长江后浪推前浪江山代有才人出 西安高校师生在多个前沿科技领域取得突破进展

前沿科技（东方IC供图）

■记者姜泓实习生高子园

如何调节器件的化学成分，进一步提升存储器的读写速度？针对癌症等疾病，有没有不局限于已有药物的新颖联合治疗方案？如何创新更有效的三维基因组结构检测的算法，为不同类型血液细胞的分析以及血液疾病的治疗提供依据？最近，西安交大、西安电子科技大学等高校的教授、学生勇于攻关、积极创新，分别在相变存储材料设计、疾病联合治疗、三维基因组结构检测的算法研究等前沿领域取得突破进展，相关研究成果分别在国际顶级学术杂志《自然-通讯》、《材料化学》上发表。

相变存储材料设计领域取得进展

十多年来，科学界与工业界一直致力于发展第三类存储器技术，以期在同一单元中实现数据的快速读写及稳定存储，应对数据存储与处理方面的巨大压力。基于硫族化物的相变存储器，经过二十余年的科研发展，已逐步实现工业化生产，并于近期投入市场，例如英特尔“傲腾”芯片等，领域内的研究重点落在如何进一步提升相变存储的读写速度上。

记者昨日获悉，西安交通大学金属材料强度国家重点实验室、材料科学与工程学院微纳中心张伟教授课题组的科研人员，设计了新型钪锑碲合金，成功将相变存储器的读写速度提升十余倍，并达到亚纳秒级别。接下来，亟待解决的核心问题之一是如何调节钪锑碲的化学成分以达到器件最优性能。针对该问题，西安交大材料学院埃塞俄比亚籍博士留学生GetasewM.Zewdie及研究生周宇星，在张伟教授的指导下，针对钪锑碲合金的二元母体合金碲化钪与碲化锑进行系统全面的第一性原理模拟与量子化学键分析。研究结果表明，当大约10%的碲化钪与90%的碲化锑进行融合形成钪锑碲合金时，稳定的钪碲四元环可极大提升体系结晶效率，使得钪锑碲相变器件操作速度接近最优。

该研究成果论文日前发表在美国化学学会期刊《材料化学》上，参与本工作的还有来自西安石油大学的博士孙良等。

最优控制节点算法提供癌症新靶标组合

西安电子科技大学计算机科学与技术学院博士生胡宇轩、教授高琳和宾夕法尼亚大学教授TanKai，最近开发出了最优控制节点算法，该算法可为疾病联合治疗提供新的候选靶标组合。相关成果日前发表于《自然-通讯》。

对于人类常见复杂疾病，比如癌症，第一步治疗往往是手术切除实体肿瘤。为了防止癌症复发，化疗、靶向治疗、免疫治疗及这些疗法的联合通常作为后续治疗方案。联合治疗通过对多种致病通路发挥作用，是对抗药物抗性和疾病异质性的有效策略。大多数联合治疗的开发侧重于确定现有药物的协同组合。然而，现有药物仅靶向蛋白质组的很小一部分。截至2016年，仅有667种人类蛋白质作为FDA批准药物的靶标，而人类共有超过2.1万个蛋白质编码基因。因此，大量基因及其组合仍未作为潜在的联合治疗靶标进行探索。

西安电子科技大学的研究人员，通过使用基因表达作为网络可控性框架中的约束，开发了最优控制节点（OptiCon）算法。这是一个基于网络可控性理论，从基因网络中识别协同调控因子的创新性算法。该算法不需使用药物等先验信息，通过对网络模型上的组合优化问题求解，为疾病联合治疗提供新颖的候选靶标组合。研究人员不仅在计算层面对OptiCon预测结果进行了评估，还使用CRISPR/Cas9基因编辑技术验证了结果准确性。

研发通用高效方法为复杂疾病治疗提供依据

三维基因组学是人类基因组学发展的第三次浪潮。三维基因组结构异常与癌症等复杂疾病相关，西安电子科技大学计算机科学与技术学院博士生叶育森，在高琳教授指导下开展了三维基因组结构检测的算法研究。

哺乳动物的染色体折叠缠绕在细胞核中，并形成丰富的层次结构。从MB尺度的激活或者非激活的染色体子室，到百kb尺度的拓扑关联结构，或者子拓扑关联结构，再到更为精细的染色体环。这些结构已经被认为是影响基因调控、细胞内生物过程、细胞分化、进化等的重要因素。

研究者提出一个通用且高效的多尺度拓扑结构域识别方法，以从多种类型的三维基因组数据中鉴定多尺度的拓扑结构，而且首次提出鉴定启动子锚定的交互结构域和成对的拓扑关联交互结构域。

该方法被用于17个人类血液细胞promoter-captureHi-C图谱。该研究指出PADs的类型可能通过边界区域表观因子的组合指定，并验证相似细胞之间的PADs更加保守，开创性地发现180个trans-interactingPAD。这些PADs被发现通过动态的染色质交互参与细胞特异的激活或者调控事件，为不同类型血液细胞的分析以及血液疾病的治疗提供依据。该方法同样适用从常见的Hi-C数据鉴定多尺度TADs以及PTADs，并在准确率和计算效率上都表现明显的优越性。近日，该研究成果在领域顶级期刊《核酸研究》上发表。

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