上海交通大学建校125周年科学问题专辑

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1. 逆全球化对地球生态系统和人类经济发展的影响？

耿涌

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 82-83. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.012

摘要（1480）

PDF（pc）（376KB）（304）

逆全球化带来严重的经济和环境压力，影响了全球化治理和各国之间的有效合作.开展科学而公正的评价研究，系统量化逆全球化对于全球生态系统安全和经济发展的影响，可以识别关键影响因素，制定切实可行的应对措施.

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2. Aβ级联假说或tau蛋白假说，哪个更正确？

马步勇

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 58-59. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.044

摘要（1294）

PDF（pc）（416KB）（478）

介绍了淀粉样变性、朊蛋白和阿尔茨海默病的Aβ和tau蛋白.指出Aβ级联假说或tau蛋白假说反映的是一个硬币的两面，揭示的是淀粉样变性共性中阿尔茨海默病的特性，其寡聚体结构的解析具有重要的学术和应用意义.

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3. 植物是如何感受环境温度变化的？

梁婉琪

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 26-27. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.030

摘要（1124）

PDF（pc）（310KB）（368）

温度是影响植物发育的最重要环境因素之一，本文简述了植物温度感受研究方面的最新进展，特别是在最近一些研究工作中发现了植物中存在几种直接感受并快速响应温度变化的感受器，为揭示植物感知和适应环境温度变化机制提供了重要基础.

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4. 利用光学显微镜可以观察到多小的物体？

王铁胜

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 110-111. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.050

摘要（1111）

PDF（pc）（468KB）（305）

本文从光学显微镜可以成像的最小尺度出发，回顾光学显微镜的发展及在其突破理论衍射极限方面的成果.认为光学显微技术的发展对微观科学研究的意义重大，对光学显微镜理论衍射极限更深入的研究有望进一步提高其分辨率.

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5. 人为什么会老化——生物体的老化机制

刘泽，杨国源

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 30-31. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.032

摘要（986）

PDF（pc）（343KB）（351）

衰老问题无法回避，也是困扰科学家们多年的难题.人类衰老的现代主流生物学理论主要分为程序化理论、损伤或误差理论两大类.随着医学水平的不断提高，微循环理论、端粒酶学说等多种新型的衰老学说不断涌现，丰富了该领域的研究视角.但现有理论仍不能较好地解释衰老过程，并就这一问题达成共识，同时许多理论以一种复杂的方式相互关联.理解和检验各种老龄化理论，可以促进人类对衰老机制的理解，并造福于人类.

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6. 3D打印技术在未来食品加工业中的机遇与挑战

吴金鸿，施依，陈婷珠，王正武

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 97-99. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.003

摘要（984）

PDF（pc）（2444KB）（494）

为了进一步介绍3D打印技术在食品工业中的应用，简述其在未来食品加工业中关于新型食物材料开发、特需营养需求精准设计与调控、创意产品造型与文化元素表达和食品人工智能制造等方面的应用前景，并指出其目前在食物材料基础性理论研究、加工装备研制和人工智能客户端软件平台开发等方面存在的技术瓶颈和挑战，旨在为3D打印技术在未来食品加工业的应用发展提供理论指导.

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7. 如何实现常态下原子重组

陆文军

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 121-122. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.054

摘要（969）

PDF（pc）（341KB）（313）

目前，化学物质的转变主要是依靠分子的重构，即分子反应.如果常态下可以任意改变分子中的某个原子，而非替换原子；或者直接将某些特定原子，重组成新的原子，这将把原子反应发展为普通实用的化学反应.

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8. 希格斯场的本质是什么？

杨海军

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 118-120. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.053

摘要（933）

PDF（pc）（1758KB）（305）

希格斯玻色子的发现揭示了基本粒子质量起源之谜，为粒子物理标准模型理论奠定关键基石.对希格斯场性质的深入研究将有助于理解电弱对称性破缺机制、暗物质、宇宙早期电弱相变、物质与反物质不对称等重大科学问题.

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9. 氢在生命体中扮演什么样的角色？

程为铮，邓涛，丁文江

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 7-9. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.021

摘要（886）

PDF（pc）（570KB）（505）

氢是宇宙中最原始的元素，也是生命体中最主要的元素，对生命体有广泛的积极影响，包括生理调节、选择性氧化等.目前，氢已经初步应用于医学和农学，并由此诞生“氢气生物学”的概念.探究氢在生命体内的作用机理，准确认识氢在生命活动中扮演的角色将为众多生命难题提供新的解决思路.

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10. 生命起源过程的熵变是怎样的？

王嘉瑶，刘晨光

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 10-11. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.022

摘要（876）

PDF（pc）（253KB）（391）

宇宙演化是一个熵增的过程，熵增驱动了生命的产生.但生命的出现让自然的部分变得有序，可以看成是一个熵减的过程.为什么整体无序的宇宙会产生高度有序的生命呢？生命起源时的熵是怎样改变的？

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11. 信息物理世界如何实现人机共融协同？

李少远, 殷翔

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 5-6. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.020

摘要（867）

PDF（pc）（389KB）（297）

信息物理系统(CPS)的系统架构在未来世界具有核心地位.介绍人在回路的CPS的基本架构，提出在CPS架构下人机如何实现协同共融的核心科学问题.指出需要融合信息、计算、控制等多学科方法，从系统理论的角度实现协同.

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12. 空气取水实现可持续农业和沙漠绿化

王晨曦，邹豪，王如竹

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 88-90. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.015

摘要（861）

PDF（pc）（2630KB）（379）

在人口增长、耕地减少、气候变化等因素影响下，农业灌溉水源的供需矛盾日渐突出.在沙漠地区，如何有效获得水资源和实现节水节能种植将是实现可持续发展必须破解的难题.吸附式空气取水技术可以摆脱地理位置限制，从空气中捕获可观的淡水资源，为农业发展提供可持续的灌溉水源.在温室场景中，空气取水机组能够从潮湿的室内空气中吸附水蒸气，调节温室室内湿度，同时释放吸附热用于温室加热.解吸过程中收集的水，可以循环用于温室灌溉.该技术有望应用于都市农业，并为沙漠变绿洲提供支持.

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13. 什么将是地球上最便宜的能源?

沈文忠

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 86-87. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.014

摘要（841）

PDF（pc）（352KB）（228）

随着近10年太阳能光伏科学与技术的迅猛发展，光伏发电投标度电价格2020年在国际上已经达到1.31美分/千瓦时，预计未来2～3年内可以实现低于1美分/千瓦时的度电成本，并将进一步降低.因此可再生的太阳能光伏发电将成为地球上最便宜的能源，这一问题的提出将彻底颠覆人类对未来能源需求的认识.

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14. 外星生命以何种形式存在？

李婷婷，刘晨光

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 125-126. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.056

摘要（841）

PDF（pc）（251KB）（317）

在揭开宇宙神秘面纱的进程中，外星生物存在的证据逐渐增多.如果可能，那么外星生物会以何种形式存在呢？探索外星生命有利于人类摆正自身的位置，迎接机遇，预防危险，发展科技，完善自我.

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15. 如何通过拓扑缺陷概念推进对凝聚态物质的理解？

姚振威

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 106-107. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.048

摘要（840）

PDF（pc）（1220KB）（416）

从物理学角度，本文简要介绍凝聚态物质系统中拓扑缺陷的概念，并阐述拓扑缺陷如何深刻影响各类凝聚态系统的相变和集体行为等问题.

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16. 生物3D打印与器官再造

王金武，李涛，许苑晶，李帅，任亚，戴尅戎

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 46-48. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.039

摘要（828）

PDF（pc）（975KB）（427）

为了进一步阐述生物3D打印技术在器官再造方面的应用价值，本文介绍生物3D打印技术在器官再造方面的现状与进展，提出未来生物3D打印技术将从生物墨水、打印技术等方面寻求更多突破，以最终实现体外器官再造的临床应用.

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17. 人类可以调控气候么？

刘海龙

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 74-75. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.009

摘要（811）

PDF（pc）（595KB）（237）

本文介绍了人类为应对气候变暖所引入的地球工程对气候变化加以人为干预，并由此提出在更广泛意义上人类未来也许能够依据地球气候系统的运转机制，主观调控气候，但其对地球气候系统的整体影响尤其负面效应将存在显著不确定性及争议.

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18. 生物量和生物多样性如何响应气候变化下的海洋缺氧？

龚红静，周韫韬

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 76-78. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.010

摘要（781）

PDF（pc）（731KB）（288）

全球气候变化导致区域和全球范围内的海洋氧气大量流失.海洋缺氧会影响生物的形态、新陈代谢和适应能力等，并导致生物迁移甚至死亡.此外，缺氧还会影响生物种群的数量、组成和分布，进而破坏海洋生态系统的功能.探究区域和全球海洋的生物数量和生物多样性如何响应气候变化背景下的海洋缺氧问题，可以为维持海洋生态系统的稳定性提供理论基础.

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19. 癌症患者能否长期生存？

王思颖，郑幸玲，覃文新

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 49-50. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.040

摘要（778）

PDF（pc）（477KB）（203）

为了探讨癌症患者长期生存的可能性，从美国癌症研究现状出发，简述了在癌症防诊治技术的支持下，癌症患者总体5年生存率自20世纪70年代起有所改善，并于近几年显著提高.这表明随着癌症研究和医疗方法的进步，癌症有望脱离高死亡率疾病范畴，癌症患者有望长期生存.

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20. 固态温差发电机能拥有卡诺热机效率吗？

段懿玲, 刘作霖, 林尚超

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 112-115. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.051

摘要（777）

PDF（pc）（2151KB）（492）

简述了固态温差发电机与经典卡诺热机在热力学层面的异同，归纳了热电转换不可逆性的来源，分析表明了只有在限定电导率范围内提升材料热电优值才能使热电转换效率逼近理想卡诺热机效率.通过与内可逆卡诺热机最大输出功率的对比，得出接触热阻、热交换速率等对温差发电性能的重要影响.

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21. 衰老的生物学机制是什么?

刘峰，殷善开

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 18-19. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.026

摘要（745）

PDF（pc）（1013KB）（276）

本文介绍衰老研究的科学意义，归纳既往研究中对于衰老背后生物学机制的解释，提出衰老研究中亟需解决的关键问题，指出新兴多组学研究方法是探索衰老机制的一个重要发展方向.

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22. 气候变暖如何影响天气变化？

黄超明，刘海龙

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 72-73. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.008

摘要（745）

PDF（pc）（640KB）（232）

本文介绍了气候变暖背景下天气尺度现象的变化，阐述了气候变暖导致极端天气现象变得更为显著且频发，进一步指出这些极端天气现象如高温热浪和极端寒冷、干旱与洪涝等的发生呈不对称性，并存在区域分布差异特征.因此，相关机制研究有助于帮助人类适应环境变化，提高预测和防灾减灾的能力.

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23. 需求导向的材料设计

张恒睿

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 93-94. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.001

摘要（732）

PDF（pc）（323KB）（368）

新的研究范式有望为目前材料科学与工程面临的挑战提供解决方案.本文回顾材料基因工程领域的研究进展，并展望其在材料设计中的作用.提出将材料整合到工程设计流程中，在计算和数据驱动方法的基础上，实现材料的“按需设计”，从而推动材料的研发和工程应用.

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24. 免疫治疗能否治愈肿瘤？

宗春燕，沈键锋

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 53-54. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.042

摘要（724）

PDF（pc）（379KB）（226）

随着免疫检查点抑制剂、肿瘤疫苗、过继性细胞免疫疗法等肿瘤免疫治疗技术的飞速发展，免疫治疗已展现出相较于传统肿瘤治疗方法的巨大优势.本文简述了当前肿瘤免疫治疗存在的问题，并就免疫能否全面改变肿瘤治疗现状，甚至彻底治愈肿瘤这一问题展开论述.

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25. 脑靶向递送策略的挑战和机遇

王斌，章雪晴

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 62-64. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.046

摘要（716）

PDF（pc）（3595KB）（320）

血-脑屏障能够保护大脑不受外来有害物质影响，但也使药物难以进入大脑，阻碍中枢神经系统疾病的新药研究.生物体内存在能够跨血-脑屏障的天然物质，其生物学机制可以为脑部药物输送系统的设计研发提供指导.本文介绍一系列脑部递送策略，重点介绍具有临床应用潜力的仿生纳米递送系统.研究成果能够促进脑靶向诊疗产品的临床转化.

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26. 单细胞生命体的系统工作原理是什么？

丁显廷

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 14-15. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.024

摘要（703）

PDF（pc）（444KB）（200）

世界上许多的单细胞生命体以高效率和高准确性在运行着.比如一个巨噬细胞可以实时地动态追踪一个细菌，说明这种单细胞生物的感知器和控制器都是异常精密和发达的.人类目前尚未了解单细胞生命体的运行规律.破译这一科学问题，将对仿生机器人、新的系统调控原理、控制理论、蛋白质网络、新药研发、细胞衰老等众多领域都具有重大的价值.

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27. TALE靶标基因与农作物广谱持久抗病育种

徐夏萌, 徐正银, 李颖, 阎依超, 邹丽芳, 陈功友

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 36-38. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.035

摘要（700）

PDF（pc）（809KB）（205）

为了揭示黄单胞菌与植物间互作的遗传学基础，培育广谱持久抗病的农作物，本文对这一领域重要研究进展进行了综述.首先指出了黄单胞菌引起植物病害的严重性，分析了黄单胞菌与植物互作如何导致植物抗病或感病，归纳了TALE蛋白主要作用植物的靶标类型，分析了植物基础转录因子TFIIA与NLR类R基因在植物抗病性中的重要性，认为基因编辑TALE蛋白的效应子结合元件(EBE)是未来作物广谱持久抗病育种的重要方向.

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28. 糖蛋白药物的生产与糖链改造

张涵，张延

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 41-43. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.037

摘要（697）

PDF（pc）（619KB）（310）

糖蛋白药物在多种疾病中显示出靶点特异、疗效突出和安全性好等优点，其糖基化是影响药物半衰期、免疫原性和药代动力学等的重要因素.糖工程促进糖蛋白药物上糖链的改造和优化研究逐渐深入.本文简述重组糖蛋白药物在细胞内或体外的合成和糖链改造，并指出生产均一化糖蛋白是研究糖链对药物性质影响的前提和基础.

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29. 如何实现固态材料变形制冷?

肖飞，金学军

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 95-96. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.002

摘要（696）

PDF（pc）（383KB）（274）

固态弹热制冷通过固-固相变潜热的交替吸收和释放实现制冷，具有能效高、温变较大和无制冷剂等特点，是非气-液压缩制冷首选技术.本文概述弹热效应的制冷机理及测量方法，归纳总结镍钛基、铜基、铁基和哈斯勒型形状记忆合金体系作为弹热制冷材料的研究现状、潜力和现尚存问题，并对形状记忆合金弹热制冷材料的应用前景进行展望，以期为固态弹热制冷技术的推广应用提供参考.

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30. 神经系统如何记忆免疫信号？

吴玥，王宏林

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 24-25. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.029

摘要（695）

PDF（pc）（591KB）（221）

神经系统与免疫系统间存在精密复杂的互作网络，明确神经系统记忆、影响免疫系统炎症信号的机制具有重大基础研究和临床转化价值.本文阐述免疫系统和神经系统在炎症性疾病中对机体的调控，指出神经系统影响免疫记忆的证据，介绍神经-免疫互作网络，以期为治疗免疫系统疾病提供研究新思路.

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31. 可以仿造细胞膜上的主动运输进行海水淡化吗？

李凌云

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 102-103. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.005

摘要（692）

PDF（pc）（428KB）（299）

简要回顾了海水淡化和人工细胞领域的发展现状及其重要性.根据生物膜在离子浓度改变上具有绿色高效、可重复利用等特点，提出了仿造生物细胞膜进行海水淡化的构想.

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32. 能否解析味觉机理并且量化所有味觉？

姚继雯，刘晨光

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 28-29. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.031

摘要（690）

PDF（pc）（275KB）（367）

描述并且精确定量食物的味道是一项很困难的工作.通过解析味觉机理，对味道制定全方位多维度的标准并进行量化，从而开发分析能够精确分析味道的仪器，可以避免人工调味带来的各种弊端，如高成本、低效率、大偏差.此外，还能利用“标准味道物质”更为精确地复制味道.

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33. 运动船舶周围为什么会出现大范围白色泡沫流动？

张晓嵩，万德成

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 65-66. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.017

摘要（678）

PDF（pc）（599KB）（244）

海洋航行船舶周围存在大范围白色泡沫流，该现象涉及超大尺度跨越的多相流动成分，包括水、气、泡、雾多种流动状态，并与复杂湍流紧密结合.为了加深各研究学者对船舶泡沫流的理解，阐述其成因、演化机理以及其对结构物的影响，为解决未来海洋环境探索与利用过程中的重要科学问题提供参考.

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34. 静电是敌还是友？摩擦力效应在环境能量收集中的应用

赵栗在

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 84-85. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.013

摘要（659）

PDF（pc）（353KB）（239）

你或许还记得因为害怕静电而不敢触碰金属把手.尽管泰勒斯在公元前600年就已观测到静电，但它的产生机制一直悬而未决.近年来，一些研究部分揭示了静电的深层产生机制，是由材料在纳米尺度下的突起变形引起的.这一进步将为许多静电相关的应用带来巨大的机会，意味着人类掌握了将静电化敌为友的关键.

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35. 衰老是疾病吗？

温东晟，李青峰

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 20-21. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.027

摘要（650）

PDF（pc）（808KB）（220）

衰老是每个人生命里程中无法回避的自然现象.本文从医学科学和人文两个角度回顾总结了人们在衰老认知中取得的进展，探讨了我们是否应以疾病的角度去认知它，并展望了衰老未来的研究方向.

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36. 大脑如何进行神经信息编码与处理？

梁培基

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 12-13. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.023

摘要（642）

PDF（pc）（399KB）（344）

大脑功能在于对信息进行整合，并据此做出行为决策.对大脑功能的认识，是神经科学的重要内容，也为人工智能提供启示.但是在脑内信息是如何表征、如何编码的，又是如何被下游环节读取的，这些问题尚且未知.

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37. 精准治疗有希望治愈肿瘤吗？

张苏江，陈赛娟

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 55-57. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.043

摘要（634）

PDF（pc）（1037KB）（155）

以肿瘤靶向药物为代表的精准治疗正在给肿瘤治疗带来变革性的突破.急性早幼粒细胞白血病(APL)以往属于高致死性恶性血液肿瘤，如今，基于分子机制的精准诊断和精准治疗使APL成为第一个可被基本治愈的急性髓系白血病.近年来，前瞻性的全国多中心随机对照临床试验的优化治疗、诊断分层体系优化、APL致癌蛋白PML-RARa协同靶向治疗调控图谱的阐明，为高危患者提供更多的治愈机遇.协同靶向精准治疗APL的思路将进一步拓展至其他类型白血病，甚至实体瘤.

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38. 如何建立器官再生的血管网络？

张文杰

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 60-61. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.045

摘要（627）

PDF（pc）（390KB）（269）

干细胞与组织工程技术的发展为大块组织缺损修复和器官替代提供了新思路，但人体器官血管网络精细复杂，是限制器官再生和移植的主要瓶颈问题.类器官体外培养尺寸无法突破同样受到无法形成血管系统的限制.对此，提出同步构建功能化血管网络的设想，为维系干细胞存活和实现器官再生打好基础.

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39. 人工智能可以通过操纵波来实现吗？

何清波，姜添曦

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 1-2. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.018

摘要（626）

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简述了基于波物理特性人工智能超材料的研究背景，总结了人工智能超材料的核心思想在于“学习感知”，指出了实现人工智能超材料的关键在于如何构建超材料动力学模型，并分析其与人工智能模型的关联.基于波操纵的人工智能超材料将会为突破信息感知与处理的传统技术难题开辟新的思路，具有广阔的应用前景.

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40. 人类撤离地球的最晚期限为何时？

张家威，刘晨光

上海交通大学学报 2021, 55 (Sup.1): 123-124. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.055

摘要（623）

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地球不可能一直适合人类居住，何时离开地球是一个需要思考的问题.考虑到太阳寿命、宇宙射线威胁、地外天体撞击、地球资源开发与环境变化等情况，为人类计算出至少要完成宜居天体寻找、星际航行、星际殖民等技术成熟的最晚期限至关重要.

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