糖基化修饰与阿尔茨海默病（AD）发生相关。由α2,6-唾液酸转移酶-I（ST6Gal-I）催化的α2,6-唾液酸基化修饰与婴儿大脑及神经系统的发育相关，然而，异常α2,6-唾液酸基化修饰影响AD发生发展的机制尚未报道。本研究中我们发现，AD患者脑脊液和血清中ST6Gal-I的表达及α2,6-唾液酸化水平均显著上调。AD模型小鼠的大脑和血清中α2,6-唾液酸化水平也显著升高。ST6Gal-I基因敲除降低β-位点淀粉样前体蛋白切割酶1（BACE1）水平，从而改善东莨菪碱诱导的大鼠学习记忆能力。BACE1是一种高度唾液酸基化蛋白，在淀粉样蛋白-β42（Aβ42）蓄积过程中发挥关键作用。ST6Gal-I基因沉默促进神经母细胞瘤细胞（Neuro-2a）的BACE1泛素化，并下调其表达。同时，ST6Gal-I基因敲除抑制BACE1对淀粉样前体蛋白（APP）的切割，从而减少Aβ42生成。本研究首次揭示了α2,6-唾液酸基化修饰在AD发生发展中的重要作用，提示ST6Gal-I可作为AD诊断与治疗的新靶点。
免疫球蛋白G（IgG）的N-聚糖与衰老相关。本研究提出了一种全新的策略来发现与衰老相关的IgG糖链，并基于其绝对浓度变化建立预测模型。利用糖组定量技术，分析了自然衰老和抗衰老（热量限制，CR）模型中IgG糖链的变化，发现了衰老相关糖链。糖组学分析揭示了两个关键特征：平分型糖链GP3（F(6)A2B）下调，双半乳糖基化糖链GP8（F(6)A2G2）上调。这些糖链从早期阶段就出现了显著的倍数变化。通过这两种糖链的标准品，进一步测定了其绝对浓度，并据此建立了生物学年龄预测模型 abGlycoAge。结果显示，在CR条件下，abGlycoAge指数提示个体处于更年轻状态，平均年龄降低了3.9-14周。此外，对脾脏B细胞的RNA测序表明，Derl3、Smarcb1、Ankrd55、Tbkbp1和 Slc38a10可能参与了衰老过程中GP3和GP8的变化。我们尝试使用“年轻型糖链修饰IgG”（IgG-Ny）进行了初步治疗研究。结果显示，高剂量IgG-Ny表现出良好效果，缓解了衰老相关的生理退化，包括炎症指标下降，以及大脑、肾脏和肺脏等器官老化的改善。本研究揭示了衰老过程中糖链变化的新见解，并为潜在抗衰老治疗奠定了基础。血清IgG GP3和GP8有望作为衰老生物标志物，为理解衰老机制和开发疗法提供新视角。
儿童癫痫对患儿的生长发育及生命安全构成严重威胁，亟需寻找精确、无创且可纵向监测的生物标志物。既往研究证实，具有异常N-糖基化修饰的细胞外囊泡（extracellular vesicles，EVs）可调控多种神经系统疾病，其特征性N-聚糖可作为潜在的诊断标志物。本研究系统比较了三种不同方法分离的EVs特性。结果表明，外泌体纯化过滤柱（exosome purification filter column，EPF）联合超滤法是从大规模临床样本中分离EVs的最佳方法。继而对EVs及血清进行基于基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry，MALDI-TOF-MS）的糖组学分析，揭示了二者不同的N-聚糖特征。通过一种新颖的两步机器学习模型，我们鉴定出EVs中47种特征性N-聚糖可作为癫痫诊断与分类的生物标志物。这些标志物能有效区分正常对照、局灶性癫痫与全面性癫痫亚型，且其诊断性能优于血清N-聚糖。此外，我们构建了聚糖相关性网络图，揭示了癫痫发生过程中EVs聚糖表达模式的动态变化。综上所述，EVs N-聚糖作为癫痫检测生物标志物展现出良好潜力，为无创诊断与疾病监测提供了新思路。
过继细胞疗法在癌症治疗中取得了显著的临床成效，但其广泛应用仍受限于治疗成本高昂和抗原特异性不足。近年来，糖萼工程化作为一种便捷且非转基因的细胞表面修饰策略，为过继细胞疗法的理性设计提供了新的可能。例如，装配有靶向CD22的高亲和力聚糖配体的过继细胞疗法，已开辟了B淋巴瘤免疫治疗的新途径。本研究系统比较了代谢工程与化学酶工程两种糖萼改造策略在分子层面的特征差异，并评估了其实现多重糖配体修饰的能力。在NK-92MI自然杀伤细胞模型中，糖蛋白组学分析表明，不同糖萼工程方式有赖于细胞表面糖萼的内在特性。相较于代谢工程，化学酶工程展现出相当甚至更优的糖配体负载效率，且对部分免疫突触组分的修饰有望增强细胞对靶细胞的空间识别能力。进一步，在唾液酸工程化修饰基础上，通过将α-2,3-唾液酸化氮-乙酰乳糖胺表位转变为选择素配体，这种糖配体的正交修饰对NK-92MI治疗小鼠异种移植B淋巴瘤至关重要。并且，对CD19靶向嵌合抗原受体T细胞进行唾液酸糖萼工程化，产生的CD19/CD22双靶向细胞展现了更好的抗原靶向和肿瘤杀伤能力，有望为CD19抗原下调的癌症复发提供经济高效的新疗法。综上，本研究不仅从机制层面阐明了不同糖萼工程策略的适用特性，还为B淋巴瘤下一代过继细胞疗法的设计与优化奠定了重要基础。
金属镍广泛应用于析氧反应（OER）催化，其作为预催化剂，经表面重构转化为NiOOH，后者为OER的实际活性物种。因此，OER性能与NiOOH结构密切相关，而NiOOH结构取决于预催化剂的性质。由此可见，调控金属镍以获得高性能NiOOH至关重要。本研究提出了一种界面氧化还原调控策略，利用电化学剥离石墨烯（EG）将泡沫镍（NF）表面氧化为所需的Ni2+物种。采用原位表征技术在阳极电位下对EG氧化NF表面的γ-NiOOH进行了研究，该物种有利于OER进行，研究发现此过程抑制了性能较差的β-NiOOH的生成。还原后，单原子镍及镍团簇被锚定于EG层上。改性后的γ-NiOOH以及单原子镍和镍团簇共同提升了EG氧化NF的OER性能，表现出较低的过电位和增强的稳定性。随后，采用可控的EG与镍基金属验证了该界面氧化还原调控策略的普适性。优化后的EG氧化NiFe体系在10 mA·cm-2电流密度下过电位仅为243 mV，并在500 mA·cm-2高电流密度下实现了100 h的长期稳定运行。
理解液态有机氢载体脱氢反应的本征特性颇具挑战性，这源于电子效应与几何效应的协同影响。本研究构建了具有相似铂粒径（约1.7 nm）的系列Pt/MOx催化剂（其中MOx为CeO2、MgO、ZrO2、TiO2、Al2O3或SiO2），旨在探究由金属-载体相互作用调控的铂电子结构对液态有机氢载体催化脱氢反应的影响。实验结果表明，不同载体上铂d电子含量与催化脱氢转化频率之间呈现火山型关联。其中，Pt/MgO催化剂表现出最优脱氢活性。当d电子含量降低时，Pt/MgO催化剂增强了Pt-C键的成键轨道占据特性，促使六氢单苄基甲苯（MBT）稳定吸附，进而促进后续C-H键断裂。该研究为通过调控铂位点d电子密度理性设计高效脱氢催化剂提供了新思路。
本研究构建了一种高速纳米定位平台，该平台采用对称驱动结构，由多层并联粘连的薄层压电陶瓷组成，能够实现微米或纳米尺度的精密操作。针对其固有的迟滞非线性问题，提出了一种基于神经网络的切换输出调节控制器（NN-SORC）以实现非线性补偿。为解决浮点运算速度慢和编译效率低的问题，设计并开发了一种基于现场可编程门阵列–中央处理器（FPGA–CPU）双层数据处理架构的闭环控制系统。通过设计反馈线性化方法，对系统中的迟滞非线性进行线性化处理，从而构建了一个切换跟踪误差系统。在Lyapunov理论和平均驻留时间技术的支持下，推导出了保证NN-SORC闭环系统在实际微/纳米检测与制造过程中常见的切换参考信号作用下实现渐近稳定的充分条件。最后，通过大量对比实验验证了所提出NN-SORC方案的有效性和优越性。
当前睡眠障碍的一线药物与抗抑郁药物存在较多重合，且疗效有限，亟需从新的机制角度开发创新的治疗策略。本研究首先通过横断面研究发现，失眠患者血清中S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosylmethionine，SAM）含量显著降低，提示SAM可作为睡眠障碍潜在的生化诊断指标和药物干预靶点。随后，从7个不同菌种的60株肠道菌株中筛选得到一株高产SAM的益生菌——瑞士乳杆菌（Lactobacillus helveticus）CCFM1320，证明其能够改善小鼠睡眠剥夺引起的认知和记忆行为异常；在机制上，CCFM1320通过提供SAM促进褪黑素合成前体N-乙酰色氨酸的甲基化，进一步使其调控的下游生物节律基因表达正常化。随后，一项为期4周的安慰剂对照临床试验结果显示，CCFM1320显著改善了睡眠障碍患者的睡眠质量，表现为匹兹堡睡眠质量指数（PSQI）评分降低、血清皮质醇水平下降以及肠道致病菌丰度的减少。益生菌治疗还显著升高了肠道菌群宏基因组中与SAM合成和代谢相关的酶编码基因丰度，这可能与高产SAM益生菌的引入以及SAM在肠道中的累积相关。综上，本研究为基于益生菌的睡眠障碍管理策略提供了新的思路，有望成为睡眠障碍的非药物治疗替代方案。
本文提出一种新型自感知钢-纤维增强聚合物复合筋（SFCB），该复合筋基于分布式光纤传感（DFOS）技术，实现了自感知、损伤控制与结构增强三大功能。本研究将DFOS应变监测数据与理论、数值模型相结合，从安全性、适用性、耐久性三个维度，建立了一套用于结构损伤评估的多性态评价方法。以刚度作为钢筋混凝土（RC）结构全服役周期的评估指标，并据此定义损伤变量；首先在特征点处建立了SFCB应变与弯矩、曲率、荷载、挠度、刚度及裂缝宽度等各项性能指标的基本关系，再结合损伤变量对应的荷载峰值、跨中挠度限值与裂缝宽度限值，确定了安全性、适用性及耐久性对应的损伤变量阈值。其次，提出一种基于DFOS应变数据的改进纤维损伤模型，提升了纤维损伤的识别、量化与追踪能力。最后，通过SFCB-RC梁的三点弯曲试验验证了所提理论与数值模型的可靠性，并采用该方法对试验梁进行了损伤评估分析。结果表明，提高配筋率可降低各阶段损伤变量阈值，同时增强受弯梁的损伤控制能力。本文的研究成果有助于推动钢筋混凝土结构的智能化发展，为智能钢筋混凝土结构的设计提供了思路。