亦提升至小于30微米，达至更细小、更灵巧，并能大幅扩展其成像区域，超越中心传像束的固有成像比例约25倍。  此机械人由电子及计算机工程学系副教授申亚京领导开发。 机械人主要由四部分组成，包括由光纤组成的光学拍摄系统，切合特定诊疗目标的工具，并由空心骨架包裹固定上述组件，配以用于控制的功能化外膜。 其中，空心骨架采用微尺度3D打印技术制造，而功能化皮肤则由磁喷涂技术制作而成，有助令微型机械人的体积保持细小，易于手术中使用。 此外，机械人外层表面会涂上一层水凝胶，用以减少它在人体内移动的摩擦力。 团队已将机械人用于肺部支气管模型及离体猪肺内进行测试，证实机械人能够在受限环境中保持优秀的介入导航能力，并拍摄清晰的扫描成像，同时能在困难部位实践多种治疗功能。 

由香港科技大学（科大）领导的科研团队，近日通过使用超冷费米子在二维空间中进行了有关非厄米趋肤效应的量子模拟，并取得了突破性进展，标志着量子物理研究的重要进步。 量子力学通常考虑一个与其环境良好隔离的系统，可以描述从固体中的电子行为到量子设备中的信息处理等普遍现象。这种描述通常需要一个实值可观察量，具体来说，就是一个厄米模型（哈密顿量）。然而，当量子系统与其环境交换粒子和能量时，可以保证具有实特征值和能量守恒的模型的厄米性质就会被破坏。这样的开放量子系统可以通过非厄米哈密顿量有效描述，并提供了对量子信息处理、曲面空间、非平凡拓扑相位甚至黑洞等领域的关键见解。然而，关于非厄米量子动力学，尤其是在高维度情况下，仍有许多问题尚未解答。 与北京大学（北大）合作，来自两所大學的物理学家们模拟了一个引人入胜的现象——非厄米趋肤效应（NHSE），该效应涉及将特征态积聚在开放系统的边界。这一成功的演示标志着关键的进展，因为先前对非厄米趋肤效应的实验实现仅限于较低维度或经典系统，而不是量子系统。 这一发现于2025年1月8日发表在《自然》期刊上。该研究由科大物理学系曹圭鹏教授领导，在自旋轨道耦合的光晶格中为超冷费米子创建了一个具有可调耗散的二维非厄米拓扑带，揭示了非厄米趋肤效应。 曹教授表示：「我们的工作揭示了一个引人入胜的系统，使我们可以探索非厄米性如何与对称性和拓扑相互作用。」曹教授说：「我们的实验自然地成为了一个量子多体系统而非经典系统，从而开辟了使用带有耗散的超冷费米子进行非厄米量子动力学研究的途径。」

香港科技大学（科大）工学院成功研发一款全球首创的深紫外microLED显示阵列晶元，此高光效晶元可配合无掩模紫外光光刻技术，提升其光输出功率密度准确性，并以较低成本及更速效的方法推动半导体晶片生产的技术发展。 这项研究由科大先进显示与光电子技术国家重点实验室创始主任郭海成教授指导，并与南方科技大学和中国科学院苏州纳米所合作。  光刻机是用以制造半导体的重要设备，它利用短波长的紫外光构成不同图案，从而生产出各种集成电路晶片。然而，这种运用传统汞灯和深紫外LED光源的制作有不足之处，例如器件尺寸大、解析度低、能源消耗高、输出的光效低且功率密度不足，不利于晶片制作。  为了解决上述难题，研究团队制造了一个无掩模光刻原型机平台，利用它制作了首个由深紫外microLED无掩模曝光的microLED显示阵列晶元。过程中提高了紫外光萃取效率、增强其热分布效能，并改善了晶体外延的应力释放。  郭教授特别提到：「团队制作的microLED显示阵列晶元成功实现了多项关键性技术突破，包括提高了光源的功率及效能、图案显示解析度、提升荧幕性能及快速曝光能力。此microLED显示晶元有效地将紫外光源和掩模版上的图案融为一体，迅速地提供足够的辐照剂量为光阻剂进行光学曝光，推进半导体生产技术发展。」 郭教授进一步指出：「近年来，低成本、高精度的无掩模光刻技术已成为半导体行业的新兴研发热点。由于这种技术能够更灵活调整曝光图案，从而提供更多样化的定制选项，并节省制造光刻掩模版的成本。因此，对于自主开发半导体设备而言，有助提高光阻剂敏感度的短波长microLED技术显得尤为关键。」 科大电子及计算机工程学系博士后研究员冯锋博士总结道：「与其他具代表性的研究相比，我们实现了更小的器件尺寸、更低的驱动电压、更高的外量子效率、更高的光功率密度、更大规模的阵列尺寸，以及更高的显示解析度。这些都是关键的性能提升，各项指标均显示，本研究的成果领先全球。」

香港科技大学（科大）工学院的研究团队开发了一种热电气溶胶（TEA）生物印表机，显着提高了压电生物薄膜的生产效率。与现有方法比较，这项创新技术能将制膜速度提升数以百倍。凭着这项突破，生物相容和生物可降解电子设备中的压电部件将得以实现工业规模生产。特别在医疗领域，此技术展现出极大的应用潜力，例如制作术后临时心脏起搏器中的超声能量收集器。 压电生物材料是能够在机械应变作用下，产生电能的生物材料。有见于其卓越的电机特性丶生物相容性和生物可吸收性，科学界越来越关注它在生物医学微机电系统丶可穿戴和植入式电子设备以及生物组织治疗中的应用潜力。 然而，这种材料亦有其难以克服的缺点，就是巨集观压电性较弱丶机械性能差，以及难以大规模生产，这些因素一直窒碍其应用发展。近期，由科大机械及航空航天工程学系的杨徵保教授领导的团队，联同香港城市大学（城大）和洛桑联邦理工学院（École Polytechnique Fédérale de Lausanne）的共同研究项目，取得重大突破。团队利用热电复合场诱导的气溶胶形成，成功开发了一台TEA生物印表机，实现了压电生物薄膜的一步丶高通量丶卷对卷制造。 杨教授表示：「传统的生物分子组装方法通常需要较长的畴对准时间，一般可长达48小时。另一个问题是，现行技术无法同时实现高速和多功能制造，对列印尺寸丶结构和功能的控制也显得不足，往往导致制成品出现不必要的材料结构缺陷。」 杨教授进一步指出，传统的制造方法过程复杂，而且成本高昂，令大规模生产不可行。为了突破这些限制，研究团队采用了电场力操控气溶胶，并藉助静电斥力实现同质成核，以确保气溶胶高通量地沉积到基材上。 在本实验中，研究人员使用一块配备九个喷嘴的列印面板，构建了一台三维卷对卷TEA印表机。当热电耦合场达到足够强度时，微墨水流便会被拉拽丶雾化并气溶胶化，沉积到卷对卷平台上，形成连续的薄膜或微图案。杨教授解释：「研究结果显示，我们的TEA方法透过电动气溶胶化和原位电极化，能够实现每日约8,600毫米的列印长度，速度比现有技术快两个数量级，换句话说，即是数以百倍计的提速。」