新聞及香港科大故事

香港科技大學(科大)物理系副教授杜勝望及其研究團隊，成功調控光子形狀，令光腔裝載效率大幅提升至百分之八十七，為現今最高紀錄。這科學上的突破有望推動實現基於腔量子電動力學的高效量子信息網路，並為將來的量子信息發展奠定基礎。有關研究成果近日刊登於物理學的國際權威刊物《物理評論快報》。 2012年諾貝爾物理獎的一半授予了塞爾日·阿羅什的腔量子電動力學的工作。在基於腔量子電動力學的量子信息網絡中，光子來回於光腔間飛行，載有量子信息的光子被光腔捕獲後，進行量子計算和信息傳遞。然而，要捕捉光子及將光子裝載在光腔中並不容易，因為在光子進入光腔的過程中，可能被反射或直接穿過光腔。在以往的研究中，光子從自由空間載入光腔的效率約不超過百分之二十。 杜教授及其團隊揭示了光子在光腔裡波粒二相的奇特量子行為。他們的光腔由兩面反射鏡組成，其中一面鏡子的反射率接近百分百，另一面的反射率較低，用來接受光子。研究發現，相對於一個特定的光學腔，光子有一個優化的波形；處於該優化波形的光子可以被光腔百分之百地接納，而不會從入口處反射回去或逃離。杜教授及其團隊通過改變光子形狀和利用其波動量子干涉效應達到目的。 杜教授解釋，他們採用一個「傳告」的方案，利用鐳射激發一團銣的冷原子產生糾纏的光子對，通過對其中一個光子的測量，剩下的光子就處於一個被「傳告」的條件單光子態，這光子的波形，既可通過控制激發鐳射的參數來調控，也可被「傳告」後用外加的調製器改變。杜教授及其團隊首次運用該技術，實現了破紀錄的百分之八十七光腔裝載效率，為將來的量子信息發展奠定基礎。 杜勝望教授於2008年加入科大，並於2011年獲科大理學院頒發傑出研究獎。杜教授畢業於南京大學，並在北京大學取得物理學碩士學位，亦於美國科羅拉多大學波爾德分校取得電機工程碩士與物理學博士學位。他加入科大前，曾於美國史丹福大學擔任博士後研究學者。 傳媒查詢:

香港科技大學化學系顏河教授的研究團隊，近日成功研發出三種新的高分子材料以及超過十種高分子富勒烯材料組合，能夠實現高達10.8%的光電轉化效率，是迄今最高效的單節高分子太陽能電池。 高分子太陽能電池是一種成本低且環保的太陽能技術。高分子太陽能電池板不但輕巧靈活，更可透過類似報章印刷的技術大量生產，以降低成本。高分子太陽能電池由高分子給體和富勒烯受體的共混薄膜構成，可為智能手機及手提電腦等流動裝置充電。儘管高分子太陽能電池近年發展迅速，一些限制條件仍然制約其發展，如高分子-富勒烯共混膜的形貌難於控制。 顏河教授團隊與北卡羅來納州立大學的Harald Ade教授以及馬偉博士合作，在《自然通訊》上發表了一篇論文，闡述隨溫度控制的高分子聚集效應是實現高效率太陽能電池的關鍵因素。Ade教授團隊運用一系列的X光技術對高分子-富勒烯混合物形貌進行了測試，發現由科大顏教授團隊研發的混合物擁有「近乎理想」的形貌狀態，有別於現存的先進材料。 顏教授表示:「開發高分子太陽能電池材料的研究成功率通常較低，僅有幾種高分子材料和一種富勒烯材料可達9%的光電轉化效率。而我們團隊自2013年9月研發出第一個超過10%效率的材料組合之後，在過去一年先後研發出兩種高分子材料及多種不同的富勒烯材料，均能實現超過10%的能源轉化效率。我們希望這些新材料的設計方法和Ade教授的測試結果能促進其他科研人員對高分子-富勒烯材料的研發，從而提升太陽能電池效率，進一步降低成本，儘早實現高分子太陽能電池商業化。」 除了研發出10.8%效率的高分子太陽能電池，顏教授團隊在其他有機太陽能電池領域也取得了突破，包括用高分子或者小分子作為受體的有機太陽能電池，達至6.3%的高效率記錄。長遠來說，發展新型受體材料將拓闊製造有機太陽能電池材料的選擇，促進高效、低成本太陽能電池的發展。三篇闡述這些成果的文章已於高影響因子雜誌Advanced Materials 和 Energy and Environmental Science上發表。

香港科技大學張鑑泉理學教授兼化學系講座教授唐本忠教授的研究團隊，近日成功研發嶄新「聚集誘導發光」(AIE) 物料，可提升法醫搜證的效率及應用於細菌顯影技術。 新AIE物料所套取的指模質素較普遍使用的碳粉技術優勝，不但可節省達90%的搜證時間，而且能夠更穩定及準確地探測細菌活性。 唐本忠教授指出，AIE所獲取的指模在質素或效率方面，都更勝目前採用的碳粉技術。 AIE物料的優勢在於使用時無須轉移指紋。只需拍下指模影像，再以AIE物料令其發光，然後將影像傳送到智能裝置，即可與相關數據庫作比對。 唐教授表示︰「傳統方法較為耗時，而且把指模轉移至膠紙的過程中，部份影像或會流失，因此指模質素可能較為遜色。」 唐教授認為AIE 亦能延長細菌發光的時間，故有潛力成為更準確和穩定的顯影劑，用以探測細菌活性。因此，AIE物料尤其有利環境監測、醫療衞生、食品加工以至醫藥品質控制等廣泛行業。 請按此獲取更多資訊。

香港科技大學張鑑泉理學教授、中科院院士兼化學系講座教授唐本忠博士的研究團隊，近日成功研發嶄新「聚集誘導發光」(AIE) 物料，不但可用以套取指模，比傳統所用的碳粉技術節省達90%的搜證時間，更可大幅提高指模的質素;新物料亦可用作細菌顯影液，較現今普遍應用於探測細菌活性的物料具更高的準確性及穩定性。 唐本忠教授自2001年發現AIE現象以來，利用該技術開發了一系列用途廣泛的先進功能物料，先後應用於構建高效有機發光二極管、快速癌症檢測系統及環境污染物探測器等範疇，影響深遠。今次的最新發現，成功將AIE物料的應用開拓至法醫搜證及細菌顯影等方面。 現時警方及法醫於犯罪現場套取指紋，主要方法是以碳粉撒在指模上，再以膠紙套取沾上碳粉的指模紋理，由於過程中難免會有碳粉脫落，令指紋影像失真，加上警方需將膠紙上的指模送往實驗室掃瞄存取至數據庫，過程相當需時。 若利用唐教授的AIE熒光物料，指紋無須被轉載，警方只需直接利用智能手機拍下發光的指模影像，透過互聯網與相關數據庫作比對，指紋真確度不但得以大幅提升，驗證的過程亦更為簡易便捷。此外，以往留在屈曲、圓形或不平滑表面而不易被套取的指模，現利用新物料也能被成功擷取。 至於AIE細菌顯影液，較市面一般沿用的碘化丙啶，不論於穩定性或準確度方面都更為優越。傳統的顯影液主要透過將細菌表面染色而顯露其位置，但用者一般需將多餘的顯影液清洗掉，部分細菌可能因而流失。新物料直接滲透細菌的細胞膜令其發光。由於未進入細菌的物料不發光，用者無須抹除多餘顯影劑，準確度不但得以大大提升。這種無毒的物料與細菌結構相結合更大大延長了細菌發光的時間，因而可長時間監測細菌，有益於水文環境、對環境監測、醫療衞生以至食品加工等的監測。 唐本忠教授多年來不斷研究有關AIE的新現象、新過程和新理論，開發其在化學、生物傳感及光電器件等方面的應用，獲獎無數。唐教授利用百餘種不同的熒光物料，擴展應用層面，現在他甚至可將AIE物料注入人體內令細胞染色發光，用以追蹤癌細胞擴散。AIE於2012年被國家重點基礎研究發展計劃(973計劃)列為專題，獲撥款3000萬元人民幣進行深入研究。

蛋白質是構成人類及宇宙各種生物的主要物質。當中，對生物反應具催化作用的「酶」，大多數均由蛋白質組成。可見，「酶」與我們有著不可分割的關係。 科大高研院─史拔思科研發展實驗室聯合研究小組與其合作夥伴最近發現250個從未被科學家發現其功能的蛋白質。Paul Schimmel教授乃領導此聯合研究團隊的教授，同時為加州及佛羅里達州史拔思科研院的Ernest and Jean Hahn教授及科大高研院訪問教授。這一重大研究已於7月出版的國際權威雜誌《科學》發表。 合著此研究報告的科大高研院資深學人、嘉里理學教授及生命科學部教授張明傑表示：「這一項重要發現不但開闢了一系列生物學新領域，也為進一步研發蛋白質藥物提供新的機遇。」 揭示全新科研領域 經過六年以來深入研究一種名為「氨醯tRNA合成酶」（AARS）的蛋白合成酶，團隊最終發現了250個全新及可能影響幹細胞以至免疫系統功能的AARS剪接變體蛋白，不僅突顯了生命進化過程中蛋白質演化的重要性，同時也為研發蛋白質藥物製劑提供了新的方向。 進一步的研究亦正帶領著團隊發掘新的人體生理學領域，包括幹細胞生物學、免疫反應、血管化和代謝等。 治療疾病新啟示 團隊現正致力深入探討這些AARS剪接變體蛋白的功能，並深信這些蛋白與多種人類疾病相關，開啟了研發新一類蛋白質治療藥劑的新方向，例如廣泛使用的可注射蛋白治療劑，包括生長激素、胰島素、促進紅細胞生長素及刺激骨髓生長素等。

香港科技大學（科大）化學系黃旭輝助理教授、嚴以京教授及其研究團隊，解開了光合作用機理的難題，有望應用於人工光合作用系統，提高光合作用機器的功能和效率，更有效利用陽光發展再生能源。研究成果近日刊登於國際權威科學雜誌《自然通訊》。 在光合作用中，陽光將植物水份中的電子分離，從而產生氧氣。這個化學反應在光合作用系统II蛋白的反應中心發生，是產生氧氣的第一步，亦是大氣層內的主要氧氣來源。光系統II蛋白內有大量包括葉綠素在內的色素分子。在其反應中心，色素分子對稱分佈在左、右兩條鏈上，然而，只有其中一條鏈(活性鏈)會有電子流動，即是只有一半的色素分子會參與產生氧氣的過程。這種功能上的不對稱，是科學家們一直未能解開的疑團，亦是了解光合作用機理的一個難題。 科大研究團隊運用分子動力學、量子力學等化學理論計算工具，揭示了活性鏈發揮傳導作用的原因。研究發現，動態及不對稱的蛋白質環境，會使活性鏈上的一個特別的葉綠素分子(CLA606)在接受到光能時更容易被激發，從而誘導隨後的電子傳遞過程。研究並發現，數個氨基酸分子對於活性鏈的激發起了重要作用。因此，理論上透過改變這些氨基酸分子，便可改變光系統II活性鏈和非活性鏈的能力。 黃旭輝教授表示，單是X光結構未能解釋為何電子傾向在活性鏈一方流動，因此考慮動態的蛋白質環境非常重要。研究團隊運用了包括科大理學院計算集群在內的高效能計算機，發現活性鏈與非活性鏈的蛋白質環境的不同，從而確定了葉綠素分子CLA606的特性。 該研究結果有助科學家進一步了解光合作用的機理，對人工光合作用的設計和效能，以及再生能源的發展有重要啟示，相信亦可廣泛應用於物理化學、分子生物學及材料科學的範疇。 黃旭輝教授畢業於中國科學技術大學，其後在哥倫比亞大學取得博士學位，及於史丹福大學擔任博士後研究員，2010年加入科大。黃教授曾先後獲「美國化學學會OpenEye優秀青年教師獎」、研資局「傑出青年學者獎」及科大理學院「傑出研究獎」，表揚他在研究方面的傑出成就。

香港科技大學（科大）土木及環境工程學系陳銳斌教授領導的研究團隊，獲全球領先鋁生產商 UC RUSAL（「俄鋁」或「本公司」； 股份代號： 486；Euronext：RUSAL/RUAL；莫斯科交易所: RUALR/RUALRS）支持，成功混合鋁及碳纖維，研發出全新的複合鋁物料，不但較傳統鋁強韌，亦較鋼鐵輕及便宜，用途廣泛。複合鋁配合團隊研發的一種隔熱物料使用，可用於製造更安全、更便宜、更節能以及更容易裝嵌的大廈外牆。這項研究項目現正進行最後研發階段，預計於2015年完成。 複合鋁有望大幅提升鋁於全球的應用層面，不但可成為鋼與水泥以外的另一主要建築物料，更有望應用到製造電子產品、汽車、飛機及建材等範疇。 陳銳斌教授表示：「複合鋁由碳纖維及鋁組成，若與相變物料(Phase-change material)一同使用，可成為智能物料，用作建造大廈的外牆，有效調節室溫，比傳統以鋼筋水泥為結構的建築物，可減省一半成本及建築時間。」 陳教授分析物料特性謂﹕「鋁輕巧而防銹，但由於質地太軟，至今於建造業方面主要應用於製建窗框等部分。另一方面，鋼堅硬而承載力高，但它質重、昂貴並會出現銹蝕。」 業界一直尋求將碳纖維及鋁融合的技術，陳教授團隊經研究後，透過納米技術改動碳纖維的結構，成功將之與鋁結合，此重大突破為未來研發新一代物料奠定良好基礎。而這種新的碳纖維鋁組合可應用於建造更環保、成本更低及質料更輕的大廈幕牆。 這款新穎的智能建築圍護結構，可填補幕牆與建築物結構之間的空隙，減低空氣的流失，節省用於冷氣機或電暖爐的能源。輕薄的幕牆由於可在室內裝嵌，更有效節省運輸及建築成本。 智能建築圍護結構由多層包括複合鋁、相變物料、石膏板以及聚異氰脲酸酯泡沫塑料的物料組合而成，該結構不但通過香港、上海、北京以及莫斯科的樓宇安全要求，其隔熱及抵擋強風的性能更屬4個地方之冠，至於它的擺幅限制及防火性能亦超出莫斯科的現行標準。

香港科技大學賽馬會高等研究院（高研院）和美國史拔思科研院發展實驗室（科大高研院─史拔思科研發展實驗室）聯合研究小組與aTyr製藥公司發現一類蛋白合成酶在人類生命活動中具有重要的新功能。這項研究不僅發現了250個全新及可能影響幹細胞以至免疫系統功能的蛋白質，也揭示了生命進化過程中蛋白質演化的重要性，同時也為研發蛋白質藥物製劑提供了新的方向。這一重大研究已於2014年7月18日出版的國際權威雜誌《科學》發表。 領導聯合研究團隊的Paul Schimmel教授指出：「這一研究成果中所發現的全新剪接變體蛋白質揭示了以往於生物研究中從未被發現和觸及的領域，為科學家進一步探討生命和進化過程邁進了一大步。」Paul Schimmel教授為加州及佛羅里達州史拔思科研院的Ernest and Jean Hahn教授，並於2008年出任科大高研院訪問教授。 與Paul Schimmel教授合著此研究報告的科大高研院資深學人、嘉里理學教授及生命科學部教授張明傑表示：「這一項重要發現不但揭示了一系列新的生物學領域，也為進一步研發蛋白質藥物提供新的機遇。」張教授補充：「這次研究成果展示了一個由科大高研院、美國史拔思科研院、及兩間來自美國及香港的生物科技公司成功合作的例子，同時也印證了基礎研究與生物科技發展之間相輔相成的關聯。」 於2013年，可注射蛋白治療劑佔十大藥物中的七種，總銷售額共590億美元。其功能主要可補回原本缺少或調整過高的生物活性，因此愈趨代替傳統的化學藥物。 揭示更高複雜性的生物進化 氨醯tRNA合成酶（AARS）是一類蛋白質翻譯過程中的催化酶，而每種氨基酸均需要指定的AARS來催化，因此AARS的種類與氨基酸的數量同樣爲20種。由於AARS對翻譯遺傳資訊成為蛋白質尤關重要，他們不但存在於地球上所有生命體中，且一直被視為沒有太大變化的蛋白酶。