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《原清华大学生物学教授颜宁在科学技术实验上的探索与创新》

1996年-2000年清华大学生物科学与技术系学士；
2000年-2004年美国普林斯顿大学分子生物学系，博士，导师为结构生物学家、清华大学教授、中国科学院院士、欧洲分子生物学学会外籍会士、美国国家科学院外籍院士、美国人文与科学院外籍院士施一公；
2005年-2007年 美国普林斯顿大学分子生物学系从事博士后研究；
2007年-至今清华大学教授、博士生导师；
2017年5月7日从清华大学证实，颜宁已接受美国普林斯顿大学邀请，受聘该校分子生物学系雪莉·蒂尔曼终身讲席教授的职位。
研究方向
人类基因组中编码蛋白的所有基因约有30%编码膜蛋白。
膜蛋白在一切生命过程中起着关键作用，具有重要的生理功能。FDA批准上市的药物中,约50%的作用靶点为膜蛋白。
因此，对膜蛋白结构与功能的研究具有极高的生物学意义及医药应用前景。
转运蛋白（transport proteins）是膜蛋白的一大类，介导生物膜内外的化学物质以及信号交换。脂质双分子层在细胞或细胞器周围形成了一道疏水屏障， 将其与周围环境隔绝起来。
尽管有一些小分子可以直接渗透通过膜，但是大部分的亲水性化合物，如糖，氨基酸，离子，药物等等，都需要特异的转运蛋白的帮助来通过疏水屏障。
因此，转运蛋白在营养物质摄取，代谢产物释放以及信号转导等广泛的细胞活动中起着重要的作用。
大量疾病都与膜转运蛋白功能失常有关，转运蛋白是诸如抗抑郁剂，抗酸剂等大量药物的直接靶点。
研究主要集中在次级主动运输蛋白的工作机理上。
交替通路模型，被用来解释转运蛋白的工作机理，在这个模型中，转运蛋白至少采取两种构象来进行底物的装载及卸载：
一种向膜外开放，一种向膜内开放。有许多结构和生物物理学证据支持这个模型。
但是，仍有两个最有趣的基本问题没有解决。
第一，主动运输的能量偶联机制是什么？
第二，在转运过程中，是什么因素触发了转运蛋白的构象变化？使用基于结构的研究手段对次级主动运输蛋白进行研究，以期解决转运蛋白工作机理中的基本问题。
主要成就
2014年，颜宁率领的团队在世界上首次解析了人源葡萄糖转运蛋白GLUT1的三维晶体结构。
2015年进一步获得了具备更多构象的GLUT3结合底物和抑制剂的超高分辨率结构，从而清晰揭示了葡萄糖跨膜转运这一基本细胞过程的分子基础。
此外，她还对离子通道结构生物学领域做出重要贡献，解析了电压门控钠离子通道的晶体结构，最近又利用最新冷冻电镜技术获得了最大钙离子通道RyR1的高分辨率结构。
2015年进一步获得了具备更多构象的GLUT3结合底物和抑制剂的超高分辨率结构，从而清晰揭示了葡萄糖跨膜转运这一基本细胞过程的分子基础。
2016年9月-Science-关闭及开放构象的RyR2
2016年9月，颜宁教授研究组与加拿大卡尔加里大学陈穗荣研究组合作在《Science》（DOI:10.1126/science.aah5324）发表研究长文，揭示了已知分子量最大的离子通道Ryanodine受体RyR2亚型处于关闭和开放两种状态的三维电镜结构，探讨了RyR2的门控机制。
通过比较关闭和开放状态的两个结构，发现位于穿膜区域负责通透离子的通道有明显的变化：
在开放构象中，该通道发生扩张，从而使得钙离子能够顺利地从肌质网内部转移到细胞质中。通过对RyR2中每个相对独立的结构域的仔细比较和分析，认为中心结构域极有可能是引发RyR开放的关键，这一发现与之前有关RyR的功能研究结论相吻合。
另外，研究组还获得了分辨率为5.7埃的RyR1开放构象结构，并基于结构比对，初步分析了RyR1的门控机理，有关RyR1的成果已分别发表在《Nature》（Doi:10.1038/nature14063）和《Cell Research》（Doi:10.1038/cr.2016.89）上，有关Cav1.1的论文已分别发表于《Science》（DOI: 10.1126/science.aad2395）和《Nature》（Doi:10.1038/nature19321）杂志上。上述研究与最新的这篇研究论文极大地促进了人们对于兴奋-收缩偶联的理解。
2017年2月，真核生物电压门控钠离子通道的拓扑图和三维电镜结构
2017年2月，颜宁教授研究组在《科学》（Science, DOI: 10.1126/science.aal4326）在线发表了题为“Structure of a eukaryotic voltage-gated sodium channel at near atomic resolution”的研究长文，在世界上首次报道了真核生物电压门控钠离子通道。

通过自组装新型鏻鎓盐钝化埋底界面实现高效稳定钙钛矿太阳能电池
金属卤钙钛矿因具有优异的光电性质已经被广泛应用于各种各样的光电器件。其中，钙钛矿太阳能电池获得了学术界与工业界与日俱增的关注。自2012年首次报道全固态钙钛矿太阳能电池以来，钙钛矿太阳能电池已经实现了高达25.5%的记录认证效率。由界面缺陷及界面能垒造成的界面非辐射复合阻碍了器件功率转换效率和稳定性的进一步提升。

由界面缺陷及不理想的界面能级排列造成的载流子复合应该是效率和稳定性损失的主要原因。钙钛矿/电子传输层埋底界面对实现高效稳定钙钛矿太阳能电池至关重要。商业化氧化锡纳米粒常常拥有大量的氧空位缺陷，这些缺陷不利于载流子提取与输运。而且，多晶钙钛矿薄膜在快速结晶过程中不可避免地会产生大量的缺陷。这些缺陷尤其是深能级缺陷会导致严重的载流子复合。我们前期工作已经揭示氧化锡电子传输层与钙钛矿层之间的能级失配也会造成能量损失，影响电子提取。迫切需要开发既能钝化界面缺陷又能改善能带排列的多功能界面修饰分子改善界面接触。

迄今为止，各种各样的分子已经被开发来修饰SnO2/钙钛矿界面，如路易斯酸、路易斯碱、有机无机盐、富勒烯及其衍生物等。对路易斯酸或者碱不可能同时钝化带正电和带负电的缺陷。相比于路易斯酸和路易斯碱，盐分子具有能够同时钝化阴阳离子缺陷的优势。为了同时钝化氧化锡与钙钛矿薄膜表面的缺陷，在有机盐分子的一端引入给电子官能团（如C=O、C=S、S=O等）极为重要。与此同时，也应该在所设计阴离子的另一端引入强电子官能团。基于以上考虑，一些课题组已经开发了两性分子来修饰SnO2/钙钛矿界面，如含氯阴离子的咪唑型离子液体和氨基酸衍生物。众所周知，铵盐作为界面改性分子已经得到了广泛的研究。然而，与有机铵盐结构相似的锍鎓盐与鏻鎓盐却鲜有报道。其他类型的鎓盐是否优于经典的有机铵盐还是一个未知的问题。为了最大化两性分子在缺陷钝化及能带调控方面的潜力，迫切需要开发新型鎓盐界面分子并深入系统研究这些分子与缺陷钝化效果、器件性能之间的构效关系。

鉴于此，重庆大学陈江照、华中科技大学李雄和浦项科技大学DonghwaLee等人报道了一种简单而有效的埋底界面钝化策略，即采用二甲基-β-丙酸噻亭盐酸盐（CDSC）来修饰SnO2/钙钛矿界面，并以传统的3-二甲基氨基丙酸盐酸盐（DPAH）作为参照。从理论与实验上证明了CDSC和DPAH分子能够同时与氧化锡层与钙钛矿层发生强的化学作用，从而通过化学键将电子传输层与钙钛矿层连接起来，改善界面接触。

两种盐分子都能够有效钝化来自钙钛矿与氧化锡层表面的缺陷。有趣的是，我们率先发现锍鎓盐分子在缺陷钝化效果与能带调控方面优于传统的有机铵盐分子。基于DPAH与CDSC改性的器件分别实现了21.44%与22.22%的效率，明显高于参照器件（20.72%）。未封装的CDSC改性的器件在60 ℃老化1272小时后保留初始效率的92.5%。该工作为开发新型界面材料来钝化埋底界面提供了一种新的思路。

图1 实验上证明了界面修饰分子与钙钛矿与氧化锡电子传输层都有很强的化学作用

图2 密度泛函理论计算证明了界面分子与氧化锡层的化学作用，能够有效钝化氧空位缺陷，增加空位形成能，从而稳定埋底界面，也证明了锍鎓盐相比于有机铵盐钝化效果更好

图3 证明了钙钛矿层与氧化锡层缺陷的减少

图4 光伏器件性能

图5 长期稳定性测试结果

X. Zuo, B. Kim, B. Liu, D. He, L. Bai, W. Wang, C. Xu, Q.Song, C. Jia, Z. Zang, D. Lee, X. Li, J. Chen, Passivating buried interface viaself-assembled novel sulfonium salt toward stable and efficient perovskitesolar cells, Chemical Engineering Journal (2021)
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