原創 清華大學 清華大學
清華大學李路明團隊探索神經調控遠程診療技術 搭建醫患「雲」橋梁
醫學院劉靜教授課題組首次觀察到液態金屬流體宏觀體系中的波粒二象性
藥學院魯白、郭煒團隊發表系列文章報導原創抗體藥治療重大神經疾病
清華-伯克利深圳學院成會明、劉碧錄團隊提出「溶解-析出」方法製備均勻潔淨二維材料
金融學院鞠建東教授合作發文論述結構性變化對發展中國家實際匯率動態的貢獻
土木系在纖維增強複合材料拉擠型材結構標準化工作上取得重要進展
李路明團隊探索
神經調控遠程診療技術 搭建醫患「雲」橋梁
6月1日，清華大學神經調控技術國家工程實驗室李路明教授團隊等在運動障礙疾病權威學術期刊《運動障礙》（Movement Disorders）共同發表題為「採用新型藍牙技術的深部腦刺激遠程程控應對新冠疫情的北京經驗」（Implementation of a Novel Bluetooth Technology for Remote Deep Brain Stimulation Programming: The Pre–and Post–COVID-19 Beijing Experience）的論文，介紹了全球首個基於具有藍牙通訊功能的遠程程控的腦起搏器系統，以及為此搭建的神經調控雲診療技術平臺。
在新冠疫情期間，該技術平臺為臨床醫生對患者進行及時安全有效的診療提供了一種全新的途徑，提供了應對公共醫療挑戰的「北京經驗」，推動神經調控遠程診療體系快速發展，更好地為患者服務。論文由李路明教授團隊、天壇醫院張建國教授團隊、美國佛羅裡達大學神經病學中心麥可·S·奧肯（Michael S. Okun）教授團隊合作完成，李路明教授是文章的通訊作者。
腦深部電刺激（deep brain stimulation，DBS）作為一種神經調控療法，已廣泛應用於患有不同運動障礙疾病患者的治療中。20年來，我國使用該方法治療的帕金森、肌張力障礙、特發性震顫患者已超過20000人。植入刺激器也被稱為腦起搏器，患者植入腦起搏器後，需要定期到醫院進行參數調控。如何解決偏遠地區患者的程控難題，減少醫療費用，更好地為患者服務，這是李路明教授團隊一直在研究的課題。通過不斷探索，神經調控雲診療技術平臺的概念應運而生。
構建神經調控雲診療技術平臺的核心技術是「植入式醫療器械的遠程程控系統」，包括植入式醫療器械、患者體外編程器、患者終端、醫生終端、遠程監控伺服器和音頻視頻通信伺服器。藉助該系統，能夠通過集成音頻視頻實時通信，並由體外編程器進行數據的動態管理，實現植入式醫療器械遠程監護和控制。該系統可實現醫生對患者的視診及遠程程控，在線對患者實施診療，具有廣闊的應用前景。
神經調控遠程診療
2014年，李路明團隊已經開始腦起搏器遠程程控系統的探索， 2017年腦起搏器遠程程控技術獲得國家藥品監督管理局批准，遠程程控專利獲得「第46屆日內瓦國際發明展金獎」，系統解決了患者端新型藍牙硬體加密技術、數據網際網路安全傳輸、數據傳輸系統及雲數據平臺融合技術，2019年實現植入式醫療器械的遠程程控系統搭建，聯合160家權威醫療機構，為臨床醫生與患者建立了新的溝通橋梁。文章介紹了該系統及平臺在新冠疫情期間的臨床實踐情況，並對平臺的應用前景進行了展望。
新冠疫情肆虐期間，臨床醫生通過遠程程控系統，在雲診療技術平臺上，已為33個省份的819名處於封閉地區的運動障礙患者進行了2126次遠程醫療，包括帕金森病426例、肌張力障礙159例、特發性震顫4例。其中，對年齡在13.6-58.3歲之間的589例患者(289名男性和300名女性)進行了1256次遠程程序化診療服務。數據顯示，參數調整導致25例短暫性輕度構音障礙和38例短暫性眩暈，臨床醫生通過遠程程控系統能夠對這些副作用進行識別，並採取相應處理。
結果顯示，腦起搏器遠程程控系統安全可靠，通過基於該系統的神經調控雲診療技術平臺，臨床醫生可以為患者進行及時有效的開關機、參數調整等遠程程控服務。不僅如此，該技術平臺在脊髓刺激器、胰島素泵、心臟起搏器等有源植入醫療器械的診療體系中也有廣闊的應用前景，神經調控雲診療技術平臺的搭建必將為廣大患者提供更加安全便捷的診療體驗。
原文連結：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/mds.28098
醫學院劉靜教授課題組首次觀察到
液態金屬流體宏觀體系中的波粒二象性
近日，清華大學醫學院劉靜教授課題組聯合中國科學院理化技術研究所，在液態金屬基礎研究中取得進展，實驗中首次觀察到了液態金屬流體宏觀體系中的波粒二象性，為藉助金屬流體行為認識量子世界乃至更多物理體系開啟了一條全新的途徑（圖1）。相關成果以「複合導航波場中液態金屬液滴的量子化在軌追逐行為（Quantized orbital-chasing liquid metal heterodimers directed by an integrated pilot-wave field）」為題，在線發表於美國物理學會期刊《物理評論流體》上。
圖1 液態金屬液池表面的量子化軌道和在軌追逐的液態金屬液滴
波粒二象性是指物質在具有粒子特性的同時又會表現出波動特性。量子世界之所以神秘，是因為它充滿了這類讓人難以琢磨的既是粒子又是波的物質。這使得我們無法單獨用粒子或者波動的理論來描述量子世界。玻爾等人提出量子體系中粒子的位置或者狀態是概率性的，可以通過一個波函數來描述。這一觀點逐漸演變成為量子力學的哥本哈根詮釋。與玻爾抽象的概率波概念不同，德布羅意則認為，量子粒子的運動是由實際存在的物質波所導航的。在量子力學的發展過程中，哥本哈根詮釋相比導航波理論一直以來被更多的人所接受。然而，很多人也對玻爾的理論持懷疑態度，其中不乏物理和量子力學權威和大家。例如，愛因斯坦就曾以「上帝不會擲骰子」的觀點來反駁玻爾。2005年法國科學家伊夫·庫代（Yves Couder）的團隊用矽油實現了波粒二象性的實體化，這一發現引發了人們對導航波理論以及量子世界本質的重新思考。
這種所謂流體導航波體系的實驗系統由一個上下振動的液池和「懸浮」在上邊的液滴組成。雖然液池和液滴是同一種液體，但是一種叫作雷諾潤滑的流體效應可以有效的防止兩者的融合。從而液滴可以在液池上維持周期性的彈跳，這場景就像液滴被置於一個流體蹦床上。液滴每一次落到流體蹦床上的時候，都會在液面留下一個以液滴為中心向外擴散的波場。這樣一來，液滴與其在液面上產生的漣漪恰好構成了一個宏觀的波粒二象性體系。來自法國以及美國麻省理工學院的科學家之後在這種矽油體系中陸續發現了液滴的幹涉、遂穿以及圍欄效應等類量子行為。
此次清華與中科院理化所聯合小組的研究，開創性的將室溫液態金屬引入流體導航波體系，成功構建了一個複合導航波場對液滴加以引導，由此實現了一系列全新的量子化的液滴在軌追逐行為（圖2）。來自麻省理工學院的約翰·布希教授（John W. M. Bush）在評論這一項工作時指出：「作者們通過引入液態金屬為流體導航波體系研究打開了一扇全新的窗戶」。
圖2 液態金屬液滴在複合導航波場中的在軌追逐運動俯視示意圖
「在之前報導過的矽油體系中，液滴的運動是由液滴自身產生的單一導航波場來導航的。而在我們的體系中，液滴的彈跳和液池邊界的振動會分別產生一個局部導航波和一個全局導航波，這是由於液態金屬的特殊流體性質決定的。」這項研究的第一作者湯劍波博士解釋道，「正因如此，我們能夠實現更豐富更複雜的液滴導航模式」。
正如核外電子繞原子核旋轉的軌道是量子化的一樣，液態金屬液池表面形成的環形全局導航波軌道也具有類似的量子化特徵。因此，在其中追逐的液滴的軌跡是一系列不同直徑的環形軌跡（圖3a）。研究還發現，通過調整兩個液滴之間不同的組合方式，可以實現液滴在軌追逐方向的改變（圖3b）。這種複合導航波場導致的液滴的方向性旋轉可以進一步與泡利不相容原理描述的原子軌道上電子的正向和反向自旋行為類比。
圖3 高速相機拍攝的不同模式下液態金屬液滴的量子化在軌追逐運動（a 不同軌道半徑; b 不同液滴間距）
這些引人入勝的現象的背後是液滴與液池表面的導航波場之間的一系列微妙相互作用。從側面觀察會發現，這些在液面水平方向上旋轉追逐的液滴同時在豎直方向上不停的彈跳。研究發現，如果兩個液滴的大小不相同，他們彈跳的節奏就會不同步。較小的液滴在彈跳過程中總是先於較大的液滴抵達液面。而正是由於這一豎直方向彈跳的不同步引起了液滴水平方向的運動（圖4）。
圖4 液態金屬液滴追逐運動的側視圖
在談到該研究的意義時，劉靜表示：「流體導航波體系在宏觀尺度上向我們展示了一個可能的量子世界。液態金屬的引入一方面將導航波運動進一步擴展到存在另一個外場約束的情形。另一方面，這項工作也將流體的波粒二象性推廣到其它存在粒子和波相互作用的物理體系。例如，在光學系統中曾觀察到與我們系統有著驚人相似性的在軌追逐運動。更令人欣喜的是，這意味著或許可以通過我們的液態金屬導航波體系去認識或者模擬諸如量子體系等複雜的物理系統。」
文章第一作者為清華大學醫學院博士後湯劍波，共同作者還有中科院理化所博士生趙曦。湯劍波和劉靜是本文的共同通訊作者。
文章連結:
https://journals.aps.org/prfluids/abstract/10.1103/PhysRevFluids.5.053603
藥學院魯白、郭煒團隊發表系列文章報導
原創抗體藥治療重大神經疾病
近日，清華大學藥學院教授魯白、助理研究員郭煒團隊成員在生物醫學1區雜誌《治療診斷學》（Theranostics）上發表題為「TrkB激活型抗體在阿爾茨海默病治療中的潛在應用」（Therapeutic potential of a TrkB agonistic antibody for Alzheimer's disease）的論文，報導了一種針對神經退行性疾病的新策略，並基於該策略研發了一款原創抗體藥，嘗試治療最具挑戰的人類疾病：阿爾茨海默病（AD）。
近年來，研究人員在闡明AD等神經退行性疾病的發病機制方面取得了很大進展。然而，這種基礎研究的進展並沒有轉化為有效的緩解疾病（disease-modifying）治療手段。以AD為例，近年藥物研發聚焦於降低或去除病原毒素（例如Aβ或tau），然而所有這些藥物在臨床研究中都失敗了。嚴酷的現實迫切要求新的AD治療策略。
魯白教授、郭煒博士及其團隊成員提出了一種新的AD治療策略，聚焦於AD疾病發展過程中較晚的病理生理學（pathophysiology），而非過早發生的病理學（pathology）。AD大腦中的一個主要病理生理學特徵是突觸的丟失以及隨後的神經元死亡。魯白教授團隊長期研究證明，腦源性神經營養因子（BDNF）及其受體TrkB是腦內突觸可塑性和神經元存活的最重要的調控分子之一。因此，該論文提出通過激活TrkB及其下遊信號通路來修復突觸並阻止神經元死亡，以達到治療AD的目的。
在迄今為止研究的所有分子中，BDNF-TrkB信號通路可能是 「突觸修復和神經保護」策略的最佳靶點，能夠顯著促進突觸傳遞、可塑性、生長以及增強神經元存活。然而，BDNF本身的3個特徵使其難以成藥，因此，幾十年來全球藥企將BDNF本身開發成藥的努力都失敗了。
魯白團隊近來開發出了一種能特異性激活TrkB、而不激活p75NTR的抗體AS86，克服了BDNF作為藥物的各項缺陷，抗體藥物在藥代動力學、擴散能力以及特異性上都表現非常突出。
抗體AS86修復突觸原理示意圖
小鼠體內藥效試驗驗證了AS86能夠進入大腦，有效激活藥物靶點TrkB，並顯著激活海馬區TrkB及其下遊信號，且在給藥2周後腦內還能維持最高劑量的30%。在隨後的藥效實驗中，通過兩周一次，連續5個月的小鼠尾靜脈注射給藥，能夠挽救AD小鼠的」新物體識別」記憶缺陷，6個月後顯著改善AD小鼠的空間記憶損傷。組織學檢測發現AS86能夠增加AD小鼠突觸小泡蛋白的密度。
因此，研究認定TrkB激活型抗體藥物AS86在AD治療中具有很好的潛力，與清除Aβ的藥物聯用時能夠達到更好的療效。值得注意的是，AS86並不能減緩Aβ病理發展，突觸修復和神經保護才是AS86的核心作用機制。
藥學院魯白教授和助理研究員郭煒為文章的共同通訊作者，課題組博士研究生王書丹為文章的第一作者，其他作者包括課題組的博士生姚虹洋、徐藝華、張雯和劉航；同濟大學醫學院及同濟醫院的黃鶯教授和郝芮博士是文章的重要合作者。
值得一提的是，魯白、郭煒團隊還在神經疾病領域重要期刊《疾病神經生物學》（Neurobiology of Disease）上發表了另外兩篇論文《TrkB激活型抗體較BDNF更具優勢：在治療運動神經損傷的中的應用」（TrkB agonistic antibodies superior to BDNF: Utility in treating motoneuron degeneration）》《「TrkB激活型抗體在缺血性腦損傷中的潛在應用」（Therapeutic potential of a TrkB agonistic antibody for ischemic brain injury）》，詳細闡述了TrkB激活型抗體的研發過程，及其分別在運動神經元退化疾病及腦卒中治療中的潛在應用。
該團隊發現，利用TrkB作為酪氨酸激酶受體是通過二聚化激活的特性，研製成TrkB激活型單克隆抗體，使之在成藥性上遠優於BDNF，並且誘導TrkB激活時間更長。更重要的是，其中一些抗體能夠與內源性BDNF發揮協同作用，能夠提高運動神經元的存活率。因此，TrkB激活性抗體有望成為治療運動神經損傷乃至ALS的候選藥物。此外，TrkB抗體能夠阻止神經元死亡、抑制細胞凋亡和程序性壞死，減小梗死體積和加快感覺運動功能恢復。並且，該抗體也能夠激活TrkB及其下遊信號，挽救OGD引起的神經元死亡。由於TrkB激活型抗體的上述優秀特徵，它也可能成為治療缺血型腦卒中的潛在藥物。
1. Therapeutic potential of a TrkB agonistic antibody for Alzheimer’s disease.
論文連結：
https://www.thno.org/v10p6854.htm
2. TrkB agonistic antibodies superior to BDNF: Utility in treating motoneuron degeneration.
論文連結：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S096999611930258X
3. Therapeutic potential of a TrkB agonistic antibody for ischemic brain injury.
論文連結：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0969996119300993
清華-伯克利深圳學院成會明、劉碧錄團隊提出
「溶解-析出」方法製備均勻潔淨二維材料
近日，清華-伯克利深圳學院（以下簡稱TBSI）成會明、劉碧錄團隊開發了一種基於「溶解-析出」機理生長二維過渡金屬硫族化合物的普適方法。研究成果以「『溶解-析出』法生長均勻、潔淨的二維過渡金屬硫族化合物」（Dissolution-Precipitation Growth of Uniform and Clean Two Dimensional Transition Metal Dichalcogenides）為題，發表於《國家科學評論》（National Science Review）。
二維過渡金屬硫族化合物（TMDCs）因其優異的電學、光學、力學和磁學性質，以及其在電子、光電子和自旋電子器件等領域的應用前景，近年來引起了研究人員的廣泛關注。化學氣相沉積（CVD）是生長二維材料的重要方法之一。然而在傳統的CVD生長過程中，存在以下兩個問題：金屬源在空間上的分布不均勻，這導致不同區域樣品的成核密度、尺寸、層數等不一致；材料生長過程中金屬源和非金屬源共享同一擴散路徑，這導致表面反應和氣相反應同時發生，而後者往往會在生長的樣品表面沉積副產物，汙染樣品。開發基於新原理的新生長方法，實現大面積均勻分布、表面潔淨的二維材料的可控制備，是實現二維材料在高性能電子和光電子器件領域應用的前提。
成會明、劉碧錄團隊開發了一種基於「溶解-析出」機理生長二維TMDCs的普適方法。與傳統生長方法不同，該「溶解-析出」生長方法將金屬源包裹於玻璃夾層內，金屬源在高溫下向玻璃表面擴散，進而實現其在襯底表面的均勻供給；同時金屬源與非金屬源通過不同的路徑供給，進而將TMDCs的生長限制於襯底表面，避免了氣相反應的發生和副產物的生成。
「溶解-析出」生長方法的設計策略及其與傳統CVD方法的對比
「溶解-析出」生長的單層二維MoS2在釐米級襯底上均勻分布
「溶解-析出」生長的單層二維MoS2具有潔淨的表面和高質量
通過結構、電學和光學等研究發現，該「溶解-析出」方法生長的二維TMDCs具有高的電學和光學質量。研究人員發現該方法也適用於二維WS2、MoSe2、MoTe2、MoxW1-xS2合金、金屬元素摻雜等其他二維材料的生長，具有很好的普適性。該「溶解-析出」生長方法解決了TMDCs生長過程中金屬源供給不均勻、反應路徑難以控制等問題，對理解CVD生長TMDCs過程中的基礎科學問題和設計新型CVD生長體系具有重要指導意義，相關設計策略和生長方法有望拓展至其他材料體系，進一步推動二維材料在高性能電子器件等領域的應用。
論文共同第一作者為清華-伯克利深圳學院2016級博士生蔡正陽、2018級碩士生賴泳爵，通訊作者為成會明院士和劉碧錄副教授。該研究得到國家自然科學基金委、科技部，以及深圳市工信局、科創委和發改委等部門支持。
論文連結：
https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwaa115/5849031?searchresult=1
金融學院鞠建東教授合作發文論述
結構性變化對發展中國家實際匯率動態的貢獻
近日，清華大學五道口金融學院教授鞠建東與北京大學新結構經濟學研究院教授林毅夫、清華大學經管學院教授劉慶及香港中文大學經濟學系教授施康共同撰寫題為「結構變化與實際匯率動態」（Structural changes and the real exchange rate dynamics）的文章，發表於國際知名SSCI期刊《國際貨幣與金融雜誌》（Journal of International Money and Finance107（2020））。
從2000年以來，尤其加入世貿組織後，中國的經濟發展迅猛，並且在可貿易商品領域增長尤多。然而與現實經濟發展狀況不匹配的是，中國實際匯率直到2005年才開始其穩定且持續的增值。而這一現象與巴拉薩-薩繆爾森效應——經濟增長與實際匯率升值之間應存在正相關關係明顯不符，2001-2007年，中國國內生產總值年均增長11.2%，貿易總額年均增長率接近20.2%，中國的實際匯率卻貶值了約6.7%。國外學界和輿論界據此指責中國政府故意壓低人民幣幣值以促進出口、創造貿易剩餘、積累外匯儲備，造成全球不平衡，甚至將2008年的國際金融經濟危機歸咎於中國的貿易和匯率政策所引起的全球不平衡。
但是上述巴拉薩-薩繆爾森效應忽視了我國存在大量農村勞動力，在快速出口增長過程中，經濟結構發生變化、農村勞動力向工業部門流動。鞠建東、林毅夫等合作者假設出口行業是技術性勞動密集型行業，快速增長的出口貿易將導致大量農村人口向城市遷移，技術性工資溢價將急劇上升，進口部門的資本更加密集。由於出口部門的全要素生產率增長率明顯高於進口部門，根據斯託帕-薩繆爾森定理，資本回報率甚至可能下降，從而導致資本流出和經常帳戶盈餘。由於非技術性工資處於最低水平，資本回報率下降，假設非貿易部門使用的技術性勞動力很少，因此，即使在經濟快速增長的時期，非貿易商品的價格也可能下降，從而導致實際匯率貶值。
鞠建東、林毅夫等合作者進一步研究了進出口部門全要素生產率增長的差異，以及從農村到城市地區的過剩勞動力供給對實際匯率的影響，並由此建立了兩個靜態模型。通過對1996年-2013年期間82個經濟體系的面板回歸分析，得出結論，勞動力市場和可貿易部門的結構性變化對發展中國家的實際匯率動態有很大的貢獻。
除此之外，鞠建東、林毅夫等合作者將先前的靜態模型擴展到動態環境中來解釋實際匯率和經常項目。即假設在一個開放的小經濟體中，可交易商品的價格視為給定價格，除了兩個可貿易部門和一個不可貿易部門外，非技術性勞動力供應過剩。技術性勞動力、非技術性勞動力和資本都可供於可貿易品部門生產，而非貿易品部門只可利用非技術性勞動力和資本。經過量化分析，鞠建東、林毅夫等合作者提出的假設得到驗證，並且也符合現實的數據支持。
這項研究證明，2000年以後中國出口的快速增長伴隨匯率貶值而不是如巴拉薩-薩繆爾森效應所預測的匯率升值，是在中國所處發展階段條件下自然產生的結果，不是國外經濟學界和輿論界認為的是中國政府的匯率扭曲政策所造成。
《國際貨幣與金融雜誌》自1982年創刊，是聚焦國際貨幣經濟學、國際金融以及兩者之間迅速發展的重疊領域的理論和實證研究的高質量學術期刊，發表文章的作者多在匯率行為、外匯期權、國際資本市場、國際貨幣和財政政策、國際傳導及相關問題的學術研究中處於前沿地位。
掃描二維碼閱讀論文原文：
土木系在纖維增強複合材料拉擠型材結構標準化工作上取得重要進展
近期，清華大學土木系在纖維增強複合材料拉擠型材結構標準方面取得一系列重要進展。土木系馮鵬教授主編的中國工程建設標準化協會標準《複合材料拉擠型材結構技術規程》T/CECS 692－2020正式發布，該標準是我國首部針對纖維增強複合材料拉擠型材結構設計、施工和驗收的技術標準；土木系參編的國家標準《纖維增強複合材料工程應用技術標準》GB50608-2020也正式發布，馮鵬、陸新徵教授、葉列平教授參與起草，該標準是原國家標準《纖維增強複合材料建設工程應用技術規範》GB50608-2010的新版本；另外，馮鵬主編的國家標準《結構用纖維增強複合材料拉擠型材》GB/31539-2015英文翻譯版正式出版，該標準是我國纖維增強複合材料領域首部英文翻譯版國家標準；同時，馮鵬提出ISO國際標準項目——纖維增強複合材料拉擠型材全截面壓縮試驗（Full section compressive test for pultruded FRP Profiles，ISO/AWI 23930）獲批立項，並擔任負責人（Project Leader）組織編寫，該標準是複合材料技術領域裡第一個由我國提案並主導制訂的國際標準項目。
纖維增強複合材料拉擠型材產品及其應用
這一系列標準工作的進展，推動我國纖維增強複合材料拉擠型材結構技術逐漸走向成熟。
纖維增強複合材料拉擠型材是一種將浸潤樹脂的纖維牽引通過模具加熱固化後的纖維增強複合材料製品。纖維增強複合材料拉擠型材具備輕質高強、耐腐蝕性、功能性等優點，廣泛應用於工程結構，可實現施工安裝便捷、施工周期短、後期免維護的目標，並有效降低全壽命成本，是一種應用前景廣闊的新型建築材料。
從2010年開始，土木系馮鵬教授帶領團隊開展了系列化研究，在一些典型工程應用中獲得了突破，例如桁架橋、冷卻塔、飄窗板等。在多項工程應用的基礎上，總結工程經驗，編制了纖維增強複合材料拉擠型材從產品到工程應用的一系列標準，形成了我國纖維增強複合材料拉擠型材的標準體系。標準體系的建立解決了纖維增強複合材料拉擠型材工程缺乏依據的問題，並且通過標準體系的建立推動了纖維增強複合材料拉擠型材結構應用技術走向成熟。
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來源 | 航院 醫學院 藥學院
清華-伯克利深圳學院 金融學院 土木系
排版 | 馮佳琪
原標題：《科技·前沿 | 近期科研成果掃描》
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