近期，西安交大科研人员在金属功能材料、广谱抑菌蛋白、细胞膜仿生筛选、4D打印材料、全固态电池锂枝晶形核生长机理、弱光有机光伏器件中光电流高估机理、复杂网络动力学等领域相继取得重要进展。

西安交大科研团队在金属功能材料研究领域取得重要进展

随着世界各国对空间技术需求的快速增长，航天领域对弹性材料的要求也越来越高：需要兼具轻质、低模量和高强度，以获得高弹性储能密度，并且能够在宇宙空间大温差的极端环境中保持稳定性能。目前，具有这类独特性能的材料仍然较为罕见。一是因为高强度和低弹性模量两种对立性能很难同时实现，二是因为材料原子间结合力会随着温度下降产生“弹性硬化”现象，从而无法实现宽温域下的恒弹性模量。

近日，西安交大前沿院铁性智能材料研究团队在轻质镁钪合金中通过调控成分设计了独特的“应变玻璃”合金——具有冻结纳米马氏体畴的合金，该合金在200 MPa工作应力和宽温域下显示出稳定的高弹性储能密度，属于轻质低模量恒弹性合金。该轻质应变玻璃合金（密度仅为2g/cm3,与工程塑料相当）利用应变玻璃的适量弹性软化性质抵消其固有的弹性硬化，克服了上述原理性难题，实现了从室温到-150℃宽温域下的恒定低模量（20-23 GPa），同时具有镁合金中最高屈服强度等级（200-270 MPa）和百万次量级的疲劳寿命，这一优越性能有望使该合金在航空航天等高科技领域得到广泛应用。

西安交大科研团队发现广谱抑菌蛋白并自主命名

7月7日，记者从西安交通大学第一附属医院获悉，国际期刊《细胞》子刊《细胞通讯》5日在线发表该院刘冰/王亚文教授团队在噬菌体抑菌领域的最新研究成果，揭示了其首次发现的噬菌体编码细菌糖代谢通路的抑制蛋白并为其自主命名：PEIP。

西安交大科研团队在研究革兰氏阳性细菌的模式生物——枯草芽孢杆菌专属噬菌体SPO1抑菌基因的过程中发现一奇特现象：某噬菌体基因的过表达可以导致该阳性细菌在与革兰氏染色实验中显示革兰氏阴性菌的特性。通过透射电镜发现细菌死亡，并呈现与青霉素杀菌类似的表型。该现象是由噬菌体蛋白靶向抑制糖代谢中倒数第二步的Enolase（烯醇化酶）所导致。由于该蛋白是首个发现的烯醇化酶抑制蛋白，《细胞通讯》编辑部建议由发现者命名该蛋白。根据该蛋白的靶向作用，团队将其命名为：Phage Enolase Inhibitor Protein（PEIP，噬菌体烯醇化酶抑制蛋白）。

为了详细诠释PEIP的抑菌机制，团队通过微生物学、生物化学、结构生物学等手段阐明了PEIP的广谱抑菌作用及其详细的分子机制。同时指出由于糖代谢通路在所有生物中的高度保守，PEIP可以部分抑制人体肿瘤细胞的糖代谢通路。使用冷冻电镜的手段解析了PEIP与烯醇化酶的复合物结构。该结构揭示，PEIP使用了一种不同于常规蛋白酶抑制剂的方式（蛋白质抑制剂通常通过阻挡目标蛋白的催化位点达到抑制的目的），它将8聚体的烯醇化酶拆分成4份。科技查新显示，这种特殊现象此前未见报道。

原文刊发于2022年7月8日《科技日报》头版。

西安交大在细胞膜仿生筛选领域取得新突破

近日，教育部发布《教育部办公厅关于公布2021年国家级和省级一流本科专业建设点名单的通知》，西安交通大学21个专业获批2021年度国家级一流本科专业建设点，入选专业数实现新突破。药学院药学专业、制药工程专业先后入选国家级一流本科专业建设点。

西安交通大学药学院院长王嗣岑介绍，西安交通大学药学院有两项成果受到外界关注，研究人员经过长期研究发现，细胞膜与纳米载体之间的界面相互作用是影响其能否有效地固定在纳米载体上的主要因素，开发了一种新型高效的细胞膜仿生石墨烯纳米诱饵（HPMGO）。通过调控纳米载体分散性及表面功能，增加细胞膜包覆量，提高中药活性成分的筛选效率。此项研究结果表明，这一策略对细胞膜在载体材料上的固定效率有明显的改善。

体外抗增殖活性和细胞凋亡分析表明，HPMGO所筛选的活性成分可诱导HeLa细胞凋亡，并呈浓度依赖性，证明了这一纳米诱饵亲和识别策略在药物活性成分筛选领域的应用前景。

值得注意的是，这种精准调控的涂层策略提供了一种改善细胞膜仿生纳米材料性能的方法，为其应用提供广阔的前景，并且能进一步推动设计更有效的纳米平台来进行中药物质基础分析。

另外，西安交通大学药学院研究人员近期研究发现，葡萄科藤茶中的主要有效成分-二氢杨梅素（Dihydromyricetin, DHM）可以显著改善小鼠结肠炎症状、肠道屏障破坏和结肠炎症。对小鼠肠道菌群结构分析表明DHM可以有效改善UC小鼠肠道菌群失调，而采用抗生素建立的伪无菌小鼠及粪便移植实验结果表明DHM的疗效与肠道菌群密切相关。

进一步采用代谢组学研究表明DHM可以调控靶向肠道菌关联非结合型胆汁酸的合成（Unconjugated BA Metabolism），从而激活肠上皮FXR/TGR5相关信号通路，最终发挥抑制炎症发生和修复肠屏障完整的生物功能。

西安交通大学药学院王嗣岑院长说，交大药物学与药理学整体实力目前在全国排名11，还会带领团队继续努力，取得更多科研成果。

西安交大4D打印材料取得突破具有优异的自修复性和重塑性

近日，西安交通大学张彦峰教授团队开发了一种具有强机械性能和良好的生物相容性、以动态硫代氨酯键作为动态可逆交联点的共价可适网络，并实现了4D打印。相较于传统光固化3D打印树脂，此材料具有优异的自修复性、重塑性，在机器人、智能警报器、生物植入体等领域有很大的潜在应用空间。

4D打印因其在智能设备、生物医学和组织工程中的潜在应用，引起了科研以及工业领域的极大兴趣。其中，形状记忆聚合物由于具有形变大、重量轻、恢复应力大、响应速度快等优点，在4D打印材料中至关重要。然而，4D打印形状记忆聚合物通常由共价交联的网络组成，不变的永久形状导致其形状恢复方向单一，限制了4D打印的灵活性。

此外，虽然光固化3D打印具有更高的精度、分辨率和表面质量，但目前光固化3D打印的形状记忆聚合物结构由于其不溶解和不熔化的共价交联网络，所得的打印结构不可回收、不可修复，从而造成严重的经济和环境问题。因此，开发用于4D打印的高强度、可多次重构、可回收和可自愈的材料至关重要。

西安交通大学张彦峰教授团队通过一系列实验，得到了分辨率高、表面光滑的聚硫氨酯（4DP-PTU）结构。相较于传统光固化3D打印树脂，4DP-PTU由于动态硫代氨酯键而具有优异的自修复性、重塑性。4DP-PTU打印结构在发生损坏后，可通过“断面再打印”的方式进行修复，使性能恢复如初，并且可对4DP-PTU粉末通过简单的热压处理，实现自愈合与从粉末到块体材料的重塑，且自愈合或重塑后依然保持与原块状材料相同的机械性能，解决了已有4D打印技术难以同时实现抓取与释放的问题，有望应用于机器人领域。

原文刊载于2022年7月12日陕西日报02版。

西安交大研究人员在全固态电池锂枝晶形核生长机理领域获得新进展

全固态锂金属电池具有本征安全性高、能量密度大等优势，然而，锂枝晶的生长有可能导致全固态电池短路失效，阻碍全固态电池的推广应用。因此，借助先进的材料分析表征工具，揭示全固态电池中锂枝晶形核的主导诱因和生长机制，对指导固态电解质的设计与调控改性至关重要。

鉴于此，西安交通大学与美国劳伦斯伯克利国家实验室研究人员合作，总结分析了锂枝晶刺穿固态电解质导致电池失效的相关研究进展，总结了目前存在的两种“矛盾竞争”的机理解释，即机械穿刺机理（Mechanical penetration mechanism）和输运促进机理（Transport-facilitated mechanism），概述了分别支持两种机理的代表性实验、表征方法及典型失效特征。

基于上述分析，针对机理研究与实际服役工况差异较大的问题，采用原位同步辐射微束劳厄衍射技术，利用其时空分辨率高、晶体取向与应力测量准、微观缺陷检测灵敏的优势，设计构建全固态电池多场耦合原位实验装置与方法，捕捉固态电解质中微观应力应变及缺陷在电化学循环中的空间分布与时间演变动态过程，探明全固态电池中锂枝晶形核生长的电化学-力学耦合作用机理。该方法同时具备厘米级观测尺度与亚微米级分辨率，克服锂枝晶难以捕捉的困难，深度研究锂枝晶孕育、形核、生长早期固态电解质微观组织结构的演化，为理解锂枝晶生长导致全固态电池失效提供重要实验基础

论文展望了先进同步辐射衍射与三维成像技术在全固态电池研究中的潜在应用，从微观结构信息、时空分辨率等角度对比了多种研究方法的优劣，探讨了针对新型全固态电池结构的设计以及基于高通量多尺度多维度表征“联合疗法”的构建思路。

文章作者

该论文第一作者为西安交通大学材料学院微纳尺度材料行为研究中心助理教授沈昊博士，通讯作者为西安交通大学材料学院微纳尺度材料行为研究中心陈凯教授、西安交通大学化工学院唐伟教授和美国劳伦斯伯克利国家实验室Marca Doeff博士。西安交通大学为第一单位。共同作者包括美国先进光源Nobumichi Tamura博士、西安交通大学材料学院博士生寇嘉伟和贾占辉、西安交通大学化工学院滑纬博特聘研究员、卡尔斯鲁厄理工学院Helmut Ehrenberg教授。

西安交大科研人员揭示弱光有机光伏器件中光电流高估机理

近年来，室内电子设备的日益普及激发了对半永久性室内发电系统的需求。光伏是适合用于室内能量收集的重要技术之一。有机光伏器件具有独特的光学特性（如高吸收系数、带隙可调）和其他特征（柔性、半透明），能很好地匹配以低光强、不同的输出光谱和美观为特征的室内光条件/环境。发展和研究弱光光伏器件必须准确测量器件性能参数，主要包括能量转换效率（PCE），短路电流（Jsc），开路电压（Voc)，填充因子（FF）。然而，尽管有机光伏器件在标准光照下可以准确测得Jsc，在弱光下测试的Jsc却常常存在严重高估的现象。该现象从未被关注，导致对弱光器件性能的评估和工作机制的分析出现了严重错误。

西安交通大学金属材料强度国家重点实验室赵超博士和马伟教授分析认为，决定电学边缘贡献的关键物理参数是电压分布而不是电阻。随着光照强度降低，光电流减小，器件边缘的电压分布变宽，有效边缘面积增大，导致器件的有效面积增大，造成弱光下Jsc高估。基于上述分析，研究团队提出等效电路模型，以研究光照强度和器件表面电阻对电学边缘效应的影响。计算和实验结果表明，当界面电阻为1MΩ/sq时，在标准光照下（1 sun），边缘效应很小；然而，在低光照下（0.01 sun），边缘效应将导致Jsc高估>70%，PCE高估>22%。该机制适用于所有类型的光伏器件，包括有机太阳能电池、钙钛矿太阳能电池和染料敏化太阳能电池。此外，电学边缘效应通常被认为只发生在具有导电层的器件中，本研究揭示非导电层的界面掺杂也能造成明显的电学边缘效应：在0.01 sun光照下，Jsc高估51%，PCE高估15%。相比导电界面层，界面掺杂引起边缘效应从未被关注，也极易被忽视。进一步研究，团队发现随着表面粗糙度的增大，界面电阻减小，导致更强的边缘效应。基于以上结果，团队提出增加器件的有效面积、降低表面粗糙度、使用掩膜、设计无边缘器件结构，以避免电学边缘效应导致Jsc高估和PCE高估。该工作为电学边缘效应的内在机制及其对器件性能评估的影响提供了新见解，有利于促进室内光伏器件研究领域的健康发展。

西安交大科研人员在复杂网络动力学领域取得重要进展

大规模复杂系统中有一类是通过网络耦合形成的动力学系统，揭示网络复杂性与系统稳定性之间的关系是复杂系统研究领域长达半个世纪的热点问题。该研究成果首次利用系统的非正则性(nonnormality)和反应性(reactivity)来解释系统复杂性与系统稳定性的关系。研究人员发现，随着网络规模的增大，系统的线性与非线性稳定性的发展方向可能是相悖的。论文揭示了系统非正则性和反应性的网络结构性根源。基于Chung–Lu–Vu随机网络模型，论文严格证明了大规模网络动力学系统具有非正则性和反应性的概率趋于1，同时给出了非正则和反应性的定量估计公式。这些结论为复杂动力学网络的分析、设计、控制奠定了理论基础，在电力系统等工程领域具有潜在的应用价值。

文章作者

该研究是西安交通大学段超教授与美国西北大学Adilson E. Motter教授、Takashi Nishikawa教授以及土耳其卡迪尔哈斯大学Deniz Eroglu助理教授的合作成果，西安交通大学为第一完成单位。