成果速览 | 近期我校又取得哪些科研进展？

近期科研速览目录：

1.中国科大在超导自旋输运研究方面取得重要进展

2.中国科大研究者在体外生产红细胞方向取得重要进展

3.中国科大在大面积制备钙钛矿LED研究中取得重要进展

带你一览近期我校取得的最新科研进展！

中国科大在超导自旋输运研究方面取得重要进展

       近日，我校合肥微尺度物质科学国家研究中心国际功能材料量子设计中心与中科院强耦合量子材料物理重点实验室曾长淦教授研究组与西湖大学李牮教授研究组实验与理论合作，在超导自旋输运研究方面取得重要进展，发现栅压控制的Rashba自旋轨道耦合可以有效调控零偏压电导峰所表征的相位相干多重Andreev反射。相关结果发表在国际知名期刊《Phys. Rev. Lett.》上。

零偏压电导峰是一系列隧穿效应的关键信号，包括Majorana束缚态、Andreev束缚态以及无反射隧穿效应等。尽管这些效应的内容有所不同，但它们所表现出来的零偏压电导峰却具有相同的微观物理起源，即在零能处发生了相位相干的Andreev反射。另一方面，自旋轨道耦合已经成为凝聚态物理领域近期许多重大发现（从新奇的自旋电子学器件到各种拓扑量子物相）的基石。那么在零偏压电导峰表征的相位相干Andreev过程中，自旋轨道耦合是否也会产生重要的影响呢？这是超导自旋输运研究的一个重要科学问题。

曾长淦教教授团队与李牮教授团队合作，构建了由超导体铌（Nb）和钙钛矿氧化物异质结铝酸镧/钛酸锶（LaAlO3/SrTiO3）组成的超导复合结构。其中LaAlO3/SrTiO3界面存在二维电子系统，且界面的Rashba自旋轨道耦合随栅压呈非单调变化。结合隧穿实验和理论计算，该团队发现根据超导体和二维电子系统之间耦合强度的不同，自旋轨道耦合可以有效地调控量子相位相干或者Andreev反射几率，进而调节隧穿谱中的零偏压电导峰强度。

图示：（a）Nb/LaAlO3/SrTiO3的器件示意图。其中LaAlO3/SrTiO3界面的二维电子系统存在栅压可调的Rashba自旋轨道耦合。（b）不同栅压下的归一化隧穿谱。

该研究不仅发现了非平庸的超导自旋输运现象，也为在栅压控制的超导复合结构中实现拓扑超导提供了新思路。这一研究成果发表在《Phys. Rev. Lett.》上[Phys. Rev. Lett. 126, 057701 (2021)]，我校合肥微尺度物质科学国家研究中心/物理系博士生郭林海和我校已毕业博士严跃冬为文章共同第一作者，曾长淦教授和李牮教授为通讯作者。上述研究工作得到了国家自然科学基金委、科技部、中科院以及安徽省的资助。

文章链接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.057701

(合肥微尺度物质科学国家研究中心、物理学院、

中科院量子信息与量子科技创新研究院、 科研部）

中国科大研究者在体外生产红细胞方向取得重要进展

中国献血量日益增长，但仍供不应求。目前红细胞和其他血液制品主要来源于志愿者外周血捐献，供者不足、感染风险、稀有血型缺乏等仍是世界性的输血难题。早期研究者通过优化体外诱导方法和培养体系将人CD34+造血干/祖细胞分化为成熟红细胞。但由于造血干细胞及红系祖细胞体外扩增能力非常有限，导致获得的红细胞数量不足，无法满足临床需求。体外诱导多能干细胞定向分化为红细胞是解决上述问题的另一条重要途径，但是近年来研究逐渐发现多能干细胞分化来源的红系祖细胞脱核效率非常低，难以产生足够的成熟红细胞。因此，如何通过体外培养获得大量功能性的红细胞，是该领域面临的重要挑战。

近日，中国科大生命科学与医学部程临钊教授领导的课题组及合作团队在MolecularTherapy上发表了题为“BMI1 enables extensive expansion of functional erythroblasts from human peripheral blood mononuclear cells”的研究论文[1]。MolecularTherapy是美国基因和细胞治疗协会（ASGCT）会刊，同时也是CellPress子刊。此研究建立了从人外周血单个核细胞大量扩增红系祖细胞并高效诱导分化为成熟红细胞的实验体系，并利用小鼠输血模型验证了该体系所产生红细胞的功能。该工作首次发现外源表达BMI1基因可以促使红系祖细胞体外扩增高达1012倍，同时保留了进一步分化成熟生成功能性红细胞的潜力，为解决红细胞紧缺这一世界性难题提供了新的思路。国际知名血液专家美国纽约血液中心（NewYorkBloodCenter）安秀丽教授对此工作的评论“该工作是输血领域的突破性进展，解决了血源紧缺的瓶颈性问题。”国内生命科学领域新媒体BioArt也对此工作进行了报道[2]。

为了解决红系祖细胞体外扩增能力有限这一问题，这项研究首先从健康供者外周血单个核细胞富集CD235a+红系祖细胞，通过对体外扩增不同天数的细胞进行详细分析，发现红系祖细胞无法长时间维持自我更新的状态，并且迅速向终末分化，随即发生凋亡。高通量测序结果显示随着红系祖细胞体外培养的分化成熟，BMI1基因表达迅速下调，推测BMI1在红系祖细胞体外扩增与自我更新中扮演了重要的角色。研究组通过基因敲降和回补两方面对BMI1的功能进行了探索，结果证实BMI1对红系祖细胞的体外扩增和脱核成熟至关重要。此研究还发现外源过表达BMI1可以让红系祖细胞维持自我更新的能力，在培养体系中不断扩增，2个月可以扩增高达1012（一万亿）倍。此外，研究组还对镰刀型贫血症患者来源的红系祖细胞进行了研究，发现BMI1具有同样的功效。最为重要的是，大量扩增后的红系祖细胞仍保留了脱核成熟的潜能，效率高达50%（与未扩增的原代祖细胞一致）。之后研究人员将诱导脱核后的成熟红细胞通过尾静脉注射进入输血模型小鼠体内，发现培养来源的人红细胞具有与正常外周血来源红细胞一样的体内循环功能。最后，该课题组也证实体外扩增的红系祖细胞可以被进一步基因工程化修饰（过表达或敲除）来满足更好更广泛的精准医疗。

综上，此研究首次建立了人外周血来源的红系祖细胞体外大量扩增和高效脱核的培养体系，有望解决红细胞紧缺的世界性难题。程临钊教授、复旦大学附属华山医院陈彤教授和埃默里大学JohnR.Roback教授为该论文的共同通讯作者，中科大特任副研究员刘森泉博士、华山医院医生吴梦瑶博士为该论文的共同第一作者。

此外，于2020年入职中国科大的刘森泉博士近期被国际著名干细胞期刊STEM CELLS授予2020年度唯一的青年研究者奖[3]。刘森泉博士的一篇关于人类干细胞的论文被选为Top Cited Papers in 2020和Best of STEM CELLS 2020。

本项研究得到中国科学技术大学生命科学与医学部科研部的资助。

文章链接：

[1]https://www.cell.com/molecular-therapy-family/molecular-therapy/fulltext/S1525-0016(21)00022-8

[2]https://mp.weixin.qq.com/s/cGK2iJskyhxIPhGV6Hl1sg

[3]https://stemcellsjournals.onlinelibrary.wiley.com/hub/journal/15494918/pages/yia/index

（生命科学与医学部、科研部）

中国科大在大面积制备钙钛矿LED研究中取得重要进展

近日，中国科学技术大学物理学院、中科院强耦合量子材料物理重点实验室及合肥微尺度物质科学国家研究中心的肖正国教授研究组在大面积制备钙钛矿LED领域取得重要进展。该研究团队使用基于气刀辅助的刮涂法制备出了大面积、高效率的钙钛矿LED，向钙钛矿LED照明的商业应用迈进了重要一步。相关成果以“Large-area and efficient perovskite light-emitting diodes via low-temperature blade-coating”为题，于1月8日发表在《自然通讯》杂志上。

金属卤化物钙钛矿LED因为具有色域广、带隙易于调节、发光半峰宽窄、易于制备等优势，已经成为新一代的LED器件。2014年，首次报道了室温下发光的钙钛矿LED，其外量子效率（EQE）低于1%，短短几年内钙钛矿LED的EQE就已经超过了20%，接近于商用有机LED（OLED）的水平，在照明和显示领域展示出了广阔的应用前景。但是目前高效率的钙钛矿LED都是基于旋涂法制备而成的，器件面积都很小(mm2量级)，无法满足大面积商业照明的需求。刮涂法是一种基于溶液法就能制备出大面积薄膜的方法，但是刮涂法制备钙钛矿薄膜的结晶过程不易控制，制备出来的钙钛矿LED的EQE最高仅为1.1%，其器件面积也仅为9 mm2。

针对以上问题，肖正国课题组以有机无机杂化钙钛矿CH3NH3PbI3为研究对象，通过降低钙钛矿前驱液的浓度，引入4-氟苯甲胺，并结合气刀辅助的方法，使薄膜结晶过程中形成更多的成核位点，从而制备出了均匀致密的钙钛矿多晶薄膜，薄膜的表面粗糙度仅为0.8 nm。采用刮涂法制备的大面积钙钛矿薄膜（6 cm×9 cm），在厚度、表面粗糙度、荧光产率以及荧光寿命等方面都展现出极好的均匀性。采用刮涂法制备的钙钛矿LED器件的EQE最高达16.1%（0.04 cm2）以及12.7%（1 cm2）。超大面积（28 cm2）的钙钛矿LED工作时发出了非常均匀的红光。同时，课题组也采用刮涂法制备出了基于PEN/ITO衬底的柔性钙钛矿LED，为制备大面积柔性光电子器件奠定了基础。以上工作充分显示了刮涂法制备大面积、高效率的钙钛矿LED的可行性以及将其应用于商业LED照明的巨大前景。

中国科学技术大学物理系肖正国教授为该论文的通讯作者。物理系博士研究生储胜龙、陈文静以及硕士研究生房志斌为该论文的共同第一作者。本项研究得到国家自然科学基金委、中组部以及中国科大的资助。

文章链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-020-20433-4

（物理学院、科研部）

来源：中国科大新闻网

扫描二维码关注

中国科大本科招生各官方平台

了解更多最新信息

还可以通过消息、私信或者留言进行咨询

中国科大本科招生

微信公众号

新浪微博

抖音视频

微信视频号

哔哩哔哩

快手视频

推荐阅读