全国“挑战杯”大赛江苏斩获十项特等奖
科技界弄潮儿迈向创新创业“塔尖”
大学生科技创新的“奥林匹克”盛会——第十六届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛终审决赛近日落下帷幕。今年竞赛评审委员会评出特等奖作品35件、一等奖作品105件、二等奖作品286件、三等奖作品786件。其中仅在特等奖中,江苏高校就斩获了10项,成绩亮眼。
这个被公认为大学生科技赛事中影响力最大、覆盖面最广、参与者最多的盛会已经迈入第30个年头,培养出了一批“站在塔尖”的创新型科技弄潮儿。
在35件特等奖作品中,江苏高校斩获10项,成绩亮眼。其中包括扬州大学《水稻粒重基因qPE9-1和OsGASR9的功能研究》等三件作品,南京航空航天大学《碳纤维复合材料自加热原位固化设备》等两件作品,东南大学《高精度多维力传感器及航天员生物力学测量系统》等两件作品,南京邮电大学《高性能量子数字签名系统》作品,南通大学《免疫检查点的调控机制研究》作品,江苏大学《快速救灾抢险高效自循环自吸离心泵关键技术研究》作品。
坚守“中国饭碗”的青春力量
离心、提DNA、跑胶……清晨七点不到,《水稻粒重基因qPE9-1和OsGASR9的功能研究》获奖团队的带头人扬州大学农学院本科生李相伯已经马不停蹄地投入到实验“战斗”中去了。
作为我国最重要的粮食作物之一,水稻的产量一直是社会关注的焦点,而在左右水稻产量高低的因素中,粒重是一项重要指标。
“水稻粒重由粒长、宽、厚和籽粒充实度共同控制,与产量密切相关,因此克隆出水稻粒重调控基因,阐明其功能和作用机制,就能在分子水平上按照育种目标对水稻粒重进行操控,进一步挖掘水稻的增产潜力。”李相伯介绍,在导师周勇教授的指导下,他和团队成员经过近四年的探索、试验和分析,终于明确了能正调控水稻粒重关键基因的遗传效应,为利用分子生物学技术改良水稻产量性状、培育水稻高产新品种提供新的基因资源和遗传信息。
据了解,李相伯团队通过利用多种先进的遗传学技术手段,系统对两个水稻粒重基因qPE9-1和OsGASR9进行了功能解析,明确了这两个基因均正向调控水稻粒重。相关研究结果已相继发表于《Rice》《Plant Science》等国内外知名期刊。
大二起始,李相伯便积极申报并主持了校级科创项目《水稻直立穗基因qPE9-1的功能研究》。“感觉分子的世界很美妙。”他笑着说,看似复杂的分子实验和深奥的遗传知识一下子把他吸引住了。大三实习时,李相伯毫不犹豫地选择留在周勇教授课题组开展更深一步的学习研究。
“一入科研深似海。”李相伯打趣地说,自此之后他就彻底没有了周末,整天泡在实验室。“比赛让我们看到了‘山外山’,获奖让我们更加坚定了科研路,这样的经历将影响我们的一生。”李相伯说,“作为农科学子,我们希望发挥专业优势、攻坚克难,用青春力量为中国人手中的饭碗再添一把中国粮。”
李相伯表示,未来他们将在老师的指导下,对OsGASR9和qPE9-1的互作关系以及调控水稻粒重具体通路的分子机制进行深入研究,进而为高产育种提供重要技术手段。
点亮肿瘤治疗生命之光的一小步
“如何通过研究肿瘤免疫疗法的关键靶点PD-L1,精准地找到肿瘤逃避免疫系统的机制,有效抑制肿瘤细胞的生长。我从大一接触到这个课题,三年多来,放弃了所有寒暑假,埋头实验。”特等奖项目《免疫检查点的调控机制研究》团队负责人吴英成感慨地告诉记者。
免疫疗法是什么?美国前总统卡特在90岁高龄被确诊恶性黑色素瘤,尝试了多种传统疗法都没有取得好的效果。然而6个月后,卡特总统的肿瘤得到了完全缓解,这是因为他使用了一种全新的治疗方法——免疫检查点抑制疗法。
然而此治疗方法在不同人群、不同肿瘤、不同个体中,疗效差异巨大,这就需要研究肿瘤免疫疗法的关键靶点PD-L1。PD-L1又是什么呢?团队指导老师范义辉打了个比方,免疫细胞就像警察,肿瘤就像坏人。坏人戴上PD-L1这种面具,使警察发现不了他。
到底这些“面具”是怎样戴上的?为什么同样的“面具”有厚薄之分呢?能否找到一个分子开关将其彻底关闭,从而实现对不同个体进行精准治疗呢?项目团队围绕这些问题进行了研究。
研究的过程也是不断发现、不断探索、不断创新的过程。常理来讲,年龄越大,人体的免疫力越低。然而实验发现,随着年龄的增长,人体的固有免疫力越强。这一发现,让吴英成产生了困惑。在老师的指导下,他又更换了一种实验方式去验证,利用高通量测序,分析发现衰老会改变肿瘤微环境,最终印证了他们的实验结果。
经过坚持不懈的努力,团队系统率先发现PD-L1上游的一个分子开关是其高表达的本质原因,首次提出内皮细胞可作为评价肿瘤预后效果的新型生物标记物。由于该项目找到了肿瘤免疫治疗个体差异的关键原因,被《国际肿瘤学》选为研究亮点。
“我是百万医学生中的一个,我做的,也只是一个小项目。但我希望,我们的一小步,能为治疗肿瘤的一大步作出贡献。发现更高效的免疫疗法,点亮肿瘤治疗的生命之光!”吴英成说。
解泵企难题的创新突破
“作为抢险救灾的自吸泵,它的高效和快速体现在哪里?”
面对评委的提问,特等奖作品《快速救灾抢险高效自循环自吸离心泵关键技术研究》负责人、江苏大学流体机械工程技术研究中心研三学生施亚是这么回答的,“高效,就是不同尺寸产品的运行效率提高5到10个百分点;快速是和传统自吸泵比,自吸时间明显缩短,我们有一款产品自吸时间缩短了20%。”
自吸离心泵是救灾抢险的关键装备。在抢险救援过程中,泵作为系统的核心动力源装置,水力性能、效率与自吸性能直接关联着整个系统的有效运行。
2017年暑假,准研究生施亚来到温岭一家泵业上市公司实习。一个半月的企业实习里,企业工程师向他透露了一个信息:我国自吸泵产品起步晚、性能低,和国外产品比有很大差距,“具体到性能指标上,就是存在自吸高度低、自吸时间长、运行效率差三大拦路虎。”
此后,施亚业余时间都扑在了自吸泵研究上。他和团队成员分工合作,先从理论入手、查阅论文,然后数值模拟,有初步方案后再去企业实验室进行样机试验。
研究过程困难很多。比如,施亚负责的一个项目创新点——非对称双出口导流器的设计。传统的蜗壳只有一个出口,导流器中气水分离慢导致自吸性能不佳,施亚就从改变结构、扰动内部流场入手,提出了非对称双出口导流器结构,并针对两个出口的位置和角度进行不断优化。
试验过程中,优化效率始终达不到目标。但国内外没有相关资料可以参考,团队不知道尝试了多少次,才找到了最佳方案。
在北航比赛现场,他们带去了一个1.5吨自吸泵进行展示,这个重量级的自吸泵用在流量大的抢险现场,每小时可以排出400立方米的水。一位北京的老师看到后,感叹说,2012年“721”北京特大暴雨,如果用上这种自吸泵会减少很多的损失。
由他们开发的一款产品样机经检测,泵效率为55.35%,比国家标准的规定值相对提高了7.1%,比市场占有率最高的本田款产品的效率相对提高了48.3%,自吸高度5m时的自吸时间为68s,比国家标准的规定值缩短了32s,比本田款产品缩短了4s。
从2018年2月第一台样机面试,到同年5月投入生产。新界泵业自吸泵的销售量达到21万台,新增销售额6930万元;徐州丰源泵业生产的大型自吸泵销售一万多台,新增销售额3230万元。团队也发表论文14篇,申请发明专利12项,其中已授权发明专利2项。
施亚常常和团队小伙伴一起畅想,未来可以在自吸泵上加入控制系统,根据实际工况的改变自动调节运行情况,“泵的应用非常广泛,我们可以利用新技术、新手段,使得水泵性能不断优化,更加高效、更加节能。”
记者 王拓 杨频萍
