研究与创新 |
科大研究人员发现南海存在三层交替旋转运动的「热点」源

(文章转载自EurekAlert!,原刊于2022年6月13日)

 

香港科技大学(科大)港澳海洋研究中心主任甘剑平教授研究团队于中国南海进行海洋模拟试验及观测,透过地球流体动力学理论,揭秘了南海的海洋三维运动特征。中国南海的复杂海洋环流系统决定了南海水体运动的能量转化和物质运输,对生物地质化学过程、碳收支、海洋生态环境健康、区域气候变化,以及占世界人口约22%的周边国家和地区经济社会的可持续发展至关重要。南海海环流本身及其动力的研究被认为是认知南海的基础和灵魂。

在过去的几十年,尽管全球对南海水流运动持续关注,但由于缺乏观测数据和可靠的海洋仿真模型,及对南海环流背景上的复杂物理过程的认知,科学界对南海的三维水体运动仍然非常模糊,甚至存在误解。

最近,科大海洋科学系讲座教授甘剑平的团队透过观测、模拟及利用地球流体动力学理论证明了南海在表层、中层和底层分别存在的流动方向为逆时针、顺时针,和顺时针方向的三层交替旋转环流。研究也发现南海的三层旋转环流是由「热点」的陡峭海盆陆坡处的陆坡流组成,并非在整个海域均存在组织有序的运动结构。而陆坡流则受到季候风、黑潮入侵和独特地形约束的共同作用,并被多尺度海洋环流过程不断改变和调节。研究首次论述了南海环流的三维结构和物理机制,厘清了科学界一直以来对南海水体运动的误解。基于此,甘教授团队于早前建立了受观测和理论验证和约束的南海海洋环流和生物地质化学影像化WavyOcean模拟平台。甘教授说:「由于目前未能刻画边缘海环流的动力『热点』,几乎所有全球模式在同样的时空分辨率下,都无法准确模拟出南海的三层运动流结构及其相关物理过程。因此,有别于大洋环流,我们对受海底地形、海峡交换流、多尺度环流动力过程等多重强迫的全球边缘海环流的认知和模拟比想象中更具挑战。」

甘教授补充:「海洋观测对海洋研究必不可少,但海上现场观测的强时空局限性对认知海洋环流结构,特别对开展环流动力的理论分析来说是非常困难的。越来越多的海洋研究和发现需要依靠日臻发展的、且受观测和地球流体动力理论严格验证的数据仿真系统。海洋数据仿真试验或仿真『观测』对海洋研究同样必不可少。」。甘教授作为计算地球流体动力学的专家,认为模拟的过程不是输入输出的代码游戏,而是建造一个基于科学的、「精致」的数据实验和观测的过程。除了模拟和预报真实海洋,海洋模拟更是认知海洋过程和现象,辅助探索未知规律的重要科学工具。

是项研究是甘教授团队联合澳门大学和南方科技大学研究人员一同努力的成果,研究结果最近已在《自然-通讯》里发表。研究由港澳海洋研究中心,香港研资局和国家自然科学基金会共同资助。港澳海洋研究中心由青岛国家科学与技术实验室和香港科技大学共同建立。

研究与创新 |
科大研究人员在前所未有的深度实现了小鼠大脑皮层近无创活体成像

(文章转载自EurekAlert!,原刊於2022年6月13日)

 

香港科技大学(科大)的一个研究小组首次实现穿过完整的小鼠头骨在脑膜下方750微米这一前所未有的深度,对小鼠大脑皮层内的微小神经结构進行活体成像。这一研究能够以接近无创的方式在大脑皮层中进行高分辨成像,将进一步促进大脑科学的研究。

对活体大脑中神经元、神经胶质细胞和微血管系统進行直接而非侵入式成像对于增强我们对大脑功能的理解至关重要。近几十年来,人们一直致力于开发用于完整大脑活体成像的新技术。然而,超声成像(超声)、正电子发射断层扫描(PET)和磁共振成像(MRI)等等現行技术都无法提供足够的空间分辨率来对亚细胞水平的生物结构进行可视化。

虽然三光子显微技术(3PM)等光学显微技术可以对活体样本的结构和功能信息进行高时空分辨率显微成像,然而,当光穿过不均匀的生物组织并与其相互作用时,就会产生光学像差和散射,这从根本上限制了光学显微镜在分辨率和成像深度上的性能。

要矫正像差并恢复光学显微镜在活体成像时的分辨率,自适应光学(AO)有希望成为一种解决方案,但它并非没有缺点:当成像深度增加时,用于传统波前传感的导星信号会迅速消失。

在电子与计算机工程系教授瞿佳男教授和生命科学系首席教授叶玉如教授的共同领导下,科大的研究团队最近开发了一种结合了3PM和两种AO技术的显微镜,实现了对组织深处中低阶和高阶像差的快速测量和校正。

该系统利用了两种 AO 技术:基于相敏感方法直接测量焦点电场分布技术和遥距调焦共轭自适应光学技术(CAO)。通过对导星信号进行编码再解码,该方法实现了对像差的快速AO测量和校正。这一方法能够准确测量激光在组织中带像差的电场点扩散函数,同时快速校正大脑中大成像体积内的像差。

该团队使用 1300 納米的激发波长验证了 AO-3PM 系统的成像性能,实现了穿过完整的头骨在活体小鼠和体外试剂上成像。结果表明,AO-3PM 实现了高空间分辨率,在大脑深处显著提升了荧光信号,并在软脑膜下方高达 750 微米的深度对小鼠大脑皮质进行了高分辨率的结构和功能成像。

此外,通过使用孔径 AO-3PM,该团队实现了对开颅手术后的大脑内软脑膜下方高达 1.1 毫米深处的亚皮层结构的高分辨率成像。利用他们独特的 AO 技术提供的小焦点,该研究小组进一步展示了AO-3PM 引导精确激光手术的能力,以及穿过完整小鼠头骨研究大脑皮质中小胶质细胞在手术后的变化的潜力。

“利用电子技术和光学技术的交叉为实验生物学提供一种新工具,这绝对是一件有趣的事情,”瞿教授说。 “总的来说,我们的研究结果表明,AO-3PM 技术在促进活体成像技术和活体大脑研究方面具有巨大潜力。”

 “这种先进的 AO-3PM 系统能够实现的效果确实令人惊叹,” 叶教授解释道。“这种在最佳的生理条件下对大脑深处成像的先进技术的高性能和无与伦比的准确性将大大拓宽我们对活脑的理解。”

研究结果最近发表在《Nature Biotechnology》上。

社区参与及可持续发展 |
旧书的第二人生

10来,漂书活动于全球开枝散叶,但在香港始终未成气候。 有见及此,一群科大校友设计了一个应用程式,希望推动二手书广泛流通,建立本地阅读文化。

传统的漂书模式难以持续,我们堆积了很多书都送不出去。

早在2020年,张善行Danny)(2002年化学学士)和 范兆邦Damon)(2003年工商管理学士 在荃湾成立了漂书会,为爱书之人提供旧书分享平台,但反应平平。 两人直言:「大家都很踊跃捐书,赠书数以千计,但取书的数目只有寥寥几百。我们只有一个取书地点,很难有效地把书本送出。简单来说,就是收书太多,取书途径太少,这种运作模式难以持续!」  

全自动漂书柜

为了加快书本流通,两人创办了「一沓纸」智能漂书柜,将传统的漂书过程数码化,并把这项活动发展为可持续的社会企业。

Danny 说:「我联络了一位从事软件业的科大校友,帮忙编写一个网络应用程式,让捐赠者及用户网上登记和阅览书本资料。有了这个程式,再配合特别改造的漂书机,便成为现时的智能漂书柜。」

使用者须事先在网络程式登记,才可捐赠或预留书籍。 只须用手机扫瞄书背的 ISBN 国际标准书号,捐书者就可以快速上载书本资料。 网页会显示所有书籍供使用者拣选心仪的书本和预约领取。完成预订程序后,使用者会获发二维码,到漂书柜扫描一下便能取书。

Damon说:「假如48小时内没人来领取,书本便会重新加入可供预约的名单,提升流通速度。」 漂书柜还设有紫外线快速消毒,配合注重卫生的爱书之人。

扩展良机

凭着这项创新的智能漂书服务,一沓纸成为2022年「陈登社会创业奖得主之一。 这个由科大新设的奖项,旨在鼓励大学成员将创新商业意念转化为可持续的社会企业,获奖的六支团队初创均获发创业资金。

智能漂书机的赠书和取书量已超过五千本,书本流通迅速。

万事俱备下, Danny联络了当时刚活化重开的中环街市,对方迅即回复,表示有兴趣摆放漂书柜。

Danny「团队十分兴奋,本地首部智能漂书柜能登陆在港岛这个黄金地点!自从今年二月启用以来,漂书柜的书格经常爆满,书本流通迅速。启用三个多月以来,赠书和取书量已超过5,000本,除了吸引传媒访问,我们还收到来自地产发展商、学校、商场和政府部门的查询。」

出手得卢后,一沓纸团队继续积极推广智能漂书柜,近月已经成功登陆荃湾一个屋苑、天水围的一间小学,以及科大The Base,另外还有多个地点在洽谈当中。

另一团队成员李倩欣 Jessie 指出:「智能漂书柜除了有效实践ESG目标 (环境、社会及管治),也是STEM 教育和应用的范例。」 Jessie2002年科大化学系毕业生,现时从事STEM教育:「我们在学校举办STEM讲座和 为同学策划编程课堂,漂书柜正是教授物联网(IoT)的绝佳例子。」

目前,已有一家小学向团队购入漂书机;老师并协助学生一同编写适合学校应用的漂书程式。

由于漂书服务免费让公众使用,一沓纸要持续营运,便需要开拓收入来源。 团队期望向学校提供编程课堂和出售漂书柜编程工具包能成为收入来源,支持营运。

实践绿色生活

一沓纸现有5,000名会员,团队预期随着漂书点逐步扩展,会员人数会增至超过 50,000人。

Danny说团队下一步就是争取足够资金扩充业务,在全港增加漂书地点,发挥智能漂书的最大潜能。

「重视ESG的企业越来越多。 我们提出的漂书概念,本来就富有'绿色'元素。 看见查询数量持续上升,大家也十分雀跃,亦深信像我们这类推广环保生活和阅读的社企,在香港大有可为。」

一沓纸也帮我找到我的第二人生。

对于Damon而言,一沓纸的意义远高于让旧书重生。 「我从事保险业多年,建立了一定的事业,现在心里最渴望能为社会出一分力。 我最近读了一本书叫作《翻转第二人生》,我觉得一沓纸正好帮我找到第二人生,就是跟团队一起推广阅读文化和环保! 如果同学有兴趣加入一沓纸,欢迎随时联络我们。」

Jessie总结说:「一沓纸团队汇聚了不同年代、院系和专业的科大人,参与的同学和校友都深信这个项目看似简单,却能为香港市民提供阅读和分享书本的平台,在平凡中显出非凡意义。」

 

研究与创新 |
科大积极推动神经退行性疾病早期诊断及基因治疗研究

香港神经退行性疾病中心(Hong Kong Center for Neurodegenerative Diseases,简称HKCeND)由香港科技大学(科大)成立,其研究团队在阿尔兹海默症(AD)的早期诊断和治疗方面取得了重大突破,有望为疾病管理带来变革。团队已建立了先进的生物标志物开发平台,识别出新型的血液生物标志物,并设计了一套创新的人工智能AD评分系统,可用于预测罹患AD的风险,早期诊断以及划分患病的阶段。团队还成功研发新型基因治疗策略,有助治疗阿尔兹海默症。

HKCeND于2020年成立,获香港特区政府的InnoHK 创新香港研发平台提供5亿港元起始资金支持,致力推动神经退化性疾病研究及科研成果转化,以发展成为世界领先的科研中心。HKCeND的跨学科研究团队,由来自科大、伦敦大学学院及史丹福大学医学院的国际知名科学家组成,正合作展开一系列前沿研究,包括研发新型生物标志物、识别治疗靶点和系统因素,以及推动神经退化性疾病诊疗方法的发展。

AD是一种严重的神经退行性疾病,也是最常见的认知障碍症,至今仍未有有效的治疗方法。这种不治之症正影响全球超过五千万人口。目前,AD的诊断和治疗面临巨大挑战。患者常在病情进入晚期、出现记忆丧失等症状时,方获确诊。事实上,患者在病征出现前至少10-20年已经患上了AD。因此,早期诊断至关重要。当患者出现轻度或早期认知障碍时,及早发现有助他们及时进行健康管理和干预,改善治疗效果。研究发现,生物标志物对于阿尔兹海默症早期诊断具有重要作用。

HKCeND研究团队在生物标志物研究领域具备超卓实力。他们目前已完成了全球首个针对中国人群AD全基因组测序研究,并建立起首个全面的中国人群AD患者基因数据库,同时发现了AD相关的遗传风险因子。这些成果推动HKCeND设立了创新而可靠的生物标志物开发平台。此外,研究团队在中国AD患者基因研究的基础上,进一步利用人工智能技术,开发出首个基于深度学习的多基因评分系统,用以预测罹患AD的风险。

研究团队还成功识别出血液蛋白生物标志物,并构建了特定的生物标志物组合,只需一滴血,即可筛查出AD患者,以及评估其病情发展阶段。这项技术可开发成为临床工具,用于AD的早期诊断和分期。基于其临床价值,团队正探讨与业界建立战略合作关系,促进研发成果商品化。这些成就进一步提升HKCeND作为卓越生物标志物研究中心的地位,并为精准诊断的发展打下了坚实基础。

此外,HKCeND研究团队还致力研发新的阿尔茨海默症治疗策略,尤其是基因疗法。一直以来,由于缺乏可以跨越血脑屏障的非侵入性、高效的运送工具,基因治疗被认为不具备治疗脑部疾病的潜力。 团队近期开发出全新的运送工具,不仅可以跨越血脑屏障,还可以通过单次、无创的静脉注射,将优化的基因编辑工具运送到整个大脑,实现高效的全脑基因编辑。藉助这项技术,团队有效破坏AD转基因小鼠模型中的AD 基因突变,并在全脑范围改善AD的病理症状。这项工作是新型AD治疗策略发展一个重要的里程碑。      

香港神经退行性疾病中心主任兼科大晨兴生命科学教授叶玉如表示:「我们与来自世界各地的院校携手合作,吸引有关领域的顶尖科学家在港进行开创性的研究工作。InnoHK计划为HKCeND提供重要的平台,有效促进跨学科、跨院校的合作,进一步推动对阿尔兹海默症早期检测及治疗的认知。」

作为神经科学领域的国际权威科学家,叶教授补充道:「我们有信心,中心将在推动神经退行性疾病研究方面发挥主导作用,致力培养人才,开展世界一流研究,推动精准诊断及医疗的发展,裨益全球社群。」

中心的研究工作由顶尖科学家带领,汇聚了60多位来自世界各地的研究人员。中心将不断扩大团队规模,正进行招募研究人员,致力培育新一代创科人才。

研究与创新 |
HKUST-led research reveals a novel molecular mechanism that regulates secretion of sonic hedgehog, shedding light on cancer treatments

(This article was originally published on EurekAlert! on May 7, 2022)

 

A research led by Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) has revealed a novel mechanism that regulates secretion of sonic hedgehog (Shh), a key signaling molecular that plays an important role in cancer progression, in mammals, opening the door to novel therapeutic strategies for cancer induced by the hedgehog signaling pathway.

The hedgehog (Hh) signaling pathway is instrumental in regulating embryonic patterning and facilitating the development of the central nervous system and organs of the human body.  Such a pathway transmitting information between cells is initiated by the Hh ligands, which are first secreted from the producing cells and then bound with specific receptors on target cells to induce Hh signaling (Fig. 1).

Hh signaling is a major target for cancer therapy because this pathway, when hijacked by cancer cells, can promote cancer progression.  However, all of the current Hh antagonists function to inhibit the activity of major factors mediating Hh signaling in target cells, but do not effectively block cancer progression that is promoted by the secreted Hh ligands.

Now, an international research team led by Prof. GUO Yusong, Associate Professor of Division of Life Science at HKUST, has revealed the mechanism governing the secretion of sonic hedgehog, a key member of Hh ligands in mammals, from the producing cells, offering new insights into inhibiting its secretion and shutting down Hh signaling pathway when it is hijacked by cancer cells, thereby hindering cancer progression.

In the conventional secretory transport pathway, newly synthesized secretory proteins are firstly translocated into the endoplasmic reticulum (ER), where they are folded and modified.  These proteins are then packaged into transport vesicles to be delivered to the Golgi apparatus to receive further modifications.  Subsequently, they are enriched in transport vesicles at the trans Golgi network (TGN) and delivered to the plasma membrane to be secreted to the extracellular environment (Fig. 1).

To study the secretion of Shh, Prof. Guo’s team used a Retention Using Selective Hooks (RUSH) transport assay to analyze the secretion of sonic hedgehog in a synchronized manner (Video 1).  Using this approach and other classical cellular and molecular biology approaches, the researchers elucidated that the secretion of Shh is regulated by the following steps:

  1. Cargo receptor SURF4 packages Shh into COPII vesicles by directly binding to the CW motif of Shh at the ER (Fig. 2, step 1).
  2. Upon reaching the Golgi, proteoglycans (PGs) compete with SURF4 to bind Shh and promote the dissociation of SURF4 and Shh (Fig. 2, step 2).
  3. The released SURF4 returns to the ER through COPI vesicles (Fig. 2, step 3).
  4. PGs promote TGN-to-cell surface transport of Shh (Fig. 2, step 4).


The research findings not only reveal a novel SURF4-to-proteoglycan relay mechanism that regulates the secretion of Shh, but also indicate that blocking the SURF4-Shh interaction is an effective way to inhibit Shh secretion.

Prof. Guo said, “This presents the possibility of developing novel therapeutic strategies to block cancer progression, especially ligand-dependent cancer progression, induced by Hh signaling pathway.”

The results were recently published in Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), with an US provisional patent already submitted by the research team for consideration.

Prof. Guo is the corresponding author of the paper, while Prof. Elizabeth A. MILLER from MRC Laboratory of Molecular Biology, Prof. YAO Shuhuai and Prof. HUANG Jinqing from HKUST, Prof. ZHANG Liang from City University of Hong Kong, and Prof. HU Junjie from Chinese Academy of Sciences also participated in this study. Dr. TANG Xiao from HKUST is the first author of this study.

研究与创新 |
HKUST researchers reveal RNA elements that enhance the cleavage of pre-miRNAs/shRNAs by DICER

(This article was originally published on EurekAlert! on April 19, 2022)

 

A research team led by scientists from the Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) has revealed how secondary structure RNA elements control the cleavage activity of the DICER enzyme in both pre-miRNA and short-hairpin RNAs, improving the understanding of the DICER cleavage mechanism and providing a foundation for the design of accurate and efficient short-hairpin RNAs for gene-silencing.

In humans, microRNAs (miRNAs) govern multiple biological processes and play essential roles in various cellular functions.  These small RNAs regulate the level of messenger RNAs (mRNAs) used to make proteins.  The dysfunction in mRNA regulation caused by an anomaly in miRNA sequences or expressions is linked with various human diseases, including cancers and neurodegenerative and infectious diseases, making it a useful biomarker for disease diagnosis, prognosis, and drugs for treatments in the biomedical aspect.

The accuracy of miRNA sequences and expression is mainly determined by miRNA biogenesis, a process which involves DICER cleaving miRNA precursors (pre-miRNAs) to generate miRNAs.  Therefore, DICER cleavage controls miRNA expression and sequences, and thus its cleavage impacts miRNA functions.  In addition, the cleavage of DICER has been exploited in a widely-used shRNA (i.e., short-hairpin RNAs) gene silencing technology.  DICER plays a critical part in this technology by cleaving shRNAs into siRNAs, subsequently silencing targeted mRNAs.  shRNAs have been widely used in biological research and have also found their way into biomedical therapies.

In a paper published in Nature Communications on April 19, 2022, the research team, led by Prof. Tuan Anh NGUYEN, Assistant Professor in the Division of Life Science at HKUST, discovered the constructive role of a secondary RNA element called 22-bulge in the cleavage activity of DICER on shRNAs and human pre-miRNAs.

By designing innovative artificial substrate models called two-loop shRNAs, the team were able to conduct high-throughput cleavage assays with more than 20,000 shRNAs containing different sequences and re-construct uncleaved shRNA sequences from the cleaved products.  Using next-generation sequencing and computational analysis, they successfully monitored the activity of DICER cleavage for 20,000 different shRNAs at the same time and comprehensively identified various stem-loop junction structures that control the different cleavage features of DICER, including cleavage sites, double cleavages, single cleavages, and cleavage efficiency.

“Excitingly, among many secondary RNA elements we found in this study, we identified a single-nucleotide element, called 22-bulges, that exhibits the highest cleavage accuracy and efficiency of DICER on shRNAs and pre-miRNAs,” said Prof. Nguyen.  “Therefore, 22-bulges facilitate shRNAs' knock-down (KD) efficiency, allowing us to design a more effective shRNAs used in gene silencing technology.  In addition, 22-bulges are also found in many pre-miRNAs and are critical for proper miRNA production in human cells.”

“Our work allows us to understand the molecular mechanism of DICER cleavage and explain the functions of the secondary structure RNA elements in pre-miRNAs/shRNAs in controlling miRNA biogenesis and KD activity of shRNAs,” another co-first author and Prof. Nguyen’s student Trung Duc NGUYEN explained.  “In an application perspective, our findings provide an alternative approach to improve the current shRNA design for gene-silencing technology with higher KD efficiency and less off-target effect.”

学生发展及生活 |
精英运动员的未圆之梦

苏慧音和周晓柔同是香港体坛之星,前者于2020东京奥运乒乓球女子团体赛为香港取得首枚铜牌;后者是2019亚洲公开花样滑冰锦标赛铜牌得主。两人的生活一直离不开密集式训练和国际赛事,在披星戴月的运动员生涯里,她们都希望把自己失落的一角找回来。 
 
失落了的校园生活

苏慧音说:「这10年来,我一直挂念上学的日子。我在中三转为全职运动员,最初以为几年后便可回归校园,岂料每天都给比赛和训练填满了。我很怀念上课的日子和校园生活,有时甚至做梦看见自己在上课,醒来后感到很失落。 」

身为精英运动员,慧音近10年来一直参与最高水平的乒乓球赛事,23岁的她开始觉得要趁年轻为未来打算。 

「几个月前开始,我的手部神经损伤逐渐影响训练,进行重复动作时,惯用手会感到痛楚和肌肉抽搐,令我不得不休息养 伤。期间我会阅读、思考和考虑未来的路向,包括重拾学业的可能,伤患的确加速了我重返校园的决定。 于是,我申请入读科大,一来是因为科大声誉卓越,二来我姊姊也是科大毕业生!」 

慧音透过科大「学生运动员入学计划」(SAAS)获理学院录取,将于2022/23学年开展大学生活,多年梦想终于成真。为了加强支持本地体育精英,为他们提供更具弹性的入学安排,科大进一步  加强SAAS,而慧音正是首位 主要按体育成就获录取的本地学生运动员   。 

署理学务长周敬流教授说:「香港运动员缺乏在体育以外开拓第二事业的途径,因此科大积极为他们提供适切的支援和指导。只要运动员对学业抱有热诚和有足够的投入度,我们定必帮助他们追寻志趣、实现梦想。科大一向广纳人才,欢迎具备不同才华的学生。」 

揭开人生新一章

同属体坛年轻精英的周晓柔,也一直为退役后的去向感到迷茫。 

晓柔说:「年仅17岁的安娜. 舒卓芭高娃,已是世界花样滑冰冠军兼2022年冬季奥运金牌得主。我若要挑战自己更上层楼,必须把握这一两年的时间;同时我也希望为未来铺路,一边比赛一边上大学,就是最理想的安排!」

晓柔去年透过大学联招,成功入读科大工学院,现为工程系一年级生。 

她续说:「工学院在选课和时间编排方面给了我很多建议,我的课堂都在两天内完成,方便我利用其余时间去训练。」   

对于通过 SAAS 以外途径入学的运动员学生,科大同样积极提供支援。    

本科招生及入学事务处处长刘梦琳教授表示,校方会因应每位学生运动员的不同需要,尽可能提供个人化的协助。

刘教授说:「我们有专员联络学生运动员和教练,按照他们的个别需要尽量提供协助,例如编排可配合训练日程的上课时间表,给予课程规划的建议,甚至个人的学业指导和辅导服务,让学生运动员代表香港出战国际赛事时无后顾之忧。」

如有需要,校方也会安排考试改期举行及延长修业期限。另外,学生运动员若附合条件,亦有机会获得最多每年港币 $42,100的全额学费奖学金和 $55,000的生活津贴。尽管学生运动员获得不少支持,但跟其他学生一样,成绩必须达标才可取得学位。

有心不怕迟

晓柔说:「大学容许延长修业期限,的确令我大大松一口气!有人说,只要离开滑冰场超过三天,滑冰技巧就要生疏了,我不希望这样,但也不愿意放弃日后研习工程学的机会。」 

同样,慧音也非常渴望证明自己在学业上的实力,正如她在球场上创出佳绩。 

慧音说:「我仍然有很多力量有待开发,期望在伤愈后作出调整,再回乒乓球场全力拼搏。与此同时,读大学绝不是轻率的决定,我会努力当好一个科大生,达到学校的要求,我想在学业上取得佳绩。」 

谈到喜爱的学科,慧音说希望研习物理:「物理学是一门挑战思考的学科。我读过许多有关物理学的书,对我提升乒乓球技术很有帮助,例如预测乒乓球路径。对我来说,知识就是滋养心灵、启迪思考的良药。」

周敬流教授从两人身上看到了无比的决心,还有科大一直推崇的「凡事皆可为」精神。

他说:「好奇心是在大学求学的最大动力,我们希望学生运动员能两者兼顾,校方会一直与他们并肩前行,共同争取佳绩!」

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科大推出首个在线海洋环境影像化平台 促进海洋科研与保护

香港科技大学(科大)今天推出首个互动海洋环境影像化平台WavyOcean,覆盖包括粤港澳大湾区海域,整个中国海1、以及西太平洋水域。平台将促进海洋研究工作,并为包括明日大屿等重要政策提供宝贵的数据,以使政策制订者能于海洋保育和社会发展之间取得平衡。

WavyOcean平台利用最先进的海洋数值仿真技术,不但以影像化形式呈现上述海域的变化过程,并提供如三维海洋环流、温度、盐度、硝氮浓度、叶绿素、溶解氧等物理和生物地质化学变化的环境数据,以及风力、温度和压力等气象数据供下载。集合这些前所未有的全面数据,这个一站式的平台将为未来的海洋水动力、灾害、污染、生态系统和气候变化研究提供有力的基础。

领导研究的科大海洋科学系和数学系讲座教授甘剑平教授说:「由于在海洋现场收集数据在实际操作上非常困难,而且在空间和时间上受到很大限制,因此在海洋科学研究中,观测数据是非常稀缺的。因此,我们发展了中国海多尺度海洋仿真系统(CMOMS)及现在的WavyOcean以在时间和空间上覆盖整个中国海。WavyOcean不但提供区内海洋环流和生态系统的耦合数据,亦以影像化和互动方式呈现海洋能量和物质传输、生物地球化学属性和生态系统的三维时空变化。平台将为研究、海洋管理和公众提供了一个创新的平台。」

WavyOcean 平台的成立是基于甘教授与其跨学科团队十多年的扎实研究基础,亦受惠于天津和广州国家的超级计算机应用中心。除此之外,平台亦获得由科大和青岛海洋科学与技术国家实验室自2019年连手成立的港澳海洋研究中心 (CORE) ,以及香港大学教育资助委员会的主题研究计划赞助研究项目 Ocean-HK 自2017年起的全力支持发展而成。

甘教授表示:「随着 WavyOcean 的持续完善,政策制定者和科学家将能更好地研究和部署海洋资源,减轻气候变化的影响,以及如『明日大屿』等新政策有可能为海洋生态系统所带来的潜在影响。同时,我们也希望海洋信息对于公众也是触手可及,令大家能更了解海洋,提高海洋保育意识。」

WavyOcean可于网站或于手机使用 WavyOcean 应用程序查看。

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1南海、东海、黄海及渤海

研究与创新 |
HKUST and UChicago researchers find new ways of leveraging topological defects in liquid crystals to make “computer”

(This article was originally published on EurekAlert! on March 2, 2022)

 

Researchers at the Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) and the University of Chicago (UChicago) have shown for the first time how to design the basic elements needed for logic operations using a kind of soft material called liquid crystal, paving the way for a completely novel way of performing computations with potential applications in robotics.

“We showed that you can create the elementary building blocks of a circuit—gates, amplifiers, and conductors—with liquid crystals, which means you should be able to assemble them into arrangements capable of performing more complex operations,” said Juan DE PABLO, the Liew Family Professor in Molecular Engineering at Pritzker School for Molecular Engineering, UChicago, senior scientist at Argonne National Laboratory, and the senior corresponding author on the paper.  “It’s not often that you are able to see a new way to do computing and it’s a really exciting step for the field of active materials.”

The research aimed to take a closer look at the molecular order in liquid crystals, a soft material that is commonly used in making LCD TVs and laptop screens.  The molecules in a liquid crystal tend to be elongated, and when packed together they adopt an orderly structure that can also shift around as a liquid does.

One consequence of this odd molecular order is that there are spots in all liquid crystals where the ordered regions bump up against each other and their orientations don’t quite match, creating what scientists call “topological defects.”

Scientists are intrigued by these defects, wondering if they could be used to carry information – similar to the functions that electrons serve in the circuits of our laptop or phone.  But it’s proved very difficult to control their behavior.  “Normally, if you look through a microscope at an experiment with an active liquid crystal, you would see complete chaos—defects shifting around all over the place,” said Prof. de Pablo.

But last year, an effort from Prof. de Pablo’s lab headed by Prof. ZHANG Rui, an assistant professor at Department of Physics, HKUST, then a postdoctoral scholar at the Pritzker School of Molecular Engineering, in collaboration with Prof. Margaret GARDEL’s lab from UChicago and Prof. Zev BRYANT’s lab from Stanford, figured out a set of techniques to control these topological defects.

They showed that if they controlled where they put energy into the liquid crystal by shining a light only on specific areas, they could guide the defects to move in specific directions.  In a subsequent new paper, they took it a logical step further and determined that it should be theoretically possible to use these techniques to make a liquid crystal perform operations like a computer.

The results were published in Science Advances on February 23, 2022.

“These topological defects have many of the characteristics of electrons in a circuit—we can move them long distances, amplify them, and shut or open their transport as in a transistor gate, which means we could use them for relatively sophisticated operations,” added Prof. Zhang.

While the results are not likely to become transistors or computers right away, the technique could point the way towards devices with new functions in sensing, computing, and robotics, especially in the field of soft robotics.  Using active liquid crystals, the team said it might be possible to create soft robots that can do some of their own “thinking”.

They can also imagine using topological defects to ferry small amounts of liquid or other materials from place to place inside tiny devices.  “For example, perhaps one could perform functions inside a synthetic cell,” said Prof. Zhang.  It’s possible that nature already uses similar mechanisms to transmit information or perform behaviors inside cells, he said.

The research team, which also includes co-author and UChicago postdoctoral researcher Ali MOZAFFARI, is working with collaborators to carry out experiments to confirm the theoretical findings.

This work used resources of the University of Chicago Materials Research Science and Engineering Center.

学生发展及生活 |
科大加强精英学生运动员入学计划 取录奥运奖牌得主苏慧音

继大学教育资助委员会(教资会)上周推出为精英运动员而设的新入学计划后,香港科技大学(科大)取录了奥运乒乓球奖牌得主苏慧音,她将于新学年(2022/23)入读理学院。

2020东京奥运会乒乓球女子团体赛铜牌得主苏慧音是自教资会新推出「学生运动员学习支持及入学计划」(SALSA)以来,首位主要按体育表现获科大取录的优秀运动员学生。

为鼓励学生培养包括体育等学术以外的兴趣,科大早于三年前推出「学生运动员入学计划」(SAAS),向学生运动员提供特别入学安排、奖学金、生活津贴、弹性学业安排以及其他相关支持,目前约有15位精英运动员在科大就读。为支持教资会新推出的 SALSA计划,大学进一步加强SAAS,为本地优秀运动员申请者提供更多具弹性的入学和支持安排。

除了SAAS顾问委员会,科大将聘请额外学术导师,向入读科大的精英运动员学生提供更多更灵活和个人化的学业支持,包括延长学习时间、调整学业负担、考试改期、豁免课堂出席率要求等。他们亦可获每年港币 42,100元的全额学费奖学金以及55,000元生活津贴、辅导服务,以及为运动员参与比赛和提供预防受伤与治疗伤员训练提供等资助。

即将于九月开展大学生活的苏慧音对此感到既紧张又兴奋,她表示:「现在距离我最后一次在校上课已有大概十年的时间。我在本应上学的年纪选择成为一位全职运动员,是因为每位运动员都有其黄金时间,而我希望把我的潜能充分发挥出来。这是一个精彩而收获丰盛的旅程,而我准备继续在我人生的第二章节,燃烧这份热情。」

慧音将修读学院制的理学课程。她指自己对物理科感兴趣,并立志他日从事科研或教育工作。

本科招生及入学事务处处长刘梦琳教授指大学很高兴能把如慧音般既有热诚又出色的学生,带到科大这个多元的大家庭。她表示:「尽管训练过程紧凑而艰辛,慧音从没有放弃过她的学习,她更克服伤员带来的痛楚,取得胜利。我衷心欣赏这种坚韧的个性,并从她身上看到科大凡事皆可为的精神。大学会为这些才华横溢的年轻运动员提供全面和支持充足的学习环境,让他们能在追求学业的同时,继续为本港争光。」

为了让更多本地运动员把握于 2022/23学年入学之机会,科大现已重启「学生运动员入学计划」予非联招申请者。不论经联招或非联招途径申请的运动员,其截止日期均为3月31日。详情请浏覧计划网站。 

教与学 |
育才传薪的数学家

时光回到1996年,梁承裕获当时成立只有数载的科大数学系取录成为一年级新生,正等待发掘自己的志向。

「我还清楚记得第一天踏足科大,校园人头湧湧的情景仍然历历在目,兴奋之馀又有点儿不知所措。大学生活到底是怎样?毕业後我会做甚麽?一切了无头绪,唯一确定的是我热爱应用数学。」由科大「新鲜人」到今天成为数学系教授及理学院副院长,梁教授语带兴奋地回想在科大的青葱岁月。

他在科大度过了三年充实多彩的本科生生活後,进而完成两年的哲学硕士课程。毕业前夕,梁承裕与其他同学一样,寄出多封求职信申请教师职位,焦急地等待回音。

「那时候,我们都以为数学毕业生的出路就是当中学教师,有稳定的职业,过著安稳的生活。但我等了又等,却一直未有收到聘书。」梁教授说。

塞翁失马,焉知非福,时任数学系系主任郑绍远教授留意到梁承裕的才华及潜力,便力劝这位应届毕业生重新考虑自己的将来,趁年轻把握机会,去美国继续深造。

「郑教授坚持不懈,多番建议我去美国攻读博士学位。」梁教授笑说。「那时候,海外交流并不普遍,我便想,反正我在科大从未到过海外见识,去美国读书就当是一趟迟来的交流之旅。」

世有伯乐,然後有千里马。梁教授2001年负笈美国,投入於新的研究环境,他对数学的热情有增无减,最终学有所成。八年间,他除了在加州大学洛杉矶分校 (UCLA) 取得数学博士学位,亦在加州大学尔湾分校进行了三年博士後研究。他曾以为自己永远不会离开美国了。

「博士後研究结束後,我在美国四处寻找大学教职,此时郑教授又再联络我,问我有没有兴趣回科大执教鞭。」梁教授说。「毕竟我在加州生活差不多十年,担心自己能否重新适应香港的生活。但拒绝母校的邀请实在说不过去,於是我回来了。」

传授数学以外的知识

自2009年回到母校後,梁教授不断寻找新挑战,在教学和研究以外,还肩负学生辅导和课程设计等重任。在创新的同时,梁教授亦保留传统教学的优势,目的是让学生打好基础。他的课堂没有美轮美奂的简报,白板和笔记就是教授数学的最佳工具。

「我的教学方法看似古板老套,但对学生来说是非常有效的学习方式。」梁教授笑道。「上课拉开白板、解决数学问题、做作业、考中期试,再考大考,去芜存菁,重複循环。唯有如此,学生才能充分领略课堂所学。数学重视基础,打好根基後,才能拾级而上学习更深奥的知识。」

本地大学在2009年由三年改为四年制,要求本科生修读不同副修科和跨学科课堂以增广见识。转变虽大,但梁教授欣然接受这项新挑战。

他说:「目前,我们在学生的初期学习阶段已著手训练他们的主动性和自主学习能力。举个例子,科大的本科生研究计划(UROP)要求本科生自行进行研究,对我那一代的学生而言也许是一大挑战,但这一代的学生不单止有拼劲,他们的研究结果也经常让我大开眼界。学生修读不同学科既可以扩阔知识界限,也可以激发求知慾,主动寻找答案。」

科大在2005年推行UROP,旨在令本科生能更早参与和体验研究工作,发掘他们从事研究的兴趣。

「自从我成为UROP的导师後,亲睹不少经我指导的傑出学生胜任不同领域,令人欣喜。」梁教授说。「我指导的首位研究生现在成为浸会大学的助理教授,他在UROP和硕士课程时已经锋芒毕露,之後更获得裘槎基金奖学金前往牛津大学攻读博士。」

千里马成为伯乐

时代变迁,投身学术界已不再是数学毕业生的唯一出路。能为社会培育楝樑,让他们在不同範畴发光发亮,是梁教授职业生涯中的最有意义的部分。「学生毕业後在大学觅得教席固然令我感到欣慰,但我更乐见很多毕业生在不同领域一展所长,如资讯科技、商界、金融甚至初创等。」

梁教授续说:「我们最近也邀请了一些在投资银行及加密货币行业有所成就的博士毕业生回校,与後辈分享经验。我们当然没有教过他们投资之道,事实上,他们受过应用数学的严格锻鍊,累积到的技巧例如数字演绎、决策和演算法等可用於不同行业,因此,越来越多僱主发现具有稳健数学基础的毕业生,能迅速适应不同的工作环境和职责。」

近年,梁教授积极参与行政工作,包括招生和筹办恒隆数学奖,让他有机会接触不同种类的任务,同时又忙得不亦乐乎。

「我现在辅导六名研究生,当中四人是硕士生,二人是博士生,是我回来科大之後数目最多的一届。多年的教学经验令我明白,我的工作除了传授知识,也要从学生的角度出发,帮助他们理解及掌握课堂知识。」

为提升年轻人对STEM教育的兴趣,以及分享他对数学及科学的热忱和体验,梁教授开始了自己的博客YouTube频道,透过年轻人常用的渠道与他们沟通和交流。教学,早已不再局限在传统课室之中。

「我年少时曾误以为自己的前途选择无几。」梁教授说 。「现在我想所有人明白,海阔天空,理想无限,读甚麽科目也如是。努力耕耘,期待收穫,丰盛之路,就在前面。」

研究与创新 |
HKUST scientists reveal the mechanism of skeletal muscle stem cell activation in muscle regeneration

(This article was originally published on EurekAlert! on February 24, 2022)

 

A research team led by LIFS Assoc. Prof. Tom CHEUNG has discovered the constructive role of a protein in driving the skeletal muscle stem cell activation to repair muscle following damage, laying the foundation for further study in the mechanisms of stem cell quiescence-to-activation transition and stem cell-based muscle regeneration.

Skeletal muscle stem cells, or satellite cells (SCs), are indispensable for repairing damaged muscle and are key targets for treating muscle diseases. In healthy uninjured muscle, these reserve stem cells lie in quiescence, a dormant state, to maintain the resident stem cell pool for future muscle repair. When muscle damage occurs, these quiescent muscle stem cells will quickly “wake up”, generating enough muscle progenitor cells to build new muscle.

Despite being a critical step in muscle regeneration, the muscle stem cell quiescence-to-activation transition remains an elusive process, and scientists’ understanding of its mechanism and the true quiescent SC proteomics signature – the information about the entire set of proteins – has been limited.

Recently, using a whole mouse perfusion technique developed in its own laboratory to obtain the true quiescent SCs for low-input mass spectrometry analysis, a team of scientists at the HKUST revealed that a regulating protein called CPEB1 is instrumental in reprogramming the translational landscape in SCs, hence driving the cells into activation and proliferation.

“In our study, we found discordance between the SC proteome and transcriptome during its activation, revealing the presence of a post-transcriptional regulation,” said Prof. Tom CHEUNG, lead researcher of the team and S H Ho Associate Professor of Life Science at HKUST. “Our analysis shows that levels of CPEB1 protein are low in quiescent SCs, but upregulated in activated SCs, with loss of CPEB1 delaying SC activation.”

In their subsequent RNA immunoprecipitation sequencing analysis and CPEB1-knockdown proteomic analysis, the researchers found that CPEB1 phosphorylation regulates the expression of the crucial myogenic factor MyoD – a protein involving in skeletal muscle development – by targeting some of the sequences found within the three prime untranslated region (3'UTR) of the target RNA transcript to drive SC activation.

Their findings were recently published online in the journal Nature Communications on February 17, 2022.

“It means that the manipulation of CPEB1 levels or phosphorylation can increase SC proliferation to generate enough myogenic progenitor cells for muscle repair, which could be a potential therapeutic target for muscle repair in the elderly,” noted Prof. Cheung, adding that the findings will play a fundamental role in the field as scientists continue to probe more comprehensively the mechanisms of stem cell quiescence exit and stem cell-based tissue repair.

The next step of the team’s research will involve assessing muscle regeneration in vivo in CPEB1-knockout mice to further strengthen the role of CPEB1 in SC-mediated muscle regeneration. “Furthermore, using high throughput screening, we can discover compounds that can upregulate CPEB1 protein expression to boost muscle regeneration,” Prof. Cheung said.