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協作研究金:2016/2017年度獲資助之研究項目摘要

設施/設備

香港應用於生命科學研究的首個綜合超低溫冷凍電子顯微鏡公用平台
項目統籌者:姜里文教授 (香港中文大學)

由於近來最新一代的電子計數數碼或直接檢測設備(DDD)相機被引入市場,超低溫冷凍電子顯微鏡(cryo-EM)已經成為用於以高分辨率觀察生物分子的三維(3D)結構的有力工具,被稱為革命的進展。 另一方面,超低溫冷凍電子斷層成掃描技術(cryo-ET)則用於觀看細胞處於其自然狀態的3D結構。當與新引入的稱為相板的光學裝置配合使用時,cryo-ET可以分析細胞結構的細節。在這個項目中,我們的目標是適時地為香港的生命科學研究建立一個世界級的cryo-EM / cryo-ET共享設施。我們將與香港科學家和國際合作者共同建立一個配備了用於cryo-EM的DDD相機的200kV低溫-EM / cryo-ET TEM(穿透式電子顯微鏡)系統和用於cryo-ET的相板。我們會將這個新系統推廣至香港的研究界,進行生命科學方面的高影響力合作研究,並以促進研究成就,培訓香港和其他地方的青年科學家作為最終目標。


用於納米系統製造的反應離子深硅刻蝕設備
項目統籌者:潘永安教授 (香港科技大學)

此項目的目標是購買并安裝一台最先進的反應離子深硅刻蝕(DRIE)設備,主要用於納米系統的研究和開發。被提議的設備與現有設備相比,生產能力提高4 倍,刻蝕圖形的特征尺寸減小10倍。它將會進一步加強大學教育資助委員會(UGC)或非UGC資助的研究單位和本地工業界在DRIE相關項目的研究合作和設備的共享利用。同時,此項目也進一步加強香港在納米制造技術方面的基礎設施建設。


量子材料的物理性質測量平台
項目統籌者:王建農教授 (香港科技大學)

量子材料例如拓扑物質,二維過渡金屬二硫屬化物,低維半導體和磁性半導體,超導體,石墨烯和碳納米管等,由於它們在下一代電子學和光電子學,以及量子計算和信息技術的潛在應用,已經引起了來自全世界研究者的注意,並且是目前非常熱議的研究領域。這些量子材料表現出許多新的性質,其只能在高磁場和低溫的極端條件下進行研究。過去已經証明,在低於1K的溫度和高達16T的磁場下,揭示了材料的許多有趣的量子物理現象,發現了基礎物理原理,並且探索了潛在的應用。

在這個合作設備申請中我們要求建立一個量子物理屬性的測量平台,能夠達到極端條件包括高磁場(高達16 T)和超低溫度(低至0.05 K),具有多種測量功能包括直流/交流電傳輸,熱容量和傳導,掃描探針顯微鏡和共聚焦光學顯微鏡。該平台的建立將大大提高香港量子物理研究和材料設計的能力和實力,從而加強目前的合作,促進跨機構的新合作。這個合作項目的目的是利用提出的平台,加強我們在基礎物理學的研究,通過實施一系列協作的基礎研究活動發現量子材料的新穎性質。

這項擬議研究的成功,不但會加強我們對個別物質系統的基本理解,使我們能夠識別和發現新的基本物理原則,而且還將確保在香港的量子物質研究中建立一個合作平台。這將為探索這些量子材料系統在諸如電子學,光電子學,磁感應,能量,量子計算和信息技術領域中的應用提供急需的基礎。


建立第三代基因排序核心設施
項目統籌者:沈伯松教授 (香港大學)

DNA(脱氧核醣核酸)是生物的遺傳物質,它由四類不同的「鹼基」(由字母A、C、G和T代表)連接組成。這些「字母」的排序稱為DNA序列,而一段具有功能性的DNA序列則稱為「基因」。DNA序列會決定各生物的物種和屬性,而它的變化則會引起許多疾病,如導致先天缺陷和癌症。測定DNA序列的技術於幾十年前已發明,並在可測定的長度和通量方面不斷增加。進行這些工作所需要的精密儀器和專業人才通常並不是個別研究小組所能負擔。香港大學李嘉誠醫學院基因研究中心於十多年前成立,成為促進本地研究人員分享這些昂貴資源的平台。我們目前擁有多款DNA排序儀器,切合不同的研究需要。我們現建議購置最新一代的DNA排序儀(PacBio Sequel 系統),用以測序長達 60,000 個鹼基的DNA,此檢測數量己遠超現有儀器可測序的長度。這新技術將為研究各種潛在致病微生物的基因組開闢新機會,並有助了解長距離DNA結構重組在疾病中所扮演的角色。海外的研究人員最近已發表了由這新技術帶來的卓越研究成果,我們認為讓本地的研究人員能輕易地運用這新技術是十分重要的。

 

合作研究

面向大數據的安全云存儲及隱私保護技術研究
項目統籌者:賈小華 (香港城市大學)

近年來,公有雲已經成為各類企業及科研機構進行大數據存儲、分析等任務的重要平台。在這一趨勢下,傳統的數據安全和隱私保護技術已經不足以應對新興大數據應用中種類繁雜的敏感信息所帶來的挑戰。本項目針對大數據容量大、類別多和生成快等特點,著力研究如何解決雲存儲在這一背景下所產生的新的安全及隱私保護等相關問題。相關研究成果將使廣大用戶能夠直接在加密數據上進行搜索操作,以及能夠輕鬆地驗証數據分析結果的正確性,同時支持通過移動終端進行安全可靠的雲服務訪問,而不必擔心安全漏洞。我們相信該項目不但能夠增加用戶對雲存儲系統的使用信心,而且還能進一步推動雲存儲技術朝著更加安全、可靠、高效的方向發展。


核受體PPARD 參與運動改善糖尿病血管病變的跨學科研究:細胞間信號與能量代謝
項目統籌者:黃聿教授 (香港中文大學)

我在香港,肥胖和糖尿病的高患病率引起的心血管併發症仍是主要的慢性病症之一,影響公眾健康。香港人的生活習慣和繁忙作風令人缺乏運動,引起各種健康問題。運動能改善心血管健康與新陳代謝。我們已知運動通過AMPK 和PPARD 改善糖尿病小鼠的血管功能。但是關於運動對脂肪組織的功能調節,以及血管內皮細胞的參與作用知之甚少。

我們組成了一個跨學科研究團隊,我們將研究以下問題:在糖尿病與動脈粥樣硬化模型小鼠中,運動或激活PPARD 是否通過促進細胞有氧代謝改善血管功能;尋找能模擬運動有益效應的作用靶點;探討運動是否通過AMPK 和PPARD 改善脂肪中側鏈氨基酸與脂肪酸代謝,從而調節糖尿病小鼠脂肪與血管的功能。

我們希望通過這項研究更好地理解運動怎樣通過調節體內各器官功能從而對代謝與血管健康產生益處。我們也希望找到能模擬運動益處的新的藥物靶點和能用於臨床檢測糖尿病與心血管疾病的新的標記物,繼續加強我們與本港另兩所大學之間以及與中國大陸和台灣的合作,幫助我們建立一個研究糖尿病和肥胖相關的血管疾病研究平台。


闡明老化卵母細胞質量下降的基因組特徵: 從分子機制到應用
項目統籌者:李天立教授 (香港中文大學)

女性生育率隨著年齡的增長而急劇下降,高齡產婦懷孕相關的並發症如流產,遺傳疾病和異位妊娠對母親是一個很大的健康問題。高齡懷孕也影響輔助生殖技術成功率。導致高齡生育力惡化的一個主要因素是卵子質量下降。最近卵子捐贈和人工授精研究表明卵子質量是人工受孕的成功鍵因素。然而,與卵子老化相關的分子機制至今仍然未清楚。

我們團隊通過跨學科方法, 透過臨床生殖醫學,基因組學和計算生物學專家的多學科合作去革新我們對年齡與卵子質量的理解。我們最近報告了小鼠卵子老化模型中的動態遺傳和表觀遺傳變化。為了闡明人類模型中的精確機制,我們將招募人類卵子樣本,並應用單細胞基因組技術了解轉錄組和甲基化圖譜,從而建立的生物信息學模型來解構老化和卵子質量之間的關係。有關標靶和途徑將以高通量RNAi 篩選驗證,並用作年齡逆轉的藥劑篩選平台。這項目有助發展新生殖技術,帶來新知識,推動香港及世界醫學發展。


開發阻斷臨床超級細菌耐葯機制的新型抑制劑
項目統籌者:陳 聲 (香港理工大學)

耐碳青黴烯的腸桿菌(Carbapenem-resistant Enterobacteriaceae,CRE)是重要的多重耐藥性細菌病原菌,主要在住院患者中引起不可治癒的感染,構成全球公共健康威脅。目前,粘菌素是治療由耐碳青黴烯的腸桿菌感染的最後一道防線。然而,最近發現了一種導致粘菌素抗性的基因,mcr-1,威脅並逐漸嚴重破壞粘菌素的功效。針對這一棘手的問題,我們認為目前研究可保護碳青黴烯和粘菌素臨床價值的有效方法比開發新的抗生素更為現實可行。這種觀點是基於我們的研究結果而提出,即碳青黴烯類和粘菌素類抗生素的耐藥機制主要由三種酶/蛋白介導,即NDM-1(新德里金屬β內酰胺酶) ,KPC-2(克雷伯氏肺炎支原體碳青黴烯酶)和MCR-1。這意味著單獨抑制這些蛋白質就可以有效地恢復碳青黴烯和粘菌素對大多數耐碳青黴烯的腸桿菌科(CRE)和粘菌素抗性菌株的活性。我們已對這三種蛋白進行初步研究,並得到了關於這些蛋白的結構和功能的重要信息,同時獲得一些有效抑制靶蛋白的有潛力的化合物。在這個項目中,我們將對這些化合物進行優化,以獲得可在臨床使用的抑製劑,並有效地恢復碳青黴烯類或粘菌素在臨床上的抗菌活性。我們將首先研究兩種目前NDM-1最有效的抑製劑伊布西林(ebselen, Eb)和AMA (aspergillomarasmine A) 的作用機制,並引入一種新的化學聯動的方式來提高它們的靶特異性。其次,我們將採用“雙彈頭”的方法,通過購建一個特別設計的可切斷的連接子,將NDM-1和KCP抑製劑(基於硼酸的抑製劑RPX7009)連接在一起,以獲得碳青黴烯酶的廣譜抑製劑。第三,我們將通過結構化學和化學合成的方法設計MCR-1抑製劑。第四,我們應該開發化合物與粘菌素具有協同作用來提高粘菌素對攜帶mcr-1的細菌的抗菌活性,並研究其作用機制。最後,我們將評估候選化合物的臨床應用價值,並獲得結構多樣的具有活性的材料文庫,以用於在發生抗性的情況下進行進一步修飾研究。我們相信這項研究計劃將在該領域帶來重大突破和發現新型的候選藥物,為有效治療臨床多耐藥性病原菌提供有效藥物。


香港的社區與人口老齡化:“香港社會動態追蹤調查”的擴展
項目統籌者:吳曉剛教授 (香港科技大學)

與大多數發達社會一樣,香港正面臨人口在未來數十年持續老化的嚴峻挑戰,根據推算,香港老年人口的比例在2034年將達至30%。了解不同文化、社會、政治和時代背景下的人口老化過程是社會研究的重要議題。在過去十年間,許多國家已經開展動態追蹤調查,系統性地收集健康、老齡化和退休的數據,但香港在這方面仍屬空白,故難以制定實證為基礎的政策,解决人口老化所帶來的問題。

在三輪「香港社會動態追蹤調查」(HKPSSD) (2011、2013和2015年) 的基礎上,本項目將繼續收集香港社會變化的基礎數據,並通過擴展老齡化研究模塊和分析已有的長者數據,探討香港老年人口的經濟、社會及健康狀況。

具體來說,本項目的主要目標包括:(1)以HKPSSD中50歲或以上的受訪者作調查對象,分別在2017年和2019年收集兩輪數據,重點關注他們的收入保障和個人財富、家庭策略和居住安排,生命變化和社會參與,以及健康狀況等;(2)分析經濟、健康及社會因素如何影響長者的生活狀況和其他福祉;(3)考察社區在提供長者照顧和推動積極老齡化方面的作用;(4)研究香港長者的家庭支援、代際關係和社會參與,以及這些因素與社區的相互作用,最後,(5)對香港和上海──兩個福利制度截然不同的華人社會──進行比較研究,探討制度因素對老齡化政策的影響。

本項目收集的數據,輔以前三輪的HKPSSD數據,將成爲重要的學術資源,有助於香港社會科學研究,並為比較不同社會背景下老齡化政策的有效性提供數據支持。


通過表面處理達致冷卻效果的研究及其在綠色智能建築的應用
項目統籌者:趙汝恆教授 (香港科技大學)

對於包括香港在內的許多城市和地區,居住和商業部分的電力消耗中有超過百分之三十是用於空間冷卻。因此,減少用於空間冷卻的能源消耗是智能綠色建築的一個基本要求。對此,本研究提出一種基於建築物智能綠色牆板科技的室內熱環境控制系統,為建築物的熱管理問題提供解決方案。此系統可以控制建築物對太陽能的攝取,從而可降低室內空氣溫度,並減少暖通空調能量消耗及電力需求,同時兼具調節室內照明度的功能。具體而言,智能綠色牆板結合兩種不同的技術:等離子體被動式輻射冷卻器(任務1)和疏水性氧化釩熱變色智能視窗(任務2)。

為了實現低於環境空氣溫度的輻射冷卻,必須同時實現太陽光的強烈反射和具有大氣視窗波長范圍(8-13微米)的強熱輻射,這些條件是使用常規光學塗層非常難以達到的。因此,本研究將設計一種基於等離子體激元技術的輻射冷卻器,通過改變等離子體激元模式的方法來對不同的光譜方案定制相應光子器件的光學性質,為輻射冷卻的增強提供了巨大潛力。

然而,即使在智能綠色牆板上安設被動式輻射冷卻器,仍然會有一部分的能量通過窗戶被吸收或散失。為了解決這個問題,我們將研發一種熱致變色智能視窗。這種智能視窗可以自動改變透射光的強度,以減少取暖,製冷和照明所需的能量。為了增強可見光的透射率,我們在這種智能視窗的頂部塗覆一種納米結構的自清潔疏水材料。這種的塗層已被用於光伏電池的研究,但還未被用於智能視窗的研究。

本研究的最後一項任務是對室內溫度環境控制系統的熱管理及節能環保性能的評估。室內溫度環境控制系統對室內熱舒適度的影響也將基於熱力學舒適度參數進行監測與研究,例如室內空氣溫度,相對濕度,平均熱輻射溫度,空氣速度,空氣流分佈,通風單元的位置等。

綜上所述,這項研究將激發被動式冷卻領域的更多研究,增強我們關於結合表面處理技術的製冷知識,並將為智能綠色建築提供實踐設計標準。


凝聚態和冷原子系統中拓撲相的研究
項目統籌者:羅錦團教授 (香港科技大學)

由於帶隙的存在,普通的能帶絶緣體不能導電,並且激發這種材料中的電子需要比這個帶隙更大的能量。最近,發現了被稱為拓撲絶緣體的新型能帶絶緣體。拓撲絶緣體類似於普通的能帶絶緣體在體內具有能隙,使得在體內激發電子需要有限能量。然而,拓撲絶緣體存在傳導的表面態,且電流能由一個任意小的電場驅動。

最近,人們意識到一些超導體,稱為拓撲超導體,具有體內單粒子激髮帶隙並且在其表面存在無能隙的激發模。這些拓撲超導體的零能量表面模稱為Majorana費米子。Majorana費米子是一種奇異的粒子,其可能被應用於量子計算。對拓撲絶緣體和拓撲超導體的研究現在是凝聚態物理學的中心課題之一。

過去幾年內,已經從理論和實驗上在凝聚態體系中發現了更多的拓撲相,例如量子反常霍爾絶緣體和拓撲晶態絶緣體,以及節點拓撲相,例如Weyl半金屬。

值得注意的是,正當拓撲材料的研究蓬勃發展時,在冷原子研究領域的獨立進展,通過製造人工規範場和原子之間自旋-軌道耦合,將這兩個激動人心的方向結合在一起。因為自旋-軌道耦合是構造多種拓撲物質的的基礎,而冷原子實驗極高的靈活性提高了在凝聚態體系中很難得到的拓撲態構建的可能性,甚至實現冷原子體系所特有的新穎拓撲態。

我們的課題聯合了現有來自凝聚態拓撲序(KT Law, TK Ng和SQ Shen)和冷原子 (SZ Zhang and Q Zhou) 領域研究者的實力,這將在香港建立一支強大的理論團隊來開展這個嶄新的、令人興奮的研究。這個團隊將在這個新領域前沿發表成果,對國際學界產生長遠影響。同時,我們會在香港培養能在凝聚態物理和冷原子領域探索前沿課題的新一代理論物理學家。


打造現代東亞: 十九至廿一世紀的日用技術
項目統籌者:梁其姿教授 (香港大學)

此整合型計劃的主要目標是透過分析東亞地區的日用技術,提供一個新的、跨學科的角度重新了解這個區域的近現代歷史。 研究的中心問題是:東亞社會如何選擇近代技術及其使用方式。此計劃強調過去二百年來東亞社會在技術使用上的活力,集中在了解技術的策劃、採用、維護、阻力、創新等。此計劃以技術作為討論當今東亞新秩序升起的焦點。

東亞是一個深受漢文化、西方與日本殖民主義在不同歷史時期影響的區域。沒有固定的地理界線。不同文化在這區域內的互動往往超越政治界限。

本計劃的基本假設是社會技術體系,意思是技術不外於社會或文化,而是社會價值與歷史經驗的具體體現。把平凡、不起眼、普及的日用技術為研究焦點幫助我們放下“誰是某技術的發明者?”或 “技術失敗、模仿、追趕落後”等了無新意的老議題,而轉向思考近現代東亞社會如何使用技術等新問題。

本計劃的概括性概念是“下部結構”,即物料性、組織性、或調節性的網絡。研究者利用這個概念可更深入分析近代技術使用的過程如何創造、改造、甚至破壞大大小小各種不同的、跨越國界的網絡。這些網絡的形成與改變為近現代東亞社會與文化的建構提供新的解釋材料。

本計劃的中期目標是在香港建立一個學科整合的平台,並讓本地與國際學者共同並系統地探討近代東亞社會與技術這個重要問題。


腎臟炎症的機制:Toll樣受體4的作用
項目統籌者:鄧智偉教授 (香港大學)

慢性腎臟疾病是全球性的公共衛生問題,越來越多的未期腎衰竭病患者需要接受透析治療和腎臟移植來維持和延續生命。最新研究顯示,腎炎是產生慢性腎臟疾病的常見原因,而Toll樣受體4(TLR4)在腎炎的產生過程中扮演重要的角色。TLR4是先天免疫系統中一個用作識別病原體的蛋白。如果直接抑TLR4的信號可能損害先天免疫系統的功能。因此,這項研究的目的是確定不同腎臟細胞類型的TLR4在腎炎過程中的作用,探索長鏈非編碼核糖核酸(lncRNAs)對TLR4信號的調控機制,並研究lncRNAs對控制腎炎的效用。這項研究的結果將提高我們對腎炎發病機制的了解,為慢性腎臟疾病研發更有效的治療方法。


大型密集城市社交網絡中呼吸道病毒擴散的環境研究
項目統籌者:李玉國教授 (香港大學)

流行型新興呼吸道疾病能對人們健康和經濟發展產生巨大沖擊,有效的控制策略對保衛市民健康很重要。我們生活環境中的物品和媒介為病原體傳播提供了載體,包括被污染的空氣(空氣傳播)和表面或物品(表面接觸傳播),以及大型飛沫(近距離接觸傳播)。許多呼吸道疾病的具體傳播路徑還沒有確定,但多重傳播路徑於一些疾病是十分重要。疾病的傳播路徑不同,病毒從感染病人粘膜到達易感者粘膜的機理也不同。因為我們對這些機理缺乏認識,所以現在仍然未能確定最佳的公共健康措施和政策。香港的巨大和密集的社交網絡,為呼吸道疾病多重學科環境的研究提供了理想機會。

人們透過呼吸室內空氣、觸摸各種物品的表面,和人與人之間的近距離接觸,組成一個大城市的社交網絡。病毒的傳播可分為兩個級別:室內方面﹝建築方面﹞和城市方面。在以上的兩級別中,大多數的研究都關注近距離的接觸傳播,而沒有考慮被感染的個體在城市中的流動性。對於多重途徑傳播的疾病,三種傳播途徑 ─ 近距離接觸傳播、室內接觸傳播和表面接觸傳播,是互相關聯的,但是已有的研究通常是分開進行研究,而且污染物傳播途徑的機理研究相對地比較少。

我們的誇學科研究團隊,將對表面接觸行為進行第一次全面調查,藉以探討生物氣溶膠如何在表面上沉積及分佈,研究病毒的傳播和生存方式,並探索其抑制傳播的機理。我們將現有的研究結果和新數據融合,建立一個多重社交網絡和多重傳播途徑模型。新模型可用於計算不同位置的病原體或其攜帶者的濃度(數量),包括傳染源濃度,空氣濃度和表面濃度。我們將模擬一個擁有超過700萬人口,300萬室內空間,和三至五千萬個被頻繁接觸表面的大城市,從而研究個別感染者如何將病原體在室內方面和城市方面傳播出去,並探討主要環境參數和環境控制措施對病原體傳播的影響。我們的模型也將用於分析疾病爆發,優化環境設計,以及評估傳染疾病控制方法的有效性。


EBV病毒在鼻咽癌潛伏生長的調控及病理機制
項目統籌者:曹世華教授 (香港大學)

鼻咽癌(Nasopharyngeal carcinoma,NPC)是一類常見於香港以及華南地區的粵語人群中的惡性癌症。該疾病的發生與EB病毒的感染密切相關。儘管EB病毒容易將人原代B細胞轉化為快速增殖的淋巴細胞,但在原代上皮細胞中EB病毒感染卻阻滯細胞增殖。 EB病毒在記憶B細胞中可形成終生潛伏感染。咽喉上皮細胞中, EB 病毒主要是通過裂解性感染,合成病毒DNA從而生成感染性病毒顆粒用於傳播。在健康口咽以及鼻咽上皮細胞中的潛伏性EB病毒感染是罕見的並且很少在檢查中被發現。鼻咽癌中的EB病毒感染主要是潛伏性質。在惡性病變的鼻咽上皮細胞中,EB病毒由裂解性感染轉化為潛伏感染可能代表NPC發病機制中的一個關鍵步驟。我們對這一過程中所涉及的潛在相關機制的認識很少。EB病毒相關基因,特別是LMP1和BART-microRNA可能涉及由EB病毒感染引起的由鼻咽上皮細胞轉化為癌細胞的過程。羅國煒教授最近使用新一代測序方法確定了NPC的基因組改變,並發現了NF-kB的多種負調節因子的遺傳性改變,特別是TRAF3和CYLD基因(> 40%)。此外,研究發現NF-kB的負調節因子的突變和EB病毒編碼的LMP1的表達之間存在相互關係,LMP1可以誘導激活NF-kB,並支持NF-kB在NPC的發病機制中的重要作用。NPC中異常的NF-kB激活的主要形式是p50 / p50二聚體和bcl3的複合物。因此我們假設異常NF-kB信號的激活可能支持EB病毒潛伏感染和有助於促進NPC的發病過程。我們將建立TRAF3和CYLD基因敲除的永生化鼻咽上皮細胞系用於研究EB病毒感染。此外,我們將以我們最近建立的EB病毒陽性 NPC細胞係為模型,直接復製EB病毒並研究他們的感染和轉化屬性。我們還建立了先進的基因組編輯技術來復製和編輯EB病毒陽性的NPC中內源性的EB病毒基因組。該研究的主要目的是系統地研究異常NF-kB激活對惡性病變前鼻咽細胞中的EB病毒潛伏感染的作用,EB病毒基因表達的調節和EB病毒感染後的宿主先天性免疫反應。藉此闡明在惡性病變前鼻咽上皮細胞中EB病毒的潛伏性感染將有助於理解NPC發病機制。


中國由內向外的城市化 : 快速轉型中的中國城市更新
項目統籌者:林初昇教授 (香港大學)

近年來中國的城市化重點正由城市擴張轉向城市內部更新。本研究審時度勢,組織一批經驗豐富、視角各異、專業互補的中國城市問題專家,共同深入探討中國城市化的新動向,完成一項非合作研究所不能及的重要成命。本研究的目的包括指出中國城市更新的特徵和過程,探索城市更新的社會、政治和制度根源,評估城市更新在土地利用、社會公義和地區差異方面的影響。本研究採用統計資料的計量分析、問卷調查和實地訪談等方法,著重對北京、武漢、和廣州的城市更新做特例分析,實現跨部門、跨學科有效合作,為中國城市研究謀求新的突破。本項目旨在為中國城市研究填補空白、為國家制度改革與空間轉型的理論研究貢獻新觀點,和為市場化過渡經濟條件下產權的改革提供新經驗。本研究的結果除了為相關政府部門、城市規劃師、經商者、學校師生等提供重要的參考價值,亦有助於鞏固和提升香港學術界在中國城市領域的國際級研究中的領先地位。


多尺度單細胞光學成像的結構和生物醫學應用
項目統籌者:謝堅文博士 (香港大學)

對於生物學及病理學,要達至利用單細胞精確度去分辨不同細胞的源頭,多樣性及其組織功能是一個重要而艱巨的任務。現階段單細胞分析技術的推進從根本上受限於兩大難題。第一,現階段技術難以滿足對於數以百萬計的單細胞作單獨測量及其所產生龐大數據量分析的需求,而這對於檢測未知或罕見細胞(例如微量癌細胞,幹細胞或祖細胞等),進而深入了解生理,病理及組織修復原理甚為重要。第二,現階段單細胞測量技術主要依賴生化標記的運用,如基因表達等分子生物學標誌物的探查。但是,這技術可能因為檢測人員缺乏關於細胞生化標記的先決知識而變成無效。此外,生化標記法的缺點更包括成本高,檢測時間長等。

作為一個由生物醫學,光電技術,影像分析及計算機系統等各領域學者組成的跨學科團隊,我們將在本研究項目中採取綜合多方位技術之策略以挑戰上述的重大考驗。具體而言,本項目將著重研發由光流體學單細胞成像系統與高績效和多功能計算機系統融合而成的綜合平台。它將能高速,高清,高質地採集大量的單細胞物理及化學信息。利用綜合平台可高速處理大量數據的能力,從而實現快速深度影像分析,開創自動化,多尺度,千萬級細胞分類的新前景。另外,綜合平台亦將應用於深入表述幹細胞分化過程,此有助於革新現有單細胞分析技術,進一步為基礎生物醫學與病理學研究提供新途徑。


大腦遠程迴路的光基因調製磁共振功能成像研究
項目統籌者:吳學奎教授 (香港大學)

21世紀的一個重大挑戰是達到對大腦廻路的全面理解,特別是針對神經活動中引起官能和行為的時空格局。本研究項目將開發一種創新的神經成像方法 ─ 光基因調製與磁共振功能成像(fMRI)技術的結合使用。我們可運用此創新的神經成像技術去研究兩個有關大腦遠程廻路的基本問題:神經網絡的傳播活動是由哪些動態反應屬性支配?遠程和低頻神經互動有甚麼實際關係?具體來說,我們將發展擁有更高靈敏度、針對性,和因果關係更清晰的光基因調製磁共振功能成像(fMRI)技術(og-fMRI)來收集和分析整個大腦的活動。我們亦將利用這種成像技術,分別通過光基因激活和抑制在丘腦和海馬結構中的興奮性神經元,加上電生理記錄方法,有系統地探測兩個截然不同的遠程神經網絡 ─ 丘腦皮層和海馬皮層的時空反應屬性。最後,我們會測試在這兩個神經網絡中,低頻光基因刺激對大腦反應外部感觀刺激的功能性影響。本研究項目將令我們能夠從機械角度來洞悉在空間上隔離,但功能上整合的神經元群體的時空募集,並說明在遠程神經網絡中低頻活動的實際相關性。