主题1： 剖析疾病及疾病预防
项目名称： 动脉硬化性血管疾病的单细胞多组学研究-缩小基础研究至临床应用两者间的差距
项目统筹者： 黄聿教授（城大）
摘要
动脉粥样硬化是人类生命健康的首要威胁，给香港乃至全世界带来沉重的社会和经济负担。每年，香港及世界其他地区分别有9 700人及1 800万人死于动脉粥样硬化血管疾病。动脉粥样硬化作为一种渐进的慢性炎症疾病，具有较长的无症状期；当病情发展到不可逆转的后期会导致心脏病和中风等致命性后果。因为当前对动脉粥样硬化斑块形成的致病机制认识仍不充分，限制了对疾病的早期诊断和治疗手段的发展。因此，全方位地探索动脉粥样硬化发生和发展过程中的分子机制，以及研发可靠、简便、经济的早期动脉粥样硬化检测方法对人类健康和社会发展至关重要。
动脉粥样硬化的发生涉及多个器官，并与代谢紊乱密切相关。传统的研究方法难以全方位揭示动脉粥样硬化的复杂发病机制。因此，迫切需要开发新的技术手段来应对这些挑战。
我们的研究团队将采用尖端的单细胞多组学技术来揭示血管和代谢器官中单个细胞的生物信息。这些信息将用于发现新的细胞亚群、分子事件、以及动脉粥样硬化发展过程中涉及的细胞与细胞或器官与器官之间的信息流通。
此外，我们近期还开发了追踪血液循环中蛋白和细胞的来源和去向的新方法。这项创新性技术将加快我们对动脉粥样硬化生物标记的识别，并探索在疾病发生过程中的细胞、组织、器官之间的相互作用，从而为动脉粥样硬化的早期诊断和精准医疗的发展铺平道路。
为了促进新研究成果向临床应用的转化，我们与当地医院和顶级制药公司达成策略合作，并建立了高通量测序平台，这一平台将用于筛选动脉粥样硬化的生物标记和研发相关药物。我们将致力于推动香港及其它地区的心血管和代谢健康事业的发展。
主题1： 剖析疾病及疾病预防
项目名称： 鼻咽癌免疫微环境的研究
项目统筹者： 关新元教授（港大）
摘要
鼻咽癌是华南地区包括香港常见的恶性肿瘤之一，它与第四型人类疱疹病毒潜伏感染高度相关。鼻咽癌肿瘤复发和化疗耐药仍然是鼻咽癌临床治疗的主要挑战，免疫治疗和化疗相结合已成为一种有前景的治疗策略。尽管肿瘤组织中有淋巴细胞大量浸润，多项单细胞测序研究表明鼻咽癌中存在抑制性肿瘤免疫微环境。临床治疗发现，只有20-30%的鼻咽癌患者对PD-1 / PDL-1的免疫治疗有反应。由于缺乏可靠的治疗前药物有效性评价模型和患者分层的可靠临床前模型，免疫治疗对鼻咽癌未显示出令人满意的临床疗效。因此，在更好地了解肿瘤免疫微环境的基础上，制定针对患者的治疗方案可以提高对晚期和转移性鼻咽癌的治疗效果。本研究包括四个课题︰(1)利用最先进的多组学技术和计算方法，以单细胞时空分辨率研究鼻咽癌免疫微环境，评估免疫抑制性免疫细胞类型以及细胞相互作用与免疫治疗疗效的相关性；(2)我们将利用成熟的人源化小鼠对肿瘤介导的免疫抑制进行功能和机制研究。我们将特别关注肿瘤诱导的免疫微环境重塑和代谢重编程对T细胞功能的影响；(3)采用多组学方法来研究第四型人类疱疹病毒对免疫微环境及与免疫治疗的影响，并通过基因组方法进一步阐明第四型人类疱疹病毒在表观基因组重编程和免疫抑制中的功能作用；(4)我们将通过测试两种新的联合治疗，研究开发新型鼻咽癌治疗干预措施，并评估治疗反应的血液生物标记。我们提出的研究将基于对癌症进展和治疗反应的准确预测以及个体鼻咽癌患者的特定目标，在治疗中推进个人化策略和精准治疗，这些最终将带来重大突破，以更高的功效、更低的毒性和更低的成本挽救更多生命。
主题2： 建设可持续发展的环境
项目名称： INTACT: 沿海城市智能式热带风暴减灾系统
项目统筹者： 倪一清教授（理大）
摘要
面对日益加剧的热带风暴，沿海城市面临着日益严重的台风灾害风险。与此同时，随着人口持续增长和气候变化，沿海城市的受灾风险也在不断增加。作为大湾区人口最稠密、最发达的城市之一，香港在2018年的超强台风山竹中遭受的经济损失远超过其他大湾区城市。高楼大厦外墙及内部建筑的破坏导致城市设施和商业运营暂时陷入瘫痪，居民需要撤离。由于对多尺度复杂城市环境中台风风险的特性和形成机制认识有限，几乎没有任何一个沿海城市从系统层面出发，建立智能化的防灾减灾措施。缺乏对未来台风风险的识别和管理令沿海城市遭受台风不可逆的损伤，以致对城市安全、居民生活品质以及经济活力造成了严重冲击。因此，实时的台风风险预警和城市韧性评估系统对香港及其他沿海城市的可持续发展至关重要。
本项目将从城市环境中台风风险的传播机理出发，建立一套智能热带风暴韧性系统，以减轻台风造成的损失。值得一提的是，本项目将设计一个框架，能够通过稀疏测量有效及准确地评估湍流，并量化复杂城市空气动力学引起的城市环境台风风险。目前尚未有对城市复原力进行定量评估的技术，新兴建筑群对邻近地区气流的影响也尚未被确定。本项目将填补城市韧性量化评估体系的空白，建立实时城市台风风险预警和管理分析框架，融合城市空气动力学、气候模拟、风工程、流体力学、结构工程和监测等多学科专业知识，以揭示台风引起的湍流流动和城市风险的潜在成因。同时，结合香港特有的高密集楼群，考虑风压-风载碎片-雨水连锁效应，提出新的台风损害发展机制。项目成果将进一步指导沿海城市可持续城市发展的教育计划、规划蓝图和政策建议。
主题2： 建设可持续发展的环境
项目名称： 数字孪生智能化滑坡风险应急管理
项目统筹者： 张利民教授（科大）
摘要
滑坡是世界上最具破坏性的自然灾害之一。过去40年，降雨和地震引发了全球约85%的致命滑坡，造成了超过18万人死亡。作为一个人口稠密的山区城市，香港自1984年来遭受了13 300宗天然山坡和8 200宗人造斜坡山泥倾泻，造成了大量的人员伤亡和经济损失。仅一场极端暴雨或强烈地震就能引发成千上万处滑坡：如2008年6月暴雨在香港引发了超过3 100处山泥倾泻，对全港造成了严重破坏；2008年汶川大地震引发了20万处同震滑坡，使灾区进入了长达十几年、以滑坡为主导的地质灾害活跃期。面对气候变化下愈加频繁的极端暴雨和强烈地震引发的持久性滑坡灾害，必须研发新的滑坡应急风险管理理论和技术，以保障公共安全和社会可持续发展。
本项目组织了来自学界、政府、业界的专家，涵盖岩土工程、建筑资讯科学、计算机科学、遥感、水文、地质、交通、应急管理、社会科学和公共政策等学科，共同解决如何在数字时代科学管控滑坡风险的难题。本项目旨在 (一) 开发覆盖香港全境的斜坡数字孪生系统，用于感知、模拟和展示滑坡灾害过程，并协调全社会灾害应急反应，(二) 建立数字时代灾害风险应急管理科学的新范式。项目的三个主要研究任务为：(i) 构建斜坡安全数字孪生系统，(ii) 开发用于模拟滑坡全过程及社会应急反应的数字孪生模拟器，(iii) 建立数字时代应急风险管理理论体系。本项目将建立一个由物理模拟驱动的城市规模数字孪生系统，结合智慧感知、通信集成网络和数字孪生引擎等新技术，形成开创性的城市级实时滑坡风险评估方法和应急决策理论。
本项目建立的斜坡数字孪生系统将具有重大的全球影响力，可扩展到更多类型灾害(如地震、洪水、台风)和危机(如流行病、交通危机)的风险管控，并能应用于全球滑坡灾害易发区，如川藏铁路走廊。研究成果将增强香港和其他地区现有斜坡安全系统的抗灾能力，开创数字时代灾害应急管理科学新领域，推动城市向智慧化、可持续和韧性化方向发展。
主题4： 促进对香港起重要作用的新兴研究及创新项目
项目名称： 高性能协同边缘计算框架、方法及其在智慧城市中的应用
项目统筹者： 曹建农教授（理大）
摘要
新兴的先进智慧城市应用例如自动驾驶和工业物联网产生大量数据并需要低时延的数据处理。根据思科，到 2025 年这类型数据的75%将在网络边缘产生及处理。边缘计算是一种高效的技术，通过将数据处理从远程云端推送到更接近数据源的边缘节点(边缘服务器、基站、路边单元等)来达到低时延数据处理的要求。高德纳预计，边缘计算将成为未来十年科技改革和产业变革的重要驱动力。边缘计算也是新兴算力网络的核心技术，算力网络期望云科技、人工智能和边缘节点能融合并形成一个泛在的计算平台。
然而，现有的边缘计算研究主要集中在云平台、边缘节点、边缘设备之间的纵向协作，而忽视了边缘节点之间的横向协作，衍生出整体资源未优化、服务覆盖受限、性能参差不齐等问题；更不能为对人工智能服务需求甚高的先进智慧城市应用的程序开发、部署和维护提供足够的支持。
在这个项目中，我们提出一个协作边缘计算框架以支持先进智慧城市应用的超低时延、大规模部署和动态存取的需求。协作边缘计算框架旨在通过建立和管理大量边缘节点的网络，并提供新的功能让地理分布边缘节点共享计算和数据资源，协作执行应用任务来构建未来泛在的计算基础设施。
我们将系统地研究具有挑战性的问题，提出架构、方法论和技术，并开发高性能系统来解决这些具有挑战性的问题，包括可扩展的资源管理、资源异构性、大规模任务排程和使用者友善的应用程序支援。更具体地说，我们会(1)设计和开发新颖的分布式资源管理系统以实现高效的资源共享，(2)设计大规模边缘节点上的高性能任务排程算法以实现高效执行，(3)设计通用编程模型和运行时支援以实现高性能边缘人工智能模型训练和推论。为了评估协作边缘计算框架，我们将与我们的企业合作伙伴(包括香港科技园、华为、阿里巴巴和 Esri)合作，实施和部署协作边缘计算框架并开发边缘地理信息系统和人工智能服务来支持智能交通应用。
这项目的独特性和新颖性在于战略性地针对最关键的科学挑战，以系统方法开发创新的解决方案，包括新方法、算法和现实世界的测试平台。这个项目恰逢其时，为香港建立新一代计算基础设施提供了巨大的潜力。凭借有关领域经验丰富的世界领先研究人员组成的强大团队，我们有信心这项目将会成功。
主题4： 促进对香港起重要作用的新兴研究及创新项目
项目名称： 突破先进三维集成电路之铜混合键合技术瓶颈
项目统筹者： 李连忠教授（港大）
摘要
物联网的快速发展需要使用到新一代集成电路，它们胜在体积更细小、更便宜、消耗更少的电力，并且具有更多的功能。目前集成电路的发展主要集中于尺寸微小化（也就是摩尔定律），但这样很快就会达到物理极限。先进的半导体公司目前通过使用金属微凸块和直通矽晶穿孔垂直堆叠矽芯片，即所谓的三维封装技术，以缩短晶片间连接的距离从而实现晶片系统性能优化。为了进一步提高性能，将来的大趋势会是以铜混合键合的新技术（直接连接两个晶片内的铜导线）来制造更先进的三维晶片。这项技术可以匹配不同功能的晶片（称为异质集成），因此大幅拓展了晶片的应用，为人工智能、中央处理单元、图形处理单元、现场可程式设计闸阵列、挖掘处理器、游戏处理器和图像感测器在内的高端应用程式提供新的晶片架构。
全球三维晶片市场预计从2016年的40.46亿美元增长到2023年的104.77亿美元，复合年增长率为17.18%。如果能够克服铜混合键合的技术限制，则市场预计将增长更快。为实现发展香港成为未来科技中心的愿景，推动铜混合键合技术的研究势在必行。
铜混合键合目前面临的主要挑战是：(1) 商用晶圆键合机目前提供几百纳米至几微米的对准精度，对准精度需要大幅提升；(2)键合准精度不足会遇到可靠性和低良率的问题；(3)铜键合通常需要高温及高压和应力，容易导致金属和介电失效；以及(4)用于大规模生产的非破坏性线上检测缺陷仍不够高效率。
本研究团队旨在克服铜混合键合的一些技术瓶颈，以帮助香港的再工业化。其主要目标包括：(1)为先进的三维晶片开发具有约60纳米精度的键合对准方法，为未来的三维晶片开发更高精度的方法；(2)开发铜电镀配方和低热预算／低应力键合工艺，以提高生产率／产量／可靠性；(3)开发带有人工智能学习的超声阵列成像方法，用于快速、非破坏性和高解析度的线上缺陷监测；以及(4)协助产业进行晶片键合测试，并在自行设计的逻辑-存储系统、和光子-矽晶片中展示异质集成的工艺。
探索研究项目
主题1： 剖析疾病及疾病预防
项目名称： 肠道菌群-宿主共代谢失衡在代谢相关脂肪性肝病中的研究
项目统筹者： 贾伟教授（浸大）
摘要
代谢相关脂肪肝病与二型糖尿病共存并协同，增加了不良临床结果的风险。最近，宿主与肠道菌群之间的代谢互作引起了显著关注，成为一个前沿的研究领域。本研究的目标是揭示代谢相关脂肪肝病与二型糖尿病之间的分子联系，特别关注宿主-肠道菌群相互作用的方向。这研究将通过探索这些相互作用，确立香港为代谢相关脂肪肝病和二型糖尿病转化研究的领先地位。
主题3： 加强香港作为地区及国际商业中心的策略地位
项目名称： 增强香港金融业整体合规科技能力 促进央行数码货币和数码资产的规管及基础设施设计 借以提升香港作为全球金融中心的地位
项目统筹者： 谭嘉因教授（科大）
摘要
合规科技(Regtech)是金融科技(Fintech)的分支，泛指有助推展监管要求的相关技术。作为一种正面的外部影响，合规科技可以通过加强审计性及可追溯性，提高效率及生产力。合规科技处于政策、监管、金融服务及科技的交界，有利香港作为主要国际金融中心的持续发展。合规科技不仅提出根本性议题启发知识探索，也提供了大量机会，让知识转化为惠及社会的创新成果及措施。本项目采用「问题为本，影响力为导向」的方法，以界定其研究范围、成果，以及与香港主要合规科技持份者的协作结构。通过广泛咨询监管机构、政府部门、执法机构及业界，启导本项目的构思，以及定义研究任务。为开拓新知及满足金融业现时及未来的需要，项目团队将聚焦三个主题：(1)促进金融业全面采用合规科技，特别是中小型的持牌公司，(2)加强监管领域内部及跨监管领域的数据共享，以及(3)发展数码资产，并以央行数码货币以及虚拟资产交易及服务的监管作为重点。这些主题相互关联、相互依赖。首先，三个主题的科技成果，可通过为中小型持牌公司而设立的共享开源平台分享予不同团队成员使用。各研究任务中开发得出的新演算法及模型将陆续加入该平台。其次，从使用首个主题中所设立的平台的中小型持牌公司收集所得的行为及交易数据，可为另外两个主题提供有用资料，以启动正向反馈循环。第三，围绕合规科技的采用而制定的政策文件及报告，将整合三个主题下不同任务的结果。项目揭示的洞见将以学术期刊、会议论文集及演示等方式发布，并通过创新原型、概念证明系统及参考分析模型付诸实践，从而满足行业及监管机构的需要。香港的合规科技已迈进关键发展阶段，惟发展步伐落后于其他金融中心。借着拓展合规科技相关的知识及协助金融业发挥合规科技潜藏价值，本项目将促进这方面的发展。
主题4： 促进对香港起重要作用的新兴研究及创新项目
项目名称： 纳米磁性的多模钻石量子传感研究
项目统筹者： 刘仁保教授（中大）
摘要
量子传感利用探针的量子特性来提高探测性能。由于它仅需要对较小的量子系统进行控制和测量，并且在量子态预备、控制和读出过程可以容许一定程度的误差，量子传感有望在五至十年内得到实际应用。由于其优异的量子相干性、材料的稳定性、以及可适用于恶劣、复杂环境（如液体、酸性及高温环境），钻石量子传感器可提供广泛应用，如纳米磁强计、纳米温度计、生物传感、机械传感及导航。它们还具有同时测量多个参数的能力。本项目将发展基于钻石的多模态量子传感，并将其应用于解决磁性纳米材料（即尺寸、结构或厚度小至百万分之一毫米的材料）研究中的重要问题。磁性纳米材料的研究对基础科学（特别是凝聚态物理和材料科学）具有重要意义，并具有广泛应用前景（如信息存储、量子存储、力磁传感器、纳米材料的热学、结构和力学性能的磁读出等）。然而，此类研究要求极高的探测灵敏度和极高的空间分辨率，并且要求能够分辨热、力、磁、结构等多种因素的影响，因而极具挑战。基于钻石的多模态量子传感特别适合解决磁性纳米材料研究中的挑战。
为完成本项目，我们组成了一个拥有多位世界知名专家的合作团队。我们开发了独特的多模态钻石量子传感器，并在二维和超纳双相材料方面取得过重要发现。我们将发展多参数量子传感理論和深度学习算法，以从嘈杂复杂环境中提取有用信号，并将集成基于钻石的多模态量子传感和原子力显微镜成像和纳米操控技术。运用原子力显微镜我们可在纳米材料中产生可控可逆的形变及结构转变，进而研究在二维和纳米材料中的力-磁效应。使用快速激光加热和冷却，我们可以实现高温量子传感并将其用于研究纳米尺寸颗粒的结构和磁转变的瞬态过程。我们将分析数据中所含高阶统计关联，以发现磁性涨落的不同模式特征。通过使用这些独特而新颖的量子传感方法，我们将解决纳米磁学中的关键问题，包括二维、纳米结构和纳米颗粒磁体的磁跃迁、磁涨落及其与应变、结构转变、及温度变化的相互影响。这些效应不仅可以推动开发高性能功能材料和器件，而且对理解量子多体物理也具有重要意义。