全球要闻：速看！哈工大科研团队取得一系列新进展

近期

我校科研团队

(资料图片)

在材料科学、机器人、

显微镜、生命科学等领域

取得了一系列重要进展

下面小编带大家一起回顾

01壹

制备的热电制冷器件

近日，哈工大材料学院隋解和教授、刘紫航教授和西安交通大学、中科院物理研究所组成的研究团队首次利用超细晶和多孔结构的镁银锑（MgAgSb）基热电材料制备了高性能热电制冷器件，为热电制冷性能优化提供了新思路。研究成果以《超细晶和纳米多孔材料的高效热电制冷性能》（Highly efficient thermoelectric cooling performance of ultrafine-grained and nanoporous materials）为题发表在《今日材料》（Materials Today）上。

固态热电技术可以实现热能与电能之间的直接相互转换，在航天探测器以及微型电子器件精准控温等方面具有广泛的应用前景。在热电材料研究领域，常通过构建纳米尺度的晶粒或者多孔结构来有效降低材料晶格热导率，从而提升材料的热电性能。然而在实际应用中，具有纳米尺度晶粒的材料在高温环境服役过程中，面临着晶粒长大乃至蠕变的问题，从而导致材料性能衰减乃至器件失效；而材料中的多孔结构也会影响载流子输运，有可能导致材料电性能的下降。截至目前，这仍然是热电领域极为重要的两个科学问题。

研究团队结合高能球磨合金化和热压烧结，在MgAgSb热电材料中同时构建了超细纳米晶（平均晶粒约为93nm）和多尺度纳米孔洞两种缺陷结构，获得了接近MgAgSb材料非晶极限的晶格热导率和超过目前所有MgAgSb基材料的热电优值。与高性能的n型Mg3.2（Bi, Sb）2热电材料组成的热电器件的制冷性能超过了先前报道的非Bi2Te3热电器件的性能。该研究创新性地将细晶结构和纳米多孔结构应用到热电制冷器件中，显著提升了制冷性能并避免了材料性能的高温衰减。

哈工大隋解和教授、刘紫航教授和西安交通大学武海军教授为论文共同通讯作者，哈工大博士生谢亮军和西安交通大学硕士生刘子雨、中科院物理研究所博士生杨佳炜为共同第一作者。哈工大博士生曲诺、董行严、朱建博、师文静，硕士生吴昊，郭逢凯博士和蔡伟教授，西安交通大学硕士生彭古扬和张扬高级工程师，中科院物理研究所赵怀周研究员和朱航天副研究员参与了相关研究工作。

该研究获得国家自然科学基金委重点项目和哈工大青年拔尖人才计划项目的支持。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702123000834

A：烧结温度对样品组织结构的影响示意图

B：超细晶和多孔结构对MgAgSb晶格热导率的降低效果

C：超细晶和多孔结构MgAgSb与其他方式优化MgAgSb材料的热电优值对比

D：制备的热电制冷器件与目前最先进制冷器件的最大温差对比

E：制备的热电制冷器件与目前最先进制冷器件的最大COP对比

02贰

近日，机电学院高海波教授团队在野外足式机器人环境认知学习与自主导航方面取得重要进展，相关研究成果以《足式机器人的环境物理特征类动物学习》（Learning physical characteristics like animals for legged robots）为题，并以封面论文形式发表在《国家科学评论》（National Science Review，NSR）上。相关成果可用于足式等复杂环境移动机器人的自主星球探测、野外救援等任务，并为物理智能系统提供典型案例。

动物可通过对物理特征的理解去适应不断变化的地形环境，为足式机器人的环境认知学习提供仿生学启示。从图2中可以发现，小猫在危险区域行走时会用脚轻轻试触地形，评估地面的承压和附着能力。在后续行走过程中，小猫根据积累的经验对具有相似视觉特征的地形进行预估，并避开非几何危险区域。然而，机器人实现类似的认知行为却面临诸多挑战。如何通过视觉和触觉信息实现对地形物理特征的有效表征？如何总结归纳机器人与环境的交互经验？如何解决由于地面环境动态变化造成的认知冲突？

针对上述问题，研究团队提出足式机器人的环境物理特征类动物学习方法。研究人员以法向或切向足地作用力学模型为基础，设计了基于模型——数据的无监督学习框架。该研究首次提出具有认知冲突解决能力的增量式在线学习方法，使机器人能够通过视觉与触觉融合感知自主识别环境物理特征信息。具体而言，在地面表征方面，团队采用足地接触模型表征地形的触觉参数，让机器人“摸一摸”地面就知道柔软度和摩擦程度；另外，在机器视觉（“看一看”）方面，团队提出无监督视觉特征提取方法，无需人类参与，只需机器人自动对比视野中不同地形纹理，即可自主完成。为让机器人通过“看一看”就能预测地形“摸”起来的感受，团队将机器人实时采集的触觉、视觉特征聚类为知识群集，并通过映射网络将视觉特征和触觉特征联系起来。由于环境的变化，从前认识的地形可能和当前的触觉感受不一致，比如：刚下过雨的草地比干燥时更软，虽然它们看起来是一样的。为解决这样的认知冲突，团队采用模拟生物脑神经的带泄漏整合发放模型（LIF）对不同模态进行信息连接，动态调整连接强度，使得机器人更加聪明、智能。

最后，团队开展了丰富的室内外感知和导航试验，证明该方法可有效助力机器人实现地面物理特征感知与预测，并在动态环境中学习和调整其认知模型，最终安全执行复杂的导航避障任务。

哈工大为第一署名单位。机电学院丁亮教授为论文通讯作者。机电学院博士研究生徐鹏、丁亮为论文共同第一作者。哈工大邓宗全院士，高海波教授，机电学院杨怀广副教授，英国利兹大学黄艳龙教授，机电学院硕士研究生李政洋、王志恺（已毕业），博士研究生周如意、苏杨等参与相关研究。

该研究获得国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/nsr/nwad045

图1 《国家科学评论》及认知学习方法示意图

图2 动物与环境交互学习环境物理特征

图3 足式机器人环境物理特征学习框架

03叁

近日，哈工大仪器学院、新加坡南洋理工大学、新加坡国立大学等多个合作团队提出了单帧各向同性的微分干涉相衬（DIC）显微镜，突破了现有DIC显微成像系统剪切方向敏感性的限制，相关论文以《单帧各向同性微分干涉相衬显微镜》（Single-shot isotropic differential interference contrast microscopy）为题，发表在《自然通讯》（Nature Communications）上。

DIC显微镜是70年前发展起来的可以对未染色透明生物样本进行高对比度、伪三维观测的一种无标记显微成像技术，目前已广泛应用于细胞生物学、粒子追踪、光学测量等领域。传统商用DIC显微镜使用诺马斯基（Normarski）或渥拉斯顿（Wollaston）棱镜使两束正交偏振光产生横向的剪切量（shear）和轴向的基延迟（bias），然而通过双折射棱镜产生的剪切量只能沿着单一的直线方向，导致获取的DIC图像方向敏感。

本研究创新性地提出一个超紧凑的各向同性DIC显微镜，利用超构表面对正交偏振光进行独立调控，构建了一种新型的径向剪切干涉模式，将沿单一直线方向的剪切量转化为具有径向对称性的剪切量，实现了单帧各向同性的DIC显微成像模式。课题组提出的各向同性的DIC显微镜是典型的超构表面、传统显微成像、集成化光学系统的互补融合，并在微粒追踪、边缘检测、无标记细胞成像等场景进行了应用验证，表现出巨大的应用潜力，为光学计算、新型显微成像系统等领域研究提供了新的契机。

该研究工作获得国家重点研发计划青年科学家项目和国家自然科学基金资助。哈工大为论文第一单位，哈工大博士研究生王新伟、新加坡科技与设计大学王浩博士以及哈尔滨医科大学肿瘤医院王金陆博士为共同第一作者，通讯作者为哈工大现代显微仪器研究所丁旭旻教授、李浩宇教授，新加坡南洋理工大学胡光维助理教授和新加坡国立大学仇成伟教授。同时该工作获得哈工大仪器学院刘俭教授、谭久彬院士的指导和大力支持。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-37606-6

基于超构透镜的各向同性DIC显微镜原理 (a)系统装置图(b)偏振转换示意图(c)光学原理图

成像结果展示

(a)-(b)透明样品在各向异性DIC(a-DIC)和各向同性DIC(i-DIC)显微镜下的成像结果对比

(c)-(d)乳腺癌组织在宽场显微镜（WF）和各向同性DIC(i-DIC)显微镜下的成像结果对比

(e)运动的二氧化硅微球在各向同性DIC(i-DIC)显微镜下粒子追踪结果

04肆

近日，生命学院胡颖课题组在《临床研究杂志》（The Journal of Clinical Investigation）发表了题为《长链非编码RNA HITT与RGS2协同抑制PD-L1蛋白翻译》（Long noncoding RNA HITT coordinates with RGS2 to inhibit PD-L1translation in T cell immunity）的研究论文，揭示了肿瘤细胞免疫逃逸新机制，为抗肿瘤免疫提供潜在新策略。

以PD-1/PD-L1抑制性抗体为代表的免疫检查点阻断（ICB）已广泛用于多种晚期实体瘤的临床治疗，并因其良好而持久的疗效备受关注。然而，在未经选择的实体瘤患者中，仅有10%至30%的患者获益。如何提高ICB疗效是目前亟待解决的临床难题。而对肿瘤细胞PD-L1表达调控机制的深入研究有望为提高PD-1/PD-L1疗效提供新线索，为靶向抑制PD-1/PD-L1信号提供新途径。

胡颖课题组前期鉴定出新的lncRNA基因，并将其命名为HITT。肿瘤基因组大数据（TCGA）分析发现，HITT在乳腺癌等多种肿瘤组织中低表达，并与患者不良预后相关。为明确其作用机制，团队对具有不同HITT表达水平的肿瘤细胞进行蛋白质组学检测分析，研究发现，差异蛋白主要富集在T细胞免疫相关通路。对乳腺癌原位移植瘤模型进行的研究表明，HITT具有显著的抑瘤活性；而阻断小鼠CD8+T细胞活性后，HITT活性大幅降低，研究提示，HITT可能通过CD8+T细胞发挥抑瘤功能。基于高通量分子靶点筛选后的机制研究表明，HITT可与RGS2蛋白以及PD-L1-5ʹUTR形成三元复合物，进而抑制PD-L1的翻译和蛋白合成。由于HITT在乳腺癌细胞内低表达，其抑制PD-L1的能力降低，导致肿瘤细胞免疫耐受，而提高乳腺癌细胞内HITT的表达可有效抑制PD-L1/PD-1信号，增强PD-1抗体对乳腺癌原位移植瘤的治疗效果，延长小鼠生存期，提高小鼠存活率。瘤内注射表达HITT的慢病毒颗粒表现出与PD-1抗体相似的治疗效果，二者联用则表现出协同效应。

综上所述，该研究揭示了HITT调控免疫检查点PD-L1蛋白翻译机制，明确了HITT在靶向PD-1/PD-L1信号和提高免疫检查点阻断疗效中的作用，并提示该分子作为免疫检查点阻断因子具有潜在临床应用价值。

生命学院胡颖教授为通讯作者，生命学院博士研究生林庆宇为第一作者，哈尔滨医科大学肿瘤医院刘通医生为共同第一作者。胡颖教授团队成员、华大基因候桂雪博士、广州医科大学附属肿瘤医院冷启斌教授和山东大学齐鲁医院张晓时医生参与相关研究工作。

该研究得到国家自然科学基金委原创探索计划专项、哈工大医工理交叉基金和哈工大青年科学家工作室等项目支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1172/JCI162951

肿瘤细胞内lncRNAHITT抑制PD-L1翻译的机制及其对T细胞免疫的调控作用