新聞及香港科大故事

香港科技大學（科大）研究團隊在鈣離子電池技術領域取得重要突破，該技術有望改變日常生活中的能源儲存方案。通過採用準固態電解質技術，這種創新的鈣離子電池有望提升儲能效率和可持續性，其應用範圍涵蓋可再生能源系統及電動汽車等多個領域。該項研究已於國際權威跨學科期刊《先進科學》上發表，標題為「基於氧化還原活性共價有機框架電解質的高性能準固態鈣離子電池」。全球對可持續儲能解決方案的需求極為殷切。隨着全球綠色能源轉型步伐加快，社會對高效且穩定的電池系統需求日益增加。目前廣泛應用的鋰離子電池正面對資源稀缺和能量密度接近極限等挑戰，促使探索鈣離子電池等替代技術，為實現可持續未來鋪路。鈣離子電池因其電化學窗口與鋰離子電池相近，且鈣元素地球儲量豐富，展現出巨大的發展潛力。然而，該技術在實現高效陽離子傳輸和保持穩定循環性能方面仍面對不少挑戰。這些技術瓶頸令鈣離子電池在與商用鋰離子電池的競爭中仍顯不足。為克服這些挑戰，由科大化學及生物工程學系副教授金允燮教授帶領的研究團隊，成功開發出基於氧化還原活性共價有機框架材料的準固態電解質。這些富含羰基的準固態電解質在室溫下表現出卓越的離子電導率（0.46 mS cm-1）和鈣離子傳輸能力（>0.53）。結合實驗和模擬研究，團隊發現鈣離子能在共價有機框架有序孔道內沿規整排列的羰基位點快速傳輸。基於這一創新發現，團隊成功製備出鈣離子全電池。該電池在0.15 A g-1電流密度下表現出155.9 mAh g-1的可逆比容量，並在1 A g-1電流密度下循環1,000次後，容量保持率仍超過74.6%，充分印證了氧化還原共價有機框架材料在推進鈣離子電池技術發展方面的重大潛力。金教授表示：「我們的研究凸顯了鈣離子電池作為鋰離子技術可持續替代方案的變革性潛力。通過利用氧化還原共價有機框架材料的獨特性質，我們朝着實現能夠滿足綠色未來需求的高性能儲能解決方案邁出了關鍵一步。」

香港科技大學（科大）化學系助理教授黃敬皓教授領導的研究團隊近日透過生物工程技術取得重大突破，研發出新型的聚糖靶向系統，稱為「凝集素定向蛋白聚集療法（LPAT）」。透過這項技術，研究團隊成功在小鼠模型中開發出能夠預防轉移性乳腺癌形成及生長的治療方法。靶向抗癌療法具有難以替代的臨床價值，其通過更嚴格篩選、更精準的方式消除癌細胞，可避免傳統化療常有的嚴重副作用。現時，癌症靶向療法主要採用單克隆抗體技術，該技術通常被設計用於識別癌細胞表面過度表達的特定生物標誌物。儘管抗體在靶向治療領域的影響無可比擬，但其亦存在一項眾所周知的局限——無法有效區分癌細胞相關的聚糖與正常健康組織中的聚糖。因此，眾多靶向聚糖的抗體藥物均未能通過臨床試驗。許多癌組織在生長和轉移至身體其他部位時，其細胞表面聚糖水平會顯著升高，然而目前針對該靶點的有效干預策略仍屬空白，未能充分實現靶向糖基化治療的潛力。為攻克此難題，黃教授的研究團隊近期於《Biomaterials》期刊發表一項研究，提出一種新策略：透過生物工程設計的蛋白質療法，選擇性地結合富含唾液酸（即高唾液酸化）的乳腺癌細胞。該治療劑利用高轉移性癌細胞分泌的天然蛋白酶釋放活化蛋白，隨後該活化蛋白可自組成六聚體蛋白複合物，從而強力結合高唾液酸化乳腺癌細胞。反之，當遇到正常細胞如紅血細胞時，治療劑因無法滿足激活條件而結合能力極弱。研究顯示，該技術能顯著抑制高轉移性乳腺癌細胞的黏附、侵襲及遷移活性。此外，研究團隊還證明該療法能完全抑制轉移性肺腫瘤在小鼠體內形成。回顧這項成果，黃教授表示：「我們在這項研究中觀察到的聚糖識別精度，是抗體技術難以輕易實現的。鑒於目前僅觸及該技術的表層，我們非常期待進一步探索轉移預防療法的可能性。」

香港科技大學（科大）與英特爾宣布成立「香港科技大學-英特爾聯合實驗室」（聯合實驗室）。此核心項目是一項為期三年的研究計劃，重點探索高能效近記憶體運算架構，以應對人工智能應用在效能與能源效率方面的挑戰。通過軟硬件協同設計創新，雙方旨在為智能設備與可持續人工智能系統的未來發展提供技術基礎。在科大首席副校長郭毅可教授、英特爾中國區董事長王稚聰先生及英特爾公司大學合作資深總監Gabriela Cruz THOMPSON女士的見證下，協議由科大副校長（研究及發展）鄭光廷教授與英特爾中國研究院院長宋繼強先生簽署，標誌着聯合實驗室的正式成立。鄭光廷教授表示：「聯合實驗室的成立，是呼應科大《策略發展計劃2031》中將『人工智能、未來運算與電子學』列為核心研究方向的重要實踐，體現了科大推動研究成果落地應用的持續努力。微電子作為科大重點科研領域之一，將通過融合我們在軟硬件協同設計與高能效近記憶體運算方面的研究優勢，共同探索高能效運算的新路徑。」王稚聰先生表示：「英特爾長期致力於建設開放的生態，持續推動與學術界的合作，加速實驗室成果產業化應用落地。 香港科技大學在計算機科學與工程等領域積澱深厚，並在未來技術探索方面具有重要影響力。 我們期待與香港科技大學的學者們緊密協作，共同探索更高效、可持續的運算範式，踐行綠色技術創新與可持續發展。」聯合實驗室將由科大電子及計算機工程學系講座教授兼方氏工程學講座教授謝源牽頭，聚焦於智能設備在運算、記憶體、I/O頻寬及能效等方面的技術挑戰開展研究。

香港科技大學（科大）研究團隊透過分析香港、北京、紐約等全球29個大城市的廚餘數據，建立了一套創新的城市廚餘管理框架。研究指出，在廚餘含水量較高的「濕廚餘城市」如香港，將廚餘攪碎並導入污水系統進行處理，比單靠依靠堆填更具效益，此舉更可令整體溫室氣體排放量降低約 47%，同時減少約 11%的廢物處理成本。該研究為全球城市的廚餘管理提供全新的量化依據。研究由科大土木及環境工程學系講座教授陳光浩教授領導，團隊成員包括博士後研究員郭洪驍博士及博士生鄒旭等，並與華中科技大學研究團隊合作。研究成果以〈Redefining separate or integrated food waste and wastewater streams for 29 large cities〉為題，在國際學術期刊《Nature Cities》上發表。隨着全球都市人口上升，廚餘量亦不斷增加。目前，大部分城市仍採用堆填或焚化的方式處理廚餘，然而高含水量的廚餘顯著增加運輸成本及能源消耗。例如在美國，堆填區中的廚餘產生的甲烷佔整體堆填區排放量的58%，已成為主要的溫室氣體污染來源之一。研究團隊通過收集全球29個大城市的廚餘組成、污水量、能源消耗與處理成本等數據進行科學分析，發現影響廚餘處理效益的關鍵因素並非廚餘重量及種類，而是其含水量（moisture load）。含水量愈高，固體廢物處理系統的負荷愈大，相應的處理成本和排放量也會隨之增加。

香港科技大學（科大）工學院學者於計算神經工程領域取得重大突破，團隊開發了一個基於強化學習的神經脈衝生成模型，能夠準確預測神經訊號，從而形成一條「人工資訊通道」，有效繞過大腦受損區域，重建因疾病或損傷而中斷的神經功能性連接。這項開創性研究有望為因中風、脊髓損傷等導致功能障礙的患者，提供革命性的神經復康新思路。研究結果已於國際頂尖期刊《自然計算科學》上發表，論文題為「一種利用行為強化重建神經功能連接的生成式脈衝預測模型」。大腦不同區域之間通過神經元釋放的電脈衝，即「神經脈衝」，進行資訊編碼與傳遞。當神經系統疾病或損傷破壞這些傳輸通道時，便會導致運動、認知等方面的嚴重功能障礙。神經假體是透過構建一條人工資訊通道，將神經訊號從上游腦區傳遞至下游腦區，繞過受損部位，以恢復喪失的運動和認知功能。然而，其核心挑戰在於如何僅根據上游訊號，實時預測下游神經活動模式，從而最有效恢復行為功能。為此，由科大電子及計算機工程學系副教授王怡雯教授帶領的團隊提出了基於強化學習的跨腦區神經脈衝預測模型。傳統方法根據下游神經元紀錄來評估神經通道的功能完整性，但這在通道受損的患者中並不適用。相反，團隊開發的模型以「行為是否成功」作為反饋訊號來引導訓練，並將上游神經元的活躍脈衝實時轉換為下游神經元的預測訊號，從而在原本聯繫中斷的腦區之間重新建立通訊。王教授表示：「新模型的核心理念，是讓其如大腦般一樣通過『試錯』來學習跨區域間的映射關係。這使我們能為神經通道受損的患者構建一條『資訊小徑』，從而有效重建腦區之間的功能性連接。」團隊透過科大計算認知工程實驗室進行大鼠運動控制通道測試來收集數據，並驗證了模型的有效性。結果顯示，新模型生成的「人工脈衝訊號」成功經由解碼器驅動小鼠做出目標行為，其成功率顯著優於傳統方法。此外，生成訊號的編碼特性和健康大腦中觀察到的自然神經調製特性亦高度相似。另外，新方法具有強大的適應能力，能在不同解碼器設置下保持高性能，只需極少校準，便可迅速適應新試驗對象，大大增強模型的臨床轉化潛力。

香港科技大學（科大）研究團隊研發出一項突破性的污水處理技術。該技術結合了基於生物沉積形成的生物膜濾網與超音波空蝕清洗技術，能在厭氧條件下於3.8秒內完成濾網清洗，其處理污水量較現行傳統生物膜反應器（MBR）高出10至20倍。新技術不僅在極低能源消耗下維持高效運作，經處理後的水質亦高於國際及本地標準，每立方米污水的處理成本亦更低至傳統MBR的50%。這項創新技術為處理生活和工業污水帶來可持續性的嶄新方案。研究團隊由科大土木及環境工程學系講座教授陳光浩教授領導，團隊成員包括土木及環境工程學系博士後研究員郭洪驍博士及博士生羅宇等人，研究以「瞬態空化實現濾網式生物反應器中濾餅層的超快速去除，從而高效完成污水處理過程中的泥-液分離」為題於《自然 – 水》期刊發表。MBR為現時全球最普遍應用的二級污水處理技術之一，利用微生物經好氧或厭氧方式，分解污水中的有機物。以香港渠務署所制訂的標準為例，經二級處理污水的總懸浮固體（TSS）須符合每升30毫克或以下的排放標準。雖然MBR技術在分離水與懸浮生物方面表現出色，但膜污染（fouling）問題嚴重，需要定期清洗和更換，導致營運成本相對高昂。科大團隊設計的生物膜網狀濾網（Mesh bioreactors, MeBRs），採用10至200微米的網狀結構，利用微生物自然沉積形成的薄膜進行固液分離，並使用壓電式超聲波換能器（piezoelectric ultrasound transducers），透過超聲波產生氣泡並瞬間破裂所造成的空蝕現象（cavitation），迅速剝離網面上的污染物（biocake）。在好氧情況下能在10秒內完成清理程序，至於在處理家用污水的厭氧情況下，清洗時間更縮短至 3.8 秒。

在應對極端天氣、提升氣候韌性的關鍵領域，香港科技大學（科大）取得了一項突破性進展。科大研究團隊成功研發出一種人工智能模型，能夠提前長達四小時預警危險的強對流風暴，包括多次襲港的「黑色暴雨」及雷暴及突發性強降雨等。這項全球首創的技術由科大與國家級氣象機構合作開發。與現有系統相比，該模型利用衛星數據及先進的深度擴散技術，能在48平方公里的空間尺度上將預報準確率提升超過15%，這不僅顯著增強了國家氣象預報系統的整體精準度，也為亞洲乃至全球防災能力較弱的地區帶來了更有效的早期預警，以應對氣候突變的風險。這項研究與「沿海城市氣候韌性國家重點實驗室」（SKL-CRCC）的核心目標高度契合。該實驗室於去年獲中國科學技術部批准成立，現由實驗室主任吳宏偉教授領導。他同時擔任科大副校長（大學拓展）、及中電控股可持續發展學教授。研究團由科大沿海城市氣候韌性全國重點實驗室之氣候變化與極端天氣方向科研主管、土木及環境工程學系講座教授兼「傑出創科學人」蘇慧教授，聯同博士後研究員代快博士，並與哈爾濱工業大學（深圳）計算機科學與技術學院、中國氣象局熱帶海洋氣象研究所及國家衛星氣象中心的學者組成。研究成果已發表於《美國國家科學院院刊》，論文題為〈利用衛星數據驅動的深度擴散模型實現四小時對流預報〉。近年極端天氣的情況愈趨頻繁，香港去年夏季曾在八日內四度發出黑色暴雨警告；印尼峇里島、泰國南部等地亦遭受暴雨洪澇重創，造成重大人命傷亡和經濟損失。現行天氣預報主要依靠數值模式模擬大氣狀態，運算成本高昂且易受大氣混沌性及觀測資料不足的影響，對於快速發展且尺度細小的對流系統（如雷暴及暴雨），準確預報時間通常僅能提前20分鐘至兩小時。如此短暫的預警時間，令政府部門、應急部門和公眾在災害來臨前幾乎來不及部署、疏散或採取有效防災措施。

香港科技大學（科大）工學院的研究團隊率先研發出一款運用機械鍵來製備用於鋰電池的準固態電解質，首次將機械互鎖分子（MIM）應用於共價有機框架（COF）中，可實現高性能電池運行，並利用互鎖體系獨特的化學性質，以打造出安全、穩定且電能容量更高的鋰電池。傳統液態電解質存在諸多風險，包括易燃、鋰負極不穩定、枝晶生長以及不穩定界面層的形成。固態電解質提供了更安全的替代方案，其中醚類聚環氧乙烷（PEO）常用於鋰離子的配位和傳導。然而，由於其複雜的網絡結構和不明確的傳輸路徑，這些聚合物的離子導電率一般較低，因此需要進一步優化設計。機械互鎖分子已廣泛應用於分子機器如分子梭等，但在儲能領域的研究仍有不足。冠醚作爲機械互鎖分子的關鍵大環化合物，與鋰離子結合時能展現出強烈的主客體作用和良好的離子遷移性。若能將這些互鎖分子整合到高結晶度、多孔的COF中，研究人員便可以利用其特性實現高效的鋰離子傳導，並有效提高負極的穩定性。有見及此，在科大化學及生物工程學系副教授金允燮教授帶領下，研究團隊設計了一種MIM-COF準固態電解質。該電解質能利用可響應力學作用或配位變化的機械鍵作為功能單元，而COF則將其動態特性放大至宏觀層面，從而推進了MIM在能源器件多孔框架中的集成應用。團隊所製備的MIM-COF準固態電解質具有優異的室溫離子電導率（3.20 × 10⁻³ S cm⁻1）和鋰離子遷移數（0.60）。根據電腦計算的研究發現，冠醚的動力學和Li⁺結合位點，與實驗結果相互印證，並爲未來電解質設計提供指引。在實際測試中，採用該準固態電解質和磷酸鐵鋰複合正極（LiFePO₄ composite cathode）的全鋰電池在室溫和0.5C倍率下初始放電容量為113 mAh g⁻¹，充電和放電過程循環600次後容量維持在95%左右。在60℃和2C倍率下，循環300次後容量則維持在85%左右，庫侖效率達到99.99%，結果反映此準固態電解質在提升鋰電池穩定性與壽命方面極具應用潛力。金教授指出：「我們基於已有的MIM研究，對電池中自鎖冠醚的運動進行了分析，可望啟發更廣泛的自鎖組分應用。我們的目標是進一步優化這些大環化合物，以開發先進的電池材料。」