冰重结晶抑制，糖尿病调控......近期部分科研进展速览
抗冻分子机制研究领域取得新进展
结构工程领域成果获
著名期刊主编精选特色文章奖
糖尿病调控机制研究领域取得新进展
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抗冻分子机制研究领域取得新进展
食品与生物工程学院刘洪林教授课题组在抗冻分子机制研究领域取得重要进展，相关研究成果“Antifreezing Hydroxyl Monolayer of Small Molecules on Nanogold Surface”发表于国际知名期刊Nano Letters。该研究在分子水平上探索了潜在的冰重结晶抑制（IRI）机制，解释了羟基密度和纳米级刚性表面的重要作用，为设计和制备通用IRI分子或材料提供了新策略，在未来食品与生物工程领域的低温保存应用方面具有重要的科学意义。
冰晶的成核与生长控制在食品与生物工程领域具有重要的应用价值。自然界的一些极地鱼类、昆虫以及阿拉斯加树蛙等体内含有冰结合蛋白（IBPs），能够调控冰晶的成核与生长，从而免受冰冻伤害。近年来，受IBPs的启发，IRI材料的制备并应用于食品与生物工程领域的低温保存引起了广泛的关注。然而，到目前为止，IBPs冰结合位点上亲水和疏水基团识别与结合冰面的分子作用原理仍然知之甚少，其潜在分子机制仍存在争议，由于缺乏足够的理论和实验指导，通用IRI材料的设计面临极大挑战。因此，迫切需要在分子水平上阐明IRI的机理并建立一个简单的模型指导IRI材料的合成。
该研究巧妙地设计了一个简单但通用的模型，即五种外露的羟基或甲基结构类似物在纳米金表面形成单分子层，揭示了IRI活性的来源。作者在单分子层上引入不同的基团并控制其修饰密度，表明了该模型中IRI活性与纳米金表面的羟基密度密切相关，疏水相互作用对宏观的IRI活性不是必要的。分子动力学模拟阐明了实验观察下的羟基密度依赖的IRI轨迹，径向分布函数进一步验证了不同密度修饰下冰晶与小分子之间氢键结合能力的差异，由于疏水相互作用，甲基甚至轻微地阻碍了氢键的形成。作者进一步利用表面增强拉曼光谱在分子水平上验证了纳米金—小分子与冰晶的相互作用。通过实验结合分子动力学模拟揭示了纳米颗粒表面的羟基和甲基在冰重结晶抑制过程中的分子作用机制。
图1 GNP-小分子用于控制冰晶的生长
图2 表面增强拉曼光谱验证
GNP-小分子与冰晶结合的分子机制
学校博士研究生丁中祥和中国科学技术大学王超副研究员为论文共同第一作者，刘洪林教授为通讯作者。上述研究依托食品与生物工程学院和中国轻工业肉品微生物控制及利用重点实验室等科研平台，得到了国家重点研发计划、国家优秀青年科学基金、面上项目、安徽省重点研发计划、安徽省自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项等支持。
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结构工程领域成果
获著名期刊主编精选特色文章奖
土木与水利工程学院王静峰教授团队在结构工程领域著名期刊《Structures》上发表题为“Seismic fragility analysis of CFT frames with buckling-restrained braces and steel braces under long- and short-duration ground motions”的研究论文。论文荣获Structures主编、英国皇家工程院院士Leroy Gardner和Elsevier出版社共同授予的Editor-in-Chief’s Featured Article（主编精选特色文章）奖，相关成果在Elsevier期刊主页进行宣传和推广。王静峰教授为第一作者，博士生李贝贝为第二作者，该项工作得到国家自然科学基金面上项目和安徽高校协同创新项目资助。
地震灾害具有突发性、不可预测性，会产生严重次生灾害，对社会产生重大影响。屈曲约束支撑作为应用广泛的耗能减震构件，具有承载和耗能双功能，在大震作用下可以通过轴向拉压屈服消耗地震能量，减小主体结构的损伤。屈曲约束支撑与钢管混凝土框架构成的装配式组合结构符合我国建筑工业化的发展趋势，有助于提升城市抗震韧性。然而，此类结构在性能化抗震设计、普通支撑与屈曲约束支撑的抗震差异、地震动持时影响、概率地震易损性等关键问题亟待解决。
王静峰教授课题组提出了基于改进的能量平衡和整体失效模式的塑性抗震设计方法，发展了基于增量动力分析法的装配式钢管混凝土框架—屈曲约束支撑结构概率地震易损性分析方法，通过概率抗震能力分析优选损伤因子可明晰地震动持时对结构累积损伤的影响规律，通过有效性、充分性和鲁棒性分析优选了考虑持时和谱形状效应关联的综合地震动强度指标。研究成果对于组合框架—屈曲约束支撑结构的性能化抗震设计和地震动持时—累积损伤关联具有指导性意义。
近年来，王静峰教授课题组持续在土木工程领域Engineering Structures、Structures、Journal of Constructional Steel Research、土木工程学报、建筑结构学报等多本著名期刊上发表了关于消能减震元件（屈曲约束支撑、墙式金属阻尼器）及其与混凝土/钢框架结构的连接构造措施及转动性能、协同抗震特性、性能化设计方法、概率地震易损性等重要研究成果30余篇；受到美国、英国和澳大利亚等国际著名学者的充分肯定。主审中国工程建设标准化协会标准《屈曲约束支承应用技术规程》（T/CECS817-2021），主编安徽省地方标准《屈曲约束支撑结构技术规程》（DB34/T 5069-2017）和《建筑墙式金属阻尼器减震技术规程》（DB34/T 3957-2021）等；研究成果成功应用于海口美兰国际机场等多项工程。
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糖尿病调控机制研究领域取得新进展
食品与生物工程学院刘健教授团队青年教师、“黄山学者”学术骨干张弦副教授（第一作者），和哈佛大学医学院Guo-Ping Shi教授等合作，以合肥工业大学为第一单位，在发育生物学著名期刊Developmental Cell上在线发表题为“IL18 signaling causes islet β cell development and insulin secretion via different receptors on acinar and β cells”的研究论文。揭示了表达于胰岛α细胞的IL18，通过作用于腺泡细胞的IL18r和胰岛β细胞的NCC，促进β细胞的发育、增殖和胰岛素分泌，影响糖尿病的发生。
随着社会经济的发展和居民生活水平的提高，糖尿病的发病率及患病率逐年升高，严重威胁人类健康。糖尿病是由于胰岛素分泌及（或）作用缺陷引起的以血糖升高为特征的代谢病。胰岛β细胞功能下降是1型（T1D）和2型（T2D）糖尿病的共有特点，表现为β细胞的存活失调和新β细胞补充不足。因此，β细胞增殖、分化和再生转化，被认为是逆转胰岛素依赖性T1D和T2D的潜在调控靶点。此外，在T1D和T2D病人的胰岛及胰岛素敏感性组织中，免疫细胞浸润和炎性因子表达显著升高，提示着细胞因子在胰岛素合成、分泌及相关信号传递中发挥着重要作用。
该研究利用各种全身性和细胞特异性转基因小鼠，证明了IL18及其受体IL18r和NCC具有保护β细胞功能、改善T1D和T2D的细胞特异性活性。揭示了表达于胰岛α细胞的IL18，通过腺泡细胞中表达的IL18r和胰岛β细胞中表达的NCC，调控胰腺外分泌组织炎性和胰岛β细胞凋亡，促进β细胞发育、增殖和胰岛素分泌。该研究提示了通过激活IL18信号通路改善糖尿病或高血糖症导致的β细胞减少和胰腺炎性的可能性，为T1D和T2D的治疗提供了新的思路和靶标。
食品与生物工程学院张弦副教授是本文的第一作者，食品与生物工程学院为本文第一单位，美国哈佛大学医学院Guo-Ping Shi教授、郑州大学第一附属医院刘章锁教授、海南医学院第一附属医院郭峻莉研究员是本文的共同通讯作者。
论文链接：
https://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(22)00370-7
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素材来源 | 食品与生物工程学院 土木与水利工程学院
学生编辑 | 余依未
责任编辑 | 卫婷婷
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