2018年1期 研究进展 司左微区改物質李图家中心 在长非编码RNA调控肿瘤耐药研究 HEFEI NATIONAL L ITORY FOR PHYSICAL SCIENCES AT THE MICROSCALE 中取得新成果 018年第11期(总第160期) 中国科大在少层黑磷的化学功能化 及稳定性研究方面取得新进展 月26日,中国科学技术大学生命科学与医学部、中 科院天然免疫与慢性疾病重点实验室和合肥微尺度物质 雷研究员合作,在国际著名学术期刊美国科学院院刊 近日,中国科学技术大学杨上峰教授、杨金龙教投、PNAS上在线发表题为“ Dual functioms for OVAAL 二维锡烯拓扑材料研究取得重要进展 定性研究方面取得新进展。他们通过叠氮化合物与少层黑 ::2; 日,中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研 我接教授类围断相天学教接券 的调查显示,近六分之一的死亡是由癌症所造成。在我 作,成功制备出具有纯平蜂窝结构的单层锡烯,并结合第 发表在国际著名学不期刊《国应用化学》上(A国大断的街子老民有命的移p性3点健导段 一性原理计算证实了其存在拓扑能带反转及拓扑边界态 Chem.lrt.Ed2018.10.100/nie2018l3218) 相关研究成果11月5日在线发表在《 Nature Matcrials)杂志 对于癌的治疗仍然缺乏有效的手段。长非编 少层黑磷作为一种新型二锥材料,具有带隙随层数可( long noncoding RNA)作为生 命科学领域研究的热点分 料及其物性研 调、载流子迁移半高的特点,在能量转换和存储、催化、子,其在调节细胞代谢、衰老及调亡等生物学功能中发挥 的应用前景。1 料科学领域的重要焦点,其 族的磷原子上存在孤对电子,导致少 BPNSS)裉容易被氧化降解,其在空气 种卷定 了重要作用,但是,关于 ncRNA介导种瘤耐药方面的研 究鲜有报道 教授研究组发现,在肿瘤组织中高表达的 其具有很强的电子自旋一轨道祸合,被认为是继石墨烯后又 性差的问题严重制约了黑磷的应用。因此如何提高黑磷的ImRN 功能。一方面, OVAAL与SIK3及Raf1形成三元复合物 研究人员通过将BPNS与叠氯化合物反应,成功地在以此激活ERK通路,从而促进了cMyc介导的细胞增殖和 黑磷上加成了PN双键,获得了氮杂苯甲酸修饰的黑磷纳 区中心打开数百毫电子伏的巨大能隙:更巧妙的是,由于 y轨道是平面内的,所以其拓扑性更为鲁棒,不易受到衬 米片( fBPNSs)·有趣的是,通过跟踪该反应进程,他 NA竞争性地结合PBP1,抑制了p2的表达,从而 底和吸附物的影响和破坏。因此,锡烯是一种理想的大能 们发现开始反应阶段形成了两种产物(分别为加成了规趣了肿细胞的衰老·人为干预 温量子自旋霍尔效应,在 PN双键和N单键的产物),随着反应的进行,PN单 拓扑电子学器件应用方面具有重要的意义 的加成产物逐渐向PN双键的加成产物转化,最终产物为 并且会促进肿瘤细胞衰老。这就提示 纯平蜂窝结构锡烯的制备和原子尺度形就图 PN双键的加成产物。随后,他们利用繁外-可见光谱跟 OVAL具有促癌效应,有可能成克服癌症耐药性一个潜 5》、理论计算(6)和实验观测到的电子 了BPNS以及原始的BPNS在水中(无脱氧条件下)放置 经过近三年反复摸索,中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研 12倍,而且比文献中报遒的重氟盐功能化的钝化效果也提 中国科大吴 团队与清华大学徐勇助理教授、段文晖教授以及美国斯坦福大学张首晟教授合作,利用低温分子束外延技术成功制备出了具 高了约47倍。其原因在于在磷原子上加成了P-N双键 缅教授和澳大利亚 先临结购想的纯平灯角街,友为碳结表患每基全实验中到纯棕的花学恰性度 磷原子为五配位的配位饱和态,弧对电子得以完全成键 教接题本支的卖 缺陷结构,也证实了其与碳基石墨烯具有诸多相似性,有望为平面蜂窝结构的材料提供新的研究平台·更为重要的是,由ˉ 究生桑奔和组卡斯 合和拓扑能带反转所导致的拓扑能隙以及拓扑边界电子态。其中,角分辨光电子能谱结果表明,锡烯由于自旋轨道祸合打 略可以实现更好的稳定 BPNSsI的效果,加深了对黑磷的化 尔大学的张媛媛为 开的拓扑能隙约0.3电子伏特,运超室温热涨落能量,使其具备应用于近室温的拓扑量子器件的潜质。进一步的理论计算还预 言了在纯平蜂窝结构的铭烯和铅烯中也存在类似的拓扑特性,从而构成了一类新型的二维拓扑量子村料家 合肥微尺度物质科学国家研究中心博士生刘亚 扑物性研究开辟了一条新的研究路线,将对二 论文的第一作者,杨上峰教授、杨金龙教授、季 维量子材料的研究和应用开发起到重要推动作用。后续拟开展的研究工作将通过优化衬底和增加栅极以隔绝衬底电子相互作 为共同通讯作者。该项研究得到了科技部、国家自然科学 中科院的基金 基金委和量子信息与量子科技前沿协同创新中心的资助 科大博士生邓家良、清华大学博士生夏炳煜以及中国科大博士生马晓川为论文的共同第一作者。此项研究得到了科 技部、教育部、中组部、国家自然科学基金委、中国科学技术大学、清华大学等机构的大力支 Praiferasen Senescence 合肥微尺度物质科学国家研究中心简报 0WAAL功能示意图 简圾 合肥微尺度物质科学国家研究中心简报
二维锡烯拓扑材料研究取得重要进展 近日，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研 究中心王兵教授和赵爱迪副教授研究团队与清华大学徐勇 助理教授、段文晖教授以及美国斯坦福大学张首晟教授合 作，成功制备出具有纯平蜂窝结构的单层锡烯，并结合第 一性原理计算证实了其存在拓扑能带反转及拓扑边界态。 相关研究成果11月5日在线发表在《Nature Materials》杂志 上 类石墨烯结构的IV族元素二维晶体材料及其物性研 究，是当前凝聚态物理学和材料科学领域的重要焦点。其 中，基于元素锡(Sn)的二维类石墨烯晶体锡烯(Stanene)因 其具有很强的电子自旋-轨道耦合，被认为是继石墨烯后又 一种具有优越物理性质的新型量子材料。2013年前后理论 物理学家们预言，锡烯中由于pxy轨道具有远强于pz轨道的 自旋轨道耦合效应，因此s-p轨道的能带反转可以在布里渊 区中心打开数百毫电子伏的巨大能隙；更巧妙的是，由于 pxy轨道是平面内的，所以其拓扑性更为鲁棒，不易受到衬 底和吸附物的影响和破坏。因此，锡烯是一种理想的大能 隙二维拓扑绝缘体，有望实现室温量子自旋霍尔效应，在 拓扑电子学器件应用方面具有重要的意义。 （https://doi.org/10.1038/s41563-018-0203-5）。 纯平蜂窝结构锡烯的制备和原子尺度形貌图(1-3)、结构模型 (4-5)、理论计算(6)和实验观测到的电子能带结构(7-8) 经过近三年反复摸索，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心的王兵教授和赵爱迪副教授带领的实验研究 团队与清华大学徐勇助理教授、段文晖教授以及美国斯坦福大学张首晟教授合作，利用低温分子束外延技术成功制备出了具 有拉伸晶格结构的单层锡烯。该研究工作首次发现单层锡烯可以表现出与石墨烯完全一致的平面蜂窝状结构，其单胞中AB位 原子无高度差，形成理想的纯平六角蜂窝晶格，为碳基石墨烯家族添加了锡基成员。实验中观测到纯平锡烯的化学惰性以及 缺陷结构，也证实了其与碳基石墨烯具有诸多相似性，有望为平面蜂窝结构的材料提供新的研究平台。更为重要的是，由于 衬底的外延作用，这一纯平锡烯的晶格常数高达0.51纳米，故存在因晶格拉伸导致的s-p轨道拓扑能带反转，即具有拓扑特 性。超高真空扫描隧道显微学以及角分辨光电子能谱学结果与第一性原理计算的能态结构一致，充分证实了其由于自旋-轨道 耦合和拓扑能带反转所导致的拓扑能隙以及拓扑边界电子态。其中，角分辨光电子能谱结果表明，锡烯由于自旋轨道耦合打 开的拓扑能隙约0.3电子伏特，远超室温热涨落能量，使其具备应用于近室温的拓扑量子器件的潜质。进一步的理论计算还预 言了在纯平蜂窝结构的锗烯和铅烯中也存在类似的拓扑特性，从而构成了一类新型的二维拓扑量子材料家族。 具有拓扑能带反转和大拓扑能隙的纯平锡烯的实验实现，为类石墨烯的拓扑物性研究开辟了一条新的研究路线，将对二 维量子材料的研究和应用开发起到重要推动作用。后续拟开展的研究工作将通过优化衬底和增加栅极以隔绝衬底电子相互作 用并实现拓扑能隙的调控，为最终制备可实用的室温拓扑器件提供研究基础。 中国科大博士生邓家良、清华大学博士生夏炳煜以及中国科大博士生马晓川为论文的共同第一作者。此项研究得到了科 技部、教育部、中组部、国家自然科学基金委、中国科学技术大学、清华大学等机构的大力支持。 在长非编码RNA调控肿瘤耐药研究 中取得新成果 11月26日，中国科学技术大学生命科学与医学部、中 科院天然免疫与慢性疾病重点实验室和合肥微尺度物质科 学国家研究中心吴缅教授研究组与澳大利亚纽卡斯尔大学 金雷研究员合作，在国际著名学术期刊美国科学院院刊 PNAS上 在 线 发 表 题 为 “ Dual functions for OVAAL in initiation of RAF/MEK/ERK prosurvival signals and evasion of p27-mediated cellular senescence”的研究论文。 癌症的发病率在世界范围内逐年递增，世界卫生组织 的调查显示，近六分之一的死亡是由癌症所造成。在我 国，癌症的死亡率已经超过心血管疾病，成为全民健康的 一大威胁。由于癌细胞具有高转移和耐药性等特点，导致 对于癌症的治疗仍然缺乏有效的手段。长非编码RNA （long noncoding RNA）作为生命科学领域研究的热点分 子，其在调节细胞代谢、衰老及凋亡等生物学功能中发挥 了重要作用。但是，关于lncRNA介导肿瘤耐药方面的研 究鲜有报道。 吴缅教授研究组发现，在肿瘤组织中高表达的 lncRNA OVAAL在肿瘤细胞产生耐药的过程中发挥了重要 功能。一方面，OVAAL与STK3及Raf-1形成三元复合物， 以此激活ERK通路，从而促进了c-Myc介导的细胞增殖和 Mcl-1介导的抗凋亡的功能。另一方面，OVAAL通过与 p27 mRNA竞争性地结合PTBP1，抑制了p27的表达，从而 规避了肿瘤细胞的衰老。人为干预使OVAAL表达降低， 会使肿瘤细胞对于多种抗肿瘤药物的耐药性降低，小鼠移 植瘤的生长被抑制，并且会促进肿瘤细胞衰老。这就提示 OVAAL具有促癌效应，有可能成克服癌症耐药性一个潜 在靶位。 中 国 科 大 吴 缅教授和澳大利亚 纽卡斯尔大学金雷 教授是本文的共同 通讯作者，吴缅教 授研究组的博士研 究生桑奔和纽卡斯 尔大学的张媛媛为 论文的共同第一作 者。该研究得到了 基金委、科技部和 中 科 院 的 基 金 资 助。 OVAAL功能示意图 中国科大在少层黑磷的化学功能化 及稳定性研究方面取得新进展 近日，中国科学技术大学杨上峰教授、杨金龙教授、 季恒星教授等课题组合作，在少层黑磷的化学功能化及稳 定性研究方面取得新进展。他们通过叠氮化合物与少层黑 磷纳米片反应，成功实现了五配位共价功能化少层黑磷纳 米片，显著提高了其在水中的稳定性，效果优于文献中报 道的其他化学功能化方法。相关研究成果于12月10日在线 发表在国际著名学术期刊《德国应用化学》上（Angew. Chem. Int. Ed. 2018,10.1002/anie.201813218）。 少层黑磷作为一种新型二维材料，具有带隙随层数可 调、载流子迁移率高的特点，在能量转换和存储、催化、 生物医药等领域有着重要的应用前景。但是，由于第五主 族的磷原子上存在孤对电子，导致少层黑磷纳米片 （BPNSs）很容易被氧化降解，其在空气及水环境中稳定 性差的问题严重制约了黑磷的应用。因此如何提高黑磷的 稳定性是当前黑磷材料研究急需解决的问题。 研究人员通过将BPNSs与叠氮化合物反应，成功地在 黑磷上加成了P=N双键，获得了氮杂苯甲酸修饰的黑磷纳 米片（f-BPNSs）。有趣的是，通过跟踪该反应进程，他 们发现开始反应阶段形成了两种产物（分别为加成了 P=N双键和P-N单键的产物），随着反应的进行，P-N单键 的加成产物逐渐向P=N双键的加成产物转化，最终产物为 P=N双键的加成产物。随后，他们利用紫外-可见光谱跟踪 了f-BPNSs以及原始的BPNSs在水中（无脱氧条件下）放置 21天的衰减情况，发现f-BPNSs在水中的稳定性提高了约 12倍，而且比文献中报道的重氮盐功能化的钝化效果也提 高了约4.7倍。其原因在于在磷原子上加成了P=N双键后， 磷原子为五配位的配位饱和态，孤对电子得以完全成键， 因此钝化效果优于文献中报道的基于四配位磷原子的重氮 盐功能化方法。该结果证实了通过五配位共价功能化的策 略可以实现更好的稳定BPNSs的效果，加深了对黑磷的化 学性质的认识，为黑磷的实际应用奠定了基础。 合肥微尺度物质科学国家研究中心博士生刘亚娟为该 论文的第一作者，杨上峰教授、杨金龙教授、季恒星教授 为共同通讯作者。该项研究得到了科技部、国家自然科学 基金委和量子信息与量子科技前沿协同创新中心的资助