新聞及香港科大故事

由香港科技大學（科大）領導的國際研究團隊通過對東亞人群（包括中國人和日本人）和歐洲人群進行全面的基因分析，識別出了對阿爾茲海默症具有保護作用的關鍵遺傳因素。這一突破性發現為相關遺傳因素如何發揮保護作用提供了新線索，揭示了阿爾茲海默症的發病機制。 要點： 發現：識別出一種對阿爾茲海默症具有保護作用的基因變異──SORL1基因的單倍型「Hap_A」，其在東亞人群（包括中國人和日本人）中的出現頻率是歐洲人群的168倍。 證據：研究顯示，Hap_A與較佳的認知表現有關，並且與人體組織中SORL1的表達增加有關。SORL1是一種與阿爾茲海默症密切相關的重要蛋白受體。 意義：這項研究展示了跨種族遺傳研究有助於揭示遺傳因素對阿爾茲海默症的影響，而且發現了SORL1蛋白異構體的一種特定編碼變異，它有潛力成為進一步研究該疾病機制的重要靶點。 阿爾茲海默症是一種嚴重的神經退行性疾病，影響著全球逾5,000萬人口，給社會經濟帶來了巨大的負擔。然而，有效的治療方法仍然有限，主要是因為該病的致病機制複雜，用於藥物開發的有效靶點也很少。

香港科技大學（科大）工學院最近發表全球首幅高解析度的地下水硫酸鹽分布圖，揭示了一項驚人的公共衛生隱患——地下水硫酸鹽含量過高的現象，正對全球1,700萬人的腸胃健康構成威脅。 地下水是數十億人重要的食水來源，然而，硫酸鹽進入供水系統後，可導致飲用者腹瀉和脱水，特別對嬰幼兒、老年人及其他體弱人士風險更高。此外，硫酸鹽還會促進砷的釋放，污染水質，並可導致重金屬溶解，加速管道腐蝕，間接引發其他健康問題和經濟損失。以美國為例，每年因水管腐蝕相關問題所帶來的財政成本，便高達220億美元。 本研究的共同通訊作者、土木及環境工程學系講座教授陳光浩指出：「地下水中的硫酸鹽含量對大眾健康和水系統基礎設施均有深遠影響，可惜這個重要課題往往被忽視。」 為探討這一問題的嚴重性，陳教授及其團隊採用先進的數據驅動方法，分析了超過17,000項硫酸鹽濃度測量數據以及相關的全球地理空間變量數據，成功生成了首幅1公里解析度的硫酸鹽分布地圖。這張開創性的分布圖成為水質評估的實用參考工具，它不但標示出硫酸鹽超標的熱點地區，還辨別了主要影響因素，包括降水模式和沉積地質等自然現象，以及化肥施用和礦業操作等人類活動。 世界衛生組織建議，食水的硫酸鹽濃度不應超過每公升250毫克，一旦污染超出這個水平，便可能出現異常味道。按此標準，研究團隊藉助這張分布圖推算，發現全球有約1.94億人生活於超標的地區。更令人擔憂的是，有約1,700萬人生活在地下水硫酸鹽濃度超過每公升500毫克的地區，這已是嚴重超標，可引發腸胃問題。 相關研究結果已發表於權威國際期刊《Environmental Science & Technology》，論文標題為「Understanding the Global Distribution of Groundwater Sulfate and Assessing Population at Risk」。論文的另一位共同通訊作者、博士後研究員張孜表示：「我們的研究成果開闢了一個急需的全球視角，為決策者提供數據，以優先制定干預策略，保障弱勢地區的水質安全。」

由香港科技大學（科大）物理系和化學系副教授潘鼎帶領的研究團隊，與數學系姚遠教授合作，在超臨界水中二氧化碳（CO₂）的複雜反應機制研究方面取得了重要發現。這些成果不僅對了解自然界和工程領域中二氧化碳礦化封存的分子機制有重大意義，對了解地球內部碳循環也同樣重要，有助為未來發展碳封存技術提供新方向。研究結果已發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）*上。 二氧化碳在水中的溶解及其後續的水解反應是有效碳捕集和礦化儲存的關鍵過程，對有助緩解全球變暖的碳封存技術意義重大。潘鼎教授領導的團隊通過發展和應用第一性原理馬可夫模型，揭示了在體相和納米受限環境中二氧化碳與超臨界水的反應機制。他們發現pyrocarbonate（C₂O₅²⁻）是納米受限環境中穩定且重要的反應中間體，由於pyrocarbonate在水溶液中極易分解，無法穩定存在，故之前一直被忽視， 這次pyrocarbonate的意外出現與受限溶液的超離子行為有關。 此外，研究團隊還發現，碳酸化反應涉及沿瞬態水鏈的集體質子轉移，這種轉移在體相溶液中表現出協同行為，但在納米受限條件下可逐步進行。此項研究展示了第一性原理馬可夫模型在闡明水溶液中複雜反應動力學方面的巨大潛力。

香港科技大學（科大）今日宣布，正式獲得中國載人航天工程空間應用系統的總體單位中國科學院空間應用工程與技術中心（空間應用中心）委託，領軍研製全球首款輕小型高分辨率高精度二氧化碳（CO₂）和甲烷（CH₄）點源協同探測儀載荷。此項目有望成為香港特區首項跟隨天舟貨運飛船登上中國「天宮」太空站，展開研究與應用的載荷。該儀器能更精準地監測特定範圍溫室氣體的排放濃度，識別溫室氣體排放源，為制訂和評估減碳政策提供關鍵數據，響應國家「碳達峰、碳中和」的雙碳戰略政策。 為應對全球氣候變化的挑戰，國家力爭在 2030 年前碳排放量達峰， 並在2060 年前實現碳中和的戰略目標。全面且準確的溫室氣體排放監測工作，對實現此目標至關重要。科大發起主導項目，研發輕小型高分辨率高精度溫室氣體點源探測儀，以準確地從太空獲取地球主要溫室氣體排放數據。該項目已於去年正式通過空間應用中心的遴選和審核，預計將安裝於中國太空站，並以其為核心平台，實時獲取二氧化碳和甲烷的濃度數據。此儀器將是全球首款能同時監測該兩種溫室氣體的既有高解析度又有高精準度的太空探測儀。 該探測儀將重點監測發電廠、堆填區、油田、煤礦及天然氣廠等重點碳排放設施，涵蓋範圍包括香港在內的低至中緯地區。儀器不僅能記錄相關溫室氣體的排放濃度數據，還能同時監測潛在的煤氣洩漏，從而減少資源浪費。科大研究團隊計劃建立溫室氣體點源排放數據庫，利用相關數據推算實時碳排放量，識別溫室氣體排放源，並在碳監測、報告和核查工作中，提供可靠、準確且高頻次的數據，協助決策者制訂更有效的減排政策及評估措施成效。科大團隊計劃透過合作方式，將數據分享予不同科研機構，服務粵港澳大灣區以至「一帶一路」沿線國家和地區，助力國際社會共同應對和緩解全球氣候變化。

香港科技大學（科大）工學院成功研發出一款全球最小的多功能手術機械人，體積較現有同類型機械人小60%，集拍攝及精準導航能力，可協助醫療人員在人體內取樣、傳送藥物及進行激光熱療手術，其障礙物檢測距離表現更有十倍提升，有助將微創手術應用於人體內支氣管末端、輸卵管等微小腔道分支，擴大其應用範圍。 這款微型醫療手術機械人的直徑僅為0.95毫米，較現有的機械人小60%，突破了現有技術限制的「不可能三角」，使機械人能集三大功能於一身。它具備高清拍攝功能，有助延伸障礙物檢測距離至約9.4毫米，與理論極限相比，這是十倍提升。其移動精確度亦提升至小於30微米，達至更細小、更靈巧，並能大幅擴展其成像區域，超越中心傳像束的固有成像比例約25倍。 此機械人由電子及計算機工程學系副教授申亞京領導開發。機械人主要由四部分組成，包括由光纖組成的光學拍攝系统，切合特定診療目標的工具，並由空心骨架包裹固定上述組件，配以用於控制的功能化外膜。其中，空心骨架採用微尺度3D打印技術製造，而功能化皮膚則由磁噴塗技術製作而成，有助令微型機械人的體積保持細小，易於手術中使用。此外，機械人外層表面會塗上一層水凝膠，用以減少它在人體內移動的摩擦力。團隊已將機械人用於肺部支氣管模型及離體豬肺內進行測試，證實機械人能夠在受限環境中保持優秀的介入導航能力，並拍攝清晰的掃描成像，同時能在困難部位實踐多種治療功能。

由香港科技大學（科大）領導的科研團隊，近日通過使用超冷費米子在二維空間中進行了有關非厄米趨膚效應的量子模擬，並取得了突破性進展，標誌着量子物理研究的重要進步。 量子力學通常考慮一個與其環境良好隔離的系統，可以描述從固體中的電子行為到量子設備中的信息處理等普遍現象。這種描述通常需要一個實值可觀察量，具體來說，就是一個厄米模型（哈密頓量）。然而，當量子系統與其環境交換粒子和能量時，可以保證具有實特徵值和能量守恆的模型的厄米性質就會被破壞。這樣的開放量子系統可以通過非厄米哈密頓量有效描述，並提供了對量子信息處理、曲面空間、非平凡拓撲相位甚至黑洞等領域的關鍵見解。然而，關於非厄米量子動力學，尤其是在高維度情況下，仍有許多問題尚未解答。 與北京大學（北大）合作，來自兩所大學的物理學家們摸擬了一個引人入勝的現象——非厄米趨膚效應（NHSE），該效應涉及將特徵態積聚在開放系統的邊界。這一成功的演示標誌着關鍵的進展，因為先前對非厄米趨膚效應的實驗實現僅限於較低維度或經典系統，而不是量子系統。 這一發現於2025年1月8日發表在《自然》期刊上。該研究由科大物理學系曹圭鵬教授領導，在自旋軌道耦合的光晶格中為超冷費米子創建了一個具有可調耗散的二維非厄米拓撲帶，揭示了非厄米趨膚效應。 曹教授表示：「我們的工作揭示了一個引人入勝的系統，使我們可以探索非厄米性如何與對稱性和拓撲相互作用。」曹教授說：「我們的實驗自然地成為了一個量子多體系統而非經典系統，從而開闢了使用帶有耗散的超冷費米子進行非厄米量子動力學研究的途徑。」

香港科技大學（科大）工學院成功研發一款全球首創的深紫外microLED顯示陣列晶元，此高光效晶元可配合無掩模紫外光光刻技術，提升其光輸出功率密度準確性，並以較低成本及更速效的方法推動半導體晶片生產的技術發展。 這項研究由科大先進顯示與光電子技術國家重點實驗室創始主任郭海成教授指導，並與南方科技大學和中國科學院蘇州納米所合作。  光刻機是用以製造半導體的重要設備，它利用短波長的紫外光構成不同圖案，從而生產出各種集成電路晶片。然而，這種運用傳統汞燈和深紫外LED光源的製作有不足之處，例如器件尺寸大、解析度低、能源消耗高、輸出的光效低且功率密度不足，不利於晶片製作。  為了解決上述難題，研究團隊製造了一個無掩模光刻原型機平台，利用它製作了首個由深紫外microLED無掩模曝光的microLED顯示陣列晶元。過程中提高了紫外光萃取效率、增強其熱分佈效能，並改善了晶體外延的應力釋放。  郭教授特別提到：「團隊製作的microLED顯示陣列晶元成功實現了多項關鍵性技術突破，包括提高了光源的功率及效能、圖案顯示解析度、提升螢幕性能及快速曝光能力。此microLED顯示晶元有效地將紫外光源和掩模版上的圖案融為一體，迅速地提供足夠的輻照劑量為光阻劑進行光學曝光，推進半導體生產技術發展。」 郭教授進一步指出：「近年來，低成本、高精度的無掩模光刻技術已成為半導體行業的新興研發熱點。由於這種技術能夠更靈活調整曝光圖案，從而提供更多樣化的定製選項，並節省製造光刻掩模版的成本。因此，對於自主開發半導體設備而言，有助提高光阻劑敏感度的短波長microLED技術顯得尤為關鍵。」 科大電子及計算機工程學系博士後研究員馮鋒博士總結道：「與其他具代表性的研究相比，我們實現了更小的器件尺寸、更低的驅動電壓、更高的外量子效率、更高的光功率密度、更大規模的陣列尺寸，以及更高的顯示解析度。這些都是關鍵的性能提升，各項指標均顯示，本研究的成果領先全球。」

香港科技大學（科大）工學院的研究團隊開發了一種熱電氣溶膠（TEA）生物印表機，顯著提高了壓電生物薄膜的生產效率。與現有方法比較，這項創新技術能將製膜速度提升數以百倍。憑著這項突破，生物相容和生物可降解電子設備中的壓電部件將得以實現工業規模生產。特別在醫療領域，此技術展現出極大的應用潛力，例如製作術後臨時心臟起搏器中的超聲能量收集器。 壓電生物材料是能夠在機械應變作用下，產生電能的生物材料。有見於其卓越的電機特性、生物相容性和生物可吸收性，科學界越來越關注它在生物醫學微機電系統、可穿戴和植入式電子設備以及生物組織治療中的應用潛力。 然而，這種材料亦有其難以克服的缺點，就是巨集觀壓電性較弱、機械性能差，以及難以大規模生產，這些因素一直窒礙其應用發展。近期，由科大機械及航空航天工程學系的楊徵保教授領導的團隊，聯同香港城市大學（城大）和洛桑聯邦理工學院（École Polytechnique Fédérale de Lausanne）的共同研究項目，取得重大突破。團隊利用熱電複合場誘導的氣溶膠形成，成功開發了一台TEA生物印表機，實現了壓電生物薄膜的一步、高通量、卷對卷製造。 楊教授表示：「傳統的生物分子組裝方法通常需要較長的疇對準時間，一般可長達48小時。另一個問題是，現行技術無法同時實現高速和多功能製造，對列印尺寸、結構和功能的控制也顯得不足，往往導致製成品出現不必要的材料結構缺陷。」 楊教授進一步指出，傳統的製造方法過程複雜，而且成本高昂，令大規模生產不可行。為了突破這些限制，研究團隊採用了電場力操控氣溶膠，並藉助靜電斥力實現同質成核，以確保氣溶膠高通量地沉積到基材上。 在本實驗中，研究人員使用一塊配備九個噴嘴的列印面板，構建了一台三維卷對卷TEA印表機。當熱電耦合場達到足夠強度時，微墨水流便會被拉拽、霧化並氣溶膠化，沉積到卷對卷平台上，形成連續的薄膜或微圖案。楊教授解釋：「研究結果顯示，我們的TEA方法透過電動氣溶膠化和原位電極化，能夠實現每日約8,600毫米的列印長度，速度比現有技術快兩個數量級，換句話說，即是數以百倍計的提速。」