26项！西北大学高水平科技成果遍地开花
2023第二季度西北大学的科研工作者们深耕于自己的领域取得了一系列高水平研究成果
目 录
成果简介：
费米子（轻子和夸克）质量和味混合的起源一直是粒子物理学家研究的前沿问题之一。分立味对称性和模对称性被认为是有希望解决该问题的方法。但只考虑二者之一时都存在输入参数过多导致预言能力不足的缺点。折衷味群不变的方案同时糅合了二者的优点而最大程度地避免了它们的不足。研究团队从自下而上的模型构造视角完善了折衷味群不变的理论。系统分析了折衷味群∆(27) ⋊ T' 不变模型最一般的超势和凯勒势。基于该折衷味群，构造了首个能成功解释轻子质量和混合参数的折衷味不变的模型。考虑了CP对称性后，模型保留了著名的 µ − τ反射对称性，模型中给出了轻子混合的CP破坏相位和中微子绝对质量的预言，相关结果可为将来实验上的测量提供参考。
论文：
Neutrino mass and mixing models with eclectic flavor
symmetry ∆(27) ⋊ T';Journal of High Energy Physics
链接：
https://link.springer.com/article/10.1007/JHEP05(2023)144#additional-information
成果简介：
在能带结构中，晶体对称性可能将多条能带连接在一起形成能带复合。一个自然而重要的问题是：一个能带复合包含的能带数是否有上界？针对该问题，研究团队证明对于某些空间群，能带复合没有上界，即无限多条能带可以相互纠缠在一起，形成一个在保持对称性的微扰下稳定的连接模式。研究人员通过归纳构造过程证明了这一点。通过此过程，一个给定的能带复合总是可以通过将一个基本构建块粘合上去，使其扩展成一个更大的能带复合。同时，团队还证明了存在任意大的包含4n条能带的手风琴式能带结构。
论文：
Upper bound of a band complex；Physical Review B
链接：
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.107.235145
成果简介：
针对羊乳掺假牛乳的检测是羊乳制品质量控制的关键环节。目前以寡糖为基质对羊乳中牛乳掺假现象的研究还未见报道。本研究首先通过反相高效液相色谱技术发现定性定量比较了羊乳和牛乳寡糖中α3’-半乳糖基乳糖（α3’-GL）和N-乙酰己糖胺基乳糖的差异（NHL），发现α3’-GL在羊乳中的含量约为牛乳的3倍，而NHL呈现相反趋势。此外，针对不同添加比例的牛乳和羊乳混合物中α3’-GL和NHL的含量建立了线性关系，最低检测限为2%；最后，通过对8种市售山羊乳制品中掺杂物的分析，验证了该方法的有效性。该结果为羊乳特征性寡糖的应用与开发奠定了基础，为进一步发展羊乳掺假牛乳的检测技术提供了新思路。
论文：
链接：
https://doi.org/10.1021/acs.jafc.2c08649
成果简介：
人参皂苷Rh4是一种从三七中提取的生物活性成分，表现出多种药理活性，然而，人参皂苷Rh4的胃保护作用仍然未知。研究发现，人参皂苷Rh4在乙醇诱导的胃大鼠溃疡模型中的预处理减少了大鼠胃损伤面积和胃组织中粘膜病变的百分比，降低了胃组织的氧化应激和炎症反应，减少了凋亡细胞数量，介导了PGE2-Cox途径，并通过阻断促炎症MAPK/NF-κB信号通路缓解了炎症和氧化压力。
论文：
链接：
https://doi.org/10.1039/d2fo03693b
成果简介：
非酒精性脂肪性肝炎（NASH）已成为世界各地肝病的最重要原因，并容易进一步发展为肝硬化和肝细胞癌，但目前并无获批的用于特异性治疗NASH的药物。本研究通过将C57BL/6小鼠建立为NASH模型后，用不同剂量的人参皂苷Rk3治疗，探究了人参皂苷Rk3对NASH的保护作用及其作用机制。结果显示，Rk3的给药明显改善了由高脂肪高胆固醇（HFHC）饮食联合CCl4注射引起的小鼠肝脏炎症、脂质沉积和纤维化。此外，人参皂苷Rk3的治疗明显地改善了小鼠肠道菌群的紊乱程度及组成结构，并调节了短链脂肪酸（SCFAs）的丰度。总之，人参皂苷Rk3改善了肝脏非酒精性脂质炎症，并引发了肠道有益菌群的变化，有助于揭示宿主与微生物的相互作用。
论文：
链接：
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.jafc.3c00789
成果简介：
治疗时间长、手术风险高、药物副作用大，是影响肥胖治疗的主要因素。通过饮食干预预防或治疗肥胖已成为一种新兴的减肥方法。本研究采用廉价、安全的食品级原料，设计了两种高膨胀水凝胶。所制备的水凝胶具有高膨胀性、力学性能强、不易降解等特点。小动物活体成像实验表明，水凝胶主要存在于消化系统中。在饮食干预动物模型中，水凝胶有效地减缓了小鼠的体重增加，降低了肝脏脂肪积累、脂质水平和炎症反应。在治疗肥胖小鼠模型中，水凝胶减轻了肥胖小鼠的体重和肥胖相关症状。
论文：
链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0268005X23004927
成果简介：
作物轮作种植对保持土壤肥力，维持土壤健康和农业可持续发展具有重要意义，但不同轮作措施对土壤磷组分及相关土壤微生物磷循环功能基因的影响还没有得到清楚的阐释。本研究利用宏基因组测序技术对土壤磷循环相关功能基因的分布及其对土壤磷组分的影响进行全面探究，发现土壤磷组分含量在含有玉米的轮作措施中较高，土壤磷循环相关功能基因和微生物群落的结构在不同的轮作措施下具有显著差异。关键的磷循环功能基因phoD, ppx, pstB, ugpA在磷循环功能基因的互作网络中被筛选出来，且在聚集在网络中央位置。轮作措施的复杂度和磷的吸收及转运过程对土壤磷组分有较大的影响。
论文：
链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167198723001769
成果简介：
课题组研究开发了一种三维交叉网络碳骨架支撑的具有阴离子空位修饰的WSSe纳米片复合结构材料，通过硫原子掺杂所产生的阴离子空位大大提高了该复合材料的电子电导率；同时利用三维交叉网络碳骨架有效地缓解了充放电过程中钠离子扩散动力学缓慢和体积膨胀现象。该复合材料在钠离子半电池、全电池、钠基双离子电池中均表现出优异的储钠性能。
论文：
链接：
https://doi.org/10.1002/smll.20220634
成果简介：
电催化分解水产氢是一种效率高、纯度好的获取氢能途径，其规模化应用受昂贵催化材料的制约（商业催化剂为Pt/C）。水分解涉及两个反应，分别是阴极的析氢反应（Hydrogen Evolution Reaction, HER）和阳极的析氧反应（Oxygen Evolution Reaction, OER）。由于OER是一个4电子转移的反应，其过电势较高，是分解水产氢全池的瓶颈反应。因此，开发高效HER和OER非贵金属催化材料对推进全解水产氢技术规模化应用具有重要意义。本论文详述近几年分解水非碳材料基单原子电催化材料研究进展，对其合成制备、结构表征、催化位点等方面进行了全面的总结和归纳。
论文：
链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202301526
成果简介：
研究提出了表面缺陷与界面异质结调控催化剂0D/2D Zn0.5Cd0.5S/GO表面局域电子浓度的新思路，揭示了氧化石墨烯（GO）与苯环之间π-π相互作用机理，以削弱空间限制促进界面电荷传输，增强了VS-Zn0.5Cd0.5S/GO光催化活性。提出VS-Zn0.5Cd0.5S/GO复合催化体系单线态氧（1O2）和质子耦合电子转移（PCET）的级联一锅两步反应策略，以氧化和加氢将苄基转化为醛基，醛基转化为苯甲醇，为光催化表界面调控定向苄基氧化提供了一种新路径，展示了光催化技术在有机合成领域的独特优势和应用潜力。
论文：
链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202207250
成果简介：
该工作中制备了Pd担载的ZnTi-LDH-A200光催化剂，以水溶液中的O2作为氧化剂，在温和环境条件下实现了甲烷的高效氧化。其中，最优催化剂0.5Pd-ZnTi-LDH-A200的C1液体产物（甲醇和甲醛）的产率高达到4924.47 μmol·g-1·h-1，选择性接近100%，比未担载Pd的ZnTi-LDH-A200提高了20倍。负载的Pd不仅作为甲烷和O2的吸附位点，而且作为活性甲烷的空穴受体，促进光载流子的分离。
论文：
Highly selective conversion of CH4 to high value-added C1 oxygenates over Pd loaded ZnTi-LDH；Advanced Energy Materials
链接：
https://doi.org/10.1002/aenm.202301118
12
成果简介：
研究以ZIF-8为基础构建具有pH响应的P-ZIF抗菌纳米颗粒，并将其负载在由海藻酸钠（HA）和改性类人胶原蛋白组成的水凝胶中，设计出具有多重pH响应性的HASPZ抗菌水凝胶。当伤口感染后处于弱酸环境，水凝胶网络中硼酸酯键被打破，释放P-ZIF进行第一阶段杀菌解决轻度感染；当伤口受细菌的严重攻击时，P-ZIF中的PHMB被释放进行深层杀菌，解决伤口的严重感染。HASPZ水凝胶中Zn2+、多糖和蛋白质具有促血管生成和伤口愈合作用，在治疗烧伤方面表现出良好的疗效。
论文：
Antimicrobial hydrogel with multiple pH-responsiveness for infected burn wound healing;Nano Research
链接：
https://link.springer.com/article/10.1007/s12274-023-5751-6
13
成果简介：
该研究提出一种有监督 NMF 算法，鲁棒双图判别非负矩阵分解 (RDGDNMF)。方法通过引入双图正则化同时学习数据空间和特征空间的固有局部几何结构，使用效果更好的 ℓ2,1/2 范数提高模型的鲁棒性。根据 RDGDNMF 学习到的投影矩阵，将原始数据映射到低维空间，使用 K 近邻 (KNN) 对数据进行分类。四个数据集上的实验结果表明，对映射到低维空间的数据，采用多个不同分类器的结果都优于其他方法，KNN 效果最好。该算法收敛快且相对稳定，尤其适合人脸数据集。
论文：
Robust dual-graph discriminative NMF for Data classification;Knowledge-Based Systems
链接：
https://doi.org/10.1016/j.knosys.2023.110465
14
成果简介：
基于历史蝗灾记载，重建蝗灾指数序列，探究黄河流域秦晋片区蝗区演化与水系变迁的关系及其灾害效应，研究发现：蝗灾发生集中在夏秋两季，以中高等级为主；年际变化呈现“一峰四丘”多发态势。在时间上，蝗灾与饥荒高度正相关，与旱灾、河清中度正相关；在空间上，蝗灾多发区与旱灾、饥荒对应良好。秦晋片区以河泛蝗区类型为主，分布主要受地形因子以及河流变动影响。基于DPSIR模型揭示了蝗灾的“水缘性”孕灾机理与成灾过程，及其与中央-地方-民众的互动机理。
论文：
链接：
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.163220
15
成果简介：
复杂环境下的低存活率难题一直限制着微生物技术在重金属污染土壤修复领域从实验室向场地应用的转变。本研究以多孔生物炭为载体负载重金属耐受菌株SRB14-2-3，获得了固定化菌剂IBWS14-2-3用于土壤锌污染的修复。结果表明，与单独使用生物炭或功能微生物相比，IBWS14-2-3表现出最高的重金属钝化性能，同时，负载菌株成功地缓解了因大量施用生物炭可能对土壤造成的不利影响。此外，微生物为生物炭引入了新的重金属钝化机制，有望弥补生物炭在长期修复中的不足。
论文：
链接：
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.164556
16
成果简介：
新冠肺炎疫情大规模的封城管控，为研究城市热岛局地气候对人类活动变化响应提供了独特的契机。在最严格的Ⅰ级响应期间，关中城市群、京津冀和长三角3个城市群的大气污染显著下降，城市地表热岛强度显著降低，并未因区域自然因素地带性或经济发展水平的不同而产生明显差异。城市热岛强度的负异常主要是由于人类活动和人为热排放减少而导致的。如果忽略短期的气象要素和气候长期变化趋势率，可能会错估因COVID-19封控导致热岛强度的变化。
论文：
链接：
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.164496
17
成果简介：
文章提出了一种原子(AM)模型与近场动力学(PD)模型之间的非局部耦合技术。该技术引入互补权函数和约束条件，并通过AM和PD区域之间的重叠区域传输物理信息如能量等。进一步引入近场动力学微分算子重新定义耦合区约束条件，使针对耦合区离散数据的插值和求导成为可能。此外，还对PD等效微模量增加预处理条件，以保证能量平衡。一维基准测试研究了PD模型中耦合长度、权函数、网格大小和水平以及约束条件等关键因素对耦合效果的影响。通过二维和三维数值算例验证了该耦合模型的适用性和有效性。结果表明，该AM - PD耦合模型充分利用了PD模型计算效率和AM模型精度的相互优势，将Arlequin框架的灵活扩展至全粒子耦合方法。
论文：
Coupling of an atomistic model and bond-based peridynamic model using an extended Arlequin framework;Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering
链接：
https://doi.org/10.1016/j.cma.2022.115663
18
成果简介：
传统水电解无法规避氧析出反应（OER）高能垒、低反应速率的影响，从而使得水电解制氢需要在较高的槽电压（＞ 1.5 V）下完成。本工作首次利用Cu的较低氧化电位替换OER并与水电解制氢结合建立新的耦合体系。在新体系下，阳极实现了电化学原位合成CuN3含能材料起爆药，相比于传统合成法具有安全、高效、绿色等优势。阴极利用钌纳米颗粒修饰的MoS2纳米片作为复合催化剂，在较低槽电压（1.07 V， 10 mA cm-2）下实现了电解水制氢，相比于传统水电解制氢的槽电压降低了430 mV。新耦合体系的建立实现了低槽压、低能耗、高效率制备氢气的同时进行绿色、安全合成CuN3含能材料起爆药。
论文：
链接：
https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2023.110723
19
成果简介：
生物膜的存在及高血糖水平是慢糖尿病伤口愈合的主要障碍。团队首次将酶促生物膜破坏与基于GOx的化学动力学治疗（CDT）相结合，开发了一种多酶级联微针系统。该系统通过依次破坏生物膜、消耗葡萄糖和自供H2O2以产生ROS来根除耐药菌生物膜，降低葡萄糖浓度，同时减少细菌感染和炎症反应。总之，所构建的MN平台可以有效消除生物膜，减少炎症，促进糖尿病伤口修复。
论文：
链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894723016649
20
成果简介：
离子束辐照下靶材的电离机制是扩展离子束技术应用的关键科学问题。研究团队建立了包含共价键、π-π相互作用和H键的双壁碳纳米管、自组装双层石墨烯纳米片和DNA双螺旋三种材料模型，并在TDDFT框架下跟踪了阿秒尺度下非绝热能量转移、电子阻止本领、原子受力和电荷布局数的演化。已占据的共价键可以迅速传导被激发电子，分子层之间的π-π相互作用有效地阻断了被激发电子的回流，从而导致材料的局部电离。氢键通过质子跃迁来引导少量的激发电子，最终使得DNA分子中由激发电子涨落机制引起的碱基对电离。
论文：
链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894723017333
21
成果简介：
通信感知一体化作为未来6G通信网络关键技术之一，能够为用户提供周围环境的多维感知信息。该技术将支持自动化、安全驾驶、数字孪生等创新应用。一体化波形设计是通感一体化的核心内容。文才副教授团队针对MIMO雷达-通信一体化系统的发射波形设计问题，提出了全新的发射波形-接收滤波器联合设计方案，并在国际上首次提出局部凸近似精炼的连续凸近似算法并证明了其收敛性。实验结果表明所提预编码方案的性能优于现有方案且计算量低。
论文：
链接：
https://ieeexplore.ieee.org/document/10124714
22
成果简介：
首次报道了人参皂苷Rk3与直接靶点蛋白PI3K/AKT的结合及二者互作机制，阐明了人参皂苷Rk3靶向抗肝癌作用机制，研究将推动人参皂苷Rk3这个新发现的高效的靶向抗肝癌的药物分子成药进程。
论文：
链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095177923000436
23
成果简介：
碳碳键的生成与裂解是有机合成化学的研究主题，相对于碳碳键生成反应的广泛研究，碳碳键的选择性裂解是挑战性的科学难题。相对于Diels-Alder（DA）的碳碳键生成反应，其逆反应（Retro-Diels-Alder）是碳碳键断裂的重要手段。关正辉教授研究团队在对烯烃羰基化反应深入研究的基础上，首次发展了钯杂Retro-Diels-Alder反应，实现了羰基α位碳（烷基）-碳（烯基）σ键的高选择性裂解，从而为惰性碳碳键的裂解提供了全新的策略。
论文：
C(alkyl)-C(vinyl) bond cleavage enabled by Retro-Pallada-Diels-Alder reaction；Nature Communications
链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-023-38067-7
24
成果简介：
酰氯是有机合成中基础和常用的亲电试剂，在医药农药合成、高分子材料合成等领域具有广泛的用途。然而，传统酰氯合成受限于对应羧酸的获得且须用强腐蚀性氯化试剂；发展不依赖羧酸为原料的酰氯合成法，是合成化学家亟需解决的难题之一。团队通过对烯烃羰基化反应深入研究，发展了烯烃与一氧化碳和氯化氢的氢酰氯化反应，为酰氯的合成提供了全新的方法；新型氯化氢缓释胶囊的发明是该反应成功的关键。
论文：
链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-023-38748-3
25
成果简介：
灵长类如何演化出多样的社会？我校金丝猴研究团队整合行为学、生态学、基因组学等多学科手段，设计出“社会-生态-基因组”全新研究范式。通过化石、古环境及现生生态等大数据挖掘，发现历史寒冷可能驱动社群聚集。进一步地，比较基因组学，细胞功能实验和行为学分析揭示寒冷效应引发催产素和多巴胺等脑、神经激素系统适应性遗传变异，间接增加个体友好行为及容忍度，促进单家庭群向重层社会聚集，从而系统回答灵长类社会演化之谜。
论文：
Adaptations to a cold climate promoted social evolution in Asian colobine primates；Science
链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl8621
26
成果简介：
随着信息理论和应用技术的进步，基于经典加密的通信系统受到量子计算和分布式计算的严重威胁。量子直接通信（QSDC）将香农通信理论保证的噪声信道下的可靠通信，提升为更高层面的既有噪声又有窃听信道下的可靠和安全通信，将量子通信从窃听感知发展为既窃听感知又窃听阻止。该研究报告了第一个连续变量（CV）-QSDC实验演示，验证了基于高斯映射的CV-QSDC协议的可行性和有效性，并基于参数估计提出量子信号的分类处理方案。实验完成4×102量子信息块的直接传输，每个块包含105个数据，5公里的传输距离下，系统过噪声为0.0035 SNU，系统传输速率为4.08×105bps。
论文：
Realization of quantum secure direct communication with continuous-variable;Research
链接：
https://spj.science.org/doi/abs/10.34133/research.0193
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素材来源/ 科技处
编辑/ 邹一方 责编/ 魏梦鸽
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