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協作研究金:2012/2013年度獲資助之研究項目摘要

傳染病的症候群監察及建模
項目統籌者:徐國良教授 (香港城市大學)

近年SARS和豬流感的暴發,暴露了疾病暴發早期檢測和疾病傳播仿真分析在流行病暴發時的健康資源管理需要。目前的監測系統缺乏處理不同類型和不同來源數據的能力,並且不足以準確預測傳染病暴發和蔓延趨勢。本研究將開發一種全新的"症狀監測"的方法,以可靠的數據為基礎,準確預測、模擬傳染病暴發,並進行風險分析。我們會:

  • 開發先進的基於多種傳染性疾病數據源的數據挖掘方法來理解和提取疾病傳播的動態機制。
  • 建立症狀監測方法,分析公共健康相關的數據,以便及早發現傳染病疫情。
  • 開發動態傳染仿真模型和衛生經濟學模型來模擬疾病傳播和風險評估。

通過模擬暴發、臨床實驗、現場實驗和流感暴發的歷史醫療數據來驗證所提出的研究模型。

具有能量定域效應的功能化等離子體光子學及其在檢測, 納米操控和光電子中的應用
項目統籌者:何浩培教授 (香港中文大學)

當電磁場入射在金屬物體的表面時,由於金屬內部的自由電子的共振,金屬表面的電場會立即增強。這些共振也被稱為表面等離子激元。 Plasmonics是一個新名詞,其是概括的描述上述這種效應的科學和技術。表面等離子體有許多特性,包括金屬表面的場增強特性及其增強場在納米尺度的局域特性。這些性能使得其在光子學領域有廣泛的應用。一個很好的例子是等離子生物傳感器,其在檢測生物分子方面,具有極高的靈敏度。表面等離子體的這些特性使得光學陷阱在納米尺度的物體操作方面的應用成為可能。

在這個項目中,我們將設計一些等離子器件的結構來產生一些場強的"熱點"區域,以實現接近單分子水平的生物檢測,同時也可進一步提高生物太陽能電池和發光器件的效率。該項目將涉及系統的理論研究和實驗研究。採用的金屬結構包括納米粒子,週期或隨機的納米陣列,薄膜材料,以及以上幾種的混合結構。

等離子生物檢測的獨特之處在於"無標記"的信號生成方式(即無需熒光標記)和實時的檢測能力。我們將開發一個"等離子生物芯片",即在特定的位置創建"熱點"區域,用於捕獲生物分子並進行信號放大。 "熱點"工程的方法將可以進一步應用在有機太陽能電池以及發光二極管中。在這樣的系統中,主要面對的挑戰在於如何增加光-電或電-光轉換的效率。對於有機太陽能電池,其典型的的厚度大概是幾百納米。具有光子能量局域特性的等離子納米結構可以對這方面的現狀有顯著的改善。同樣的光捕獲方法確實也適用於發光器件,其較短的等離子衰變週期可以提高發光二極管的發光量。

我們提出的等離子激元增強的太陽能電池和發光二極管的應用同全球範圍的綠色能源方面的探索有著直接關聯。同時,我們的"陷阱-傳感"的概念可以提供一個性能超越傳統方法的生物傳感技術。此外,通過這個項目上獲得的電磁場操控方面的知識將會對許多應用領域有影響,尤其是那些光與物質的相互作用在其中是最重要因素的領域。

探討力學傳導及新的內皮細胞信號因子對運動促進血管健康的關鍵作用
項目統籌者:黃聿教授(香港中文大學)

在香港,由於人群中肥胖和糖尿病的高患病率,心血管疾病已成為最主要的死亡和致殘原因。包括動脈粥樣硬化,血栓形成以及其並發症在內的心血管疾病的發展過程中,血管內皮細胞功能失調是關鍵的疾病引髮劑。治療學上,現有的藥物治療只能部分緩解糖尿病症狀,但並不能逆轉糖尿病血管疾病的惡化。因此,有必要製定更有效的治療策略來對抗糖尿病血管病變。

運動能產生對抗心血管疾病的多重有益效應。因為運動可以增加血液流動以及血液對血管壁的剪切應力,這是運動保護血管功能的一個關鍵機制。不同的剪切應力對多種心血管事件,包括對動脈粥樣硬化,血管炎症與重構,血管再生過程,有重要的調節基因表達效應。我們的預實驗結果表明,糖尿病小鼠通過運動後,層流切應力增加,涉及血管"危險"信號轉錄因子信號轉導通路得到抑制,血管內皮細胞功能得到改善。然而,在更好的感激運動帶來的血管保護與代謝益處之前,尚有一些科學問題有待解決。

此項研究提議將是本港第一次提出的來探究運動鍛煉對血管健康益處的提議。從機制上,擬進行的研究結果將為心血管疾病治療靶點提供新的觀點。同時,在公眾中,尤其是本港的老年群體,我們的研究結果將引起他們意識到運動鍛煉提高生活質量重要之處。我們優秀的專業知識,以及我們與本港三所大學以及與中國大陸和台灣一流的血管生物學家的集中合作,將幫助我們建立一個研究糖尿病和肥胖相關的血管疾病綜合平台。

巨噬細胞-肌纖維母細胞轉分化在器官纖維化的致病機制與臨床幹預
項目統籌者:藍輝耀教授 (香港中文大學)

組織和器官硬化或纖維化是導致器官機能活動永久性喪失的一條常見共同的通路,並嚴重威脅生命。是慢性心血管疾病,慢性肺病,肝臟硬化,和慢性腎臟病的重要致病原因。肌成纖維細胞是產生瘢痕,導致終末期器官硬化的重要細胞。然而,它們的起源仍然存在很大爭議。因此,本研究項目的是彙集基礎和臨床研究專才,進行開拓性的研究,以確定巨噬細胞-肌成纖維細胞轉化(MMT)作為一種新的致器官纖維化的主要途徑為研究目標,揭示其機制,並開發新的有效抗纖維化治療藥物和方法。

基於金-鑽石複合納米系統的多功能超靈敏探測
項目統籌者:劉仁保教授 (香港中文大學)

磁共振譜在科學研究和生產生活中有廣泛應用。醫院裏用的核磁共振和磁共振成像便是很好的例子。近年來該領域有一個新的機會。那就是鑽石中的磁性發光中心可用作光探測磁共振,有望實現對物理、化學及生物過程達到納米精度的監測。在本項目中,我們將合成鑽石納米顆粒和金納米顆粒,利用該合成系統增強的光探測磁共振實現納米傳感器。我們將利用此納米傳感器深入研究納米化學系統和細胞中的微觀過程。

發展新方法學用于製備碳硼烷新材料
項目統籌者:謝作偉教授 (香港中文大學)

本項目的目的是發展新的合成碳硼烷功能材料的有效方法,以使其可在硼中子俘獲療法和有機半導體材料領域得到應用。

碳硼烷是一類由硼和碳形成的簇合物,這類化合物擁有良好的熱穩定性和化學穩定性,幷在許多領域得到應用。例如作爲硼中子俘獲療法的試劑應用于醫學,作?獨特的結構單元在材料科學得到應用,作爲特殊配體廣泛應用于金屬有機和配位化學。然而由于碳硼烷特有的結構,行而有效的合成碳硼烷功能分子的方法很少,從而限制了它的應用範圍。爲了解决這些難題,我們組建了一支集碳硼烷、金屬有機、催化、計算化學、化學生物學、以及有機材料爲一體的專業互補的團隊。

我們之前的研究表明碳硼烷籠子上的碳氫官能團具有缺電子脂肪族化合物的性質,而硼氫官能團則更傾向于表現出芳香性。就此,我們將積極探索過渡金屬參與或催化的籠硼氫鍵或碳氫鍵活化,幷且發展從簡單分子一步合成複雜分子的新方法,通過理論計算和實驗方法對相關反應機理展開研究。

這項研究所發展的方法學將用于合成新的含有碳硼烷官能團的有機半導體材料和硼中子俘獲療法的試劑。研究成果不僅將增進我們對碳硼簇合物基本化學性質的瞭解,也將獲得新的碳硼烷功能材料。

斑馬魚小膠質細胞和急性髓系白血病的研究
項目統籌者:温子龍教授 (香港科技大學)

小膠質細胞是位於大腦和脊髓中的駐留型巨噬細胞,在產生免疫應答、清除受損神經細胞和斑塊以及調節中樞神經系統神經迴路的可塑性和活動性等方面發揮關鍵作用。小膠質細胞的功能失常與各種中樞神經系統疾病以及神經退行性疾病的發病和進展緊密相關。在這個研究方案中,我們將利用斑馬魚,一種在脊椎動物發育和人類疾病研究等諸多方面廣泛應用的生物模型,分別分析在未成年和成年中樞神經系統中小膠質細胞的發育和功能。我們預計,這份研究方案所獲得的進展,不僅可以為小膠質細胞在神經發育和功能上的作用提供新的見解,同時也將在治療神經退行性疾病的探索策略上開闢新的平台。

香港斜坡生態工程: 填方斜坡生態覆蓋系統及堆填區毛細覆蓋層
項目統籌者:吳宏偉講座教授 (香港科技大學)

香港特別行政區土力工程處的資料?示,香港有數以千計不合標準的填方斜坡迫切需要加固。土力工程處每年投入約1億港幣用於邊坡加固。但目前的加固方法尚未將植被作為一個穩定措施。此外,13座已封場的小型填埋場和3座正在服役的大型 "策略性"填埋場的覆蓋層設計,也沒有考慮利用植被提高邊坡的穩定性以及最大限度地減少雨水入滲和填埋氣體的排放。植被通常只用作美觀的目的。目前迫切需要一种新穎、耐用、環保而且基本不需要維護的生態垃圾填埋場覆蓋層,如毛細阻滯覆蓋層。該科研項目的主要目的是研究并提高我們對植被的根-土-水相互作用的基本認識,提出一個新穎、環保且基於可靠性理論的"香港填方斜坡生態覆蓋系統及堆填區毛細阻滯覆蓋層"初步設計框架。毛細阻滯覆蓋層是由多層土組成,利用不同種類土非飽和滲透性的差異,減少雨水入滲,並快速排走已入滲的積水。生態覆蓋層可自我生長發育,持久耐用,基本不需要維護。

本研究項目由一個跨學科的研究團隊承擔,將開展5個主要的研究任務:填方斜坡和填埋場的現場勘查和監測,生態填方斜坡和填埋場的毛細阻滯覆蓋層的離心機實驗和數值模擬,針對斜坡生態工程建立一個完善的質量保證體系和一套基於可靠性的初步設計方法。

本項目的研究成果將為香港的生態斜坡和填埋場工程提供新的認識。該項目還將編寫一套新的,專門基於可靠性的初步設計準則,為填方斜坡覆蓋系統及堆填區生態毛細阻滯覆蓋層的設計、施工、管理和修復提供依據。該設計準則將包含性能標準、技術資訊和程序機制(綜合設計、施工和運營各階段),並提供必要的支持數據。

蛋白質轉運:機制與功能
項目統籌者:夏軍博士 (香港科技大學)

我們的身體是由成千上萬個細胞組成的。這些細胞被精細的膜隔成許多獨立的區域。類似物流運輸業,我們身體內的物質也需要在不同的細胞區域之間轉運。蛋白質在不同的細胞區域之間的運輸叫做蛋白質轉運。蛋白質轉運對於細胞很重要。不正常的蛋白質轉運可以導致多種人類疾病。本項目旨在研究蛋白質轉運的調控機制,即蛋白質轉運中貨物的裝載,運輸,及卸載是如何實現的。我們也將嘗試理解不正常的蛋白質轉運如何導致糖尿病和帕金森氏病。

創立香港代謝疾病研究中心:對新型代謝激素的基礎及臨床研究
項目統籌者:林小玲教授 (香港大學)

糖尿病現已在全世界蔓延,並且已達到流行病的程度,對全球經濟及公眾健康構成重大威脅。遺憾的是,現有的藥物尚無法徹底逆轉或治愈糖尿病,以至大多數糖尿病患者終生都不能擺脫藥物治療。深入探索、理解和研究糖尿病的發病機制對開發更有效的療法極其重要。本研究計劃的目標是集合本地相關領域的基礎研究專家和臨床醫學團隊,在本港建立一個配備先進設備的代謝疾病研究中心。本中心將為華南地區的科研人員和製藥公司提供對動物疾病模型和人類代謝激素的全面研究和分析, 為糖尿病等代謝性疾病開發新的療法和標靶藥物提供重要的科學依據。

研究禁止拖網捕魚對香港水域海洋底棲生態系統及生物多樣性之影響
項目統籌者:梁美儀副教授(香港大學)

香港漁業資源自20世紀70年代起已被過度開發。但至今香港沿海仍有約400艘進行拖網捕撈作業的漁船,其捕撈量佔總捕撈量的8成,已超過海洋可持續發展水平近雙倍。這些拖網作業的漁船無選擇性地捕撈各種類的魚、蝦和蟹,嚴重損害了生態平衡。拖網過程亦反覆地對海洋底棲生態系統造成了嚴重的物理損害,為生物多樣性帶來負面影響。為了減少類似損害,香港政府頒布條例,自2012年12月31日起禁止漁船在香港領土範圍內進行拖網作業。該條例將對香港沿岸海床和相關的海洋資源修復起著積極的作用。

我們的研究團隊將驗證該拖網捕魚禁令對香港的海洋底棲生態系統和相關漁業資源的修復作用。我們將對該總體假設進行長時間的驗證,驗證指標包括:具重要商業價值的魚類和無脊椎動物的單位努力漁獲量、海洋底棲動物的多樣性和生物鏈各消費者的平均營養位階(即食物網結構)。我們亦會考核禁令頒布後環境的變動對底棲生物多樣性的影響。若拖網捕魚禁令能有效地促進生態系統的修復或恢復,本研究項目將能進行及時而有效的驗證。

我們的科研團隊由各領域專家組成(當中包括一名海外學者),所涵蓋的專業包括海洋生物多樣性、底棲生態學、營養動力學、漁業學、沉積學、統計學和生態建模。本研究將使用一個由我們的科研團隊和香港政府的漁農自然護理署在禁令頒布之前共同建立的特有數據庫(當中包含了本港漁業和底棲生物多樣性的數據),為拖網禁令實施前和實施後的香港海洋狀況作比較。

基於國際『生物多樣性公約』,香港政府須履行保育生物多樣性的責任。本研究結果不但對香港海洋的長期監測和海洋生物多樣性的可持續管理提供寶貴建議,亦給環境管理者和經濟學家提供相關資料。同時,更為國際提供一個沿岸漁業管理和生態修復的"良好實踐"例子。最後,研究結果將為影響亞洲熱帶海洋底棲生態系統的機制提供理論基礎。亦為將來香港的沿海開發項目(如第3條機場跑道)的生態影響評估和全球氣候變化對海洋生態的影響提供參考。

超高密集型城市的通風機制
項目統籌者:李玉國教授 (香港大學)

目前世界50%以上的人口居住在城市中。城市通風,尤其是人口?多、高層建築高度密集的"特大城市"的通風,?定排除城市中熱量和空氣汙染物的能力。香港的空氣已變得越來越停滯。例如,1968年以來風速以每12年0.6 m/s的速度降低,1995年以來平均每12年降低0.35 m/s。這種讓人堪憂的趨勢還在繼續,然而,目前還沒有研究能夠解釋這種現象,更沒有應對策略來阻止這種趨勢的繼續。在某些其它超大城市中也觀察到了這種風速降低的趨勢。城市通風和風速的降低是熱島效應的一個主要原因,也是城市空氣質量的一個決定性因素。我們的研究目的,就是系統的理解氣象風很強或很弱的情況下城市通風的物理機理,以及風和浮力驅動流的相互作用;在此基礎上研究出主要的城市形態、環境和氣候等方面的因素在城市通風中的作用。