青少年科创项目
2,5-呋喃二甲酸生物基可降解材料降机理的研究
面对日益严重的塑料污染问题，全球有近90个国家和地区出台了控制或禁止一次性不可降解塑料制品的政策和规定。聚酯是一种通过二元酸、二元醇的缩聚反应或者内酯的开环反应制备的聚合物材料。以脂肪族聚酯和脂肪-芳香共聚酯为代表的可降解聚酯是可降解高分子最重要的研究领域。2,5-呋喃二甲酸（2,5-FDCA）与石油基单体对苯二甲酸（PTA）和间苯二甲酸（IPA）的结构相似，是目前极具潜力的生物基平台化合物之一，具有刚性的呋喃环结构，能够有效提高聚合物的机械性能和耐热性能，使其区别于其他长链生物基单体，代替PTA和IPA合成出一系列呋喃基高分子或助剂。
环姜黄素的抗氧化特性和自由基清除机制
环姜黄素于1993年首次分离并鉴定，但报道很少，可能是因为其在姜黄中的含量很低。环姜黄素含有α,β-不饱和二氢吡喃酮部分，不同于酮或烯醇形式的姜黄素。最近，环姜黄素被发现具有免疫调节、抗血管收缩抗癌、神经保护和抗阿尔茨海默病和抗流感能力。这些报告表明了环姜黄素的重要性，并呼吁对其物理化学性质、生物利用度、安全性和健康活动（如自由基清除和抗氧化特性）进行系统深入的研究。
木聚糖酶Xyl-1的变构调控机制
木聚糖是半纤维素的主要成分，在稻草、玉米芯和甘蔗渣等材料中含量丰富。内切β-1,4-木聚糖酶是降解木聚糖骨架的最重要酶，因为它们通常将长链木聚糖转化为不同的寡糖。因此，木聚糖酶已成功应用于工业和农业领域，包括制造生物燃料、纺织品，漂白纸浆，和动物饲料，以及食品工业。与其他木聚糖酶家族相比，GH11家族木聚糖酶的分子量较小，以及其强大的底物选择性和催化效率使这些酶成为适合工业用途的候选酶。
褪黑素治疗阿尔茨海默病的分子机制
运动能够预防AD的发生，延缓AD进程，有效地改善AD病理、提高记忆和认知能力。运动的类型、强度和持续时间会影响人体内褪黑素（melatonin，Mel）的水平。作为内源性天然小分子，Mel能够预防痴呆行为，提高认知能力，缓解Aβ和tau负担。实验发现，Mel能够抑制tau的聚集和分解tau纤维，但是Mel对低聚体的影响及相互作用的分子机制仍不清楚。因此，本研究采用分子动力学模拟探究Mel结合和破坏R3-R4低聚体稳定性的分子机制，以阐明运动影响tau的纤维化、预防或缓解AD进程的微观机理，为运动干预作为一种AD的药物替代疗法或辅助疗法提供理论依据。
植物糖半纤维素与原花青素相互作用的研究
水果和蔬菜中的多酚具有多种潜在的生物活性，其膳食摄入与降低患多种慢性疾病的风险有关。除了一些内源性因素，如微生物群和相关的消化酶外，食物基质（如膳食纤维）也可以显著调节其生物利用度和进一步代谢。大多数摄入的多酚，特别是大分子多酚（如原花青素）在胃和小肠中是不可生物利用的。这一过程可能介导膳食纤维-多酚复合物的潜在有益作用，因为它们或其分解代谢物可能被人体吸收和利用。因此，膳食纤维和多酚之间的相互作用可能会影响多酚的生物利用度。
含能材料中高能离子盐的敏感性和相互作用研究
在含能材料的设计中，多氮材料成为研究的重点。多氮化合物具有密度高、生成焓值为正、稳定性高等优点，且产气量大，可作为推进剂使用。随着含能材料结构越来越复杂，链状、单环结构也发展到现在的笼状、多棒结构，爆轰性能不断提高，感度性能也变得十分重要。结构越复杂，影响因素也越复杂，研究和明确它们的结构与性能之间的联系也十分紧迫，这不仅为人们设计新型低电感含能材料提供理论基础和思路，也有利于建立相关数据库。
路路通酸（LDA）对肿瘤坏死因子受体因子2的调控作用及其在结肠癌中的功能研究
路路通酸（Liquidambaricacid,LDA）是一种从中药路路通中提取的活性成分，已被证实具有一定的抗肿瘤作用。LDA的抗肿瘤机制涉及与肿瘤坏死因子受体相关因子2（TRAF2）的结合。TRAF2是一种多功能衔接蛋白，广泛参与多种肿瘤生物学事件，包括细胞增殖、分化和凋亡。在多种肿瘤中，TRAF2经常扩增和重排，被确定为致癌基因。尤其在结肠癌中，TRAF2的高表达与患者不良预后相关，其在Wnt/β-catenin信号通路中发挥正向调控作用，是结肠癌治疗的潜在靶点。
治理白色污染：PET塑料降解中的酶催化作用
聚对苯二甲酸乙二醇酯（polyethyleneterephthalate,PET）是一种芳香族聚合物，由对苯二甲酸和乙二醇通过酯键链接而成。由于PET无毒、无味、材料成本低、阻渗效果好，是全球饮料包装使用量最大的材料之一，目前市面上常见的矿泉水瓶、果汁饮料瓶等都采用这一材料制作而成。随着对PET类材料的不断开发与应用，人们发现该塑料制品极难回收和加工处理，给生态环境的稳定和未来的可持续发展带来了巨大的挑战。
改性剂与沥青相容性及改性沥青黏附性研究
近年来，我国加快了建设交通强国的脚步，其中，沥青路面的建设规模逐渐扩大，有90％以上的高速公路铺设了沥青路面。然而，现代交通出现的问题提高了对沥青路面性能的要求，普通的基质沥青不能满足高等级公路的使用要求，因此，近年来新建的高等级公路大多采用聚合物改性沥青作为结合料。在聚合物改性剂中，热塑性弹性体是改性沥青首选的改性剂，其中以苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（Styrene-Butadiene-Styrene，SBS）的应用最为广泛，以其作为改性剂的沥青占改性沥青总量的60%以上，它能有效提高沥青路面综合性能。
基于Cas12单步等温法的慢性阻塞性肺疾病灵敏检测
慢性阻塞性肺疾病（COPD）高发且致死率高，早期诊断至关重要，但现有检测方法存在局限。项目利用miRNA（如miR223和miR1274a）作为生物标志物，结合等温扩增-CRISPR/Cas12系统，开发出高敏感性和特异性的COPD诊断技术。同时，便携式荧光量化仪VBD3实现无创检测，为COPD早期检测和个性化治疗开辟新途径。
从内感受愉悦:血清素的合成
抑郁症是一种高发的精神疾病，全球有超过2.64亿人受影响。5-羟色胺（血清素）缺乏被认为是其关键诱因。提高血清素水平可改善患者病情。现有抗抑郁药物已证明有效，但新疗法仍在探索。项目研究了四种模式生物（人类、小鼠、兔子和斑马鱼）的色氨酸羟化酶1（TPH1）基因，旨在筛选最有效的TPH1基因以通过大肠杆菌表达并纯化蛋白质，比较其功能活动。此合成生物学方法已整合阿拉伯糖自杀系统，确保安全性和可控性。这为抑郁症治疗提供了新途径。
构建具有重金属检测与回收能力的大肠杆菌
全球重金属污染严重，中国受污染农田达2000万公顷，导致经济损失巨大。重金属影响土壤微生物活动，降低土壤肥力，影响植物生长，对人类健康构成严重威胁。现有处理方法复杂且难以大规模应用。项目团队开发了一种具有重金属检测和回收功能的大肠杆菌，为农业用地重金属污染提供新方案。该大肠杆菌能快速检测土壤中重金属离子水平，与重金属离子结合后，通过特定工艺实现与土壤的分离，同时设有自杀开关防止逃逸。
基于唾液的乙型肝炎病毒感染快速自测系统
乙型肝炎病毒感染是全球性公共卫生问题，影响超3.5亿人。中国作为西太平洋地区重点，对实现2030年消除乙肝目标至关重要。现有血清检测法具有侵入性、成本高且耗时长。鉴于乙肝病毒DNA也存在于唾液中，项目旨在开发高效基于唾液的乙肝病毒感染快速自测系统，结合CRISPR/Cas12和RPA技术，实现家中快速、可行检测，优于传统血清法。
定向进化增强聚对苯二甲酸乙二酯（PET）降解酶的活性
聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）因其优越的物理和化学性质，已广泛应用于各个领域，尤其是包装行业。然而，塑料污染正成为一个日益严重的环境问题。目前，生物降解（尤其是酶降解）已成为一种非常可行且环保的PET处理方法。项目旨在使用同源重组的方法将PET降解酶基因克隆到载体，使用易错PCR的方法构建克隆PET酶基因突变文库，以筛选具有更高活性的PET酶。
通过 ncRNA 和 cfDNA 对结直肠癌（CRC）进行便携式多靶点检测（PMT-CRC）
结肠直肠癌（CRC）是癌症相关死亡的第二大原因，预计2024年将有约93万人死于此病。目前的筛查方法（如结肠镜检查、FOBT和FIT）面临着侵入性、不便性和饮食限制等挑战，导致依从性较低。项目旨在以CRC生物标记物为目标，包括无细胞DNA（cfDNA）和非编码RNA（ncRNA），使用分支滚圆扩增（BRCA）和CRISPR-Cas12a技术提高灵敏度和特异性，以提供一种快速、便携、无创的检测系统。
结合 RPA 和 CRISPR/Cas12 在唾液中快速检测乙型肝炎病毒的单管检测法
乙型肝炎病毒（HBV）引起的乙型肝炎是一个全球性的公共卫生问题，据统计，2022年全球将有2.54亿人感染乙型肝炎，造成108万人死亡。慢性HBV感染在中国地区非常普遍。目前，HBV检测具有侵入性、灵敏度低等缺陷。此外，目前还没有治疗乙型肝炎的特效药物，现有疗法也无法根除病毒。因此，及早发现乙肝病毒，让患者尽早了解自己的感染情况，是控制传染源、切断传播途径的重要途径。项目旨在利用RPA和CRISPR/Cas12a技术，开发一种快速便捷、灵敏度高的检测系统。及早发现乙肝病毒，让患者尽早了解自己的感染情况，以此控制传染源、切断传播途径。
数字微流控芯片表面亲水性和疏水性的优化及其应用
数字微流控（DMF）是一种先进的微流控技术，它利用对微小液滴（通常为纳升级）的操纵来实现化学反应、生物检测和样品处理，具有高度灵活性和多种功能，广泛应用于精准医疗和生物传感领域。然而芯片表面修饰仍然存在疏水涂层不均匀和附着力差等问题，项目旨在优化Cytop涂层的旋涂工艺，提高了疏水性Cytop涂层与芯片的结合强度。同时探索一种结合等离子清洗和PET掩膜的方法以实现芯片表面功能区的修饰，满足未来高通量生物检测中对多功能芯片的需求。