生物治疗药物市场的繁荣反映了治疗性抗体药物用于治疗癌症、炎性疾病和难治性感染的可行性和有效性。随着抗体药物临床试验和转化研究中出现的结合效率不高、效应功能降低和不良反应频发等问题的解决，治疗性抗体的修饰在抗体药物的研发进程中得到了前所未有的蓬勃发展。为了提升抗体的结合活性、循环中的半衰期、靶细胞的有效性，并最终实现改善抗体药物的疗效，抗体可主要通过以下途径修饰：①糖基化修饰；②抗体恒定区（Fc）改造；③抗体亚类重构；④构建抗体-药物偶联物（ADC）；⑤基于单链可变区片段（scFv）的嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）；⑥双特异性抗体（bsAb）。过去几十年来全球在修饰型治疗性抗体的领域取得了许多成就，中国作为对于生物治疗药物需求巨大并且拥有巨大研发潜力的国家在该领域亦发挥了积极作用。本文概括了修饰型治疗性抗体在当前国际研究中取得的进展，并在单独的章节中重点介绍了中国在该领域取得的成果。
在疾病干预的众多膜蛋白靶标中，G蛋白偶联受体（GPCR）作为人体内最大的膜受体蛋白家族，成为很多药物的重要靶点，其次是离子通道、转运蛋白和激酶等。膜蛋白在细胞信号转导和运输中发挥了关键作用，当前药物研发面临的挑战在于进一步发掘此类膜蛋白的潜在靶点的干预价值，开发治疗性抗体药物。鉴于特异性抗体能够识别膜蛋白的灵敏特性，以及随着基因工程技术的进步，对已有抗体进行加工改造可获得适应多个靶点蛋白的特异性抗体。然而，成功分离特异靶向膜蛋白抗体取决于一系列因素。我们更易研制和识别结构简单且具有长片段胞外区的抗体分子，但对于高难度的靶点蛋白，如GPCR和其他复杂膜蛋白往往难以得到具有活性的候选抗体。目前若要开发针对复杂膜蛋白（如GPCR、离子通道、转运蛋白和激酶）的抗体药物，必须从抗原靶点设计、抗体筛选策略、先导抗体优化及药物研发模式方面进行考虑。深入研究靶标膜蛋白的结构有助于推进治疗性抗体药物的开发进程。本文概述了抗体靶向复杂膜蛋白的优势和挑战，以及膜蛋白抗原制备和抗体研发策略的最新进展。
过敏性疾病是常见的慢性疾病之一，由变应原在不同器官上引发变态反应，在临床上以不同器官的疾病为主要表现形式，如哮喘、特应性皮炎、鼻-鼻窦炎等，常累及儿童和成人。由于其在世界范围内的广泛流行和对患者生活质量的影响，采用新型生物疗法治疗过敏性疾病的研究业已成为该领域的热点。已知多种因素可促进或触发Th2 型免疫应答，导致2 型细胞因子和免疫球蛋白E（IgE）的产生并参与过敏性疾病的发生发展，因此，开发针对2 型细胞因子和IgE 的单克隆抗体为治疗过敏性疾病提供了新的策略。此外，一些潜在的靶点，如上皮源性预警素-胸腺基质淋巴细胞生成素（TSLP）和白介素33（IL-33）业已进入临床研究阶段。这些新的和潜在的靶点极大地提高了变应性疾病的治疗机会。本文阐述了目前已开发的针对细胞因子、细胞因子受体和IgE 的单克隆抗体在过敏性疾病治疗中的作用，并对这些抗体的临床效果进行了讨论和分析。
抗程序性细胞死亡蛋白-1（programmed cell death protein-1, PD-1）/程序性细胞死亡配体-1（programmed cell death ligand-1, PD-L1）单克隆抗体的免疫疗法已成为治疗肺癌、肠癌和黑色素瘤等多种癌症的常规方法。PD-1/PD-L1信号通路在肿瘤微环境中可抑制T细胞活化，使其成为一个热门的抗癌靶点。野生型（wild type, WT）PD-1胞外结构域由于亲和力低而难以阻断PD-1/PD-L1复合物的形成。本文利用三维（3D）晶体复合结构分析了PD-1与PD-L1或PD-L2的相互作用。文中还报道了PD-1与其临床抗体Opdivo结合模式的理论研究。通过对PD-1及其配体（即PD-L1和PD-L2）或抗体Opdivo的理论结合分析，建立了PD-1的一个小库容量、表位定向的哺乳动物细胞文库。经过三轮细胞分选，筛选出对PD-L1有较高亲和力的PD-1突变体463（亲和力较野生型PD-1提高近3个数量级）。它对PD-1具有抑制作用，可阻止PD-1与PD-L1形成复合物，这与商品化的抗PD-L1抗体atezolizumab（ATE）的作用相似。突变体463的半数有效浓度（median effective concentration, EC50）为0.031 μg·mL−1，而ATE的EC50为0.063 μg·mL−1，两者均明显低于野生型PD-1的EC50 (2.571 μg·mL−1)。在MC38转基因小鼠模型中，463可有效逆转PD-1对T细胞活化的抑制作用，而且10 mg·kg−1的463突变体蛋白对肿瘤生长的抑制率约为75%，与同等剂量下ATE的抑制活性相似。更有趣的是，低剂量的463（2 mg·kg−1）显示出比10 mg·kg−1的野生型PD-1更好的抑瘤效果。这项工作提供了一种高亲和力诱饵骗分子463，其体内外活性较天然PD-1分子有明显提高，因此，它有可能成为靶向PD-1/PD-L1治疗相关肿瘤的良好选择。
全人抗体免疫原性小、安全性高。目前研究的处于临床试验阶段的大多数抗体药物都是人源化或全人抗体。全人抗体多通过噬菌体展示技术（体外）或转基因小鼠（体内）产生；其他方法包括B淋巴细胞永生化、人-人杂交瘤、单细胞聚合酶链反应等。本文描述了一种基于分子结构的计算机辅助设计新抗体技术，用于获得全人抗体。由于靶向人表皮生长因子受体2（HER2）的注射用曲妥珠单抗（赫赛汀）的结构复杂，我们首先针对赫赛汀识别HER2 的潜在表位设计了6 条短肽。随后，将这些肽作为抗体互补决定区，并采用适合的免疫球蛋白框架，获得名为'HF'的新型抗HER2 抗体。HF比赫赛汀具有更高的亲和力和更有效的抗肿瘤活性。我们的工作为用于机理研究以及免疫相关疾病（如癌症和传染病）的成像和临床应用的新型全人抗体的快速设计和筛选提供了有用工具。
肺癌是全球最常见的癌症，五年总生存率非常低。肺癌的常规诊断和治疗策略具有内在局限性，这就推动了纳米技术和纳米医学方法的发展，以提高早期诊断率并开发更有效、更安全的肺癌治疗方案。癌症纳米医学旨在根据每个患者独特的生理和病理特征（在基因组和蛋白质组水平上）来制定药物递送、诊断和治疗方案，在该领域引起广泛关注。尽管纳米医学技术在肺癌的科学研究中获得成功应用，但由于对纳米技术与生物学之间的相互作用知之甚少，以及毒理学、药理学、免疫学和纳米颗粒的大规模制造等方面的挑战，使得纳米医学方法的临床转化仍然具有挑战性。在本文中，我们强调了用于肺癌治疗的纳米医学的发展和机遇，并展望了该领域的前景，以及讨论了其在临床转化中面临的挑战。
本研究中，精液参数的正常值是针对一般不孕不育夫妇设定的，其中大多数女性为正常排卵女性。而对于患有多囊卵巢综合征（PCOS）的女性，其配偶的精液质量，包括精子浓度、精子总活动力（活动精子计数）、向前运动精子计数和精子形态对其生殖结局的预测能力尚不清楚。本研究基于一项随机对照试验展开二次分析，研究对象为2011—2016 年1000 例患有PCOS 排卵障碍型不孕症的中国女性及其配偶。这些来自全国27 家医院的PCOS女性患者被随机分配到四组中的任意一组，均接受促排卵治疗，干预措施分别为针刺联合克罗米芬、对照针刺联合克罗米芬、针刺联合安慰剂或对照针刺联合安慰剂。根据世界卫生组织（WHO）的标准，对每位男性配偶进行精液参数分析。我们需要分析的结果包括受孕、临床妊娠和活产。用logistic 回归评估精液参数对有排卵女性的受孕、临床妊娠和活产的预测价值。在这1000对夫妇中，有排卵、受孕、临床妊娠和活产的夫妇分别为780、320、235 和205 对。将精液量和精子活力分别作为受孕[曲线下面积（AUC）为0.62，95%置信区间（CI）为0.55~0.69]、临床妊娠[AUC为0.67（95% CI：0.61~0.73）]和活产[AUC为0.57（95% CI：0.50~0.64）]的预测参数。在Hosmer-Lemeshow 测试中，这些模型没有出现较差的校准。精液参数分析对患有排卵功能障碍的PCOS女性的治疗结果的预测能力是有限的。
目前对胎盘哺乳动物脊髓发育的分子网络特征我们知之甚少。这些特征对深入理解与再生相关的重要生物过程和组织工程研究非常必要。现在，借助于从胚胎期到成年期大鼠脊髓的大规模时序转录组分析取得了一些新的进展。研究发现发育早期波动的RNA表达水平反映了脊髓活跃的转录调控并可能启动了脊髓的早期模式发育。脊髓发育过程中由microRNA (miRNA)和转录因子（TF）构成的宏观调控网络在新生期前后存在切换现象（即'镶嵌模型'）。差异可变剪接事件提示了可变剪接可能是郎飞结发育的驱动力之一。我们的研究也支持了脊髓中先天免疫的发育与其内在生长能力之间存在负相关性。发育过程中的一些表观遗传学修饰很可能在不同发育阶段发挥各自的调控功能。G蛋白偶联受体（包括嗅觉受体）可能在发育的轴突生长中发挥多效性作用。该研究为脊髓发育领域提供了有价值的资源，并与越来越多的单细胞数据形成互补，也为开发新的脊髓损伤组织工程策略提供了组学基础。
水体中难降解药物成分污染是一个日益严重的环境问题。等离子体高效氧化技术是一项新兴技术。在本研究中，采用等离子体耦合旋转圆盘反应器（plasma-RDR）与二氧化钛（TiO2）光催化剂协同处理甲硝唑。Plasma-RDR中的旋转电极可有效提高放电均匀性，提升TiO2光催化降解效果。研究结果表明，与静止状态相比，当旋转电极转速由0 增至500 r·min−1时，甲硝唑的氧化降解效率和生成的羟基自由基浓度分别提高41%和2.954 mg·L−1。同时，本研究揭示了plasma-RDR 协同TiO2生成羟基自由基的作用机理。基于三维（3D）荧光光谱（EEFM）和液相色谱-质谱联用（LC-MS）等分析手段，本研究还剖析了甲硝唑主要的氧化降解产物，并提出了甲硝唑可能的降解路径。以上研究表明，等离子体催化氧化工艺对于水体中难降解抗生素的处理具有广阔的应用前景。
中国已成为世界上最大的能源生产国和消费国，风力发电和太阳能装机容量均位居世界第一。然而，中国日益严重的弃风弃光问题，严重阻碍了可再生能源的开发利用。针对可再生能源消费中存在的问题，本文分析了制约可再生能源发电容量的4 个关键性因素：功率平衡、功率调节性能、输电容量和负荷水平。针对这些瓶颈，我们提出了7 个解决方案：促进集中式和分布式可再生能源的协作发展、提高火力发电调峰的灵活性、增加灵活可调的能源比例、加快输电通道和柔性电网的建设、发展需求响应和虚拟发电厂、发展可再生能源主动支撑与储能技术、建立合适的政策和市场机制。中国政府和能源部门出台了一系列政策措施，三年来，中国可再生能源发展取得了显著成就。风力发电弃风率由2016 年的17%下降到2018 年的7%，太阳能弃光率由2016 年的10%下降到2018 年的3%。
具有简单、高效、低成本和高灵活性等特点的纳米加工技术在纳米尺度基础研究和原型验证中不可或缺。研究已证明，采用表面等离激元的近场光刻技术（即等离激元光刻）是一种有前景的解决方案。基于高速旋转基底上高刚度被动纳米间隙控制的加工系统是其中一种高效率加工方案。但是，为了研发出新一代具有高分辨率且可靠高效的纳米加工技术，需要探索一种更小更稳定的纳米间隙和新型等离激元透镜及其并行加工方案。因此，本文设计了一套并行等离激元直写纳米光刻系统。该系统应用了新型等离子浮动磁头，当转速为8~18 m⋅s−1时，其最小飞行高度可实现15 nm并且具有高平行度。本文还研制了一种多级的基于超构表面的偏振不敏感等离激元透镜。与传统的等离激元透镜相比，该透镜耦合的功率更大，焦点的范围更集中。该原型系统实现了约26 nm最小线宽的纳米结构并行光刻。该系统有望应用于高自由级、低成本的纳米加工技术，如平面光学元件和纳米机电系统。
建设月球基地以支持月面科研任务和资源利用一直是各国研究人员的目标。使用月球材料进行原位资源利用制备建筑材料对于节省昂贵的太空运费具有重要意义。本文研制了一种新型模拟月壤，名为北航（BH）-1。通过X射线荧光光谱（XRF）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和反射光谱结果证实，BH-1 的化学矿物组成和微观结构与真实月壤非常相似。本研究还在模拟月球环境条件下合成了一种基于BH-1 模拟月壤的地聚合物，并研究了补充铝源对地聚合物强度的影响。测定了碱激发BH-1 浆体的流变性能。采用XRF、XRD、傅里叶红外光谱、SEM能谱分析和27Al 魔角旋转核磁共振分析对地聚合物进行表征。试验结果表明，BH-1 浆体的流变曲线符合Herschel-Bulkley 模型，表现为剪切变稀流体。添加铝源的BH-1 地聚合物与对照组相比，28 天抗压强度可提高100.8%。同时，产生单位强度所需的添加剂的质量降低，显著减少了从地球运输至月球用于地聚合物制备的材料质量，有望节约太空运输成本。微观实验分析表明，通过添加额外的铝源来改善BH-1 地聚合物的力学性能机理为：促进了硅氧基中铝原子基团对硅原子基团的取代作用，生成更致密的无定形凝胶结构。
实蝇威胁着世界各地的水果生产。在美洲，作为害虫治理计划的一部分，用诱捕网络监测按实蝇（Anastrepha）的种群。在本文中，我们研究了利用雄性加勒比按实蝇（Loew）信息素、(±)-anastrephin 和(±)-epianastrephin，形成聚氯乙烯（PVC）聚合物基质引诱剂进行陷阱部署的制备方法。PVC聚合物圆盘（100 mg）分别含有10%（质量分数）的(±)-epianastrephin 和(±)-anastrephin，天然存在的非对映体比例为7∶3。将信息素从圆盘排放到空气的这一过程作为测量非生物环境参数、绝对湿度和温度的函数。从基质释放信息素的这一扩散控制机制得到了动力学数据的支持，一级反应速率常数随着温度的降低（从30 ℃降低到15 ℃）而降低了约1/10。因此，从圆盘释放的挥发性信息素能够在田野调查中持续数周。可以很容易地将这种动力学方法推广至聚合物基质的其他引诱剂的扩散控制释放中，在进行田野生物调查之前，可以对潜在的环境损失进行实验室预测。