| 甲状腺激素诱导胃癌发生的代谢组学研究 | 黄灿华 | 36万 | 2010 | 消化系统肿瘤(H1617) | 81072022 | 四川大学 | 面上项目 | 甲状腺激素（T3）；代谢应激；胃癌；蛋白质组学；代谢组学 | 整合代谢组学、蛋白质组学、生物信息学等系统生物学方法阐明甲状腺激素诱导细胞代谢应激与胃癌发生的分子机制，筛选到67个受T3（甲状腺激素主要成份）调控的关键代谢酶或代谢产物。我们的研究发现T3除诱导TTHY、HIF1alpha高表达之外，还显著上调GLUT1、MCT4的表达水平。通过体内外细胞模型与实验动物模型阐述肿瘤细胞模拟甲亢患者代谢信号增强的潜在病理学意义，肿瘤微环境中代谢与氧化应激导致肿瘤细胞面对低PH、低氧、营养匮乏等多重挑战，上调GLUT1、MCT4的表达有助于肿瘤细胞加速对葡萄糖的吸收利用，同时有助于代谢废弃物的排出，维持微环境稳态，研究结果为后续胃癌发生机制的基础研究和临床胃癌临床治疗拓展新思路。受本项目资助已经发表SCI论文16篇，其中影响因子大于5.0论文8篇，培养硕士与博士研究生6人。 | 胃癌是一种严重威胁人民身体健康的疾病，发病原因复杂，预后差。近年来功能基因组学的快速发展为探索胃癌的发病机制提供高通量技术支撑。前期我们通过蛋白质组学技术发现一个由甲状腺激素介导的代谢应激与胃癌发生相关的信号通路（Mol Cell Proteomics 2009，8：70-85）。为了阐明甲状腺激素诱导细胞代谢应激的分子机制，拟采用胃癌细胞为模型，采用代谢通量分析（metabolic flux analysis, MFA）方法研究细胞内T3积累和代谢通量变化的关系，整合前期蛋白质组学研究结果，建立甲状腺激素诱导胃癌发生的代谢网络模型，明确T3诱导细胞内重要代谢酶和代谢产物的变化与胃癌发生之间的关系。通过本课题的实施，可从代谢组学角度明确甲状腺激素诱导代谢应激与胃癌发生的分子机理，为后续胃癌发生机制的基础研究和临床胃癌临床治疗拓展新思路。
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| 井冈霉素高产的功能基因组研究 | 白林泉 | 40万 | 2010 | 微生物功能基因(C010301) | 31070070 | 上海交通大学 | 面上项目 | 井冈霉素；基因组；高产机制；温度调控； | 我们针对研究计划和要点，在井冈霉素生物合成的温度调控机理解析、高产菌株高产机制解析和工业菌株的产量改造方面开展了深入的研究，取得了预期的效果。不但解析了相关的调控和高产机制，而且获得了产量进一步提高的工程菌。同时我们还开展了抗寄生虫盐霉素高产的比较基因组解析，发现了盐霉素高产的遗传基础，为深入解析其高产机制奠定了基础。通过本项目研究工作的开展，我们共发表了15篇研SCI论文（其中5篇IF>5），培养了1名硕士和5名博士。项目负责人也获得2013年“上海市青年科技英才提名奖”。 | 抗水稻纹枯病井冈霉素是我国自主开发、应用面积最广、产业化最为成功的重要农用抗生素，而且环境友好、无毒、几乎没有抗药性的报道。在前期深入阐明其生物合成机理的基础上，我们精细测定了井冈霉素野生型产生菌吸水链霉菌井冈变种5008和高产工业菌株的全基因组序列，在工业菌株中发现了3个大片段缺失、123个SNP和40个InDel位点，为通过比较基因组研究揭示井冈霉素高产机制奠定了基础。. 利用前期工作中所优化的遗传操作、发酵提取、分析分离等技术平台，我们将考察比较野生型与工业菌株、普通与高产发酵培养基、不同培养温度等因子，通过大量基因敲除与回补、转录组学、蛋白组学等系统研究，揭示井冈霉素合成的代谢网络和调控网络，鉴别关键影响因子，阐明井冈霉素产生的高温调控机制。并在此基础上，通过多重基因敲除和多个正效遗传因子的引入，将工业菌株改造成为产量更高、发酵性能更为优良的高产菌株。
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| Cu2O/TiO2纳米阵列异质结的可控制备与物性研究 | 陈忠 | 20万 | 2011 | 其他无机非金属材料(E0213) | 51128201 | 合肥工业大学 | 海外及港澳学者合作研究基金 | TiO2纳米管，超亲水/超疏水模板；纳米阵列异质结；光催化；物理性能 | | 通过工艺参数调整与性能测试优化，研究采用二次阳极氧化法制备超平整的TiO2纳米管阵列；在TiO2纳米管阵列的基础上形成超亲水/超疏水模板，运用电化学沉积的方法在TiO2纳米管阵列表面构筑Cu2O纳米阵列，获得Cu2O/TiO2纳米阵列异质结。优化超亲水/超疏水模板的制备工艺以及电沉积Cu2O的电沉积时间、沉积电流以及溶液浓度等参数，利用SEM、TEM以及XRD等微观组织结构表征手段对所制备的Cu2O/TiO2纳米阵列异质结进行分析评价，探讨Cu2O/TiO2纳米阵列异质结形成过程中关键因素与变化关系，以及基底纳米阵列的作用。对获得的Cu2O/TiO2纳米阵列异质结进行物性与光催化性能测试，分析采用窄禁带半导体Cu2O修饰后的异质结对光催化性能的影响，反映异质结的不同组成部分对光催化性能的贡献，总结Cu2O纳米阵列对异质结物性的影响规律，为发展新型纳米光催化材料与功能纳米结构提供理论依据。
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| 污水能源微藻体系构建及其环境调控的机理研究 | 齐云 | 25万 | 2011 | 污水处理与资源化(E080402) | 51108310 | 天津大学 | 青年科学基金项目 | 污水处理；能源微藻；体系构建；环境调控；生物柴油 | 目前，世界各国对能源危机以及温室效应的认识逐渐加强。传统化石能源不仅对环境造成危害，而且对人类健康也产生了较大的影响。由于微藻对环境友好且适用于各种培养环境，因此逐渐成为一种可持续发展的生物质能。 微藻可以积累大量的油脂并可通过转酯化的形式制备成为生物柴油。但是，目前微藻大规模商业培养的成本还远高于传统的作物。 本项目针对目前能源微藻培养成本过高的问题，提出利用污水作为微藻能量及营养的来源，以减少微藻对淡水资源以及营养物质的额外需求，并减少对微藻培养的限制。利用微藻单独制备生物柴油或去除污水中植物性营养物质的研究虽然有其优势，但是也存在很多不足。本项目将污水处理和藻类制油技术相偶联，克服了单一系统的缺陷，在处理污水的同时获得生物柴油，以及减少CO2产生量。 项目主要研究内容包括自污水处理厂以及其他不同水体分离筛选能源微藻，研究能源微藻对环境的适应性及其调控机理，采用尼罗红染色等方法实时定量监测微藻中油脂含量及其变化情况；针对污水培养系统，设计并开发了多种不同规格的微藻光生物反应器，研究了微藻在不同光生物反应器中的生长以及油脂积累情况；利用分离筛选出的能源微藻，构建了多种污水能源微藻体系，研究该体系对城市生活污水的处理效果以及微藻油脂积累情况，结果表明，污水能源微藻体系可以较好的处理城市生活污水的同时获取高油脂含量的微藻；采用分子生物学技术，研究了不同污水能源微藻体系对环境适应性机制和调控机理，结果表明，不同污水能源微藻体系，其对污水处理效果的差异主要取决于微藻的种类以及相关其他微生物（尤其是细菌）的相互作用，其具体的机理还需要进一步研究；此外，项目进一步研究了不同的采收方法对微藻采收的影响，并开发了一种新型的微藻絮凝剂。项目形成了一套从微藻培养、调控到微藻采收以及制备生物柴油的整套体系。项目的研究为污水资源化、能源化以及能源微藻规模化培养提供了理论与技术支撑。 本项目共发表研究论文6篇，其中4篇被SCI收录，1篇被EI收录，1篇被CSCD收录；4篇SCI收录论文中，3篇论文被一区期刊收录，累计影响因子16以上。申请中国发明专利2项，参与并获得天津市科学技术二等奖1项。 | 微藻生长快，能量密度高，含油率较高，是制备生物柴油的优良原料，因此微藻能源技术受到重视。但是由于技术突破的困难，淡水微藻和海水微藻的开发利用，依然存在技术经济上的障碍。针对这一难题，考虑到藻类能对水中营养物质进行吸收并转化生物柴油的特性，本项目将藻类制油与污水处理相耦联，从环保角度有望显著降低微藻能源制油的生产成本。目前微藻污水处理与生物柴油生产相耦联技术仍处于探索阶段。污水微藻中油脂含量过低不能满足规模化生产的需要是该耦联技术目前遇到的瓶颈问题之一。本项目通过对污水处理过程中的微藻进行筛选、选育及基因改造，获得油脂含量高、污水处理效果明显的藻种，针对不同污水水质构建污水能源微藻体系，采用实时定量技术监测污水能源微藻体系油脂含量及其变化情况，探索可能存在的有利于微藻油脂积累的生化"开关"，研究污水能源微藻体系的环境适应性机制和调控机理，为污水微藻制油技术的发展与应用提高理论依据。
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| 面向小样本多属性决策的软集合理论及其应用研究 | 肖智 | 42万 | 2011 | 管理信息与数据挖掘(G011403) | 71171209 | 重庆大学 | 面上项目 | 软集合；小样本；多属性；结构；决策 | 小样本多属性决策问题广泛存在于经济管理领域，影响着政府与企业发展战略、规划设计、投资决策等活动。小样本多属性决策问题具有属性量大、类型不一致、支持决策的样本量小、样本不完备、不平衡以及不确定性等特征。传统方法存在诸多局限。软集合作为参数化工具，其灵活的结构和丰富的映射能够有效解决小样本多属性问题。因此，本项目针对小样本多属性决策问题的立体结构与特征，重点研究了以下内容。首先，项目根据小样本多属性决策问题的特征和软集合的特征，设计了小样本多属性决策问题的三维立体结构和软集合的三维立体结构的“对应关系”，通过将属性对应于参数E、样本对应于映射F、方案对应于论域U，将小样本多属性决策问题转化到软集合理论体系内加以解决，进而构建了相应的软集合立体结构框架体系。其次，通过对属性软集合和映射软集合的原则设计及其结构要素、特征提取的定义，构建了属性软集合和映射软集合，并基于软集合的基本运算规则、类别特征和运算要求，定义了相应运算法则。具体定义了广义证据模糊软集合、区间模糊软集合、梯形模糊软集合、成对关系模糊软集合的概念及运算。属性软集合将参数与属性所组成的论域相联系，完成属性选择等决策过程。同时决策者对决策方案选择的不同方式，组成了映射论域。在映射论域的基础上，构建映射软集合，通过参数，选择出决策者的决策方法。根据面向小样本多属性决策的软集合立体结构框架体系，建立了属性软集合和映射软集合的匹配关系，构建了面向小样本多属性决策的软集合决策模型。最后，将面向小样本多属性决策的软集合决策模型，应用到经济管理领域。完成了基于软依赖的混合类型数据软集合决策，基于证据理论和模糊软集合的软集合决策，不完备模糊软集合决策，区间值直觉模糊软集合决策等问题的研究。项目完成了研究目标，研究成果体现在19篇学术论文中，其中14篇发表在国外期刊，2篇发表在国内期刊，2篇被国外期刊录用未发表，1篇拟于近期投稿。 | 近年来,小样本多属性决策问题在管理实践中广泛存在,然而现有的决策理论和方法还不能较好解决这类问题。本项目从代数结构与关系的角度，针对小样本多属性决策的立体结构与样本小、属性多的特征，利用软集合、代数学、支持向量机、机器学习等最新成果，系统研究面向小样本多属性决策的软集合理论。主要研究内容包括：（1）面向小样本多属性决策的软集合立体结构框架体系的构建及相关理论研究；（2）面向小样本多属性决策的属性软集合的建立及相关理论研究；（3）面向小样本多属性决策的软集合决策模型的建立与应用研究。小样本多属性决策问题的研究对于政府与企业发展战略、规划设计、投资决策等都具有重要影响和意义。本项目的研究将有利于软集合理论和小样本多属性决策理论的进一步发展，具有重要的理论意义和实用价值。
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| 以超痕量肿瘤标志物检测为目标的长碳链抗体共价偶联纳米金生物荧光探针 | 赵军武 | 65万 | 2011 | 光学标记、探针与光学功能成像(F051201) | 61178075 | 西安交通大学 | 面上项目 | 甲胎蛋白；癌胚抗原；局域等离子体共振；纳米金；生物传感 | 针对肝癌肿瘤标志物甲胎蛋白(AFP)、癌胚抗原(CEA)的超痕量快速光谱检测，本项目完成的主要研究工作如下：（1）理论分析了多种核壳型金、银纳米结构的局域场增强效应及生物传感特性，提出了实现多组分同步检测的纳米探针模型；（2）建立一系列基于金、银纳米探针的肿瘤标志物超痕量光谱检测技术，检测限可达皮克级；（3）增强拉曼及荧光微弱信号的金、银纳米颗粒微纳芯片的制备技术，优化了金纳米三角板、纳米棒以及纳米星芯片的增强效应；（4）将基于人工神经网络方法应用于多组分体系的光谱分离与特征参量的提取，开发了面向生物光谱检测的信号分析软件。上述研究对实现多种肿瘤标志物的高稳定、高灵敏、高特异性的同时快速检测提供了基础。 | 针对肝癌肿瘤标志物甲胎蛋白(AFP)、脱-γ-羧基凝血酶原(DCP)的超痕量快速光谱检测，采用十六碳的长链巯基烷酸，研究纳米金经过生物修饰形成长碳链抗体共价偶联高特异性免疫荧光探针的机理及制备方法。从微观化学键和化学基团的角度研究两种肿瘤标志物与不同构形纳米金颗粒相互作用的荧光光谱特性，从理论和实验上揭示不同构形纳米金粒子的可调控局域场增强因子的共振频率与标志物分子特征能级跃迁之间的耦合关系，探索实现超痕量稳定检测的理论基础和技术方法。采用原位合成光引导聚合法研究针对两种肿瘤标志物检测的纳米荧光探针集成于同一芯片上的微集阵列制备技术。将基于瞬时频率特征的Duffing振子相变判别方法、人工神经网络方法应用于多组分体系的荧光光谱分离与特征参量的提取，掌握两种肿瘤标志物的特征光谱从多组分体系的光谱中分离、提取的特殊方法，最终实现对两种肿瘤标志物的高稳定、高灵敏、高特异性的同时快速检测。
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| 基于电化学探针检测肿瘤细胞中的巯基物 | 王卫 | 65万 | 2011 | 生物电分析化学(B040205) | 21175077 | 青岛科技大学 | 面上项目 | 传感器；生化分析；肿瘤标志物；纳米材料； | 开展了基于金纳米笼可控释放技术的肿瘤标志物超灵敏、高选择性检测技术的研究，为重大疾病的早期诊断、预期干预、光热靶向治疗等提供了理论基础和应用模型，为复杂生物体系中微量或痕量的生命相关物质的分析测定提供了新方法。针对恶性肿瘤等疾病早期检测方法操作复杂、价格昂贵、灵敏度与准确性尚需提高的问题，构建了基于核酸适体等人工合成体系的灵敏、快速、简便、经济的光、电生物传感器用于肿瘤的早期诊断。以巯基化合物、三磷酸腺苷、前列腺特异性抗原、凝血酶、重金属离子、环境雌激素等肿瘤标志物为研究模型，将化学合成分子识别体系与纳米技术、酶催化放大技术、生物传感技术、电极修饰技术等结合，构建了新型的肿瘤标志物生物传感器，建立了基于仿生分子识别的生物传感新原理、新方法，显著提高了生物传感器的灵敏度和特异性。构建合成了一系列具有特定识别位点及灵敏反应活性的小分子探针，并将其用于巯基化合物的检测，研究并阐明了小分子探针检测的反应机理，建立和发展了基于小分子探针的巯基化合物电化学分析的新的理论和方法，丰富了肿瘤细胞中巯基化合物的电分析检测体系。在低维半导体光电功能材料与器件等前沿领域进行了相关的研究并取得一些成果。构筑并合成了三种新型的小分子有机半导体低维材料，从实验和理论两个角度深入分析了分子结构和电学输运性能之间的关系，成功地拓展了分子电子学的研究体系，显示出其在传感器和有机集成电路方面的潜在应用。 | 本项目拟开展基于电化学探针的肿瘤细胞中巯基物的电化学检测方法研究。课题拟设计并合成多种具有巯基反应活性的小分子探针化合物，利用巯基化合物和小分子探针之间特异、灵敏的反应，实现巯基化合物的电化学检测。课题以提高检测巯基化合物的灵敏度和选择性为目标，研究建立巯基化合物的电分析新方法，构建巯基化合物的电分析技术平台，提出肿瘤细胞内巯基化合物快速、准确、灵敏的检测新方法。同时，课题将采用扫描电化学显微技术，对肿瘤细胞中巯基化合物的电化学成像进行研究，为巯基化合物的成像技术提供新的选择，实现通用技术的多样化。通过本项目研究，可望在理论上揭示基于小分子探针的电化学检测巯基化合物的规律，阐明巯基化合物的检测机理，建立以巯基物为代表的肿瘤标志物的电化学检测及成像新方法，为电分析化学在生物学及临床医学等生命科学的进一步应用提供新的途径和手段，也为癌症诊断、放化治疗、癌细胞凋亡机理研究等提供重要的参考和依据。
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| 低丰度重要代谢物的LC-MS分析 | 许国旺 | 60万 | 2011 | 色谱分析(B040103) | 21175132 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 面上项目 | 柱前衍生；液质联用；代谢组学；甾体激素；前列腺素 | 生物体内低丰度重要代谢物的分析是当前代谢组学研究的难点。利用液质联用技术对其分析存在浓度痕量、极性强、离子化率低、稳定性差等问题。本项目首先针对重要低丰度代谢物——甾体类激素,合成了新型同位素衍生化试剂（d4-对二甲氨基苯甲酸, d4-DMBA），通过化学衍生化，改善了甾体激素（覆盖雄激素、雌激素、孕激素和皮质激素四大类）的离子化效率，检测灵敏度最多提高10000倍以上，检测限可达到5-500 pg/mL。通过d4-DMBA / DMBA标记还可以克服复杂样品的基质效应，实现基于稳定同位素标记的准确定量分析。该方法显著提高了甾体激素检测灵敏度和覆盖面以及定量准确性，有助于甾体激素代谢通路紊乱相关疾病的研究。其次，利用高效液液萃取结合液相色谱串联质谱多反应监测模式，建立了包括前列腺素在内的27种花生四烯酸类代谢物的高灵敏代谢轮廓分析方法。该方法具有操作简单、灵敏度高、线性范围宽等优势，大多数花生四烯酸类代谢物定量检测限在nM水平。此外，还发展了其他低丰度代谢物的分析方法，包括丹磺酰氯衍生化标记胺类代谢物的高灵敏度LC-MS检测方法等。 将建立的甾体激素代谢轮廓分析方法应用于肝硬化和早期肝癌的诊断标志物研究。结果发现由皮质醇，二氢雄甾醇，别四氢皮质醇和表睾酮这4个甾体激素组成的组合标志物用于区分肝病（肝硬化和肝癌）患者和健康对照具有良好的诊断能力（AUC=0.972）。由16-羟基睾酮和表睾酮这2个甾体激素组成的组合标志物对于区分早期肝癌和肝硬化具有良好的区分能力（AUC=0.938），可与AFP互补用于早期肝癌的诊断。将建立的花生四烯酸代谢轮廓分析方法对患特异反应性皮炎（AD）的儿童血清进行检测，发现与正常对照儿童相比，AD儿童血清中大多数花生四烯酸类代谢物显著升高，尤其是白三烯B4和前列腺素D2/B2/E2等。这说明AD儿童存在cyclooxygenase（COX）和脂肪氧合酶（LOX）代谢途径的累积，为了解AD的发病机理提供了研究基础。 本项目已发表SCI收录论文37篇，申请发明专利5项（授权2项），培养博士生4人。 | 生物体内低丰度重要代谢物的分析是当前代谢组学研究的难点。而基于柱前衍生的LC-MS技术的出现为此类低浓度代谢物的高灵敏度检测提供了可能。本项目拟以生物体内的两类重要低丰度代谢物-前列素类和含羟基的甾体类激素作为研究对象，建立基于稳定同位素衍生化的前列腺素类和含羟基甾体类激素的LC-MS代谢组学分析方法，包括衍生化试剂的设计与合成、柱前衍生化方法、衍生化后的化合物鉴定策略、靶标物质检测以及定量分析等。并对特定疾病（如前列腺癌）动物模型（或人群）中的前列腺素类和含羟基甾体类激素等代谢物进行定量分析，发现疾病状态下发生变化的重要低浓度代谢物，探讨其与疾病发生发展过程的量变关系。
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| 多种拓扑结构的环型偶氮苯聚合物的设计、合成和性能研究 | 周年琛 | 36万 | 2010 | 高分子设计与合成(B010401) | 21074080 | 苏州大学 | 面上项目 | 环状聚合物；ATRP和逐步增长聚合；CuAAC环化反应；； | 本项目利用逐步聚合和ATRP(Atom Transfer Radical Polymerization)聚合与CuAAC (Cu-catalyzed azide/alkyne cycloaddition) 分子内关环相结合，首次设计和合成了几种含功能性基团的环状聚合物和两亲性共聚物。通过与具有相同分子量的线状聚合物比较，研究了环状聚合物的特殊性能，如荧光、光栅、偶氮苯的光致异构化和自组装行为等，并在理论上对环和线聚合物之间的性能差异的可能机理进行了讨论。CuAAC 分子内关环反应需在极稀溶液中进行以避免分子间的反应，这使得环状聚合物的产率和效率大大降低。基于极稀溶液造成关环反应产率极低因而限制了环状聚合物的广泛研究及其应用这一瓶颈问题，本项目开发了二种新的高效制备环状聚合物的关环策略：一是基于“蒸发-冷凝-萃取-回流循环方法”理论开发了一种关环反应设备高效合成环状聚合物；二是将传统的ATRP-CuAAC关环技术中的ATRP/叠氮取代/CuAAC关环三个步骤合并在一锅中一步合成环状聚合物的“一锅一步法”策略。与传统方法比较，新策略简单，高效和经济，它的实施和应用可在一定程度上改善当前环状聚合物制备效率低的状况。通过本项目研究，大大丰富和改进了环状聚合物的研究和发展。在项目基金资助下，本项目共发表SCI收录论文6篇，录用SCI论文1篇，受理中国发明专利4项，授权中国发明专利2项；培养博士研究生1名，硕士研究生5名，参加国际会议3次，国内会议2次，圆满完成了项目的预期任务。 | 本申请项目结合重氮和偶合反应、逐步缩聚、开环聚合、可控自由基聚合和点击化学等合成手段，设计和制备多种拓扑结构的环型偶氮苯聚合物；系统研究其物理性能（尤其是光学性能）；研究两亲性偶氮苯聚合物自组装行为及其组装体的形态和性能；比较成环前后聚合物之间、环型偶氮苯聚合物与非偶氮环型聚合物之间以及不同结构的环型聚合物之间的性能差异，研究偶氮苯的光致顺反异构与环型聚合物的结构和性能之间的相互关系，为新型材料的设计、合成和应用提供理论依据。
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| 非饱和高庙子膨润土的水力-力学耦合特性及弹塑性模拟 | 孙文静 | 25万 | 2011 | 工程地质学(D0704) | 41102163 | 上海大学 | 青年科学基金项目 | 非饱和膨润土与砂混合物；水力-力学耦合特性；渗透特性；膨胀特性；模型 | 高放废物深层地质处置工程和垃圾填埋场工程中亟需研究膨润土掺砂混合物的渗透特性、浸水膨胀特性及水力－力学耦合特性，并对其进行预测。本项目对高压实非饱和高庙子膨润土及其与砂混合物进行室内试验，研究了膨润土及其与砂混合物的水力特性、力学特性及水力－力学耦合特性，具体包括：对饱和试样进行了压缩试验，研究其饱和状态下的变形特性和渗透特性；对非饱和试样进行了膨胀变形、膨胀力以及湿化压缩试验，研究掺砂膨润土的膨胀特性；对非饱和及饱和试样进行了直剪快剪试验及含水率不变的等向三轴压缩剪切试验，研究在不排水状态下试样的应力－应变关系及孔压的变化规律；用蒸汽平衡法量测了膨润土压实试样在不同饱和盐溶液密封容器中的吸力，得到了相同压实样脱湿和吸湿过程的土水特征曲线，分析了高吸力下初始干密度、应力路径、孔隙结构、吸力路径、干湿循环及孔隙比对膨润土土水特性及水力－力学耦合特性的影响，同时，由饱和度与孔隙比的线性关系，得到由孔隙比变化引起的饱和度变化量，即而可由常规试验测得的不同孔隙比下的土水特性得到常孔隙比下的土水特征曲线。在系统地研究了膨润土及其与砂混合物的水力特性和力学特性的基础上，引入蒙脱石孔隙比、砂骨架孔隙比、起偏应力及临界掺砂率的概念，提出了一个可以统一预测膨胀量及饱和渗透系数的模型，该模型改进了以往仅能预测低掺砂率膨润土混合物浸水膨胀量的预测模型，将其适用范围扩展至整个掺砂率范围，在不添加任何参数的情况下，通过掺砂率与应力分配比例系数间的关系得到试样中蒙脱石与砂颗粒骨架分别承担的竖向荷载，进而可以预测不同掺砂率下膨润土混合物由非饱和状态经浸水达到最终饱和状态的膨胀量，同时，由饱和渗透系数与蒙脱石孔隙比间的线性关系可以定量的计算给定初始干密度下不同掺砂率膨润土与砂混合物对应的饱和渗透系数。通过对比不同掺砂率混合物的膨胀试验、渗透试验结果与预测结果，证实了该预测方法的正确性。研究成果将为我国高放废物深层地质处置工程、城市垃圾卫生填埋场工程及其它与膨胀性非饱和土有关的工程提供科学依据。 | 高放废物深层地质处置工程亟需解决工程屏障材料在不排水状态、超固结状态或干湿循环状态下的水力、力学及两者间耦合特性的预测问题。本项目计划对高压实非饱和高庙子膨润土及其与砂混合物进行室内试验，分别研究膨润土及其与砂混合物在不排水状态下孔隙比、饱和度和吸力的变化规律，在超固结状态下的变形、强度和水力特性，以及在干湿循环状态下的膨胀力和变形的变化规律及水力-力学耦合特性。在系统地研究膨润土及其与砂混合物水力、力学及两者间耦合特性的基础上，考虑饱和度对应力应变关系的影响及变形对土水特性的影响，对申请人等用宏观方法初步建立的膨胀性非饱和土水力-力学耦合弹塑性模型进行改进，用简单的单元试验获得模型参数，使模型能够分别预测排水/不排水状态、超固结状态及干湿循环状态下膨胀性非饱和土的强度、变形和水力-力学耦合特性。研究成果将为我国高放废物深层地质处置工程及其它与膨胀性非饱和土有关的工程提供有价值的参考。
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| 乙烯促进橡胶树排胶的生化与分子机制 | 田维敏 | 68万 | 2011 | 经济林栽培生理(C161102) | 31170642 | 中国热带农业科学院 | 面上项目 | 巴西橡胶树；乙烯利；44KD 蛋白；乳管伤口堵塞物；橡胶粒子凝集 | 天然橡胶是通过切割橡胶树树皮中的乳管（即割胶）所得到的胶乳加工而成的。割胶后的排胶持续时间是决定天然橡胶产量的一个关键因素。乙烯利是迄今最有效的天然橡胶增产刺激剂，它的一个主要作用就是延长橡胶树排胶时间。至今，乙烯促进橡胶树排胶的机制尚不清楚。最近我们证明，割胶后乳管伤口逐渐形成蛋白质网和橡胶粒子聚集物，从而导致排胶渐缓和终止。在乳管细胞黄色体和胶乳离心清液（C-乳清）中的若干蛋白质对“蛋白质网”的形成和橡胶粒子凝集有促进和抑制作用。本项目在此基础上，采用生物化学与分子生物学的相关技术，研究了乙烯对这些蛋白质的这种促进和抑制作用的调节，阐明了乙烯促进橡胶树排胶的生化与分子机制。取得的研究结果如下： 1.在自然条件下，不同的橡胶树品种具有不同的排胶特性，黄色体主要蛋白和C-乳清中44KD蛋白在不同品系间含量及其基因表达差异明显。尤其是44KD蛋白，其含量高低与排胶时间表现出正相关。 2.乙烯利刺激后，橡胶树排胶时间和胶乳产量都明显增加。黄色体主要蛋白以及44KD蛋白的基因表达普遍上调。C-乳清单位体积内蛋白含量尤其是44KD蛋白都表现为上升；黄色体内含蛋白则为PR107下调而RY8-79上调。44KD蛋白对来自黄色体等组分的橡胶粒子凝集因子具有普遍的抑制作用，由此认为该蛋白的增加与乙烯利延长排胶时间密切相关。 3.乙烯利刺激导致黄色体破裂指数增大，乳管割口蛋白质网增多，可见乙烯利促进堵塞物的形成，降低排胶初速度。 4. β-1,3-葡聚糖酶能与橡胶素、几丁质酶以及橡胶素前体发生互作，构成蛋白质网的核心。44KD蛋白基本不与这些蛋白质网组分蛋白发生互作。但44KD蛋白能与橡胶粒子结合，而乙烯利刺激增加这种作用。乙烯利可能通过提高44KD蛋白与RP的结合而阻碍RP“粘附”到乳管伤口堵塞物上从而延长排胶。 根据本研究结果，我们提出了一个乙烯利刺激延长排胶时间新的机制。研究结果将为改良刺激割胶技术和研发与排胶能力相关的分子标记以辅助橡胶树育种提供理论基础。 | 天然橡胶是通过切割橡胶树树皮中的乳管（即割胶）所得到的胶乳加工而成的。割胶后的排胶持续时间是决定天然橡胶产量的一个关键因素。乙烯利（一种乙烯释放剂）是迄今最有效的天然橡胶增产刺激剂。它的作用是多方面的，其中一个主要作用就是延长橡胶树排胶时间。至今，乙烯促进橡胶树排胶的机制尚不清楚，原因是对割胶后排胶停止的机制还了解得不够。最近我们证明，割胶后乳管伤口逐渐形成一个蛋白质的网和橡胶粒子的聚集物，从而导致排胶渐缓和终止。我们进一步发现，在乳管细胞黄色体（一种液泡性质的细胞器）和胶乳离心清液（C-乳清）中的若干蛋白质对"蛋白质网"的形成和橡胶粒子凝集有促进和抑制作用。本项目将在此基础上，采用生物化学与分子生物学的相关技术，研究乙烯对这些蛋白质的这种促进和抑制作用的调节，阐明乙烯促进橡胶树排胶的生化与分子机制。研究结果将为改良刺激割胶技术和研发与排胶能力相关的分子标记以辅助橡胶树育种提供理论基础。
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| 云计算环境下的服务动态组合及其优化技术的研究 | 邓水光 | 58万 | 2011 | 软件理论与软件方法学(F020201) | 61170033 | 浙江大学 | 面上项目 | 云计算；服务组合；动态组合；优化； | 动态服务组合通过重用和组装已有服务，可即时、快速、低成本的组建各种分布式松耦合的新服务，以满足用户多样化、个性化的按需服务要求，因此成为当前建设、推广和应用云计算的基础技术并备受关注。然而，云计算环境所特有的服务形态、服务模式、海量服务规模以及多租户、虚拟化服务机制，给服务动态组合带来了新的挑战。本项目针对传统计算环境和模式下的服务模型、组合方法以及调度策略在云计算环境下凸显出来的诸多不足，特别是性能瓶颈，将紧紧围绕组合算法设计和执行性能优化两大关键科学问题展开研究，在云计算环境下多态复杂服务建模、高性能动态组合以及并行优化等关键技术方面，在IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems、IEEE Transaction on Service Computing、IEEE Transactions on Automation Science and Engineering、ICWS、SCC等领域国际权威会议和期刊上发表高水平论文18篇，申请国家发明专利10项，授权专利5项，出版英文学术专著1部，成果获得2014年浙江省科技进步一等奖，培养博士研究生2名，代表性成果包括： (1)提出了基于状态空间的服务自动组合建模方法，实现了面向服务的专用组合规划器。该方法通过借鉴AI规划中常用的状态空间法，以状态来描述基本的规划单元并采用参数集和一阶谓词逻辑表达式混合的方式来刻画状态内容。 (2) 提出了基于规划图的服务自动组合方法，并对组合服务的QoS进行了优化。该方法主要针对海量信息提供类服务，并在满足用户功能性需求的同时考虑了组合服务的整体QoS，能够在较短时间内返回整体QoS最优的前K个组合服务。本方法所找到的组合服务的最优QoS值与竞赛中的冠军系统所返回的最优值完全一致。 (3) 提出了结合状态空间与规划图的服务自动组合方法，并通过分布式方法对其进行了并行优化。该方法融合了状态空间建模能力强和规划图搜索空间小的优点，设计并实现了基于多节点的分布式服务自动组合系统。 | 动态服务组合通过重用和组装已有服务，可即时、快速、低成本的组建各种分布式松耦合的新服务，以满足用户多样化、个性化的按需服务要求，因此成为当前建设、推广和应用云计算的基础技术并备受关注。然而，云计算环境所特有的服务形态、服务模式、海量服务规模以及多租户、虚拟化服务机制，给服务动态组合带来了新的挑战。针对传统计算环境和模式下的服务模型、组合方法以及调度策略在云计算环境下凸显出来的诸多不足，特别是性能瓶颈，项目将紧紧围绕组合算法设计和性能优化两大关键科学问题展开研究，拟引入一阶谓词逻辑、空间向量等形式化方法以及基于多维信息驱动的启发式组合规划、任务空间无关性分割等技术，突破云计算环境下多态复杂服务建模、高效组合算法以及并行优化等三大关键技术，并通过研制一个面向云计算环境的动态服务组合原型平台验证所提出的关键理论和技术方案，为云计算的按需服务模式提供模型、方法和技术支持。
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| 面向云计算的泛在网络接入传输机制和标准研究 | 崔勇 | 255万 | 2011 | 计算机网络体系结构(F020801) | 61120106008 | 清华大学 | 国际(地区)合作与交流项目 | 泛在网络；云计算；异构；接入管理；传输控制 | 泛在网和云计算是互联网发展的两个重要方向,如何将两者有机结合，构建面向云计算的高效泛在网络，是一个极具挑战性的问题。本项目针对泛在网与云计算结合带来的新问题与新挑战，围绕云端网络架构设计与调度机制、面向云计算的网络传输控制和泛在网络接入管理与资源分配等内容开展了深入研究，取得了丰硕的研究成果。在云端网络架构设计与调度机制方面，结合新型无线技术和无线信号的反射特征，设计了混合数据中心网络架构，大幅提高了数据中心的整体性能；利用无线链路的动态灵活性，设计了自适应的多信道传输调度算法，有效提高了数据中心网络吞吐量；利用无线数据中心网络的无线广播特性，提出基于无线组播的冗余消除技术，解决了数据冗余传输问题。在面向云计算的网络传输控制方面，针对移动云存储服务的同步传输效率问题，设计了新的传输方案，减少了网络传输开销；针对多路径传输流量不均匀问题，提出了基于喷泉码的多径TCP机制，有效提高了网络传输吞吐量，降低了传输时延；针对移动终端电量资源有限、信号强度变化快和流量特性复杂等特点，提出了性能感知的在线传输调度方案，有效降低了传输能耗。在泛在网络接入管理与资源分配方面，设计了基于IPv6的轻量级编址寻址架构，提出了自适应4over6动态接入技术，有效解决了大规模用户的“可接入”问题；针对接入点部署稀疏的公众区域WLAN服务需求，以服务质量为目标构建了中继联盟网框架，使得在无信号环境下终端能够“接得上”；针对多速率WLAN中AP关联和选择问题，提出了集中式的非线性比例公平近似最优算法，最大化了整个网络的带宽利用率，实现了终端在接入点不均匀分布场景下能够“接得好”。围绕本项目，共发表高水平论文41篇，其中在TON、TMC、JSAC和MobiCom、INFOCOM等CCF A类期刊/会议上发表论文11篇。提交IETF标准草案6项，完成RFC标准4项。申请发明专利14项，获批授权8项。获国家技术发明二等奖1项，省部级科技一等奖3项。获TPDS亮点论文1次、国际会议最佳论文奖1次。此外，项目组负责人还获聘首批青年长江学者。 | 泛在网与云计算是互联网发展的两个重要方向,如何将二者有机结合是一项关键难题。本项目针对面向云计算的泛在网络接入传输机制,从网络建模、协议机制、核心算法、关键技术和标准制订等方面开展基础研究。主要研究目标包括:建立面向云计算的泛在接入管理和资源分配机制;提出适用于泛在网络的传输控制机制;设计泛在云端网络架构与调度机制;基于基础理论研究成果，结合互联网运营商提供云计算服务的实际需求，推动泛在网络关键技术的国际国内标准。
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| 矿区污染土壤中毒性选矿药剂的环境行为与生物富集特征研究 | 莫测辉 | 40万 | 2010 | 土壤污染与修复(D070107) | 41071211 | 暨南大学 | 面上项目 | 有机矿山药剂；黑药；土壤；环境行为；生态毒性 | 本项目的主要研究内容和成果如下：（1）建立了水、土壤、蔬菜中有机矿山药剂的气相色谱-质谱（GC/MS）分析方法，初步调查了广东省某矿区周边水、土壤及植物中典型矿山药剂（季胺盐、黄药、黑药等）的含量水平和分布特征；（2）揭示了土壤中典型矿山药剂的环境行为（吸附行为、降解行为和迁移行为）及机理；（3）探讨了典型矿山药剂对土壤微生态及植物幼苗的毒性效应；（4）研究了水生植物对典型矿山药剂的修复作用。项目已完成了预期研究内容和研究目标，已发表研究论文11篇，其中SCI论文4篇，EI论文3篇，另有多篇论文已投稿到国内外刊物在审稿中；培养青年科技人员3名顺利晋升了职称，培养研究生6名，其中4名已毕业。 | 黄药、黑药、乙硫氮、氰化物等毒性选矿药剂是金属矿区环境中除了重金属以外的另一类重要环境污染物。但以往关于金属矿区污染问题主要研究重金属，而忽视毒性选矿药剂。本项目针对粤西北大宝山铁铜矿、凡口铅锌矿和河台金矿等矿区污染土壤中黄药、黑药、乙硫氮、氰化物等毒性选矿药剂，通过野外采样分析并结合室内研究和盆栽试验，探讨土壤中不同毒性选矿药剂的含量水平、存在形态、空间分布、残留动态、迁移转化规律及其控制机理；查明农作物中不同毒性选矿药剂的生物富集特征及其影响因素；揭示土壤-作物系统不同微界面过程中毒性选矿药剂的环境行为（根际降解转化、根系吸收迁移和体内代谢累积等）及其对生物富集特征的影响与作用机制。从而为毒性选矿药剂污染土壤的生物修复和农产品质量安全提供科学依据，拓展金属矿区环境污染研究新方向。
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| 高性能人工复眼的激光微纳加工基础研究 | 陈岐岱 | 22万 | 2010 | 先进光学制造与检测(F050804) | 61008035 | 吉林大学 | 青年科学基金项目 | 激光微纳加工；双光子聚合；人工复眼；仿生； | 大视场的人工复眼光学系统可以在360°空间内全方位检测目标，在军事等领域有着重要的意义。目前人工复眼的加工方式大多是在平面上排布单个透镜小眼，因为曲面排布，需要非常复杂的透镜拼接，装配制作困难。因此，本项目提出飞秒激光直写加工曲面密堆积人工复眼，以实现大视角无像差成像。制备人工复眼需仿照生物复眼的结构，在球曲面上100%密排布多个六角透镜，结构复杂。为同时保证光学性能和加工精度，我们研制了面向人工复眼制备的飞秒激光加工软硬件系统：首先采用大的扫描间隔快速加工出半球形底座，大幅度缩短了加工时间又保证其支撑的功能。然后采用小的扫面间隔加工球面上密排布的六角微透镜阵列，微透镜设计成100%密排、非球面形状，提高光利用率和光学性能，保证了实现了复杂三维复眼结构的高表面光滑性；解决了加工效率和加工精度兼顾的问题。通过理论模拟也现，单个的微透镜在30度、45度倾斜入射下，聚焦性能明显下降，发生大的扭曲，而复眼由于独特的结构，在各个方向的聚焦性能基本不变。通过我们自行搭建的表征系统可以发现复眼结构的焦点，每个子透镜都具有很好的聚焦功能，曲面上不同倾斜角度的子透镜都能对入射光产生了聚焦的效果。同样，复眼结构每个子透镜都有良好的成像功能。这些测试表明, 复眼的视场角可达90度。而普通的单个透镜在倾斜入射的时候，聚焦效果明显变差，焦点呈现一个很长的扫把状，不能很好的聚焦和成像，与用FDTD理论模拟的结果基本一致。定量分析表明，相对于单个透镜，在30度倾斜入射，复眼能减小2倍成像扭曲；在45度倾斜入射，复眼能减小3倍成像扭曲。通过改变人工复眼的高度来调控其视场角发现，高度越高，大球曲率越大，视场角越大。对于视角为30度、60度、90度的人工复眼高度分别为5.3um、10.7um和16.5um。同时，基于在人工复眼激光加工所得到的相关研究成果，开展了系列拓展研究：利用激光微纳加工在红外窗口表面制备仿生蛾眼结构，使其在不镀膜情况下的透过率从74%增加到90%以上，有效视场角增大到30度；激光加工制备了大面积柔性PDMS超疏水表面，制备了人工仿水稻叶结构，实现了可调控的各项异性滚动，提出并验证了水稻叶表面水滴流动各向异性起源于宏、微、纳三级结构的新机理模型。综上所述，我们完成了项目预期计划，发表SCI论文5篇。 | 果蝇等昆虫的复眼视野大、易于对运动物体定位和跟踪，激发了人们对于多孔径光学的研究以及人工复眼在光学信息处理和红外制导成像等领域的应用。但由于现有微加工技术的局限性，难以制备在光学结构和成像功能上与生物复眼可比拟的人工复眼，成为该领域进展的障碍。本项目在申请者良好先期工作的基础上，提出利用飞秒激光微纳加工可对复杂三维面型进行计算机模拟设计、快速高精度一次成型的特点，制备人工复眼。研究具体采用树脂材料的双光子聚合和石英等透明硬质材料的激光烧蚀两条技术路线，通过"焦点区域弱受限微纳尺度区域内发生的高度非平衡反应"等关键科学问题的研究，减小点元尺寸，实现双光子聚合微纳加工的极限分辨率；探索预补偿、壳层扫描和波前工程等措施克服造型畸变；实现高精度转写模板和可以直接使用的复眼结构，最终实现高性能人工复眼，将无畸变成像视场角从目前报道最好水平的10度提升一个数量级以上，达到120度。
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| 仿生复眼大视场立体视觉系统的基础理论研究 | 宋乐 | 60万 | 2011 | 微/纳机械系统(E0512) | 51175377 | 天津大学 | 面上项目 | 复眼；微透镜阵列；多目视觉；光能探测；光场 | 立体视觉测量是应用计算机视觉与图像处理领域诸多研究成果于测量领域而形成的一类新的测量方法。目前，立体视觉测量通常采用多目立体视觉方法实现，相关理论模型也已基本成熟，但受图像传感器及光学系统条件限制，单个图像采集系统的视场范围有限，在对大尺寸目标、或对较大视场中的目标进行立体测量时，需增加传感器及光学器件的数量，这样既增大了系统的体积，不利于结构的紧凑和小型化，又会带来额外的算法开销，降低系统的实时性。因此，为满足大视场下对目标物进行快速立体测量的要求，亟需探索一条新的解决途径。课题将昆虫复眼视觉原理引入了三维视觉探测领域，充分利用复眼成像在大视场和探测灵敏度方面的优势，突破现有的技术瓶颈，为实现小型化、高性能、低成本的立体目标探测系统打下理论基础。课题研究主要围绕模仿复眼结构透镜阵列展开，使用不同结构及算法实现了大视场/立体信息采集。课题的主要成果有以下几方面：1. 多相机组合式大场景探测系统：采用多台相机的组合式架构，可探测远距离物体，拓展了仿生复眼系统的应用领域。系统由5台小型子眼相机和1台高清晰度主眼相机组成，由子眼相机完成360°全景目标搜索，发现运动目标后由主眼相机通过云台进行跟踪，获取运动目标的高清图像并进行记录。2. 基于光锥复眼相机的空间探测系统：设计并制造了一个90°视场角的圆顶光锥复眼相机，使用系统设计参数对目标进行粗定位，再引入EMD模型对子眼图像进一步处理，得到较为准确的空间角度深度信息。实现了对LED光源误差在7%以内的空间位置探测。3. 七子眼小型三维跟踪系统：设计制造了紧凑型七子眼复眼系统，实现了近距离运动目标的三维追踪，定位误差小于5%。4. 180°环带式复眼系统：采用多片小型CCD拟合曲面图像传感器，配合采用自由曲面结构的一体式复眼透镜，实现了180°环带视场范围内的图像采集。5. 光场成像系统：在传统成像系统的传感器上加入一片430×291的微透镜阵列，使得系统在一次采样过程中可以同时得到光线的强度和方向信息，配合后期算法，可实现对采集图像的重聚焦和深度信息提取。课题在不同方向的研究将仿生学、图像处理、光场重构等多方面理论进行整合，利用复眼视觉在大视场及立体成像方面的优势，建立基于复眼结构的立体视觉测量理论体系，为国内的复眼研究提供了理论基础，对仿生复眼研究有较大的促进作用。 | 提出一种基于仿生复眼光学器件的大视场立体视觉新方案。结合高精度复杂形面制造技术，将并列型与重叠型复眼结构进行整合，提出组合型复眼系统结构，可实现大视场立体成像，并从原理上提高现有复眼器件结构的光能利用率及探测灵敏度；针对复眼子眼图像特点，通过改进的LM神经网络算法进行传感器标定，实现子眼图像畸变校正；选取适合多模态图像分析的SURF算法，对子眼图像进行亚像素级快速配准；基于Directionlet各向异性多尺度分析算法及PCNN融合规则，对多通道子眼图像进行超分辨率重构及融合；在此基础上，探索基于目标跟踪的仿生复眼大视场立体视觉模型。本项目的研究有望在真正意义上实现大视场、高运动目标探测灵敏度的昆虫复眼视觉系统，为国家重大工程急需的仿生复眼视觉系统提供理论基础，在全景导航、目标搜索、智能监控等领域，具有非常广阔的应用前景。
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| 基于仿生复眼的遥感影像运动目标检测研究 | 王涛 | 25万 | 2011 | 仿生信息处理方法(F010808) | 61101157 | 北京大学 | 青年科学基金项目 | 仿生复眼；目标捕获；信息转换；； | 针对传统遥感影像运动目标跟踪的冗余度高、计算复杂的特点，本文提出了基于仿生复眼的遥感影像运动目标跟踪理论方法，从结构、原理、功能三个层次实现仿生，成功构建基于仿生复眼的运动目标检测原型系统，并对该系统进行了一些列的实验，充分证明了本基金研究成果理论上的科学性，成果的可靠性。本基金的研究成果主要有以下几个方面：1、通过对昆虫复眼的解剖学、视觉电生理和行为学等研究，揭示了昆虫复眼检测运动目标机理。昆虫复眼的小眼的数量、排列、几何结构在昆虫复眼捕获目标中起到了关键的作用。2、根据昆虫复眼捕获运动目标的机理，构建了仿生复眼3-3-2维信息转换模式的运动目标捕获模型。通过重叠摄影的方法，获取三维真实世界的三维图像，在三维图像中通过滤波，成数量级的减少数据来捕获运动目标。3、构建了仿生复眼的运动目标检测算法，根据所获得的三维图像，结合计算机视觉中目标捕获算法，实现快速的运动目标捕获。根据时间序列图像，通过进行稳像、差分算法处理，提取运动目标。4、构建了仿生复眼运动目标检测原型系统，该原型系统由7个相机仿照昆虫复眼中小眼的排列构建，可实现对目标的多重叠摄影，利用获取的多重叠度照片实现运动目标的捕获。本项目发表论文3篇，培养博士后1名，培养博士研究生1名，培养硕士研究生2名，满足项目结题条件。 | 受平面成像传感器和二维图像表达约束，现有的目标检测须先将实际三维信息转换为二维以表达存储；再将二维信息恢复为三维表征以实现目标再现。这一受硬件约束而形成的3－2－3维信息转换过程，模型误差大，高频细节损失严重；当高频细节信息需要保留时，就不得不增大信息冗余量，采用无损压缩，使得信息过度膨胀。遥感图像就是一个明显的例子，而对有实时性要求的运动目标检测更是个死结。昆虫利用目标的三维轮廓特征，成数量级减少三维冗余信息，并通过二维凝视仅需很少信息就可识别运动目标，这种3-3-2维的信息转换模式，从根本上避免了3-2-3转换模式带来的信息处理瓶颈问题，是遥感高频信息保留与处理的新手段。研究包括：复眼检测机理分析，3-3-2检测模型构建，仿生复眼运动目标检测算法设计，仿生运动目标检测系统构建与验证。此研究为运动目标检测提供新的理论与技术，以调和目标检测中的视场、分辨率和实时性三者之间的根本矛盾
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| 王伟继 | 47万 | 2010 | 生物海洋学与海洋生物资源(D0609) | 41076109 | 中国水产科学研究院黄海水产研究所 | 面上项目 | 中国对虾；增殖放流；微卫星；个体溯源；回捕率 | 针对长期以来中国对虾放流效果无法精确评估的科学难题，课题提出了以中国对虾分子标志家系进行标记放流，利用微卫星分子标记进行个体识别，开展回捕率评估的思路。通过分子标志家系的培育、放流和识别，解决传统评估方法中标记个体无法大规模培育、物理标记伤害、规格限制、成本高、尤其是无法准确计算回捕样品中放流与野生个体数量的关键问题，建立了一种可以大规模培育标记个体、无损伤标记、标记终身携带并可以精确识别，进而可以实现从数量上实现回捕样本中放流个体与野生个体精确推算的目的，从而提供精确的放流回捕效果评估数据，为科学评估我国中国对虾放流效果，科学指导放流行为提供有价值的参考。课题首先建立了两组中国对虾荧光标记微卫星四重PCR技术体系用于进行个体识别/家系溯源研究，在父母本已知的条件下，任何一组的个体排除率都达到了99.99%以上的水平。然后，通过该模拟实验证实了：1）任何一组四重PCR体系，在父母本已知的情况下，都可以实现个体的准确识别和家系溯源；2）家系与混养群体混养前后，其数量比例未发生显著的变化。2012年，开展了中国对虾分子标志家系放流效果评估在山东半岛胶州湾及渤海湾（天津汉沽）的试点。通过分别在胶州湾及渤海湾放流分子标志家系个体30万和20.4万尾，并分别在2507尾和3232尾回捕样品中检测到8尾和4尾分子标志家系个体，推算出两地2012年的中国对虾回捕率分别为2.70%和2.59%。这个结果比采用传统方法估算出的回捕率数据略低，但是更为准确。除完成课题要求的各项指标任务外，还完成了单亲条件下，个体识别和家系溯源准确性及对微卫星位点数量要求的研究；对放流过程中，不同生活史阶段渤海湾中国对虾群体遗传参数进行了研究。课题完成了要求的各项任务，主要包括微卫星分子标志家系的个体识别/家系溯源技术的建立；模拟放流验证；分子标记家系放流效果评估在胶州湾和渤海湾的试点。其它已有研究结果还包括：已发表文章2篇，其中1篇为SCI（Aquatic Biology）收录，1篇为中文核心期刊（海洋学报）；接受（Accept）文章1篇，为SCI（Fisheries science）收录；小改（Minor Revision）文章1篇，为SCI（Russian Journal of Marine Biology）收录。申请专利2项，其中1项已获授权。培养硕士2名。 | 利用中国对虾同一家系个体携带一致的DNA分子指纹图谱，并可通过PCR检测实现精确识别的特点，结合大规模家系培育，以特定家系个体作为标志个体进行中国对虾放流回捕率估算。建立中国对虾分子标志家系放流效果评估技术体系，解决以往中国对虾资源增殖效果评估中回捕率无法精确估算的难题。项目首先在封闭池塘中进行中国对虾分子标志家系放流模拟：进行标志与放流个体数量最佳比例研究；荧光标记微卫星四重PCR技术建立及识别标志个体精确性研究；分子标志家系推算回捕率准确性及标志个体掺入前后整个放流群体世代间遗传多样性水平变化等研究。在建立并优化分子标志家系推算回捕率技术体系前提下，分别在山东半岛胶州湾和乳山湾开展分子标志家系对放流效果评估试点，利用分子标志家系推算两地中国对虾放流回捕率，估算当地中国对虾野生资源本底。本研究将建立中国对虾增殖放流效果评估新方法，为科学指导放流提供依据。
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| 基于分子标记的曼氏无针乌贼资源增殖效果评估方法研究 | 郭宝英 | 22万 | 2011 | 水产增殖、捕捞与设施渔业(C190702) | 31101937 | 浙江海洋学院 | 青年科学基金项目 | 曼氏无针乌贼；增殖放流；分子标记；微卫星标记；线粒体标记 | 曼氏无针乌贼曾是我国“四大海产”之一，由于过度捕捞致使资源严重衰竭，养护曼氏无针乌贼资源成为当前一项重要而紧迫的任务。课题组经过多年的研究，突破曼氏无针乌贼人工繁育和养成技术难关，并成功培育出子代苗种，在此基础上，自2007年以来正式开展曼氏无针乌贼放流工作。本项目首次探索了分子标记作为一种新型的放流标志技术评估方法在曼氏无针乌贼增殖放流中的应用。主要研究结果如下：1. 我们共采集了曼氏无针乌贼5个野生群体作为代表群体，分别是广东湛江群体、福建宁德群体、浙江温州群体、浙江舟山群体、山东青岛群体，每个群体样本分别为40个左右。2. 根据Genbank中登录的商乌贼和金乌贼线粒体全长序列自主设计简并引物，扩增到了曼氏无针乌贼D-Loop序列；利用磁珠富集法构建了微卫星富集文库，共得到182条微卫星序列，设计了67对引物，最终得到36个多态性标记，所对应的微卫星序列均已提交至Genbank数据库。这些位点的等位基因从2到12不等，平均每个位点5.86个基因，平均观测杂合度和平均期望杂合度分别为0.6917和0.5993。这些多态标记为曼氏无针乌贼以及乌贼科其他物种的种质资源遗传多样性分析及家系亲子鉴定提供了有力的研究工具。3. 对其中9对高度多态的微卫星引物标记上荧光，对曼氏无针乌贼5个群体样本进行了多重PCR扩增，对其进行遗传多样性分析，以期掌握其种质资源状况，有助于我们筛选遗传多样性高的亲本进行繁育，取其子代进行放流。结果表明，宁德群体遗传多样性最高，可以作为繁育亲本。 4. 对遗传多样性比较高的宁德群体进行随机采样，然后活体运输至浙江省岱山县秀山乌贼养殖基地暂养、繁育。选取亲缘关系较远的个体作为繁殖亲体以进行进一步的人工繁殖；产卵后，将附卵网片（乌贼受精卵约5万粒）和幼苗（1.0-2.0cm胴长的乌贼约4.7万头）运至浙江沿海的舟山东极海域进行增殖放流；5. 对亲乌贼128头和回捕的528头乌贼根据亲子鉴定原理，利用Cervus3.0软件进行亲子鉴定。结果显示：在528头回捕个体中，有12头能从128头候选亲本中找到父母本，也就是说这12头乌贼是我们课题组所放流的。其余未能从候选亲本中找到父母本，为非放流群体，即可理解为野生群体。 取得的成果：获得专利4项，其中一项为发明专利；发表论文6篇，其中5篇为SCI期刊论文，1篇为一级学报论文。 | 曼氏无针乌贼曾是我国"四大海产"之一，由于过度捕捞致使资源严重衰竭，养护曼氏无针乌贼资源成为一项重要而紧迫的任务。课题组经过多年的研究，突破曼氏无针乌贼人工繁育和养成技术难关，并成功培育出子代苗种，在此基础上，自2007 年以来正式开展曼氏无针乌贼放流工作。曼氏无针乌贼身体结构的特殊性导致常规物理标记和化学标记均不适用是在其放流过程中遇到的突出问题。分子标记作为一种新型的放流标记技术，目前在日本等一些国家正逐步开始试用，国内尚未见相关报道。本项目利用微卫星标记在亲子鉴定方面无可比拟的优越性以及线粒体标记在母权鉴定中的优势，拟自主开发曼氏无针乌贼高度多态的微卫星标记和线粒体标记，并以此来鉴定曼氏无针乌贼回捕个体与繁殖亲体的亲子关系，初步评估放流效果，为放流评估体系的最终建立提供基础依据。本项目研究成果将在国内开辟一种新型的渔业资源放流标记技术，具有重要的理论价值和应用价值。
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| 铝/铁双电极周期换向电凝聚处理废水的机理研究 | 胡筱敏 | 60万 | 2011 | 污水处理与资源化(E080402) | 51178088 | 东北大学 | 面上项目 | 周期换向；电凝聚；处理；有机废水；机理 | 本研究通过采用铝/铁双电极周期换向电凝聚方式为主要处理方法，以脱色率和COD去除率为判据，分别处理制药废水和染料模拟废水，对处理参数进行了优化。并与常规电凝聚、周期换向或脉冲电凝聚进行比较。在此基础上，通过对废水处理前后水样及絮团的紫外-可见扫描光谱、FTIR、ICP、HPLC、XRD等分析及伏安特性曲线测定、电路仿真模型分析等措施，系统研究本技术防极板钝化、省电、提高凝聚效果的机理、规律。结果表明，通过研究不同电极不同通电方式下对模拟染料废水的脱色和COD去除过程，可以推断出在采用异步周期换向电凝聚法处理上述三种模拟染料废水过程中，脱色和COD去除过程主要依赖于金属阳极溶解后产生的絮凝剂的絮凝和气浮作用，其次才是电氧化（包括直接和间接氧化）或还原过程。根据对处理前后模拟染料废水的紫外-可见光谱、红外扫描光谱以及高分辨质谱等分析手段可知，除电凝聚脱色过程之外，不同染料分子在电化学作用下发生了双键的阴极加氢、羟基氧化和发色基团双键断裂等现象，从而也促进了废水的脱色效果。通过测试不同换向条件下处理后的废水中、形成的絮体中金属铝和铁离子数量以及絮体粒度结构特点并结合研究内容分析可知，采用铁铝双电极周期换向电凝聚法处理三种模拟染料废水时，由于其处理pH范围更宽，能够同时发挥铁离子和铝离子凝聚过程中的各自优点，通过调节换向周期（同步和异步），可以使电解过程产生的铁离子和铝离子具有更合适的数量比例关系，形成的絮体具有更为稳定合理的絮体结构和沉降性能，因此异步周期换向方式能够强化电凝聚过程，提高处理效率，降低总体能耗，改善处理效果。根据对采用换向电源处理前后金属铝阳极表面的极化曲线、塔菲尔曲线、线性极化电阻和腐蚀电流等的分析研究可知，通过电源换向方式确实可以使发生钝化的金属电极表面得到活化，验证了周期换向电凝聚法可以避免和减缓电极表面钝化的理论推断。 | 电凝聚曾被认为是最有前途的水处理技术，传统电凝聚技术由于存在电耗大、极板钝化等问题，而限制了其广泛应用。理论上而言，用周期换向可解决极板钝化问题，极板钝化消除及周期换向产生的双电层电容效应，可以降低电凝聚过程的电耗。此外，铁、铝电极在周期换向作用下，还将产生铁、铝阳离子的协同效应，可提高电凝聚的处理效果。本研究以典型的悬浮胶体及印染、制药废水为研究对象，以絮凝率（或胶粒去除率）、COD去除率及脱色率等为判据，通过试验，研究废水中污染物性质、浓度、pH值、电解质、温度、反应时间及极板间距、换向周期、电极电压、电流密度等因素对电凝聚过程的影响，并与常规电凝聚、周期换向或脉冲电凝聚进行比较。在此基础上，通过对废水处理前后水样及絮团的紫外-可见扫描光谱、FTIR、ICP、HPLC、XRD等分析及伏安特性曲线测定、电路仿真模型分析等措施，系统研究本技术防极板钝化、省电、提高凝聚效果的机理、规律。
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| 食源性病毒的微流控芯片快速检测研究 | 李永新 | 22万 | 2011 | 卫生分析化学(H2608) | 81102162 | 四川大学 | 青年科学基金项目 | 食源性病毒；微流控芯片；激光诱导荧光；遗传算法-支持向量回归；响应曲面法 | 食源性病毒是严重危害人类健康的重要致病因子，具有发病率高、感染剂量低、抵抗力强、易引起食源性疾病的大规模爆发流行等特点。本项目针对目前我国食品安全的严峻形势和食品中病毒含量较少且不能繁殖以及某些病毒体外培养困难等现状，选用国内食源性疾病密切相关的诺如病毒（Norovirus）、轮状（Rotavirus）、星状病毒（Astroviruses）、腺病毒（Adenovirus）、肠道病毒71型（EV71）和柯萨奇病毒A16型（CA16）等食源性病毒作为研究对象，将快速、高效、灵敏的微流控芯片-激光诱导荧光检测手段与聚合酶链反应（PCR）、逆转录PCR（RT-PCR）等分子生物学技术及新发展的化学计量学方法相结合，建立了食源性病毒的快速分析方法。本研究对食品样品中病毒的洗脱与浓缩富集前处理方法、病毒核酸的逆转录及多重PCR/RT-PCR条件、微流控芯片分离条件等进行了细致的优化，并对已有的微流控芯片-激光诱导荧光检测系统进行了优化，选择灵敏度高且更加安全环保的SYTOX Orange 和SYBR Gold替代灵敏度低、毒性较大的溴乙锭作为核酸染料，使仪器的灵敏度进一步提高；选用电渗流小、对样品吸附少的聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethylmethacrylate，PMMA）材质十字型芯片，不需要进行表面涂层改性，应用更为方便。将所建立的方法用于葡萄、布朗李、黄瓜、胡萝卜、生菜、菠菜、洋葱和卷心菜等相关食品的初步调研。所建立的方法具有快速、灵敏、分析成本低和绿色环保等优点，为预防医学和卫生检验学研究提供新的有力分析手段，对保障食品安全、人民健康和社会和谐发展具有重要的现实意义。 | 本项目针对我国目前食品安全的严峻形势，以食源性疾病的可预防性为出发点，将研究重心放在食源性疾病病原的检测技术上。选用国内食源性疾病密切相关的食源性病毒作为研究对象，将快速、高效、灵敏的新型智能化微流控芯片－激光诱导荧光分析手段与分子生物学技术、化学计量学方法（响应曲面法、遗传算法-支持向量回归等）相结合，建立食源性病毒的快速分析方法，并对相关食品进行初步调研，分析和评估各类食品受病毒污染的风险性。拟建立的方法具有快速、灵敏、分析成本低和绿色环保等优点，为预防医学和卫生检验学研究提供新的有力分析手段，对保障食品安全、人民健康和社会和谐发展具有重要的现实意义。
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| 基于骨-血管重构耦联信号网络探讨刺老苞根皮有效成分群干预骨折愈合的分子机制 | 裴凌鹏 | 65万 | 2011 | 民族医学(H2720) | 81173361 | 中央民族大学 | 面上项目 | 刺老苞根皮；有效成分群；骨折愈合；骨-血管耦联；网络分子调控机制 | 首先成功复制SD大鼠胫骨定位打孔骨折模型，经过组织病理学与X-ray观察确定模型制备完成，符合后续试验要求。将动物随机分为对照组、模型组、给药组（刺老苞根皮有效成分群不同剂量组）、中药组（骨伤接骨片）、西药组（左旋多巴胺）。提取药效成分（经生化分析主要为黄酮、皂苷、多糖类化合物），按照人鼠折合计算大鼠不同使用剂量，连续灌胃30天，根据骨伤愈合药效评价标准选择5个观测时间点（即4d、7d、14d、21d、28d）确定为相关试验指标检测点。试验结果如下：（1）刺老苞根皮有效成分群可以升高骨折部位骨小梁体积百分比、骨小梁形成表面百分比、活性生成表面百分比、骨小梁矿化率、骨小梁骨生成率、类骨质平均宽度、骨皮质矿化率，同时降低骨小梁吸收表面百分比，调控骨形成与骨吸收的过程，影响骨痂形态的变化。配合骨痂μCT分析，骨痂的总体积、矿化百分比和平均矿化密度均有所升高，再次确定其对骨痂形态变化的作用。（2）刺老苞根皮有效成分群可以升高骨折部位的力学指标（结构力学与功能力学参数）与骨密度值，增强骨痂的承载力，有利于骨痂的生理功能恢复。（3）刺老苞根皮有效成分群可以升高骨痂新生血管数目、血管容积、容积分数和平均直径，调控新生血管与骨组织的接合、分布与走向，加快骨折部位血管重构，增强血液微循环，促进骨形成。（4）刺老苞根皮有效成分群可以降低机体TC、TG与LDL含量，升高HDL含量，影响脂代谢，协助促进骨折愈合过程。（5）分别完成成骨细胞、破骨细胞、血管内皮细胞体外原代培养，并构建不同细胞间共培养体系。利用HPLC定性定量监控含药血清物质以及稳定性，进行体外试验表明刺老苞根皮有效成分群含药血清对于成骨细胞与血管内皮细胞的增殖与分化有不同程度的促进作用，对破骨细胞有抑制作用，存在一定的量效关系。而不同细胞间的比例不同，可导致相互促分化或抑制现象。（6）利用PCR与western blotting对相关基因、蛋白表达分析表明，刺老苞根皮有效成分群对骨重建与血管形成的部分调控因子有不同程度上调（BMP-2、BMP-4、 BMP-7、Osterix、IGF-1、RANKL、OPG、Runx-2、胶原蛋白 I、VEGF、ET-1、bFGF、ANG、TIMP基因及其蛋白）与下调（ODF、RANK基因及其蛋白）作用，其可能通过两者通路节点基因起到调控骨折愈合过程中骨-血管耦联作用。 | 经前期临床观察、药效物质基础、体外骨耦联培养体系以及在体骨折愈合模型的研究证实：土家族药-刺老苞根皮有效成分群可增强VEGF、FGF、PDGF及受体等血管相关因子的分泌与表达，诱发骨痂血管生成、改善血液循环，加快胶原合成与钙盐沉积、提高骨痂生物力学性能，促进骨形成，延缓骨吸收。.在上述工作基础上，拟通过构建在体骨痂与局部新生血管动态病理3D模型，观测骨痂结构及周边新生血管形态、分布、走向，从组织解剖学与病理学角度评价刺老苞根皮有效成分群对骨折的愈合修复疗效。同时，建立成骨细胞-破骨细胞-血管内皮细胞体外共培养2D、3D模型，以此深入研究刺老苞根皮有效成分群对骨折愈合修复过程不同细胞间耦联网络关键信号分子表达的调控，从而阐明其对成骨细胞、破骨细胞的趋化、增殖与分化诱导及血管生成的分子作用机制。
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| 无机合成和制备化学 | 庞广生 | 33万 | 2010 | 无机合成和制备化学(B0102) | 21071058 | 吉林大学 | 面上项目 | 纳米线；层状化合物；吸附剂；； | 以层状氢氧化锌醋酸盐纳米带作为前驱物，利用“自上向下”的制备方法，得到了直径在3-5纳米的超细纳米线。探讨了温度对产物的影响，发现温度过低或过高都不利于纳米线的生成，只有在室温下 (25 °C)才能得到纳米线。为了解纳米线的生成过程，研究了陈化时间对纳米线生成的影响，发现比较适宜的陈化时间为2天，时间过短会导致反应不完全，生成的纳米线数量较少；时间过长会转化为氧化锌纳米棒。通过观察TEM照片，发现一些纳米线的尾部连接在一起，而且一些纳米线仍然与片状结构相连，初步认为纳米线是由纳米带劈裂而成，HRTEM的结果确认存在有氢氧化锌纳米线向氧化锌纳米线转化的过程，提出了形成氧化锌纳米线的相关机理，即氧化锌纳米线的形成是由于层间醋酸根的离去而导致层状氢氧化锌醋酸盐纳米带发生劈裂的结果。在对层状氢氧化锌醋酸盐与其他离子交换后产物的水解产物的形貌和结构进行研究过程中发现，与氯离子交换后的层状氢氧化锌盐酸盐产物水解后也可以生成纳米线。 由于层状氢氧化锌醋酸盐及其陈化水解产物在水溶液中稳定性较差，我们尝试在层状氢氧化锌醋酸盐层板间引入其他金属离子，提高其稳定性。研究结果表明，层板间引入铜离子可以获得结构稳定的层状化合物。对一系列具有不同Cu/Zn摩尔比的层状氢氧化铜锌醋酸盐研究表明，其作为吸附剂对甲基橙水溶液的吸附能力有比较明显的差别，具有相对较高比表面积的三维类花状形貌的层状氢氧化铜锌醋酸盐(Cu/Zn=2.47:1)作为吸附剂时，吸附容量最大可以达到847 mg/g。利用吸附等温线、吸附动力学对吸附过程及机理做了研究，吸附除去甲基橙的实验数据很好地符合Langmuir吸附等温线，表明吸附位点是均相的，每个吸附点的能量相等且只吸附一个分子，吸附的分子间没有相互作用。吸附动力学过程可以用准二级动力学模型来描述，这表明速率限制步骤是化学吸附过程。粒子内扩散模型对实验数据进行拟合的结果是非线性的，说明层状氢氧化铜锌醋酸盐吸附甲基橙的过程是一个复杂的过程，表面吸附和层间离子交换同时发生。 | 本项目拟开展氢氧化锌超细纳米线的形成机制及性质研究。制备较高纯度与质量的氢氧化锌超细纳米线，通过对氢氧化锌超细纳米线形成过程的研究，揭示超细氢氧化锌纳米线与层状氢氧化锌结构的相关性。提出并验证由二维结构到一维纳米线的转换规律与形成机制，探索全新的"由大到小"的制备低维纳米材料的化学途径。通过对纳米线的表面结构及其吸附性质的研究，考察带正电荷的纳米线做为高效的阴离子吸附剂，以及在短链DNA提取等生物、医药领域的可能应用。
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| 基于离散元法的玉米脱粒机优化设计新方法研究 | 于建群 | 60万 | 2011 | 概念设计与优化设计(E050602) | 51175219 | 吉林大学 | 面上项目 | 玉米脱粒机；优化设计；离散元法；数值模拟；CAE | 我国年产玉米二亿吨，由于地理和气候等原因，大部分是收获晾晒后，再进行脱粒操作，因此玉米脱粒机的使用非常广泛。但目前国内外玉米脱粒机的设计和研发，大都采用经验或试验方法，远未达到优化设计的目标。本项目首次采用离散元法研究玉米的脱粒过程，研究并建立了由脱粒机的三维CAD模型建立其三维离散元法分析模型的方法，提出并建立了基于颗粒聚合体的玉米果穗三维建模方法，提出并建立了玉米芯与玉米籽粒之间连接的力学模型和连接的断裂准则，研究并建立了玉米脱粒过程的分析计算方法等，在此基础上研制出具有自主知识产权的玉米脱粒过程分析软件并实现与CAD软件集成，从而构建一种集设计和性能分析评价为一体的集成软件，还通过测试验证了该软件的可行性和有效性。采用该集成软件，通过改变脱粒机的CAD模型、玉米果穗的分析模型、连接的力学模型和参数，能对不同原理、不同结构和尺寸的玉米脱粒机进行性能分析和评价，由此实现玉米脱粒机结构方案和尺寸参数的优化，为玉米脱粒机的研究和优化设计建立了一种新方法，也为其它农作物脱粒过程研究提供参考。 | 我国年产玉米近一亿五千万吨，由于地理和气候等原因，大部分是收获晾晒后，再进行脱粒操作，因此脱粒机的使用非常广泛。但目前国内外玉米脱粒机的设计和研发，大都采用经验或试验方法，远未达到优化设计的目的。本项目采用离散元法研究玉米的脱粒过程，研究由脱粒机的三维CAD模型建立其三维离散元法分析模型的方法，研究基于颗粒聚合体的玉米穗三维建模方法，研究玉米芯与玉米籽粒之间连接的力学模型和连接断裂的准则等，在此基础上自主研制出分析玉米脱粒过程的三维离散元法软件并实现与三维CAD软件集成，从而构建一种集设计和性能分析评价为一体的集成软件。采用该集成软件，通过改变脱粒机的CAD模型、玉米穗的分析模型、连接的力学模型和参数，能对不同原理、不同结构和尺寸的玉米脱粒机进行性能分析和评价，由此实现玉米脱粒机结构方案和尺寸参数的优化，为玉米脱粒机的研究和优化设计建立一种新方法，也为其它农作物脱粒过程研究提供参考。
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| 耐辐射奇球菌类胡萝卜素结合蛋白的生化功能及其表达调控研究 | 田兵 | 60万 | 2011 | 微生物功能基因(C010301) | 31170079 | 浙江大学 | 面上项目 | 耐辐射奇球菌；类胡萝卜素结合蛋白；生化功能；表达调控； | 耐辐射奇球菌（DR）作为一种能够适应极端环境压力的微生物，其特殊的类胡萝卜素产物在菌体抗性中起着重要作用，但缺乏对类胡萝卜素贮存和表达调控等机制的研究。本课题围绕耐辐射奇球菌类胡萝卜素胞内作用机理这一主题，主要研究DR菌类胡萝卜素结合蛋白的生化性质与功能、以及类胡萝卜素结合蛋白在外界压力下的表达调控规律。研究发现了DR菌的类胡萝卜素能与细胞质中的蛋白结合，分离纯化并鉴定了DR1480、DR0479等多个类胡萝卜素结合蛋白，研究了其生化特性；利用基因突变、菌体表型变化分析等研究了蛋白的功能，结果表明，这些结合蛋白参与了菌体的抗性机制；研究了蛋白的结构域特征和保守氨基酸组成以及蛋白对类胡萝卜素的结合作用；探讨了耐辐射奇球菌的结合蛋白的可能进化关系；用转录组学等手段研究了氧化压力对类胡萝卜素结合蛋白转录表达的作用和调控因子，表明菌体可能是通过诱导结合蛋白的转录水平来增强其氧化抗性，结合蛋白的转录表达可能受到DtxR等多个调控因子的控制，对抗性相关蛋白的研究增进了对耐辐射奇球菌应对氧化压力胁迫复杂调控网络的认识。研究成果为深入了解耐辐射奇球菌特种类胡萝卜素在菌体抗性中的作用和揭示耐辐射奇球菌极端环境适应机理提供了新的见解，而且为其在改造生物体抗性和性状等应用方面提供了基础。 | 耐辐射奇球菌（DR）是一种能够忍受强烈电离辐射和强氧化剂等极端环境的微生物，菌体中疏水性的类胡萝卜素能够保护胞内DNA、蛋白质等，在菌体极端抗性中起着重要作用。我们前期研究表明DR菌的类胡萝卜素能与细胞质中的蛋白相结合，但目前对类胡萝卜素胞内载体（结合蛋白）的特性、功能及其表达调控的相关研究尚未见报道。本课题计划围绕DR菌类胡萝卜素胞内作用机理这一主题，在前期研究的基础上，研究并揭示DR菌类胡萝卜素结合蛋白的生化性质与功能、以及类胡萝卜素结合蛋白在外界压力下的表达调控规律。旨在探究菌体特种类胡萝卜素的结合、贮存和转运机制，深入了解其在菌体抗性中的作用机理，研究结果不仅为耐辐射奇球菌超强抗性研究提供新的见解，而且为探索结合蛋白在改造生物体抗性和性状等应用方面提供基础。
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| 周期性往复运动自润滑活塞环组内载荷分布特性及热失效研究 | 彭学院 | 60万 | 2011 | 机械摩擦、磨损与控制(E050501) | 51175407 | 西安交通大学 | 面上项目 | 自润滑活塞环组；非稳态流动；摩擦热；载荷分布；热失效 | 活塞环普遍应用于往复式压缩机、内燃机、泵等往复运动机械的活塞与气缸之间的间隙密封，是影响其热力性能和可靠性的关键部件。但是在高压差、高温、无油润滑等环境下，活塞环的密封性能及可靠性仍然是一个技术难题，存在着非均匀磨损失效和高温热失效等问题。所以，围绕无油润滑活塞环在高压差、高温环境下的快速失效问题，本项目主要研究活塞环组周期性往复运动过程中的非稳态流动过程及其周期性活塞环内部载荷分布规律和往复运动自润滑活塞环摩擦热通过摩擦界面的非稳态传递过程。建立了活塞环组内部载荷分布的数学模型，搭建了往复运动活塞环组内部压力动态分布的试验装置，研究了活塞环组周期性往复运动过程中的非稳态流动过程，得到活塞环组内部的静态、动态压力分布和各道环载荷分布。结果表明第一道活塞环两侧压力差占到整个泄漏压差的75%以上，这是引起不均匀磨损并导致失效的主要原因；各活塞环前后的压力差并不是同时建立的，只有前一道活塞环前的压力达到一定的大小，后一道环才开始工作。建立了摩擦热在活塞环内部非稳态传递规律理论模型，搭建了活塞环组温度分布的试验装置，研究了摩擦热通过摩擦界面的非稳态传递过程，获得了活塞环内部温度分布规律。研究发现通过自润滑活塞环导出的摩擦热量只占总摩擦热的0.065，绝大部分摩擦热通过气缸导出。进一步分析了载荷、气缸散热条件、材料对活塞环摩擦热导出过程和温度场的影响，研究了影响热失效的主要参数及其与热失效的关系，结果表明：压缩机转速对轴向温度分布具有显著影响，决定了哪道活塞环具有最大温度；活塞环平均温度随着转速的上升和外部散热条件的恶化而上升，转速从580r/min提高到1015 r/min时，活塞环组内最高温度从31.1℃升高了11.6℃，而转速从1015r/min提高到1450 r/min时，活塞环组内最高温度进一步升高了6.9℃；同一活塞环内温度梯度与材料的摩擦系数成正比，与其导热系数成反比。研究不仅揭示了活塞环组摩擦失效和高温热失效的机理和过程，建立了自润滑活塞环失效的评定方法和准则，更为自主研发在高压差、高温、无油润滑等苛刻环境下工作的活塞环提供理论指导和试验依据。 | 活塞环普遍应用于往复式压缩机、内燃机、泵等往复运动机械的活塞与气缸之间的间隙密封，是影响其热力性能和可靠性的关键部件。但是在高压差、高温、无油润滑等环境下，活塞环的密封性能及可靠性仍然是一个技术难题，存在着非均匀磨损失效和高温热失效等问题。所以，围绕无油润滑活塞环在高压差、高温环境下的快速失效问题，本项目拟通过研究活塞环组周期性往复运动过程中的非稳态流动过程，得到活塞环组内部各道环载荷分布，揭示活塞环非均匀磨损失效过程及其主要影响因素；通过研究活塞环与气缸内壁这对摩擦副在做周期性往复运动时，摩擦界面摩擦热在活塞环内部非稳态传递规律，获得活塞环摩擦升温特性，揭示自润滑活塞环热失效过程及改善热稳定性的方法。本项目的研究不仅能揭示活塞环组摩擦失效和高温热失效的机理和过程，建立自润滑活塞环失效的评定方法和准则，更为自主研发在高压差、高温、无油润滑等苛刻环境下工作的活塞环提供理论指导和试验依据。
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| 基于近红外光谱的潲水油快速鉴别方法与模型优化研究 | 祝诗平 | 32万 | 2010 | (C130102) | 31071319 | 西南大学 | 面上项目 | 潲水油；快速鉴别；近红外光谱分析；模型优化； | 本项目完成了预定研究内容，实现了预期研究目标。在核心期刊发表论文1篇，录用论文1篇(EI检索刊源)，发表会议论文1篇,组织一次国内学术会议。本项目主要研究工作及其结论如下：1．收集了144份潲水油与合格油样品，采集了其近红外光谱，对每一份样品进行了理化鉴别，初步建立了一个潲水油与合格油近红外光谱库。2．对144份油样品光谱进行了主成分分析(PCA)。使用原始光谱或主成分PC1、PC2，采用K-means聚类方法，得出聚类结果均为61.81%。使用主成分PC1、PC2，采用Gaussian Mixture Models聚类方法，得出聚类正确率为66.67%，使用聚类方法，鉴别效果不太好。3．对原始光谱，全谱区，无处理方法，采用DPLS-LOO-CV鉴别正确率为89.58%。以校正集(108份样品)建立DPLS模型，对预测集(36份样品)进行鉴别，分别采用十种预处理方法进行比较，当无预处理时，总体鉴别正确率为89.88%，采用auto scale或[0 1]归一化预处理方法时，总体鉴别正确率为94.44%。4.以校正集建立PCA-BP-NIR模型，对预测集进行鉴别，采用十种预处理方法进行比较试验，当无预处理时，总体鉴别正确率为89.88%，采用 [0 1]归一化预处理方法时，总体鉴别正确率可达到97.22%。5.提出一种基于SVM与近红外光谱的潲水油鉴别方法，并研究了粒子群算法(PSO)对SVM惩罚参数c、RBF核参数g的优化方法。以校正集建立SVM模型，使用PSO优化，对预测集进行鉴别，采用十种预处理方法进行比较试验，当无预处理时，总体鉴别正确率为91.67%，auto scale或[0 1]归一化预处理方法时，总体鉴别正确率可达到97.22%。6. 通过RSGA，将全谱区范围由12500～4000cm-1(光谱点数为2203)减少为特征谱区6553～4860cm-1(光谱点数为440)。采用特征光谱范围的鉴别正确率为96.5%，比采用全谱去的89.58%有较大提高。采用RSGA优选出的特征谱区，以校正集建立SVM模型，同时使用PSO优化参数，对预测集进行鉴别，不使用预处理方法，总体鉴别正确率达到100%。综上，本研究通过理论分析、算法研究和实例分析，验证了基于近红外光谱技术快速鉴别潲水油与合格油是可行的。 | 在开展"潲水油检测指标体系和检测方法的研究制定"项目的基础上，首次将近红外光谱技术引入到潲水油快速鉴别中。主要内容包括：通过对所收集的样品进行感官、冷冻试验，测定胆固醇含量、脂肪酸组成、茴香脑、丁香酚含量，综合鉴别每份样品是潲水油还是合格食用油。通过测定所收集样品的近红外光谱，研究基于近红外光谱聚类分析的潲水油快速鉴别的可行性。建立基于近红外光谱的潲水油和合格食用油快速定性鉴别模型，探索基于近红外光谱的潲水油鉴别方法的可行性、快速性、高效性、实用性。并从近红外光谱信号预处理、谱区选择、样品选择、建模算法选择等方面对所建模型进行优化，以提高模型预测精度。本项目的开展，对于检测潲水油，推动食用植物油生产、检测的标准化，推动食用植物油产业的健康发展，促进餐饮产业的健康发展，贯彻《食品安全法》均具有重要意义。
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| 炭黑填充压敏硅橡胶导电机理及压力分布表征研究 | 李斌 | 50万 | 2011 | 工程电介质特性与测量(E070201) | 51167008 | 昆明理工大学 | 无 | 导电橡胶；炭黑；导电机理；压阻特性；柔性传感器 | 以硅橡胶为基体加入炭黑而制得的填充复合型导电高分子材料具有压阻性、温阻性，是柔性传感技术领域很有应用价值的研究内容。研究表明，炭黑/硅橡胶复合材料的体系电阻率随炭黑浓度的变化是不连续的，表现出非线性的渗滤导电现象，机理是导电通路理论与隧道效应理论同时存在。在不同条件下，是以其中一种为主或两者同时作用。炭黑含量较少时，炭黑粒子间间距较大无法直接接触形成导电链，电子发生跃迁形成隧道电流，隧道效应起主导作用；炭黑含量较大时，单位体积炭黑粒子密度较大形成导电网络，此时导电通路理论占主导作用。通过实验研究确定了制备导电橡胶的原料配比，结合炭黑并用、添加改性剂等方式，优化了制备工艺。采用气相法和液相法分别对炭黑表面进行了氧化预处理，有效提高了炭黑在硅橡胶中的分散性。导电硅橡胶呈现多样化的压阻行为，其压阻效应包括表面压阻效应、体压阻效应以及应变电阻效应，而且材料表面电阻灵敏度高于体电阻灵敏度。一定炭黑添加量时，复合材料的电阻率随着压力的增大而减小，据此明确了压力与电阻之间的变化规律，建立了有效压敏区间的计算模型。通过搭建液压、气压实验平台，探索了导电橡胶在液体以及气体作用下的压阻特性。导电橡胶导电特性还表现在其响应的迟滞性及弛豫性。通过分析计算不同外力作用下的迟滞性系数，绘制了材料的迟滞曲线，通过添加纳米改性材料，迟滞改善明显。导电硅橡胶弛豫现象与材料的应力松弛行为存在一定的关联性，而且弛豫时间与基体的几何结构、炭黑填量、加载大小、环境温度等有关。用指数弛豫方程可以较好的描述弛豫现象。导电橡胶的温度效应表现在，当压力恒定、逐渐升温时，在热膨胀和热扰动共同作用下，复合材料先呈现负温度系数效应后呈现正温度系数效应，有一转折点；温度恒定时，电阻率随压力的增加先突降后平稳。建立了导电橡胶的温阻模型。用最小二乘法进行温度补偿，其灵敏度和温度系数均有提高。研究了导电橡胶力敏响应的静态性能和动态性能，分析了多种条件下的测量范围、灵敏度、重复性等性能指标，以及单位阶跃响应性能参数。实验并获得复合材料增强抗老化、耐腐蚀的有效方法。设计了一种导电橡胶阵列传感器单元结构，采用独立节点形式以减少电阻串扰，开发并制作了一套阵列式压力分布检测系统，初步实现了平面压力测量与成像显示。通过对导电橡胶制备工艺、压阻行为、温阻效应、响应规律、传感特性、改性机理等方面的研究和探索，对其导电性能和特殊用 | 在橡胶中填入导电材料可制成导电橡胶，其导电性能与橡胶基质、填料种类、填充量以及温度等因素有关。当导电填料量合适时，复合材料的电阻率随外加压力的变化而变化。利用这一特性，导电橡胶可用于测量平面及曲面压力分布。应用宏观导电通路理论和微观隧道电流理论，研究导电橡胶导电机理。分析炭黑填充型导电硅橡胶导电网络形成机制和电流传导行为。通过理论和实验研究，获得导电特性曲线的分布规律，确定使压敏橡胶具有电学性能、力学性能和柔韧性的质量配比。研究提高和改善复合材料导电性能的改性机理和方法。通过对压敏橡胶体压阻行为和表面压阻行为的研究，建立压阻计算模型。研究压敏橡胶的温度效应，确立复合材料电导率与温度之间的数学模型。进行压敏橡胶动态响应和机械强度研究。设计新型的压力分布检测柔性压力传感器结构，获得相关传感器特性。提出平面压力分布和曲面压力分布表征新方法。研究在小间隙及流体压力作用下，实现压力分布测量的新方法。
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| 泡桐丛枝病植原体染色质及其染色质外DNA及变异分析 | | 21万 | 2003 | 森林病理(C160901) | 30471393 | 中国林业科学研究院 | 面上项目 | 泡桐丛枝病植原体;染色质及染色质外DNA;物理图谱;序列分析; | | 通过对泡桐丛枝病植原体染色质及染色质外DNA克隆和序列测定，分析基因组序列和染色质外DNA中可能的编码功能基因序列；研究泡桐丛枝病病原染色质和染色质外DNA的序列结构，构建泡桐丛枝病植原体染色质DNA物理图谱；比较植原体染色质DNA与染色质外DNA在序列上的同源性关系，以及泡桐丛枝病植原体株系间基因变异或与其它植原体种间序列同源性关系。本研究从植原体DNA序列和基因水平上获得的研究结果，将会为植原体分子生物学、植原体与寄主的分子互作、病菌致病机制研究及相关基因克隆等研究奠定良好基础，从而带动我国植原体病害总体研究水平的迅速提高。
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| 南疆部分特色果树植原体株系与柳树花变叶 | 朱天生 | 23万 | 2010 | 植物其他病害(C140105) | 31060238 | 塔里木大学 | 地区科学基金项目 | 果树；植原体；柳树花变叶；系统进化树 | | 在塔里木盆地植原体病害柳树花变叶发生区，采集疑似植原体症状的南疆部分特色果树（香梨、红枣、杏）病样，利用植原体16S rRNA、rp、tuf、secY基因通用引物对病害标样总DNA进行PCR扩增，电泳检测扩增产物，通过PCR技术、克隆及序列测定、构建系统进化树和计算机模拟RFLP分析等技术，将扩增序列与已知分类地位的植原体暂定种及柳树花变叶植原体的相应序列进行比对，探索这些植原体株系与柳树花变叶植原体的遗传相关性，对潜在的传毒介体叶螨和木虱进行检测和传毒生物学实验，探索传毒介体在这些植原体病害的发生和流行中的作用，可为南疆特色果树植原体病害的预防和前期控制提供理论基础。
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| 西南地区植原体病害及其相关株系的多位点 | 蔡红 | 24万 | 2010 | 植物其他病害(C140105) | 31060239 | 云南农业大学 | 无 | 植原体；多位点序列分析；免疫膜蛋白；组织培养；中国西南地区 | 植原体是一类无细胞壁，迄今未能人工培养，能引起植物病害的植物病原原核生物。本研究对中国西南五省（区、直辖市）进行疑似植原体病害调查采集的基础上，采用多位点系统发育序列分析方法，针对植原体16S rRNA、rp、secY、tuf、secA等基因进行PCR扩增、克隆及序列测定、比对，共鉴定出21种植原体病害，初步明确了中国西南地区植原体病害的种类。 通过16S rDNA分析，表明引起上述病害的21个植原体株系主要与Ca. Phytoplasma australasiae, Ca. Phytoplasma asteris, Ca. Phytoplasma australiense和Ca.Phytoplasma ziziphi等4个已确定的候选种有关，在分类上属于16SrI-B、16SrII-A、16SrV-B和16SrXII-C亚组成员。樱桃花变绿植原体（ChV）在分类上属于16SrV-B亚组的一个变种，rpV组中的一个新亚组（rpV-N）；杜鹃花小叶植原体（AzLL）为翠菊黄化组中的一个新亚组（16SrI-T）, rp(I)-P和secY(I)-O；黄槐扁茎病是由2个进化差异较大的16Sr组（16SrV和16SrXII）植原体侵染所致，且在国内首次报道了与Ca. P. australiense相关的植原体株系；而云南元谋发生的花生丛枝等7个植原体株系与候选种Ca. P. australasiae聚为同一rp亚进化支（iii），基于16S rRNA、rp、secY三个基因序列分析得到的分类结果基本一致，明确了引起病害的植原体株系间的相关性。 构建了上述19个植原体株系的Imp 基因重组表达载体pET-30a(+)-Imp，经转化诱导，结果从其中5个株系IMP蛋白的原核表达中获得预期约25kDa的融合蛋白，为后期抗血清的制备及植原体病害的快速检测奠定了理论基础。 初步探究了组织培养法对植原体病株进行长期低温保存的方法，结果显示采用植原体共生植株进行组织培养，经过长期低温继代培养后，组培苗中仍然含有植原体，结果对保障实验材料的延续性及将来进一步的研究工作有着重要的意义。 利用电镜超薄切片技术对植原体感病组织进行包埋切片观察，在部分感病组织韧皮部筛管细胞中观察到典型的植原体菌体。 通过项目实施，目前在国内外学术期刊上共发表学术论文7 篇，培养2名硕士研究生。 | 植原体是一类无细胞壁，迄今未能人工培养，能引起植物病害的植物病原原核生物。本研究以中国西南地区植原体属微生物资源为基线，采用多位点系统发育序列分析方法，从多个微生物进化过程中相对保守的基因，如16S rRNA、核糖体蛋白、16-23s间隔区、tuf、secY等标记入手，通过特异片段PCR扩增、克隆测序、序列同源性比较、系统发育构建等分析，明确中国西南地区植原体病害种类及其相关株系的遗传相关性和分类地位；同时利用电镜超薄切片技术对感病组织进行超微结构观察并分析可能的病理变化，为整个植原体属原核微生物的系统分类研究提供基础理论信息，提升我国植原体研究水平。在国内外学术期刊上发表2-4篇高质量学术论文，培养2-3名硕士研究生。
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| 多铁性材料及其结构性能预测的多尺度模型与数值模拟方法研究 | 何文明 | 46万 | 2011 | 偏微分方程数值计算(A011701) | 11171257 | 温州大学 | 面上项目 | 多铁性材料；多尺度方法；状态空间法；有限元方法；最佳超收敛性 | 多铁性材料因其铁性耦合作用而产生新的功能，成为新型功能材料研发的一个重要领域。但是，由于多铁性材料及其结构宏-细-微观构造的复杂性，多场（力场、磁场、电场、温度场）耦合及维数多等特征，使得多铁性材料及其结构的性能预测成为一个具有挑战性的科学计算问题。本课题对多铁性材料及其性能预测需要用到的多尺度方法及其数学理论、多尺度有限元方法以及高精度有限元方法等进行了广泛深入的研究。（1）运用多尺度方法对材料的性能进行了广泛的数值模拟。（2）对多尺度计算方法及其相关数学理论进行了研究。（3）对高精度有限元算法进行了深入的研究。重要结果：1：考虑到一般具有微观结构的多铁性材料性能在数值模拟上的复杂性。本课题主要研究一种简化的模型，我们主要考虑只在一个方向上具有微观结构而在与其正交的所有方向上都只具有宏观结构的结构与材料。对于该模型，我们综合运用多尺度方法与状态空间法等提出了一种高效的数值模拟方法，该方法大大降低了数值模拟材料性能所需要的工作量。运用该方法对材料的力学行为以及微-介观尺寸、空间分布、多相间应力与界面结构对材料的振荡频率、压电等材料参数的影响进行了深入的模拟。2：针对边界具有奇异性的多尺度材料，我们提出了一种特殊的多尺度数值模拟方法，我们同时运用多尺度渐近展开方法及其数值模拟方法对热力耦合问题与热力电耦合问题进行了研究。3：本课题对边界具有奇异的材料的一次、二次及高次有限元方法的经典后处理技术的局部最佳超收敛性进行了分析，并且在此基础上对在量子力学领域有广泛应用的Schrodinger算子设计出具有最佳超收敛性的有限元算法。4：多尺度数值方法最终需要采用有限元算法来实现。本课题在研究如何利用后处理技术来得到具有最佳超收敛性的有限元算法这个领域取得了突破性的进展。我们提出了具有最佳超收敛性的外推方法以及插值后处理方法。这对于多铁性材料性能的模拟相当重要。科学意义：数值模拟方法在新型多铁性功能材料及其结构的研制方面扮演着越来越重要的角色。本课题的研究为新型多铁性功能材料及其结构的研制提供了理论和技术支持。 | 多铁性材料因其铁性耦合作用而产生新的功能，成为新型功能材料研发的一个重要领域。但是，由于多铁性材料及其结构宏-细-微观构造的复杂性，多场（力场、磁场、电场）耦合及维数多等特征，使得多铁性材料及其结构的性能预测成为一个具有挑战性的科学计算问题。本项目将针对多铁性材料及其结构的物理和力学性能预测与行为分析，研究其在微观和宏观层次上的复杂性，多场耦合的非线性性，建立相应的多场耦合、多层结构与多尺度耦合的计算模型，构造高阶多尺度计算方法，研究其数学理论，并解决算法实现与数值模拟中的若干关键技术问题。目标是为新型多铁性功能材料及其结构的研发提供理论和技术支持，为发展我国新型多铁性功能材料做出贡献。
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| 随机非均匀流场和随机非均匀材料的并行有限元多尺度方法研究 | 沈丽华 | 40万 | 2011 | 偏微分方程数值计算(A011701) | 11171232 | 首都师范大学 | 面上项目 | 多尺度方法；有限元方法；流线扩散法；随机非均匀材料； | 随机非均匀流场和随机非均匀材料都是当前人们的研究热点, 其数值方法设计是具有挑战性的。我们利用有限元方法, 计算几种流场中波前传播速度的规律,以及随机 非均匀材料的力学性质。一方面, 我们设计随机流场中波前速度的有限元多尺度算法,并采用并行技术进行计算，通过计算得到一些人们关注的三维周期流场中的波前传播速度的未知规律。另一方面,我们针对随机非均匀材料的多尺度特性, 设计了相应的多尺度有限元算法,并采用蒙特卡洛算法及标准有限元方法、浸入界面有限元方法等验证其有效性。同时，研究在随机边界条件或随机初始条件下，材料和系统的内部力学量的统计性质。 | 随机非均匀流场和随机非均匀材料都是当前人们的研究热点，其数值方法设计是具有挑战性的。我们将利用有限元方法，计算随机流场中波前传播速度的规律，以及随机非均匀材料的力学性质。一方面，我们将设计随机流场中波前速度的并行有限元多尺度算法，通过计算得到一些人们关注的三维周期流场中的波前传播速度的未知规律。另一方面，我们将针对随机非均匀材料的多尺度特性，设计相应的并行多尺度有限元算法，计算其有效弹性系数等力学性质。
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| 高放废物深地质处置中GMZ膨润土的多相多场耦合机理及其本构模型 | 叶为民 | 240万 | 2010 | 工程地质学(D0704) | 41030748 | 同济大学 | 重点项目 | 高庙子膨润土；多相多场耦合；温-湿循环；化学效应；模型试验 | 项目组根据项目计划书明确的研究内容，完成了规定的研究任务。 研制了双杠杆、高温高压固结仪，膨胀力与饱和渗透多功能试验仪，水碱转换器及膨胀力-饱和渗透多功能试验仪改造等设备，申请了国家发明专利；开发了水-力、热-水-力和基于北山地质条件的Mock-up耦合试验装置。开展了温控膨胀力、渗透性试验，恒定吸力和压力条件下的温度循环试验，恒定温度和压力条件下的干湿循环试验，化学（碱和盐溶液）对温控高压实高庙子膨润土膨胀与渗透性能影响试验，以及水-力、热-水-力和基于北山地质条件的Mock-up耦合模型试验。建立了考虑温度影响的GMZ膨润土土水特征曲线模型、饱和渗透模型和非饱和渗透模型；确定了高庙子膨润土在T-p平面内的TY屈服线，在p-s平面内的LC屈服线和在T-p平面内的LY屈服线；建立了THM耦合模型中微-宏观耦合方程fD（吸力减小）和fI（吸力增加）方程；据以开展了温度循环、干湿循环等试验结果的模拟。温控吸附性、膨胀力、饱和渗透和盐化-淡化循环试验发现：GMZ膨润土对La（III）的吸附强烈依赖于pH值和固液比；膨胀力随入渗盐溶液浓度的增加而减小、渗透系数随浓度的增加而增加；盐化-淡化循环作用下，盐化时膨胀力减小、渗透系数增大，淡化时膨胀力增大、渗透系数减小；初始盐化试样的膨胀应变均随循环次数增加而增加。Mock试验结果表明：有围岩边界的试样其断面相对湿度稳定时间远小于刚性边界。CT扫描发现，膨润土对花岗岩体具有明显侵入作用；水力梯度影响较之热力梯度更为显著，致使试样的湿度值呈上升趋势，热力梯度（温差为60℃）仅对一定范围内试样中的水分运移产生影响。开展了有无岩石边界的Mock-up试验结果数值模拟。经参数敏感性分析，反演得到了膨润土相关参数，进而开展了花岗岩-膨润土水-力耦合试验的数值模拟，验证了高庙子膨润土参数准确性，并经反演分析获得了北山花岗岩的相关参数。发表论文35篇，其中：SCI 28篇(含3篇待检索)，EI 6篇；申请发明专利7项，其中授权2项。毕业博士4名、硕士7名，获国家优秀青年基金获得者1人。组织召开了第三届国际非饱和土力学与废弃物深地质处置学术研讨会；申请成立了国际工程地质与环境协会（IAEG）废物处置专业委员会并担任主席。实拨240万元，支出：153.82万元（含56.4万元待销账）。 | 高放废物深地质处置库长期运营过程中，作为缓冲/回填材料的高压实膨润土，在库内高放废弃物衰变热、地下水、围岩压力和化学作用下，经历着极其复杂的多场（热、渗、应力与化学）、多相（非饱和）以及温度与湿度的高低循环变化等耦合作用过程。本项申请拟以高庙子（GMZ）膨润土为研究对象，进行吸力和竖向应力控制下的温度循环试验、温度和竖向应力控制下的干湿循环试验、以及温度和入渗溶液pH值控制的膨胀力试验和渗透试验，据以获取相关物理力学参数；由此开展工程屏障系统的模型试验，探索温度与湿度控制条件下、处于有限变形状态的高压实GMZ膨润土的热-渗-力-化学耦合作用机理；并最终建立多相、多场耦合条件下的工程屏障体系的本构模型，开发相应数值模拟技术，实现对高压实GMZ膨润土材料的综合缓冲性能的评估研究。预期研究成果可为我国高放废物深地质处置中的缓冲/回填材料的选择、性能研究和工程屏障设计提供可靠的科学理论依据。
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| 磷酸铵镁(MAP)热解产物循环沉氨处理氨氮废水新技术基础研究 | 任洪强 | 64万 | 2011 | 污水处理与资源化(E080402) | 51178216 | 南京大学 | 面上项目 | 氨氮废水；化学沉氨；磷酸铵镁；热解循环；处理新技术 | 基于氨氮回收的磷酸铵镁（MAP）化学沉淀结晶法一直是水处理领域的研究热点，该工艺中的磷酸盐消耗及上清液磷酸盐残留、化学药剂成本过高等是制约其推广应用的难题。本项目针对上述问题，重点研究了化学沉氨-MAP热解过程副产物生成机制、热解过程热力学行为和化学沉氨-MAP热解产物循环新工艺的关键影响因子的优化；建立了高效能化学沉氨-热解循环处理氨氮废水新技术，优化了关键影响因子，实现对氨氮高效去除的同时热能和药剂需求最小化的目标，研究结果为化学沉氨-MAP热解产物循环处理氨氮废水新工艺的工程应用奠定技术基础。主要成果如下： 1. 阐释了MAP热解副产物生成机制，优化了MAP热解过程工艺参数NaOH碱促热解最佳工艺参数为NaOH 与NH4+摩尔比1:1，热解温度110 °C，热解时间3 h。MgHPO4为MAP热解主产物，同时还生成了部分焦磷酸镁衍生物。 2. 筛选出MAP热解反应的关键控制参数，建立了MAP热解动力学方程MAP直接热解为自催化降速的一步降解过程，热解活化能100 KJ/mol左右，热解动力学方程为 f(α) = k0 (l-α)n。NaOH碱促热解过程为双分子基元反应的两步降解，符合 prout-tompkins n-th order (Bna)模型。混合碱碱促热解为三步降解，起始活化能71.6 KJ/mol。 3. 优化了化学沉氨-MAP热解产物循环处理氨氮废水技术关键控制因素MAP热解产物处理氨氮废水最佳条件：pH = 9.5，Mg2+ : NH4+ = 1 : 1，时间60 min；温度110 °C时，直接热解产物沉氨效率最大可达84%。当NaOH:Mg(OH)2:NH4+ = 0.5:0.5:1时，混合碱热解产物沉氨率达90%以上，上清液中磷酸盐残留量＜0.5 mg/L。 4. 构建了化学沉氨-MAP热解产物循环处理氨氮废水新型工艺技术并应用热解产物循环沉氨酸解最佳工艺参数：pH = 1、温度120°C、时间2 h。混合碱促热解产物循环沉氨工艺效率＞80%。研制出折流式连续流磷酸铵镁结晶反应器(CCSBR)，优化了运行参数，结合响应面建模方法和晶种投加技术考察了CCSBR运行效果：日处理养殖废水能力：60 m3/d；出水NH3-N＜30 mg/L；循环处理六次，平均费用：0.5元/m3。 | 随着世界范围对氨氮资源化认识的提高，基于氨氮和磷回收的化学沉淀结晶法的研究异常活跃，由于受化学沉氨过程磷源和水相磷残留的影响，化学沉氨法处理氨氮废水面临着成本和水环境管理标准的双重压力。本项目针对上述问题，重点研究化学沉氨、磷酸铵镁(MAP)热解过程副产物生成机制及调控、热解过程热力学行为和化学沉氨-MAP热解产物循环新工艺的关键影响因子、整体新技术的综合控制条件与优化等，同时研究控制MAP热解反应副产物生成的调控方法；研究建立高效能化学沉氨-热解循环氨氮废水处理新型技术，并对其影响整体技术效能的关键影响因子进行优化研究，实现对氨氮高效去除的同时热能和药剂需求最小化的目标，研究结果将为化学沉氨-MAP热解产物循环处理氨氮废水新工艺的工程应用奠定技术基础。
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| 基于上海光源X射线相衬显微CT的乳腺癌新生血管密度定量检测方法及应用研究 | 孙建奇 | 22万 | 2010 | 同步辐射技术及其应用(A0507) | 11005074 | 上海交通大学 | 青年科学基金项目 | 同步辐射；相衬显微CT；乳腺癌；血管密度；定量检测 | 本项目进展顺利，在各个方面都完成了总体目标，包括高水平论文的发表，基于上海光源的相衬成像的新生血管检测方法以及高分辨率肿瘤新生血管分割算法的应用，同时为肿瘤新生血管的定量分析在肿瘤发生发展机制研究领域的应用开辟了新的方向。本项目组不仅很好地完成了计划任务，实现了预期目标，而且有些研究任务提前或超额完成。主要包括：（1）调研了各种相位恢复（Phase Retrieval）理论和相衬CT 重建理论，改进了基于BR算法的相位恢复算法。（2）获得了不同时期的肿瘤新生血管结构的显微CT图像。（3）提出了适用于肿瘤血管的多尺度分割方法。（4）获得了血管根数、长度、末端分支数、弯曲度和血管密度等指标随肿瘤生长的关系规律。（5）增加了分形维度（FD）指标来研究新生血管与肿瘤发生发展之间的关系。（6）在上海光源开始基于光栅的相衬成像方法研究，取得初步成果，并通过实验的方法比较了同轴相衬成像和光栅相衬成像的特点。（7）通过GPU并行计算的方式开展了光栅成像相位恢复和三维重构的研究。项目启动以来，截止到2013年12月，在国内外主流学术期刊和会议上，共发表相关论文11篇，其中包括了Journal of Synchrotron Radiation等本领域重要SCI期刊，并参加国际同步辐射医学应用年会，国际医学物理和生物医学工程年会等国际重要学术会议，作了多个学术报告。在项目执行期间，项目负责人于2011年获得国家公派访问学者项目资助，并于2012年3月至2013年2月赴瑞士保罗谢尔研究所做博士后访问学者，与瑞士光源成像线站建立了良好的关系。同时，本项目培养了硕士生5人，已毕业3人。在执行过程中，本项目严格按照年度计划使用经费，已通过审计决算。本项目上海交通大学和中国科学院上海应用物理研究所合作共同完成，取得了良好的结果，在运行过程中，多学科人才聚集在一起，迸发出若干创新点，并在开展合作研究方面取得了一定的经验。但目前肿瘤新生血管检测在从基础研究向临床应用的转化进程上还存在一些问题，离临床应用还有一段距离，需要进行进一步的研究。请求将来在这方面的研究能够给予进一步的资助。 | 乳腺癌是妇女常见的，多发的恶性肿瘤之一，其早期诊断是世界性的科学难题。而肿瘤新生血管是肿瘤发生发展及转移过程中最重要的因素，但目前的医学检测手段无法准确、定量的检测肿瘤新生血管，临床上常用的替代指标也存在很多缺陷。同步辐射X射线相衬成像技术由于其独特的优点，很有可能发展成为一种新的乳腺癌早期临床诊断方法。本课题将进一步发展同步辐射X射线相衬显微CT技术，运用影像学的方法，连续观测乳腺癌新生血管生长过程中的动态变化情况；同时，在三维CT图像中，通过模糊聚类等多种图像分割算法的优化组合，建立新的新生血管密度定量检测方法，争取解决现有的替代指标所存在的问题，从而阐明肿瘤生长过程中新生血管形成的生物学作用。本项研究的开展将为乳腺癌早期诊断提供实验基础与理论依据。随着研究的深入，有可能建立乳腺癌新生血管检测的新标准，在乳腺癌早期诊断方面取得若干原创性的成果。
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| 具有靶向性和可控释放的聚酯类高分子键合抗癌药物的合成与应用探索 | 孙海 | 26万 | 2011 | 医用与药用高分子(B050202) | 21104076 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 青年科学基金项目 | 靶向性；高分子抗癌药物；药物控释；刺激响应性敏感； | 紫杉醇、阿霉素、喜树碱等抗癌药物在癌症的化疗中有着广泛的应用，但是它们同时具有严重的毒副作用，给病人带来极大的痛苦。本项目开发出一类可以主动靶向输送化疗药物（喜树碱、阿霉素、紫杉醇和铂类抗肿瘤药物等）到达肿瘤部位，并且只在肿瘤细胞内释放抗癌药的药物控释技术。本项目以生物可降解的聚乳酸类聚酯以及聚氨基酸类高分子为材料，并在传统材料基础上进行化学修饰和改性，赋予其功能性和智能性，使其更适合作为抗癌药物的输送载体。首先我们从材料的功能性入手，合成具有可反应官能团的功能化聚合物，通过具有刺激响应性敏感的化学键(二硫键、腙键、酯键等)对聚合物进行化学修饰，再引入功能化的PEG，制备得到具有不同的功能性和智能性的两亲性高分子药物载体。将高分子载体结合抗肿瘤药物，制备得到高分子抗肿瘤前药，并通过生物学表征和动物实验，验证了高分子抗肿瘤药物的安全性和治疗功效。本项目所研究的高分子抗癌药物微纳米颗粒将可用作低毒副作用抗癌药物制剂，而且，所开发的抗癌药主动靶向输送和控释技术，可为研制其它药物的控释制剂打下基础。本项目完成到了计划任务，在本项目的资助下，申请了中国发明专利4项，发表了学术论文13篇，培养了博士研究生2人。 | 紫杉醇、阿霉素、喜树碱等抗癌药物在肿瘤的治疗中被广泛应用，但是其溶解性差，无靶向性，毒副作用大，治疗效果低。本项目目的在于开发出一类可以主动靶向输送化疗药物（喜树碱、阿霉素、紫杉醇等）到达肿瘤部位，并且有效控制药物仅释放于肿瘤细胞内部的新型技术。设计合成具有可反应官能团的己内酯单体，并进一步由功能化的聚乙二醇引发开环聚合，得到具有活性基团的两亲性聚乙二醇-脂肪族聚酯嵌段共聚物。抗癌药物将通过具有刺激响应性敏感的化学键(二硫键、腙键、酯键等)选择性地键合于聚酯疏水链段上。聚乙二醇链段末端键合靶向因子，并通过自组装得到具有主动靶向性的高分子抗癌药物的微纳米颗粒。由于肿瘤部位pH低，谷胱甘肽浓度高等因素刺激敏感化学键的断裂，导致药物释放。研究纳米载体药物制剂在体内的靶向性和药物可控释放性能，毒副作用，疗效及其药代动力学。阐明纳米载体与组织、细胞的相互作用机制。获得高效低毒抗肿瘤新制剂。
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| 基于随机优化理论的列车节能操纵问题研究 | 李想 | 20万 | 2011 | 管理系统工程(G0109) | 71101007 | 北京交通大学 | 青年科学基金项目 | 列车节能操纵；随机优化；再生制动；； | 项目组充分考虑现实铁路系统的限速、坡度、再生制动等条件，基于随机优化理论系统深入地研究列车节能操纵问题，完成了既定的研究内容，包括：建立随机节能操纵模型、分析最优性条件、证明最优解的存在性、设计快速有效的算法、研究列车节能操纵反问题等。此外，项目组还基于随机节能操纵方法探讨列车运行调度问题，开展了列车运营计划集成优化与动态调整方法的研究。研究成果得到欧洲科学院院士、IEEE Fellow及SCI期刊主编、副主编的引用及肯定，并应用于北京交控科技有限公司“全自动驾驶系统半实物仿真、测试与验证平台”，取得了显著的节能效果。在该项目的资助下，项目组在领域顶级期刊或优秀期刊Transportation Research Part B、European Journal of Operational Research、IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems、IEEE Transactions on Fuzzy Systems、IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems、Omega 等发表SCI 收录论文20篇，在Springer出版英文专著1部。其中，3篇论文被美国基本科学指标ESI列为全球“高引用论文”，1篇论文入选Elsevier“前25篇热点论文”，1篇论文入选2012年度中国百篇最具影响国际学术论文。项目负责人荣获教育部自然科学奖一等奖、教育部霍英东青年教师奖，入选教育部新世纪优秀人才支持计划和北京市科技新星计划。项目组成员积极参与国内外学术交流，包括：主办 2013年International Forum on Decision Sciences；参加2012年美国ASME/IEEE铁路联合会、2012年亚太工业工程与管理系统大会等；访问加拿大阿尔伯塔大学、韩国木浦海洋大学、香港科技大学等；邀请美国辛辛那提大学Dan Ralescu教授、美国犹他州立大学Yan Sun教授、香港科技大学的Hai Yang和Hong Kam Lo教授、韩国木浦海洋大学的Park G教授、日本早稻田大学的Mitsuo Gen教授访问实验室，并作学术报告。 | 给定运行时间与线路条件，列车完成运输距离存在着多条可行的速度曲线。列车节能操纵以节能为目标来优化速度曲线，是一个经济有效且直接可行的节能技术。基本阻力系数是节能操纵模型的关键参数，当其受气候条件、车辆条件影响随机变化时，追踪给定速度曲线的能耗也随机变化。申请人初步研究了随机节能操纵模型与算法，数值结果表明随机模型可以进一步节能5.36%。本项目计划基于随机优化理论深入研究列车节能操纵问题。首先，结合限速、线路坡度与再生制动条件，建立随机节能操纵模型。其次，分析最优工况类型、最优工况序列及工况转换方程，结合随机模拟技术设计快速算法。最后，研究一定能耗条件下列车的最小运行时间。在全球大力发展低碳经济的时代背景下，铁路运输作为国民经济中耗能最大的行业之一，做好节能减排工作十分必要并且形势紧迫。本项目不仅是对列车节能操纵理论的完善，其研究成果对于铁路运输节能减排、降低运营成本具有重要的现实意义。
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| 融合设计意图捕捉与知识推送的创新设计方法研究 | 田凌 | 58万 | 2011 | 概念设计与优化设计(E050602) | 51175287 | 清华大学 | 面上项目 | 创新设计；设计意图捕捉；知识推送；三维模型匹配与检索； | 在产品制造生命周期中，产品设计对于经济、社会效益影响显著，产品的质量和性能很大程度上在概念设计阶段被确定下来。设计的本质在于创新，在概念设计阶段，由于对设计人员的约束较少，设计者具有较大的创新空间，因此概念设计阶段的创新就成为了产品创新的关键。 现有创新设计方法将设计过程打散成片断操作，获取设计知识过度依赖人工查询与筛选，由于不能有效理解用户设计意图，影响设计连贯性，缺少对创新过程的支持。本项目提出了融合设计意图捕捉与知识推送的创新设计方法，旨在通过感知和预测设计者的设计意图，向设计者实时主动推送具有启发性和前瞻性的设计知识，从而为机械创新设计提供精准支持。 为了使计算机能够真正理解设计人员草图与文字所承载的设计意图，本项目研究了概念设计阶段设计意图建模理论与精准捕捉方法，通过概念设计阶段的意图元进行总结归纳，结合本体理论，构建了设计意图的形式化描述语言，提出了面向概念设计的知识表达本体，通过建立二维草图识别的贝叶斯网络，利用约束特征节点的条件概率，建立设计人员行为预测模型，结合草图识别技术与预测结果，精准捕捉设计者设计意图。 针对目前知识库主要为文本知识的局限性，本项目将机械设计领域三维模型融入知识库中，研究了机械设计领域三维模型匹配算法，通过从STEP模型中抽取几何和拓扑信息，通过匹配包括已人工标注的三维模型，实现模型功能语义的半自动标注，提出支持多功能扩展检索的三维模型检索算法；基于D2算法及形状相似度计算原理，设计了可应用于连续度量空间中基于距离阈值约束检索的平衡B-K索引结构，通过实验验证了其检索平均用时大约是线性索引结构平均用时的25%。提出面向自动更新的基于领域本体表示的知识库设计方法，实现知识的抽取、分类与更新。 针对设计意图推送的知识具有前瞻性与启发性，能够为设计者提供设计思路，提高创新设计的效果与效率。本项目基于本体理论构建知识库的领域描述层，研究设计意图与知识的匹配方法，给出系统的知识推送机制和通过功能-行为-结构映射进行知识匹配求解的方法，提出了一种基于设计意图的设计知识匹配方法和知识排序算法，进而提出了推送文本、三维模型知识的方法。 在上述基本理论与方法研究基础上，本项目设计开发了融合设计意图捕捉与知识推送的创新设计支持原型系统，并在工业场景中进行了应用验证。 | 针对现有创新设计方法缺少对创新过程的支持、不能有效理解用户设计意图的问题，拟开展融合设计意图捕捉与知识推送的创新设计方法研究，使设计者能够流畅地进行创新构思，系统自动捕捉其设计意图并针对设计意图具有前瞻性地为其推送三维模型及文本等具有启发性的知识，激发设计者的设计灵感。研究涉及两个关键问题：第一，研究概念设计阶段设计意图的建模理论与捕捉方法，建立设计意图模型与设计人员的行为预测模型，结合草图识别方法与智能学习技术，利用计算机的智能性，提前感知和预测设计人员的设计意图；第二，建立面向概念创新设计的知识库并实现其自动更新，着重研究机械设计领域中基于内容的三维模型匹配与检索加速算法，并通过捕获到的设计意图，在知识库中匹配相应知识，推送给设计者。本项目深度融合了人类智慧与计算机智能，为实现创新设计提供了一种新方法和新思路，同时为开发基于设计意图捕捉与知识推送的创新设计工具提供了理论基础。
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| 瓦斯爆炸感应期内光学特征及微观动力学研究 | 李孝斌 | 22万 | 2011 | (E041003) | 51104164 | 中国人民武装警察部队学院 | 青年科学基金项目 | 瓦斯爆炸；感应期；光谱特征；图像特征；微观动力学 | 瓦斯爆炸早期特别是感应期内的光学特征及微观动力学研究，为有针对性的研制瓦斯爆炸抑制剂提供理论支持，为提高瓦斯爆炸探测技术的可靠性提供方法指导和数据支持。本项目在2套瓦斯爆炸实验系统上，先后开展了300余组瓦斯爆炸相关实验。采用图形图像处理技术，利用高速摄影仪获取的瓦斯爆炸火焰图像，结合热爆炸理论和化学反应动力学，分析了瓦斯爆炸火焰图像光学特征，得出了瓦斯爆炸初期火焰前沿位置和传播速度随时间变化的整体趋势近似呈指数型增长，瓦斯爆炸感应期内反应速率常数与瓦斯爆炸传播速度的平方近似成正比，瓦斯爆炸判定条件，瓦斯爆炸感应期的确定方法。采用光谱分析的方法，利用光谱仪获取的瓦斯爆炸火焰发射光谱，分析了瓦斯爆炸火焰光谱特征，得出了瓦斯爆炸感应期内火焰发射光谱频域光谱参数、时域光谱参数和特性参数等特征参数的分析方法及其规律；得出了瓦斯爆炸感应期内火焰中被探测到概率较大的自由基/分子及其特征光谱，特征光谱相对强弱，瓦斯体积分数对自由基/分子含量的影响，自由基/分子含量随时间变化过程。采用密度泛函理论下的（U）B3LYP方法，模拟分析了瓦斯爆炸的微观反应动力学过程，重点分析了单碳自由基的反应过程，涉及共132个反应，得出瓦斯爆炸链引发过程中的关键反应，瓦斯爆炸链传递过程中的关键自由基，瓦斯爆炸微观反应过程最有可能的历程。在借鉴已有火焰探测技术的基础上，结合研究得到的瓦斯爆炸感应期内光学特征，提出了瓦斯爆炸感应期内瓦斯爆炸探测系统的设计构想和原理，选取神经网络中的感知器和BP网络算法对瓦斯爆炸火焰进行了辨识，在实验室条件下，实现了对瓦斯爆炸感应期内火焰的辨识。项目在国内外重要期刊发表学术论文13篇（9篇已刊出，4篇已录用），其中SCI源刊1篇，EI源刊5篇（2篇已收录），CA收录2篇，CSCD收录及中文核心期刊5篇，完成硕士学位论文2篇，正在申请国家发明专利1项。 | 在多个瓦斯爆炸实验平台上进行多参数大批次实验，利用光谱仪获取的瓦斯爆炸火焰发射光谱和利用高速摄影机获取的瓦斯爆炸火焰图像，采用光谱分析方法、数值分析方法和图像处理技术，分析得出瓦斯爆炸感应期内火焰发射光谱和图像光学特征的分析方法、特征参数及其分布规律，以及出现概率较高的自由基、分子及其特征光谱；利用量子化学软件结合实验分析结果，对瓦斯氧化微观动力学过程进行分析，得出瓦斯氧化的关键基元反应、自由基和其微观动力学参数，以及与光学特征的关系；提出感应期内瓦斯爆炸探测系统的设计构想和原理，分析探测系统中利用光学特征辨识瓦斯爆炸火焰的方法，在实验室条件下实现对瓦斯爆炸感应期内火焰的辨识。瓦斯爆炸感应期内光学特征及微观动力学研究，可以为基于光学特征的感应期内瓦斯爆炸探测技术提供方法指导和数据支持，为瓦斯抑爆技术提供理论支持，为最终实现在矿井下及时预报瓦斯爆炸并抑制其发展成灾提供研究基础。
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| 预约机制和物联网环境下的集装箱堆场箱位优选干扰管理模型与算法 | 周鹏飞 | 20万 | 2011 | 工业工程与管理(G0110) | 71101014 | 大连理工大学 | 青年科学基金项目 | 集装箱码头；箱位优选；干扰管理；物联网； | 针对预约机制和物联网环境下的集装箱堆场翻箱落位优选和箱位分配问题，本项目从广义提交箱序列构建与求解研究出发，运用鲁棒调度和干扰管理的思想，对集装箱堆场翻箱落位优选和箱位分配问题展开了深入研究。主要成果有：1）针对预约机制和物联网条件下拖车到港提交箱时间的动态随机性，提出了广义提交箱序列，并推导得出其求解公式，用于不确定条件下的提交箱序列的表示和求解； 2）构建了基于Petri网的集装箱堆场进口提箱翻箱仿真模型，分析了翻倒概率相关性影响因素，并提出了翻倒概率近似公式，设计开发了基于差异翻倒概率的进口提箱翻箱落位启发式优选算法，算法结果较OH和IH算法改进15%以上，可满足实时求解要求；3）构建了基于广义提箱序列的进口箱提箱翻箱落位优化鲁棒模型，推导得出了广义提箱次序条件下的进口箱翻箱量期望递归求解式，开发了基于最小翻箱量期望的启发式算法，算法优于确定性方法10%以上；4）提出了出口交箱箱位分配计划的图表示方法，构建了出口交箱箱位分配鲁棒模型，开发了基于图的禁忌搜索求解算法，提高了收敛速度； 5）构建了混堆模式下出口交箱箱位分配干扰恢复模型，开发了基于图的改进禁忌搜索算法，较重调度方法减少隐性成本20%以上；6）在科学出版社和电子工业出版社出版学术专著2部，在重要学术刊物上发表论文12篇，申请专利1项，培养博士生1名，硕士生6名。上述研究可为不确定条件下的集装箱堆场箱位优选问题研究提供新思路和借鉴，具有推广应用价值。 | 针对预约机制和物联网环境下的集装箱堆场箱位优选问题，本项目从新环境对箱位优选问题的影响分析出发，运用干扰管理的思想，对堆场箱位优选问题进行深入研究，提出预约机制与物联网环境下的提交箱序列构建及其干扰发生度量方法；构建出口箱交箱阶段箱位优选与进口箱提箱阶段翻箱落位优选的干扰管理模型；开发虚拟路径迭代搜索算法与基于图的禁忌搜索算法，为解决集装箱堆场箱位优选问题提供新思路；并以大连港集装箱码头三期为平台展开应用研究。.本研究不仅为集装箱堆场箱位优选问题提出新的研究思路，对丰富干扰管理模型构建与算法设计具有重要理论意义；而且对解决码头箱位管理实际问题，降低码头系统受扰程度，实现精细化管理具有重要的实用价值。
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| 基于物联网的高压设备监测与状态评估研究 | 黄小庆 | 23万 | 2011 | 网络化系统分析与控制(F030103) | 61104090 | 湖南大学 | 青年科学基金项目 | 物联网；高压设备；状态监测；信息融合；设备标识 | 针对典型高压设备地理位置和工作场所的特殊性与局限性，以及有线网络在状态监测中的不足，研究了基于物联网的输变电设备监控体系，考虑了通信网络的安全策略，建立了包括三个级别通信接口的数据通信层结构。针对变电站和输电线路监测对象的不同，分别构建融合无线公网的输电线路WSN模型以及分簇的变电站设备状态监测网络模型，并提出网络延时优化策略。建立输变电设备EPC-96编码规则,实现了对高压设备的唯一标识，结合使用RFID标签能够维持低成本并保持灵活性，使设备数据库中的动态数据能够映射到EPC标签。同时，采用面向对象技术，在已有标准CIM模型的基础上进行扩展建模，实现多源异构输变电设备信息的规范、扩展与共享，使不同系统之间针对异构高压设备信息的互联、互通、互操作，为设备的状态评估和全寿命周期管理等高级应用提供模型支持。利用Petri网理论，针对设备信息重复建模和信息不全面等问题，初步验证了扩展模型的合理性。进一步地，建立了面向配电网故障诊断应用的统一信息模型，藉由CIM模型获取完备的故障源信息，提高故障诊断的准确性和可靠性。研究异构参数的集成方法，建立高压设备监测数据的信息融合模型。针对海量物联网信息，将信息融合分为数据级融合、特征级融合和决策级融合，并针对故障预警信息自身的模糊性，以及故障与预警信息之间的模糊关系，在信息预处理和局部融合阶段，采用模糊理论的信息融合办法，得到局部诊断结果。进而，基于局部诊断结果，通过引入证据理论，实现对各局部融合结果的决策融合与诊断，得出一致的诊断结果。在此基础上，采用基于模糊数学的算法，建立典型高压设备健康状态评估模型。构建了包括自身故障模型、线路潮流模型、外界环境因素模型等三种模型的综合线路模型。同时，运用马尔科夫理论建立了具有两套主保护的故障模型，构建输电线路的状态转移图，并基于线路运行历史数据样本得到线路的马尔科夫状态转移概率矩阵。在此基础上，利用状态转移概率矩阵和输电线路当前的运行状态，解析将来时间里的输电线路运行状态变化的概率，实现对输电线路可靠性的评估。同时提出模型的地域性和季节性修正方法。针对基于物联网的高压设备状态监测中存在的不确定性因素，应用一种基于自适应丢包的SAV报文估计算法对变电站的多个SAV报文估计，仿真结果表明，将该算法嵌入到常规继电保护算法中，可以有效解决SAV报文发生延迟或丢失带来的安全隐患。 | 针对断路器、互感器、避雷器等典型高压设备地理位置和工作场所的特殊性与局限性，以及有线网络在状态监测中的不足，研究高压设备状态监测系统的网络架构、感知体系、通讯模型与接口规范、网络安全等。设计支持远距离、多数据类型、满足异构融合机制和故障条件下自愈规则的无线传感器监测网络；构建基于RFID的无线传感网络，设计基于超高频协议的无线传感器标签和阅读器，提出一体化状态监测系统的架构模型；建立无线传感数据的标准信息模型，提出异构多源传感数据的集成方案，研究高压设备监测数据的耦合关系并优化信息融合方法。进一步地，采用基于模糊数学的算法，建立典型高压设备健康状态评估模型，并提出模型的地域性（海拔、地形地貌）和季节性修正方法。结合数字仿真和现场实验，验证无线监测网络的有效性和状态评估模型的准确性。本研究拓展了物联网技术的行业应用，为解决高压设备状态从定期检修向状态检修转变的实际工程问题提供了新途径。
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| 植物油基芳香型多元醇及聚氨酯硬泡沫的合成制备与结构性能 | 孔晓华 | 58万 | 2011 | 基于可再生资源高分子(B050305) | 21174047 | 黄石理工学院 | 面上项目 | 能源危机；植物油；聚氨酯；芳香多元醇； | 当前人类面临两大世界性难题，一是资源（能源）危机问题，二是环境污染问题。由于石油资源的大量开采和石油产品消耗量的迅速增加，造成石油资源日趋枯竭，环境污染日渐严重。特别是人们大量使用难以降解的塑料，造成的―白色污染令人触目惊心。寻找可持续发展的新资源，探索和研究环境友好绿色材料，成为目前人类生存发展的一个重要课题。天然材料农作物是依靠植物光合作用而生长获得的，资源极其丰富，具有可持续发展性，且在自然环境中易于降解，是解决上述问题的理想研究对象。本项目提出由植物油合成制备绿色聚氨酯硬泡沫。首先通过皂化反应对油脂分子进行改性, 提纯得到不饱和脂肪酸，然后通过溴化、溴化氢脱除、开环三聚、还原等反应合成功能性芳香型多元醇单体，进而与多异氰酸酯反应制备绿色芳香性聚氨酯泡沫(结构绝缘板)。 在从单体合成到聚氨酯泡沫(结构绝缘板)制备的整个过程中构建合成聚合条件、单体超分子结构、最终产物微结构及其物理化学性能之间的关系，为利用自然界存在的各种油脂分子合成新型绿色高分子材料提供理论参考，同时为深加工油籽、植物油及其废弃物以获得高价值工业品拓宽应用领域。 | 目前高分子材料的生产多以不可再生资源石油为主要原料。由于石油资源的大量开采和石油产品消耗量的迅速增加，造成资源枯竭与环境污染两大世界性难题。为解决这两大难题，最有前途的办法可能是以天然丰富的农作物及其产品替代石油合成绿色高分子材料。本申请项目沿此思路提出一个示范性的具体操作方案，由植物油合成制备绿色聚氨酯硬泡沫。首先通过皂化反应对油脂分子进行改性, 提纯得到不饱和脂肪酸，然后通过溴化、溴化氢脱除、开环三聚、还原等反应合成功能性芳香型多元醇单体，进而与多异氰酸酯反应制备绿色芳香性聚氨酯硬泡沫，试图在从单体合成到高分子材料制备的整个过程中构建合成聚合条件、单体超分子结构、最终产物微结构及其物理化学性能之间的关系，为利用自然界存在的各种油脂分子合成新型绿色高分子材料提供理论参考，同时为深加工油籽、植物油及其废弃物以获得高价值工业品拓宽应用领域。
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| 复杂资源受限项目调度问题及其混合智能算法研究 | 王凌 | 59万 | 2011 | 系统优化与调度(F030212) | 61174189 | 清华大学 | 面上项目 | 资源受限项目调度；混合智能算法；多目标；不确定；柔性调度 | 资源受限调度问题（RCPSP）具有广泛的应用背景，其建模与优化算法的研究具有重要的学术意义和应用价值。本项目主要研究基于混合智能优化的项目调度与生产调度理论与方法，尤其是分布估计算法、人工蜂群算法、教学算法等混合智能算法，重点解决多模式RCPSP、多目标RCPSP、不确定RCPSP以及柔性生产调度问题，运用各种计算智能与问题信息的交叉融合，提出了高效的混合智能优化调度算法，并通过数值仿真与性能比较验证了所提算法的有效性。在问题建模、编码与解码、算法与操作设计、算法理论与应用推广等方面取得了若干具有创新性的成果，有助于推动复杂调度问题与混合智能算法的研究、发展与应用，并促进相关学科的发展。项目负责人获2014年度国家自然科学二等奖（排名第2）、2015年国家杰出青年科学基金，并获2014年度《自动化学报》优秀论文奖以及若干国内外学术会议优秀论文奖，培养研究生获清华大学优秀博士论文、优秀硕士论文，并受邀做ICHSA’2015大会报告。本项目完成博士论文4篇、硕士论文3篇，出版专著1部、授权专利1项、发表和录用学术论文65篇，其中国际期刊论文38篇（包括1篇IEEE-TEM长文、1篇IEEE-TSMC长文、2篇IEEE-TASE长文、1篇OMEGA、2篇IJPE、6篇IJPR等著名国际期刊论文），已被SCI检索34篇，已被EI检索61篇。 | 资源受限项目调度问题(RCPSP)应用背景广泛，但存在大规模、多极小、强约束、多目标、不确定、NP-hard等复杂性，其研究具有重要的学术意义和应用价值。本项目围绕多模式RCPSP、多目标RCPSP、不确定RCPSP及其组合和扩展问题，针对问题的诸多复杂性，以新型计算智能为主要搜索机制，以算法有机混合为主要设计途径，以典型RCPSP的研究为基础，以数学分析与计算机仿真为主要研究手段，研究多类复杂RCPSP及其高效Memetic算法(MA)，包括基于蛙跳算法、分布估计算法、人工蜂群算法、和声搜索的MA，旨在问题建模、调度规则提取、混合框架设计、局部调整操作、全局搜索操作、算法性能分析与比较、算法参数设置等方面取得一系列有指导价值的理论与算法成果，并在实际复杂调度问题上开展初步应用，推动项目调度和混合智能优化的研究与发展。
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| 全光谱高显色性钪硅酸盐LED荧光粉的研究 | 张家骅 | 60万 | 2011 | 发光及显示材料(E020702) | 51172226 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 面上项目 | 白光LED；荧光粉；能量传递；； | 基于蓝光GaN芯片的荧光粉转换的白光LED可望成为下一代照明新光源，但是目前，单一商用LED荧光粉的光谱成分不均衡，转化白光的显色性差，需要绿、黄、红几种荧光粉混合才能获得全光谱高显色性白光，但导致器件流明效率下降和性能不一致性等问题。本项目在前期研究工作基础上，提出选择高效绿色发光材料Ce3+掺杂钪硅酸盐为母体，探索基于蓝光LED芯片激发的全光谱钪硅酸盐荧光粉，为实现高显色白光LED奠定基础。掺铈钪硅酸盐原本为绿光发射，由于缺少红色成分，不能合成白光。项目组开展了一系列引入红色发光中心方法的研究，分别采用，（1）氮化技术引入N取代O，增强Ce3+周围配位键的共价性、将部分原来发绿光的Ce3+转化为发红光；（2）掺杂技术引入红色发光中心Mn2+,和Pr3+；（3）添加Lu、Mg组分改变晶场环境，使发光谱带的位置红移同时展宽。在此基础上，通过绿色发光中心Ce3+向引入的红色发光中心的有效能量传递，实现了光谱调控和全光谱LED白光，获得了显色指数达到90的高显色性LED白光，为开发新型白光LED荧光粉提供了重要理论和实验基础。 | 基于蓝光GaN芯片的荧光粉转换的白光LED可望成为下一代照明新光源。目前，单一商用LED荧光粉的光谱成分不均衡，转化白光的显色性差，需要绿、黄、红几种荧光粉混合才能获得全光谱高显色性白光，但导致器件流明效率下降和性能不一致性等问题。本项目在前期研究工作基础上，提出选择高效绿色发光材料Ce3+掺杂钪硅酸盐为母体，采用氮化技术实现N取代部分O，调控Ce3+周围局域配位环境，在保留原有绿色Ce3+发光中心的同时产生新的红色Ce3+中心。充分考虑离子非等价取代下的电荷补偿，系统研究N含量与材料组成、氮化工艺的关系，研究材料的发光性质特别是绿色Ce3+与红色Ce3+中心间的能量传递以及温度特性，优化光谱分布和发光效率，最终获得绿、红光谱成分均衡的全光谱高显色性的单一钪硅酸盐LED荧光粉。本项目对于获得具有我国自主知识产权的先进LED荧光粉，促进我国固态照明研究与产业的发展具有重要意义。
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| 益生菌拮抗口腔念珠菌作用及机制的研究 | 闫志敏 | 20万 | 2010 | 牙周及口腔黏膜疾病(H1405) | 81000441 | 北京大学 | 青年科学基金项目 | 益生菌；口腔；念珠菌；； | 本项目拟开展益生菌拮抗口腔念珠菌作用及机制的探索性研究。三年来课题组紧密围绕本项目的研究目标和内容进行了多角度的探索，进行和完成了以下研究内容：（1）完成了口腔念珠菌感染者20例和性别、年龄、全身和口腔健康状况等匹配的非感染者20例唾液、含漱液和病损区细胞刷标本的收集和DNA提取。完成了口腔念珠菌感染前后（n=10例/组）唾液、含漱液标本的收集和DNA提取，通过宏基因组学进行菌群间差异分析。相关样本已送华大基因进行测序和分析。在该部分研究中，我们发现除念珠菌属外，同为真菌的红酵母属可在口腔中与念珠菌属共存，且分离率呈显著上升趋势。为明确其在口腔真菌感染中的可能作用和念珠菌属的相关性，我们进行了三年间口腔红酵母属的分离鉴定、携带状况及药物敏感性研究（相关论著发表于中华口腔医学杂志.2012;47(suppl): 108- 112）。（2）完成了益生菌制剂拮抗口腔念珠菌作用的体外研究。该部分通过琼脂扩散法筛选对拮抗念珠菌作用的益生菌株，荧光显微镜观察益生菌对白色念珠菌的菌丝相和孢子相的双相转换，激光共聚焦显微镜观察白色念珠菌与益生菌共培养后的白色念珠菌活死菌数的差异，扫描电镜观察益生菌对念珠菌的作用机理的系列实验，首次阐明了枯草杆菌株Bacillus subtilis具有较强的拮抗口腔白色念珠菌的作用（经检索未见相关文献报道）。其作用机理与枯草杆菌抑制白色念珠菌向菌丝相转换，以及共培养致白色念珠菌表面皱缩和凹陷变形相关。在进一步的机理研究中，棋盘式微量液基稀释法测得枯草杆菌分泌的脂肽类抗生素Iturin A具有较强的抑制白色念珠菌的作用（MIC=31.25ug/mL）。XTT还原法显示枯草杆菌分泌的两种脂肽类抗生素Iturin A和Surfactin能抑制白色念珠菌生物膜的形成。综上所述，该部分研究为益生菌枯草杆菌Bacillus subtilis R0179潜在的临床应用奠定了基础。（论文已整理成篇拟投SCI期刊，部分研究内容已投稿参加国际学术会议交流）（3）本项目原计划利用动物实验研究益生菌对口腔念珠菌抑制作用，但经咨询北京大学医学部动物实验中心暂不具备建立该感染动物模型的条件，并同时考虑到动物福利，根据替代原则，该部分研究拟通过构建体外上皮模型研究来替代动物实验。目前体外构建的上皮模型对益生菌对口腔念珠菌抑制作用的研究正在进行中。 | 益生菌是能够促进菌群生态平衡、对宿主起有益作用的微生态调节剂，被广泛用于肠道菌群失调和阴道感染的防治。然而人体益生菌对菌群失调相关的口腔念珠菌病的作用尚不清楚，口腔中是否存在具有"益生菌"潜能的自然菌群尚未明确。本研究拟从口腔念珠菌感染前后的人群队列研究入手，通过口腔细菌的分离培养和分子生物学等多种手段分析口腔念珠菌感染前后菌群的变化和差异，筛选口腔微生态环境中有"益生菌"潜力、可能发挥拮抗念珠菌作用的菌群。进一步通过体外实验观察人体益生菌和筛选出的口腔益生菌对念珠菌生长的抑制作用、颊粘膜上皮粘附和生物膜形成影响，探讨益生菌对口腔念珠菌的抑制作用及可能的机制。在此基础上，通过大鼠抗生素性口腔念珠菌感染模型，观察益生菌对口腔念珠菌感染的预防和治疗作用及其作用机制，为口腔念珠菌病的防治提供崭新的思路，为临床应用提供可靠的依据。
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| c-di-GMP信号通路调节变形链球菌生物膜形成的分子机制 | 闫文娟 | 22万 | 2011 | 牙体牙髓及根尖周组织疾病(H1404) | 81100747 | 南方医科大学 | 青年科学基金项目 | 环二鸟苷酸；变形链球菌；生物膜；RgpAc；核糖开关 | 龋病是人类最常见的细菌感染性疾病之一。变形链球菌是主要的致病菌，其在牙面上形成菌斑生物膜是其中一个重要的毒力因子。研究发现变形链球菌中存在c-di-GMP信号通路，外源性c-di-GMP的加入和内源性c-di-GMP的丧失均会降低变形链球菌的致龋特性(表现为生物膜形成量减少)，但其机制尚不清楚。对这些问题进一步的研究将有助于加深对变形链球菌中c-di-GMP信号途径的作用方式的认识，也为探索新的防龋方法提供了依据。方向：本研究从c-di-GMP信号通路下游探索影响变形链球菌致龋特性尤其是生物膜形成的调控网络的关键环节。主要内容：本研究采用同源重组的方式构建变形链球菌gcp基因突变菌株，命名为gcp-KO，并观察gcp 基因失活后变形链球菌生物学特性的改变。我们比较变形链球菌野生菌株和gcp 基因突变菌株基因表达的差异情况，筛选与生物膜相关的基因，进入后续研究。与外源性c-di-GMP对变形链球菌基因表达影响的实验结果对比后，我们选择了RgpAc基因作为后续实验。研究采用同源重组的方式构建变形链球菌RgpAc基因突变菌株，命名为RgpAc-KO，并使用统计学方法对比了野生菌株和突变菌株形成的胞外多糖合成能力。当变形链球菌的RgpAc基因敲除后，合成水溶性葡聚糖和胞外多糖的能力均下降，导致生物膜形成的基质缺乏，最终抑制了生物膜的形成。突变菌株加入不同浓度的c-di-GMP之后，生物膜形成能力增加，推测原因是外源性的c-di-GMP增加后促进了其与下游信号通路受体的结合，最终使生物膜的形成量增加。采用RNAfold软件分析RgpAc基因的非编码RNA的二级结构，构建了RgpAc基因荧光素酶报告基因载体和体外转录载体，为后续实验提供了一个重要的研究平台。意义：研究结果扩展了人们对c-di-GMP 这一在细菌中极为重要的第二信使在革兰氏阳性菌中作用机制的了解。 | 我们已证实c-di-GMP信号系统存在于变形链球菌，内源性c-di-GMP丧失和外源性c-di-GMP加入均降低变形链球菌生物膜形成能力，但机制未明。基于2009年其它细菌的研究证明，c-di-GMP通过其受体（尤其是Riboswitch受体：广泛存在于各种细菌，具有特殊mRNA结构，位于5'端上游）共同调控细菌毒力。用RibEx软件分析变形链球菌rgpAc 基因5'端-400－0 nt的二级结构，发现多个发夹结构，可能是变形链球菌c-di-GMP的结合区域.本项目拟：1.研究c-di-GMP在变形链球菌生物膜形成中的效应分子；2.探讨c-di-GMP是否通过Riboswitch途径影响rgpAc转录。3.分析生物膜相关基因rgpAC、LuxS和gtfBCD在介导c-di-GMP效应中的作用；研究结果将扩展人们对c-di-GMP在革兰氏阳性菌中作用的了解，为龋病病因学和预防学研究奠定基础。
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| 蝌蚪形蛋白质-高分子嵌段共聚物的构建及自组装 | 何乃普 | 53万 | 2011 | 高分子接枝与嵌段(B050301) | 21164003 | 兰州交通大学 | 无 | 蝌蚪形；蛋白质-高分子共聚物；原子转移自由基聚合；自组装；刺激响应 | 蛋白质-高分子共聚物为蛋白质和合成高分子之间建起了一座理想的桥梁，既有合成高分子良好的物理性能，也具备蛋白质的复杂分级结构、自组装特性和生物功能。在该项目资助下，构建了pH敏感性牛血清白蛋白（BSA）-聚丙烯酸钠共聚物（BSA-PANa）、蝌蚪形BSA-聚N,N-二乙基丙烯酰胺（PDEAAm）嵌段共聚物（BSA-b-PDEAAm）、pH和温度双重敏感性BSA-聚甲基丙烯酸N,N二甲基氨基乙酯共聚物（BSA-PDMAEMA）以及两亲性BSA-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物（BSA-PMMA）。研究了这些蛋白质-高分子共聚物在溶液中的自组装行为以及环境刺激响应性。同时，研究了球状蛋白与壳聚糖在溶液中的自组装行为。并提出了相关自组装机理，为研究蛋白质-高分子共聚物的自组装行为奠定了理论基础。成功制备了蛋白质/高分子纳米微球和多层膜。采用原子转移自由基聚合（ATRP）技术制备了分子量可控和末端功能化的合成高分子，为进一步与蛋白质的共价结合奠定了基础。随后，确定了构建蝌蚪形和多臂蛋白质-高分子共聚物的制备方法。它们在溶液中的自组装行为受到蛋白质和高分子链段的影响，呈现不同的自组装结构。这类巨型大分子的环境刺激响应性是蛋白质和高分子协同作用的结果。自组装机理研究涉及蛋白质和合成高分子的聚集态结构，自组装机理复杂。 | 以球状蛋白为嵌段的蝌蚪形嵌段共聚物是线性高分子在球状蛋白特定位置共价结合的产物。与一般嵌段共聚物相比，具有分子量大、体积大，分子结构中含有单分散性嵌段（即蛋白质）等特点，是典型的生物高分子杂合体；同时，由于这类分子中含有生物高分子和合成高分子两种嵌段，适宜多层次、多组分自组装，并具有独特的生物功能。本项目拟构建一系列全亲水性蝌蚪形蛋白质-聚电解质嵌段共聚物，研究其自组装行为。拟以带有二硫吡啶等活性基团的小分子为引发剂，以阴离子丙烯酸系列和阳离子甲基丙烯酸氨基乙酯系列为单体，以牛血清白蛋白分子中氨基酸序列34位的半胱氨酸残基上的自由巯基为共价结合位点，采用原子转移自由基聚合技术制备分子量精确可控的新型蝌蚪形嵌段共聚物。研究这类分子的自组装过程、自组装可控性和调控规律，探讨自组装机理。为设计和构建结构确定及功能独特的新型材料提供思路；为实现这类分子多层次、多组分自组装可控性提供理指导。
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| 通过“超广谱”耐药摩氏摩根菌寻找新型抗菌药物 | 刘忆霜 | 20万 | 2011 | 微生物药物(H3003) | 81102353 | 中国医学科学院医药生物技术研究所 | 青年科学基金项目 | 细菌耐药；抗菌药物；摩氏摩根菌；作用机制；模式菌株 | 细菌耐药问题是21世纪最严重的公共健康问题之一。耐药细菌和多药耐药细菌的不断出现与快速传播，使细菌感染的预防、治疗与控制面临着严峻的挑战。而与细菌耐药性不断出现相对的是具有全新结构骨架和作用机制的抗菌药物的匮乏。因此，加速新型抗菌药物的研制对于有效控制耐药菌的产生与传播具有重要意义。“全细胞筛选”策略是抗菌药物发现最为有效的手段。而为了获得新结构、新机制的抗菌药物，用于筛选的模式菌株应当具有广泛的耐药性，其耐药谱越广就越可能排除已有类型活性化合物，筛得新型活性化合物的几率也就越高，特别是对于成分难以预测的天然产物，良好的模式菌株对于新型活性产物的发现尤为重要。本研究旨在以本课题组前期发现的对绝大多数现有抗菌药物均显著耐药的摩氏摩根菌KL-225为模式菌株，建立抗“超广谱”耐药菌活性化合物筛选模型，获得可克服细菌耐药性的新型活性化合物并对其进行评价，研究其作用机制，以获得具有全新作用机制和全新结构的新型抗菌先导化合物。本研究构建了以“超广谱”耐药摩氏摩根菌KL-225为模式菌株的抗菌药物筛选模型，获得能有效克服细菌耐药性的全新结构抗菌先导化合物4个；其中3个化合物完成了抗菌谱检测，对包括耐药菌株和敏感菌株在内的多种细菌均具有显著活性；其中2个完成了毒性检测，且作用机制研究证明其作用靶点不同于现有抗菌药物，应为新型抗菌活性先导化合物；此外，对KL-225耐药机制的研究也取得了显著进展。这些工作为新型抗菌药物，特别是抗耐药菌药物的研发奠定了基础：对于KL-225耐药机制的研究完善了KL-225作为新型抗菌药物筛选模式菌株的可行性，为新药筛选提供了良好的工具；以“超广谱”耐药摩氏摩根菌KL-225为模式菌株的新型抗菌药物筛选模型的构建为新药发现提供了有效途径；新型抗菌活性化合物的发现、成药性评价以及作用机制研究为新型抗菌药物的研发提供了具有潜力的先导化合物。 | "超级细菌"为代表的耐药细菌的相继出现警示我们研发全新抗耐药菌药物已迫在眉睫。菌株KL-225是本课题组从病死的鲍鱼中获得的"超广谱"耐药菌株，其对多种类别的抗生素均为高水平耐药，KL-225经鉴定为G-的摩氏摩根菌，G-耐药菌耐药机理更复杂，且KL-225为肠道内条件致病菌，安全性好，易培养。本课题旨在以KL-225为模式生物，构建抗"超广谱"耐药菌药物模型，从以微生物代谢产物为主的样品中筛选具全新机理和结构的活性化合物，并对其进行抗菌谱、毒性和体内抗菌活性等一系列评价，验证其新作用机理，以期获得具有开发前景的抗"超广谱"耐药菌的候选药物。课题意义在于：1.建立通过KL-225寻找新型抗菌药物的方法体系，获得新型抗"超广谱"耐药菌候选药物；2.对于获得活性化合物的作用机理研究将可能揭示抗细菌药物的新潜在靶标，并完善"细菌模型- - 活性化合物- - 新抗菌药物靶标- - 新型抗菌药物"的科研体系。
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| 以细菌种间喹诺酮信号为靶标的新型广谱抗毒力药物研究 | 宫倩红 | 23万 | 2011 | 海洋药物(H3005) | 81102368 | 中国海洋大学 | 青年科学基金项目 | 细菌群体感应；假单胞喹诺酮信号系统；细菌群体感应抑制剂；抗毒力；海洋真菌 | 细菌耐药是21世纪的难题。传统抗生素以杀死或抑制细菌生长为目的，在这种巨大的选择压力下，产生了耐药菌。新的抗菌策略则是研发抗细菌毒力药物，不杀死细菌，因此没有选择压力，理论上不易产生耐药性。细菌的毒力如毒素、裂解酶、生物膜、swarming以及特殊的分泌系统等都可以由细菌群体感应系统调控。因此细菌群体感应是新型抗生素的良好靶点，细菌通过信号分子介导的信息交流方式即为群体感应。目前已经发现了大量的细菌群体感应抑制剂，但是针对假单胞喹诺酮信号(PQS)系统的抑制剂很少，因此本项目的就是构建PQS系统的抑制剂筛选体系，从海洋微生物和海洋化合物库中筛选PQS抑制剂。 利用pqsA的启动子和报告基因sacB构建了报告菌株，利用阳性化合物，优化筛选体系，构建了3种喹诺酮信号系统抑制因子的筛选体系，可以通过液体培养模式进行高通量筛选，通过固体培养模式进行活性化合物追踪。 利用构建的筛选体系从化合物库中筛选到阳性化合物1、2和3，从海洋真菌中筛选到三个阳性菌株，通过18S rDNA的序列分析初步鉴定命名为Penicillium sp. SY004、Aspergillus sp. SY012和Aspergillus sp. SY029。从阳性菌株Aspergillus sp. SY012和Aspergillus sp. SY029中分离到阳性化合物4和阳性化合物5，分别属于一种吲哚类化合物和丁内酯-1。 对于化合物4进行了体内外活性评价，证明该化合物在不抑制细菌生长的浓度下，能在体外抑制铜绿假单胞菌的弹性蛋白酶、绿脓菌素和鼠李糖脂的表达水平，并能够抑制其swarming运动行为能力；在小鼠移植感染模型中，能够提高感染小鼠的存活率，诱导对于移植材料表面的铜绿假单胞菌的清除及其表面的生物被膜的清除，具有一定的抗感染应用价值。 对于化合物5进行了体外活性评价，化合物5能够降低铜绿假单胞菌的弹性蛋白酶、绿脓菌素和鼠李糖脂的产量；并抑制其swarming运动行为能力以及生物被膜的形成；在转录水平抑制群体感应相关基因的表达水平。为探讨其抗菌作用机理，在异源大肠杆菌报告菌株中分别证实其对于las和pqs系统均有抑制作用。该化合物还能抑制紫色杆菌群体感应调控的紫色菌素的产生。化合物5为进一步构效关系研究提供了良好的素材。 | 随着抗菌药物的广泛使用，细菌耐药已成为人类面临的最大生存危机。传统的抗菌药物是通过干扰细菌蛋白质合成、DNA复制、细胞壁合成等重要生命过程直接杀死或者抑制细菌生长达到抗感染的目的，在这种生存压力下，病原菌易产生耐药性。由于传统的抗生素筛选方式已经不能解决耐药性问题，目前逐渐转向以病原菌的毒力为靶点的抗毒力药物的研发。为发现广谱性的抗细菌毒力药物，本课题拟以病原菌种间信息交流中的喹诺酮信号系统为靶点，在全面分析和掌握调控机制的基础上，选择适当的喹诺酮信号分子和相应的基因调控元件，人为地模拟细菌在宿主体内的细胞间信息交流，构建高效的喹诺酮信号系统抑制因子筛选体系，从海洋化合物库和海洋环境微生物中筛选活性化合物，并利用体内外模型评价其抗毒力作用、广谱效果，探讨其作用机理。本课题属于前沿研究领域的探索性课题，将为新型抗菌药物的发现提供理论依据和技术支撑，为海洋活性物质的研究和开发引入新理念和方法。
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| 基于催化水热体系木质纤维组分解离及其机理研究 | 张学铭 | 63万 | 2011 | 造纸与制浆(C160402) | 31170557 | 北京林业大学 | 面上项目 | 生物质能源；预处理；木质素；多糖；微观结构 | 木质生物质是世界上储量最丰富的可再生碳源，基于绿色溶剂体系预处理，实现生物质中各组分的高效分离，获得反应活性高、结构完整的半纤维素、木质素和纤维素，有利于实现生物质高值转化及利用,并有望替代不可再生的化石基能源。本项目的研究结果主要表现在两个方面：（1）采用全溶体系、氨水水热体系、催化水热体系、γ-戊内酯/水体系以及膨化/弱碱体系预处理农林生物质，高效分离各大组分，通过系列检测表征各组分的结构特点，阐明不同体系中各组分的溶解及降解机理。（2）采用系列技术全面表征热处理后细胞壁微观结构变化、多糖及木质素键合机制，解析多糖及木质素在细胞壁的分布特点及其溶出规律，从分子水平上揭示多糖及木质素结构与分离效果之间的构效关系。 本项目利用化学和微观的综合研究探索了预处理过程中各组分的解离机制，为实现生物质组分的高效分离和利用提供了理论基础和实验依据。 | 高值化利用生物质中的纤维素、半纤维素和木质素定向转化为乙醇及生物基材料，替代不可再生的化石资源，已经成为世界重大热门研究课题之一。但由于生物质组分多、结构复杂，尚不能实现各组分的高效分离，限制了生物质高值转化及利用。本项目拟采用超/亚临界水为核心的水热体系为媒介，Ni、LiOH、FeS及钒氧化物等为催化剂，开展木质纤维多糖及木质素全组分清洁、高效分离的研究。采用RS、CLSM、GC-MS、XRD、SEM、TEM、NMR等系列技术全面表征催化水热体系处理后细胞壁微观结构变化、多糖及木质素键合机制，解析多糖及木质素在细胞壁的分布特点及其溶出规律，从分子水平上揭示多糖及木质素结构与分离效果之间的构效关系，阐明不同种类催化剂在水热体系中的催化机理。通过采用环境友好催化水热体系萃取技术实现生物质各组分的逐级分离，获得反应活性高、结构完整的半纤维素、木质素和纤维素，为生物质的高值化利用奠定理论基础。
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| 高温液态水-纤维素酶水解生物质构建高效糖平台的机理研究 | 庄新姝 | 60万 | 2011 | 生物质能利用中的工程热物理问题(E060702) | 51176196 | 中国科学院广州能源研究所 | 面上项目 | 高温液态水；纤维素酶；水解；糖平台；机理 | 将生物质中的半纤维素和纤维素通过水解获得低聚糖和单糖等糖类产物是生产纤维素乙醇、丁醇、生物汽油、糠醛等能源化工产品的必备基础。本项目借助自行搭建的2套水解装置，选取有代表性和应用潜力的桉木、甜高粱秆渣、甘蔗渣、狼尾草I号、狼尾草II号和柳枝稷为原料，研究了不同种类生物质原料在渗滤和间歇反应器中的水解情况，建立了近临界水预处理-纤维素酶最优水解工艺： 180℃，固液比1:20, 4 MPa或饱和蒸汽压下，500 rpm， 处理20min或40min；酶解最优工艺：50℃，pH4.8，添加Tween80 0.175 ml或0.125 ml/g底物，酶添加量20FPU/g纤维素，搅拌酶解96-120 h。可回收85%以上的半纤维素衍生糖，纤维素酶解糖收率可达90%。木质纤维素经高温液态水预处理后，纤维素聚合度下降，在细胞壁中分布趋于均质化；半纤维素被大部分降解，其降解动力学符合一级连串均相反应模型，经核磁共振波谱及免疫共聚焦显微分析，生物质中的半纤维素主要是典型的O-乙酰基-4-O-甲基葡萄糖醛酸基木聚糖结构；木质素被部分降解，其分子量减小，木质素降解产物主要来自对羟苯基结构（H）单元，愈创木基（G）结构单位和紫丁香基（S）结构单元，木质素在细胞壁中发生了由内到外的迁移，且形成了球形颗粒附着在物料表面，通过空间位阻作用阻碍纤维素的酶解。另外，木质纤维素经高温液态水处理后，结晶指数和比表面积增大，表面结构变得疏松，半纤维素和木质素相关化学基团被降解，分子氢键连接被破坏，酶解效率有所提高。通过搅拌、添加Tween80、分批补料的方式能大幅提高高底物浓度下纤维素的糖化效率和产糖浓度，其酶解行为符合分形动力学模型。预处理物料中残存木质素可吸附纤维素酶导致酶解效率的下降，Tween80能减弱木质素对纤维素酶的无效吸附。葡萄糖浓度的增加会加剧其与纤维素酶表面的色氨酸相互作用，影响底物与酶的结合，导致糖化效率下降。以ZGA451FD离子交换树脂分离纯化低聚木糖，其收率可达88%。水氨预处理可脱除木素，有效回收糖产物。以上研究较完整地揭示了木质纤维素类生物质近临界水结合酶解的糖平台构建机制，为生物炼制打下基础。共发表（接收）论文16篇，其中SCI 10 篇，EI 4 篇，核心2篇，第一标注SCI/EI 8篇；参加国际/国内学术会议5次，做特邀报告2次；申请发明专利4项，授权2项。 | 将生物质中的糖基高分子聚合物-半纤维素和纤维素通过水解获得低聚糖和单糖等糖类产物，构建糖平台，是生产纤维素乙醇、丁醇、生物汽油、糠醛等能源化工产品，进而实现生物炼制的必备基础。本项目基于基金50776093的研究成果，借助自行搭建的2套水解试验台，进一步研究典型生物质在高温液态水之近邻界水的传热传质行为，揭示水解机理，同时选择合适的纤维素酶，借助先进的仪器分析手段，研究高温液态水预处理后的底物组分、分子官能团、分子构象、纤维素聚合度、结晶度、孔隙度等变化，关联纤维素酶水解过程中的超分子结构变化，揭示纤维素酶水解机理，指导在高温液态水-纤维素酶水解体系中实现糖类产物的最大回收；同时基于研究在此过程中木质素残渣的组成、结构变化等信息，为木质素的进一步利用提供参考。通过以上研究，将为构建高效糖平台、生物质全组分的有效利用提供理论基础，为推动生物炼制产业的发展奠定基础。
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| 变频真空微波预处理玉米秸秆的研究 | 李冬梅 | 25万 | 2011 | 环境工程(E0804) | 51108116 | 哈尔滨工业大学 | 青年科学基金项目 | 玉米秸秆；预处理；变频真空微波；数学模型；数值模拟 | 针对目前纤维素乙醇生产中，玉米秸秆预处理工艺存在成本高和产生对后续糖化发酵工艺抑制物质的问题，基于微波化学和多孔介质传热学原理，提出变频真空微波预处理玉米秸秆，通过秸秆干燥实验，利用Page方程对干燥过程进行数值拟合，计算秸秆样品在试验温度范围内的有效湿分扩散系数、活化能和干燥动力学方程，明确了温度对有效湿分扩散系数的具体影响；通过拉伸压缩实验确定最大拉力范围是160.3～275.4N, 弹性模量范围是8.56～20.46 GPa；通过耦合电磁场基本方程、热质传递方程、力学方程，结合秸秆传质参数和脆断参数建立秸秆在微波作用下的数学模型，对秸秆内部温度分布、压强梯度和体积变化进行了数学模拟，通过计算得到秸秆在变频真空微波处理过程中的最大形变，确定最佳工艺参数为：真空度35-65(kPa)，微波功率0.27-0.35(w/g)，微波加热时间10-15(s)，微波关闭时间30-40(s)。在最佳处理条件下，预处理后的秸秆移除25.7%的抽提物等杂质，获得了84%的理论葡萄糖产量和和87%的理论乙醇产量；结合秸秆内部形貌表征和数值模拟结果可知，秸秆在变频真空微波处理条件下，随着处理强度的增加，秸秆内部温度逐渐升高，秸秆内部的水分在真空条件下在较低温度就能气化，使秸秆内部压强增加，体积膨胀，秸秆内部结合较松散的薄壁细胞发生断裂，覆盖厚壁细胞的抽提物去除，秸秆的致密结构破坏，微纤维暴露 利于纤维素酶的作用，由于处理温度较低，在处理过程中没有对纤维素酶和酵母菌的糠醛类毒性物质产生，可以获得较高的酶解率和酒精得率。 | 针对目前纤维素乙醇生产中，玉米秸秆预处理工艺存在成本高和产生对后续糖化发酵工艺抑制物质的问题，基于微波化学和多孔介质传热学原理，提出变频真空微波预处理玉米秸秆，通过建立在变频微波真空条件下秸秆物料内部辐射传热传质模型、动力学反应模型和水分在秸秆物料内部和表面的相变及传质模型，定量描述秸秆在真空变频微波预处理系统的能量、结构和物质变化的全过程。通过本课题的研究，有望在保证预处理效果的前提下，降低预处理的温度和时间，为解决预处理抑制产物过多的问题和降低预处理成本奠定基础。
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| 原花青素减少2型糖尿病肾病发生及抗炎机制研究 | 张召锋 | 23万 | 2011 | 人类营养(H2603) | 81102116 | 北京大学 | 青年科学基金项目 | 葡萄籽原花青素；糖尿病肾病；系膜细胞；足细胞；糖尿病 | 本研究通过动物实验和细胞实验评估葡萄籽原花青素（GSPE）对糖尿病肾病（DN）发生、氧化应激和炎症反应的影响，并探讨其可能的作用机制。动物实验中，GSPE可改善大鼠“三多一少”症状，即增加大鼠体重，减少其进食量、饮水量及尿量；GSPE有一定程度降血糖、降血压和促进胰岛B细胞分泌功能；GSPE可有效降低糖尿病大鼠24h尿蛋白、血尿素氮（BUN）、血清肌酐（SCr）、内生肌酐清除率（CCr）和肾体比，从而改善糖尿病大鼠的肾功能；GSPE可以抑制肾组织层黏连蛋白（LN）及纤维连接蛋白（FN）的表达，促进肾皮质组织金属蛋白酶-9（MMP-9）表达，抑制金属蛋白酶组织抑制物（TIMP-1）活性，因此GSPE可在一定程度上抑制细胞外基质增多及基底膜增厚，这一结果与光镜下病理观察结果一致；GSPE可促进肾皮质组织Nephrin、Podocalyxin（PCX）的表达进而抑制高糖引起的肾小球足细胞损伤，这与间接免疫荧光结果、电镜下观察足细胞结果相一致；GSPE可降低大鼠血清超敏C反应蛋白含量，并抑制炎症因子的表达；GSPE可促进糖尿病大鼠肾组织氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（CAT）活性并降低丙二醛（MDA）含量从而有效地抑制糖尿病大鼠的氧化应激状态；GSPE可提高NRF-1和TFAM的mRNA表达，增加线粒体DNA拷贝数从而抑制糖尿病大鼠线粒体功能障碍；GSPE可促进糖尿病大鼠p-AMPK、SIRT1及PGC-1α的表达水平，表明GSPE可以激活AMPK/SIRT1/PGC-1α信号通路，从而促进PGC-1α的表达，这可能是GSPE发挥其抑制线粒体功能障碍和氧化应激功能的机制之一。细胞实验也发现了类似的结果。葡萄籽原花青素B2（GSPB2）可抑制高糖引起的系膜细胞和足细胞凋亡；GSPB2可促进系膜细胞MMP-9表达，抑制TIMP-1活性，因此在一定程度上抑制细胞外基质增多及基底膜增厚；GSPB2可通过抑制系膜细胞和足细胞中炎症因子的表达发挥其抗炎作用；GSPB2可激活系膜细胞和足细胞中的AMPK/SIRT1/PGC-1α信号通路，从而促进PGC-1α的表达，提高系膜细胞和足细胞内NRF-1和TFAM的mRNA表达，增加线粒体DNA拷贝数，发挥其抑制线粒体功能障碍作用，最终抑制系膜细胞和足细胞中GSH-Px和SOD活性并降低其中MDA含量发挥其抗氧化作用。 | 糖尿病肾病（DN）是糖尿病最常见的微血管并发症之一，是慢性肾功能衰竭的主要病因。研究发现，肾小球系膜细胞和足细胞在DN发生发展过程中起重要作用，炎症机制是DN发生发展的关键因素，已成为DN发病机制及防治手段的热点及研究方向。原花青素(procyanidins，PC)是具有很强生物学活性的多酚类物质，其与2型糖尿病肾病的关系不明。本实验室前期结果和多项研究发现，PC具有抗炎、抗氧化、降低血糖；抑制AGEs形成；改善脂质代谢等多种生物活性，我们推测PC对DN可能起到防治作用。本研究拟通过动物和细胞实验进行展开，首先建立2型糖尿病大鼠模型来评估原花青素对DN发生及炎症反应的影响，其次观察原花青素对高糖状态下肾小球系膜细胞和足细胞的影响。本研究的顺利开展将阐明原花青素防治2型糖尿病DN的作用及其炎症作用机制，为将来原花青素的人群干预研究奠定坚实的基础，也为寻求DN的膳食营养疗法提供重要线索。
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| 温度敏感型超分子树枝化聚合物 | 李文 | 25万 | 2011 | 超支化与树形高分子(B0106) | 21104043 | 上海大学 | 青年科学基金项目 | 温敏聚合物；树枝化聚合物；超分子聚合物；主客体作用；烷氧醚 | 采用简便有效的手段制备复杂结构智能聚合物，并实现对其结构和性能的灵活调控，不仅可以进一步拓展复杂结构聚合物的研究价值，且为开发新型智能材料提供途径。本项目基于具有良好生物相容性以及优异温敏行为的烷氧醚树形基元，经超分子以及动态键联方式构筑了一系列侧链型及主链型树枝化聚合物，详细研究了其形成过程、温敏性能以及温敏和超分子络合作用的关系，实现了聚合物结构和性能的灵活调节，并发展了它们在智能材料领域的潜在应用。共发表论文11篇，参编专著1本，申报国家发明专利4项，培养和联合培养博士生和硕士生共7名。所取得的重要结果包括：（1）提供了采用超分子或动态键联方式制备复杂结构聚合物的有效途径；（2）利用聚合物的动态性特征，通过改变聚合物中亲疏水基元的比例实现了聚合物温敏行为的简便灵活调控；（3）发现聚合物的结构、形状和构造方式对其温敏性能具有重要影响；（4）发现了聚合物的温敏行为与超分子络合作用具有重要关系，温敏基元的脱水聚集产生的疏水作用可引起主客体发生可逆解络合现象，且同一聚合物中不同亲疏水基元的解络合具有不同步性，较疏水基元解络合的温度低于较亲水基元；（5）证实了树枝化聚合物的大尺寸结构不仅对超分子络合具有屏蔽效应，且对温敏过程中的超分子作用产生影响，可对染料分子从聚集体内部至外部的迁移进行有效控制；（6）构建了不同种类温敏超分子体系，实现了对染料分子以及金属离子的可控络合，开拓了它们在传感器、药物控释及离子识别等领域的应用价值。 | 超分子树枝化聚合物结合了超分子聚合物的动态性和可逆性等特点，以及树枝化聚合物独特的柱状和大尺度等结构特征，在生物功能材料、分子识别及纳米尺度药物和催化载体等领域有重要的研究价值和应用前景。本课题拟在前期共价型、具有优异温度敏感行为的烷氧醚类树枝化聚合物的工作基础之上，采用改性的烷氧醚树枝化基元，通过金刚烷和β-环糊精之间的强主客体作用，经不同构造方式，以更方便的途径合成具有优异温度敏感性能的新型超分子树枝化聚合物，系统地研究其单分子形貌、温敏特性、聚集组装行为，并与共价聚合物体系进行对比。期望本课题的实施不仅制备出具有特征温敏性能的超分子树枝化聚合物，同时为制备新型智能型聚合物提供崭新的方便途径。
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| 多模型下玄参环烯醚萜抗炎活性成分和作用机制研究 | 李医明 | 60万 | 2011 | 中药药效物质(H2803) | 81173518 | 上海中医药大学 | 面上项目 | 玄参；环烯醚萜；抗炎；作用机制；玄参苷B | 玄参的清热作用与其抗炎、抗菌、抗病毒、调节免疫功能有关。实验和临床研究表明，玄参有较好的抗炎作用，但其药效物质基础还未明确。环烯醚萜是玄参中一类重要的化学成分，《中国药典》2010年版将环烯醚萜类成分哈巴苷和哈巴俄苷作为控制玄参质量的指标成分。然而玄参的抗炎活性成分是否为环烯醚萜还存在很多争议，环烯醚萜抗炎作用机理也不清楚。前期工作中我们分离纯化了多种环烯醚萜及其苷成分，并发现哈巴苷和哈巴俄苷无抗炎活性，但其酶解后的苷元能够抑制COX-2的活性。本课题的研究目的是通过系统的分离鉴定玄参中环烯醚萜成分并将这些成分通过多种抗炎模型研究来说明玄参中环烯醚萜成分抗炎作用的可能作用途径。并寻找到有效的抗炎作用活性单体。同时为制备玄参有效的抗炎作用提取物打下基础。通过本项目的实施，我们从玄参和藏药齿叶玄参中共分离鉴定、并富集了65个成分，其中新化合物16个， 首次从该两种植物分离获得的化合物45个。通过在多模型下对这些化合物的抗炎作用筛选，证明了玄参中环烯醚萜成分通过NF-κB及其下游pro-IL-1β通路，同时抑制炎性小体的活性发挥抗炎作用。获得了有效的抗炎作用活性单体玄参苷B。明确了构效关系，发现玄参中的 6-糖配基梓醇的衍生物是其抗炎的活性成分群之一。可以以此为主制备玄参有效的抗炎作用提取物。为进一步的新药开发研究打下基础。研究工作共发表相关论文10篇。其中SCI收录6篇。申请专利1项。部分研究结果参与申报2015年度教育部高等学校科研优秀成果奖。获自然科学类一等奖（题目：几种常用清热类中药的药效物质基础与作用机理研究，本基金负责人李医明排名第二位）。由于本课题及其他研究贡献，本基金负责人李医明也获得了2016年“上海市优秀学术带头人”称号。 | 玄参的清热作用与其抗炎、抗菌、抗病毒、调节免疫功能有关。实验和临床研究表明，玄参有较好的抗炎作用，但其药效物质基础还未明确。环烯醚萜是玄参中一类重要的化学成分，《中国药典》2010年版将环烯醚萜类成分哈巴苷和哈巴俄苷作为控制玄参质量的指标成分。然而玄参的抗炎活性成分是否为环烯醚萜还存在很多争议，环烯醚萜抗炎作用机理也不清楚。前期工作中我们分离纯化了多种环烯醚萜及其苷成分，并发现哈巴苷和哈巴俄苷无抗炎活性，但其酶解后的苷元能够抑制COX-2的活性。本研究拟在此基础上，充分分离、制备玄参中环烯醚萜及其苷类成分，应用多种体外和体内抗炎模型，系统地观察、比较玄参中环烯醚萜、环烯醚萜苷及其酶解产物的抗炎作用差异，探讨玄参中环烯醚萜类成分抗炎作用机制。对诠释玄参清热作用的物质基础和作用机理、制定玄参药材质量标准等工作均具有重要意义。
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| 基于TLRs靶标研究三棱特征成分的抗炎活性及分子机制 | 梁侨丽 | 60万 | 2011 | 中药药效物质(H2803) | 81173515 | 南京中医药大学 | 面上项目 | 三棱；破血消癥；抗炎；Toll样受体；体内代谢 | 抗炎与活血化瘀密切相关，阻断Toll 受体(TLRs)信号是防治非可控性炎症疾病的重要靶标。本项目研究破血消徵中药三棱新型异香豆素类（NICs）等特征成分及其体内代谢物的抗炎活性和选择性抑制TLRs信号通路的作用机制等。从三棱中分离鉴定化合物近40个，含7个新化合物，28个首次分离，包括NICs类、茋类等三棱特征成分。对分离到的NICs成分SsnB及其衍生物进行结构修饰，获得10个修饰产物，含9个新化合物。体外抗炎研究表明三棱特征成分及NICs修饰物有抗炎活性，其中三棱NIC抗炎活性强，结构修饰的开环物和异喹啉酮化物抗炎活性比原反应物提高，酚羟基数目增加抗炎活性增强。三棱特征成分及多个NICs结构修饰物对TLR2或TLR4配体刺激的细胞炎性反应都有选择性抑制作用，而对其他TLRs配体诱导的炎性反应物无影响。而含多种抗炎特征成分的三棱抗炎部位AF显著抑制内毒素小鼠炎症损伤，提高小鼠存活率，且AF含抗炎成分占51.95%; AF还能明显降低小鼠脑出血后的炎症损伤。SsnB是一个选择性TLR2和TLR4拮抗剂,深入研究显示：1）SsnB明显抑制巨噬细胞炎症反应，显著提高内毒素小鼠存活率，降低小鼠炎症损伤；2）SsnB能抑制HUVECs细胞炎症反应，减少单核细胞粘附于内皮细胞，抑制LPS诱导的HUVECs Erk1/2和Akt蛋白的激活；3）SsnB显著提高Hb诱导小胶质细胞损伤的神经元存活率，剂量依赖地抑制Hb刺激的小胶质细胞TLR2和TLR4二聚体形成，显著降低转染了TLR2和TLR4的HEK293细胞受Hb刺激后NF-κB表达，但不影响仅转染了TLR2 或TLR4的细胞表达NF-κB。SsnB静脉给药能显著降低由自体血诱导的脑出血小鼠神经功能缺失评分，减轻脑水肿，降低脑组织的炎性蛋白表达。比较灌胃和尾静脉注射SsnB在大鼠体内的含量变化，获得SsnB的药代动力学参数。总结了SsnB在大鼠体内的代谢转化规律, 通过对SsnB的化学修饰，获得血液中的部分代谢物，发现这些代谢物有抗炎活性。本项目揭示了三棱中NICs等特征成分通过选择性抑制TLR2和TLR4信号通路而发挥其独特抗炎作用，为开发SsnB治疗心脑血管等疾病的新药或先导物奠定了科学基础.已发表论文14篇，其中SCI收录8篇，获国家授权发明专利5个。 | 阻断Toll受体(TLRs)信号是防治非可控性炎症疾病的重要靶标。基于中医药理论和临床经验及课题组多年对破血消癥中药三棱的前期研究，发现其新型异香豆素（NIC）化合物SsnB通过阻断TLR2和TLR4靶点，显示出很强的抗炎作用。提出NIC成分是三棱治疗非可控性炎症疾病发挥优势的特征成分。本课题拟采用现代分离分析手段和生物效应评价方法，围绕血瘀证病理生理特点，以TLR2和TLR4为靶标，研究三棱NIC成分抗炎活性和对TLR2和TLR4选择性抑制作用，研究其体内代谢和代谢物抗炎活性，从多角度阐明其抗炎分子机制。本项目研究将有可能揭示破血消癥中药的独特抗炎活性和共同作用机制，为发现高效低毒选择性TLR2和TLR4阻断剂提供科学依据。
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| 兰科植物中新的菲类及联苄类化合物的发现和抗炎活性研究 | 杨明惠 | 50万 | 2011 | 天然药物化学(H3002) | 81160393 | 大理学院 | 无 | 兰科植物；短瓣兰；藓叶卷瓣兰；岩笋；抗炎活性 | 本课题采用多种色谱联用技术和波谱方法快速分离鉴定兰科植物中结构新颖的菲类等化合物,系统研究四种兰科植物（短瓣兰、藓叶卷瓣兰、芳香石豆兰、岩笋）的化学成分及生物活性，特别是菲类等化合物，用多种现代波谱方法和经典化学方法对其进行结构鉴定。并以体外细胞因子试验初步研究其抗氧化、抗炎和抗肿瘤等活性，同时对前期工作中发现的具有显著抗炎作用的化合物研究其结构与抗炎活性之间的关系，通过对NF-κB和MAPK两条通路激活作用的影响阐明其抗炎活性的机理。 本项目对云南短瓣兰进行了系统研究的化学成分及生物活性调查，共分离和鉴定化合物66个，其中新化合物10个。对实验中分离得到的8个新菲类化合物和其它10个菲类、联苄类化合物进行了体外抗肿瘤活性、抗氧化活性评价。从采自云南漾濞县的兰科植物藓叶卷瓣兰、芳香石豆兰中分别分离和鉴定37、30个化合物，其中新化合物10个。对实验中分离得到的9个新化合物进行了体外抗肿瘤活性、抗菌活性筛选评价。对9个新化合物进行了细胞毒活性筛选实验，结果发现部分化合物具有较强的抗肝癌（SMMC-7721）活性、抗白血病（HL-60）活性和抗乳腺癌（MCF-7）活性以及抗白色念珠菌（C．albicans）和抗枯草杆菌（B. subtilis）活性。从采自云南文山麻栗坡县的岩笋中分离鉴定12个化合物，通过体外细胞因子试验初步研究其抗炎抗肿瘤活性。采用DPPH筛选模型、ABTS﹒和O2-清除能力测定等方法，对采集到的10种兰科植物进行初步抗氧化活性研究。建立了HPLC测定兰科活性成分的新方法，并测得部分兰科植物中多糖的含量，为植物药品的质量控制提供参考。本项目的研究为阐明几种兰科植物的镇痛抗炎活性物质基础，发现高效低毒的具有抗炎活性的药用先导化合物及药用兰科植物的开发提供一个坚实的基础，在中药现代化的研究中具有重要的实际意义。 | 在抗肿瘤抗炎药物的研究中，中药因其药效好、不良反应少及资源丰富等特点，越来越受到人们的重视，研究和开发新的具有较好活性的天然药物成分已逐渐成为热点。. 在本课题组已有化学成分和生物活性研究基础之上，以化合物类型为分离目标，采用多种色谱联用技术和波谱方法快速分离鉴定兰科药用植物中结构新颖的菲类、二氢菲、菲醌类及联苄化合物，通过体外细胞因子试验初步研究其抗炎活性，对活性较好的化合物进行构效关系研究。同时对具有显著抗炎作用的化合物通过对NF-κB和MAPK两条通路激活作用的影响，进一步阐明其抗炎活性的机理。此外，通过T淋巴细胞膜表面标志、DNA合成以及Thl/ThZ主要细胞因子表达水平的测定等，从分子水平初步测定其免疫调节作用，并评价细胞毒性，为进一步发现靶点明确、高效低毒的抗炎的原型先导化合物，寻找新型抗肿瘤抗炎药物提供科学依据。
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| 环境响应性星形聚合物纳米药物载体的“绿色”合成及其性能研究 | 熊兴泉 | 19万 | 2010 | 医用与药用高分子(B050202) | 21004024 | 华侨大学 | 青年科学基金项目 | 绿色点击反应；纳米药物载体；响应性聚合物；生物活性分子； | 在外界环境发生变化时，环境响应性纳米药物载体中负载的药物可以从该类载体中释放出来，从而可以提高药物的传输效率。传统上，主要采用重金属催化剂，如Cu、Sn等催化剂来合成响应性药物载体，这些方法不足之处是重金属会残留在聚合物载体中，从而使其具有细胞毒性。本课题采用无金属催化的绿色合成理念，设计以功能性磁性纳米粒子催化己内酯的开环聚合、巯基/马来酰亚胺之间的点击反应，制备一类含原酸酯和双硫键的树状化星形聚合物，它对pH值及还原性具有双重响应性。系统研究了以上反应的最佳条件、基本规律以及反应的效率。改变憎水及亲水链段的比例，在水溶液中得到单分子胶束。初步研究了在外界环境改变的条件下，该类药物载体的药物释放行为。基于绿色合成的理念，制备了一系列异相催化剂，解决了点击反应金属污染产物的问题，通过绿色点击反应制备一系列生物活性分子。本研究不仅初步探讨了环境响应性基团对聚合物载体药物传输效率的影响，而且发展了绿色点击反应的概念。 | 环境响应性纳米药物载体在提高药物传输效率方面具有显著的优势，当环境变化时，药物可快速地从载体中释放出来。在合成该类载体时，为了避免因使用重金属催化剂（如Sn, Cu）而导致的细胞毒性，同时进一步提高对环境的响应性，本课题用无金属催化的"绿色"合成理念，设计以酶功能化磁性纳米粒子催化己内脂的开环聚合、巯基/马来酰亚胺之间的"Click"反应，制备一类含原酸酯和双硫键的树状化星形聚合物，它对pH值及还原性具有双重响应性。系统研究酶固定化的最佳条件、酶促开环聚合的基本规律以及"Click"反应的效率。改变憎水及亲水链段的比例，在水溶液中得到单分子胶束。在弱氧化条件下，利用巯基间的交联，将阿霉素稳定在胶束内层。重点研究药物载体在还原或弱酸性条件下体外及细胞内环境刺激下的释放行为。本研究不仅强调环境响应性基团对聚合物单分子载体药物传输效率的影响，而且发展了"绿色"合成智能型星形纳米药物载体的新概念。
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| 维药牛舌草的抗补体活性成分研究 | 王琪 | 52万 | 2011 | 天然药物化学(H3002) | 81160387 | 石河子大学 | 无 | 维吾尔药；牛舌草；化学成分；抗补体； | 选择具有清热解毒功效的传统维吾尔药材牛舌草为研究对象，根据体外抗补体研究结果，确定石油醚、乙酸乙酯和正丁醇部位为药材的活性部位。活性导向分离并结构鉴定了35个单体化合物，其中3个为新化合物，所有化合物均为首次从此种植物中分离得到。经典途径抗溶血实验发现，4个黄酮类化合物和9个三萜类化合物表现出较强的抗补体活性，联糖的三萜活性增强。完成了药材系统的生药学鉴别研究。以上研究结果丰富了天然产物数据库，明确了牛舌草清热和解毒的物质基础，提供了化学成分、生物活性两方面的证据，为开发出具有自主知识产权的天然产物类补体抑制药物储备候选化合物，同时为维吾尔药材牛舌草制定可靠的质量标准提供丰富数据。 | 选择具有清热解毒功效的两种传统维吾尔药材牛舌草和唇香草为研究对象，根据体外抗补体研究结果，系统分离并鉴定其活性成分（群）。建立动物发热和ARDS炎症模型进一步考察体外抗补体活性成分(群)的体内解热消炎作用，阐明清热的抗补体过度激活机制；并对抗补体活性化合物进行构效关系探讨，明确主要活性部位和增效基团。另外采用体外抑菌和抗病毒实验，对分离得到的化合物进行抗病原微生物活性评价，比较两类活性化合物的异同，明确牛舌草和唇香草清热和解毒的物质基础。研究结果可为开发出具有自主知识产权的天然产物类补体抑制药物储备候选化合物，同时为两种维吾尔药材制定可靠的质量标准提供对照品。
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| 藤梨根中黄酮的分离鉴定及其抗肿瘤活性研究 | 滕坤 | 25万 | 2011 | 植物化学(C020604) | 31100254 | 通化师范学院 | 青年科学基金项目 | 藤梨根；黄酮；抗肿瘤；； | 首先，本研究采用星点设计-响应面法优选了藤梨根中总黄酮的提取工艺。以微波功率、乙醇浓度、料液比、提取时间为自变量，总黄酮含量为因变量，通过对自变量各水平的多元线性回归及二项式拟合，用星点设计-响应面法选取最佳工艺，并进行预测分析。结果最佳工艺条件为微波功率203.56W，乙醇浓度80.34 %，料液比1：13.28，提取时间9.78min，在此最佳条件下，藤梨根中总黄酮含量的最大估计值为103.152 mg.g-1。实验结果与模型预测值相符。 其次，筛选了大孔吸附树脂纯化藤梨根中总黄酮的工艺条件。通过动态吸附和解吸的方法，以总黄酮的吸附率、解吸率为评价指标确定树脂型号；通过最佳上样量、上样速度、水洗用量、乙醇洗脱流速、乙醇解析浓度选择、乙醇解析用量等的筛选试验，确定了纯化工艺条件。结果AB-8型大孔吸附树脂分离纯化藤梨根中总黄酮效果最好，其最佳工艺条件为：30 mL藤梨根提取液以3 BV·h-1的流速通过树脂柱，先用水8 BV洗涤，洗脱流速为3 BV·h-1，再用70％乙醇4 BV解析，洗脱流速为3 BV·h-1。AB-8型大孔树脂在所确定的优化工艺条件下，可较好地吸附分离藤梨根中总黄酮。 再将70%乙醇洗脱液合并浓缩，进行反复的硅胶、凝胶柱层析，分离得到4种单一化合物,经薄层层析和HMR分析及参考相关文献波谱数据,鉴定出化合物I为儿茶素，化合物Ⅱ为胡萝卜苷，化合物Ⅲ为芦丁，化合物Ⅳ为槲皮素。本研究还对藤梨根中的有效成分进行了含量测定，采用HPLC法测定了藤梨根中大黄素、芦丁、大黄素甲醚和儿茶素的含量，采用紫外分光光度法测定了表儿茶素和槲皮素的含量。 最后，开展了藤梨根提取物的药理活性研究，藤梨根总黄酮提取物在50-200ug/ml浓度范围内对BGC-823细胞具有较好的抑制率，尤其是50ug/ml浓度抑制率最大达到了85.59%。急性毒性研究中选择健康昆明种小白鼠，以灌胃方法给药，观察制备的藤梨根提取物的急性毒性反应，结果给药的最大耐受量>12.5g/kg，相当于临床用药量的250 本课题已发表论文5 篇，还有1篇处在accepted 状态，申请专利一项。 | 藤梨根为猕猴桃科猕猴桃属软枣猕猴桃(Actinidia arguta Sieb. et Zucc.)的干燥根，以东北三省资源最为丰富，是满族民间习用药材，有抗消化系统肿瘤的作用。本研究初步成分预试证明藤梨根中含有大量黄酮类成分，初步的药效试验也证明藤梨根具有抗肿瘤活性。目前，关于藤梨根黄酮类成分的系统分离研究尚未见报道，为完善并开发利用该植物资源，本项目拟通过药理活性追踪的方法，对其黄酮类成分进行系统的分离纯化、鉴定，并对得到的黄酮单体成分进行抗肿瘤活性筛选，以探讨藤梨根抗肿瘤作用的药效物质基础，为开发具有自主知识产权的抗肿瘤新药奠定基础。
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| 两种中药抗耐药金葡菌活性成分和作用机制研究 | 穆青 | 60万 | 2011 | 中草药与植物化学(B070102) | 21172041 | 复旦大学 | 面上项目 | 抗耐药金黄葡萄球菌；中药成分；阿魏；紫草；外排泵抑制 | 一、项目背景耐甲氧西林金黄葡萄球菌 (MRSA) 是医院内的一种常见严重的传染病菌。耐药细菌通过外排泵 (efflux pump) 蛋白减少药物摄入细胞而产生耐药性。中药紫草(Arnebia echroma)和阿魏(Ferula spp.)含有多种类型化学成分与现有抗生素分子结构完全不同的化学成分。这些天然成分不能为耐药金葡菌识别为外排泵的基质因而可能抑制耐药性，使抗生素重新发挥作用。二、研究内容1. 中药阿魏和紫草化学成分的分离和结构鉴定；阿魏化学成分的化学结构修饰。高斯方法计算天然化合物的电子圆二色谱(ECD), 对比实验实验数据分析化合物的立体化学绝对构型。2. 阿魏和紫草化学成分抗耐药金葡菌抗菌活性测试；中药化学成分抑制耐药金葡菌NorA外排泵(efflux)活性测试。紫草和阿魏中萘醌和香豆素倍半萜化合物对诺氟沙星的协同作用抗耐药金葡菌实验。尝试了生物自显影法抗菌活性天然成分筛选。3. 建立和完善协同抗菌筛选平台(SASP)。4. 运用SASP扩大中药筛选范围，对豆科槐属协同抗菌植物，进行了探索性的植物成分分离，抗菌协同活性测试。5. 对潜在协同抗菌作用的中药十大功劳属(Mahonia)植物进行了文献调查研究。6. 计算机辅助药物设计方法进行萘醌类化合物抑制耐药菌外排泵的对接拟合计算。7. 探索性试验活性化合物对耐药金葡菌外排泵基因的下调作用。三、重要结果1. 得到与抗生素产生协同抗菌作用的倍半萜香豆素、萘醌类物质。分离得到与现有抗生素结构类型不同的抗耐药金葡菌倍半萜和萘醌类天然化合物，活性明显强于对照药物抗生素，细胞毒性低；在活性化合物分离方面达到了预期目标。2. 建立了包括微孔棋盘方法和时间杀菌曲线方法的天然产物协同作用筛选平台；完善了耐药细菌外排泵化合物评价方法。四、关键数据及其科学意义1. 从中药阿魏分离到2个倍半萜苯乙酮具有金葡菌NorA外排泵抑制作用，5个香豆素具有协同抗菌作用，能将抗生素最低抑菌浓度(MIC)降低至单独用药的1/8。紫草中30个天然萘醌类化合物中22个为新化合物。其中协同活性萘醌将诺氟沙星和链霉素MIC降至它们单独用药浓度的128 - 16倍。这一结果有利于抗生素老药新用或降低抗生素使用剂量。2. 得到没有直接抑菌作用但协同抗菌的天然化合物，可能进一步发现抑制细菌耐药而不产生新的耐药性的化合物。 | 中草药中多种类型化学成分与现有抗生素分子结构可能完全不同，本身不能为耐药菌所识别作为外排泵的基质因而抑制了耐药性；或者与原先作为基质的药物分子通过亲和作用(affinity)形成复合物(complex)后不再被耐药细菌识别排出细胞外，药物能够重新发挥作用。前期研究中我们发现中药紫草和阿魏提取物具有耐药菌抑制活性，并且从中分离到抗耐药金葡菌萘醌，苯多烯，以及新的紫草萘醌二聚体，倍半萜香豆素等多种结构类型的化合物。在此基础上，对凉血解毒中药新疆紫草和中药阿魏进行抗MDR MRSA活性成分及其抗耐药性作用机制的研究。以具有msrA, tekA和qacA等外泵型耐药基因的六种MRSA耐药金葡菌为靶标，跟踪分离及制备抑制耐药金葡菌系列化合物。通过药物组合物和外排泵抑制实验，对分离得到的化合物进行细菌外泵抑制实验，并探讨其耐药菌抑制或外排泵抑制活性构效关系，最终得到中药抗耐药或抑制外泵作用活性物质。
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| 沙生植物角果藜和叉毛蓬化学成分及其生物活性研究 | 杨红兵 | 45万 | 2011 | 中草药与植物化学(B070102) | 21162023 | 石河子大学 | 无 | 角果藜；叉毛蓬；化学成份；抗菌活性；抗氧化活性 | 项目背景：角果藜、叉毛蓬是新疆特有的藜科植物，仅生长在新疆，前期的研究表明角果藜，叉毛蓬含有丰富的活性物质。因此开展对角果藜、叉毛蓬两种沙生植物进行化学成分的分离分析，阐明角果藜和叉毛蓬在极端环境下的化学成分规律、活性特点，为合理利用新疆植物资源提供依据。主要研究内容：1、角果藜化学成分的分析2、角果藜挥发油抗菌、抗氧化活性分析3、叉毛蓬化学成分的分析4、叉毛蓬化学成分抗菌、抗氧化活性研究重要结果：1、从角果藜的活性部位乙酸乙酯层和氯仿层分离得到11个化合物，分别为：（1）7-酮基-β-谷甾醇，（2）β-谷甾醇，（3）豆甾醇-3-O-β-D-吡喃葡萄糖苷，（4）正十六碳醇，（5）[24S]豆甾-4-烯-3-酮，（6）173-脱镁叶绿素乙酯，（7）邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯，（8）β-谷甾醇亚油酸酯，（9）丁香树脂酚葡萄糖苷，（10）麦黄酮 ，（11）穆坪马兜铃酰胺。这些化合物均为首次从角果藜中分离得到。2、从叉毛蓬氯仿段和乙酸乙酯段共分离得到24个化合物，分别为（1）正十六碳醇、（2）十四烷酸-4-羟基苯乙酯、（3）4-羟基苯乙酮、(4)黑麦草内酯、(5)紫丁香酸、(6)金圣草黄素、(7)邻苯二甲酸二丁酯、(8)香草酸、(9)4-羟基-3-甲氧基苯乙醇、(10)N-[2-（3，4-二羟基苯基）-2-羟基乙基]-3-（4-甲氧基苯基）丙-2-烯酰胺、(11)骆驼蓬碱、(12)异鼠李素-3-O-芸香糖苷、(13)2，5-二甲氧基苯醌，(14)3-(4-氯苯基)-1-苯基-1H-吡唑-4-甲醛、(15)对羟基苯甲酸甲酯、(16)正二十九烷、(17)4-羟基苯甲醛、(18)4-羟基苯甲酸、(19)3-羟基-4-甲氧基苯甲酸甲酯、(20)4-羟基-3-甲氧基苯乙酮、(21)α-菠甾醇、(22)2-羟基苯甲酸、(23)腺苷、(24)邻苯二甲酸二丁酯。这些化合物均为首次从叉毛蓬中分离得到。3、以7株细菌和2株真菌为供试菌，通过最低抑制浓度和抑制中浓度两值的测定来评价了角果藜和叉毛蓬中化合物的抗菌活性，采用DPPH法和FRAP法检测了角果藜和叉毛蓬中化合物的抗氧化活性。关键数据及其科学意义： 从角果藜、叉毛蓬中分离得到化合物均具有一定抗菌，抗氧化活性。其中骆驼蓬碱具有很好的抗癌、抗肿瘤效果，首次从叉毛蓬中分离得到。 | 角果藜、叉毛蓬是新疆特有的藜科沙生植物，生存环境沙化、干旱、盐碱。本项目以长期逆境环境中生存的角果藜、叉毛蓬为研究对象，运用硅胶柱层析、凝胶色谱、反相色谱、制备色谱等技术分离纯化单体化合物，有望分离出结构新颖的化合物。并通过高通量的生物活性检测模型（MTT细胞毒性筛选方法、液体稀释法等），测定提取物或单体化合物的生物活性（最低抑制浓度MIC及抑制中浓度IC50）。运用活性跟踪法、筛选出具有开发和应用前景的先导化合物，并进行先导结构的修饰、性能优化，研究其构效关系。前期实验已测定了角果藜和叉毛蓬的生物活性，并分离出单体化合物，本项目在前期工作基础上进一步深入研究，有望确定新疆极端环境下沙生植物的化学成分、新颖化合物、活性结构，揭示化学结构与活性的构效关系，探索新疆极端条件下植物化学成分及活性成分，为合理开发和应用新疆的植物资源提供科学依据。
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| 甘薯块根膨大发育转录组研究 | 王章英 | 18万 | 2010 | 薯类作物种质资源与遗传育种(C130407) | 31000737 | 广东省农业科学院 | 青年科学基金项目 | 甘薯；块根形成与发育；基因表达谱；转录因子； | 甘薯块根膨大发育是干物质积累的过程，是决定甘薯产量的基础。明确块根膨大发育机理，促进不定根向块根的转化，减少牛蒡根的形成，对提高甘薯产量具有重要的意义。但块根膨大发育是一个多基因控制的复杂过程，仅从单个基因很难阐明其机制。因此，本项目在前期采用高通量Solexa 测序技术对甘薯块根和牛蒡根几个关键发育时期进行转录组测序，并获得块根膨大发育的基因序列和转录组信息的基础上，整合了GenBank 中甘薯基因序列，研制了包含39,724个甘薯基因的高密度基因芯片，并利用该芯片研究了甘薯块根和牛蒡根不同发育时期的基因表达谱，筛选到了块根膨大相关候选转录因子IbBEL，并对IbBEL基因家族成员进行了时空表达模式和激素诱导表达模式分析。从转录水平和个体水平初步解析甘薯块根膨大发育的基因表达调控机理，为深入阐明甘薯块根膨大发育分子机理搭建平台。 | 甘薯块根膨大发育是干物质积累的过程，是决定甘薯产量的基础。明确块根膨大发育机理，促进不定根向块根的转化，减少牛蒡根的形成，对提高甘薯产量具有重要的意义。但块根膨大发育是一个多基因控制的复杂过程，仅从单个基因很难阐明其机制。因此，本项目在前期采用高通量Solexa测序技术对甘薯块根和牛蒡根几个关键发育时期进行转录组测序，并获得块根膨大发育的基因序列和转录组信息的基础上，整合GenBank中甘薯基因序列，研制高密度甘薯基因芯片研究块根和牛蒡根不同发育时期的基因表达谱，筛选块根膨大相关候选基因，并对候选基因进行时空表达模式分析。通过整合高通量测序获得的块根膨大转录组特征，基因芯片建立的表达谱以及候选基因的表达信息，从转录水平和个体水平初步解析甘薯块根膨大发育的基因表达调控机理，为深入阐明甘薯块根膨大发育分子机理搭建平台，同时也为将来甘薯高产品种的选育奠定理论基础。
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| 基于转录组学的茶树冷驯化诱导抗寒性的分子机制研究 | 王新超 | 61万 | 2011 | 茶学(C161104) | 31170650 | 中国农业科学院茶叶研究所 | 面上项目 | 冷驯化；转录组；基因表达；抗寒；茶树 | 低温是影响茶树正常生长的重要限制性环境因素之一，揭示茶树抗寒性分子机理对提高茶树的抗寒性，减轻冻害对茶叶生产造成的影响具有重要意义。本研究对冷驯化过程中的茶树叶片进行了生理指标测定，发现随着冷驯化的进行，茶树叶片相对电导率、丙二醛和相对含水量显著下降，脯氨酸含量则显著上升；此外，冷驯化后碳水化合物含量也发生显著变化，淀粉含量下降，淀粉酶活性增加，可溶性糖含量和蔗糖、果糖、葡萄糖、棉籽糖和半乳糖等糖组分含量增加。这些可作为茶树抗寒能力的鉴定指标。研究了茶树叶片DNA甲基化在冷驯化阶段的变化，发现低温能够诱导茶树DNA甲基化水平。为了研究茶树抗寒分子机制，本研究通过转录组测序，分析冷驯化前，冷驯化和脱驯化三个阶段茶树的转录组数据，得到1770个基因在冷驯化过程中差异表达，差异基因包括了低温感受和信号转导相关基因，渗透响应基因和脱毒酶基因等。对差异基因进行KEGG分析，发现碳水化合物代谢途径和钙离子信号途径可能在茶树响应低温胁迫中发挥了重要作用。根据转录组测序所得的EST序列，通过RACE技术，本研究克隆到59个碳水化合物代谢相关基因，18个bZIP转录因子，20个水通道蛋白（AQP）基因，2个甜菜碱合成相关基因和2个钙调蛋白（CaM）基因的全长cDNA序列。通过荧光定量PCR技术，本研究分析了这些基因在茶树自然冷驯化、人工低温处理和不同抗寒性茶树品种中的表达模式，明确了受低温调控的碳水化合物代谢相关基因，CsbZIP转录因子，CsAQP和CsCaM等基因，确定了甜菜碱醛脱氢酶CsBADH1表达的高低于茶树品种抗寒性密切相关。基于以上研究，本研究提出了茶树冷驯化诱导抗寒性的分子机制。研究结果为今后继续深入阐明茶树抗寒性机理及进行茶树抗寒育种的早期鉴定提供了理论基础。 | 低温是影响茶树正常生长的重要限制性环境因素之一。在课题组前期研究工作的基础上，本项目引入转录组学的研究策略，从研究不同冷驯化阶段茶树基因表达的差异入手，提取不同驯化阶段（未驯化、通过驯化和脱驯化）样品的总RNA，进行RNA-seq测序和深度的生物信息学分析，系统研究冷驯化不同阶段茶树的转录组变化，通过比较不同样品的转录组数据，找出与茶树冷驯化（抗寒）有关的基因，构建相关基因的调控网络，分析冷驯化过程中相关基因在茶树诱导抗寒性形成中的作用，揭示茶树抗寒的分子机理，将茶树抗寒性机制的研究深入到分子水平。这不仅有助于揭示茶树抗寒的最本质机制，丰富茶树抗寒性理论，为今后研究如何提高茶树的抗寒性，减轻冻害对茶叶生产的影响和茶树抗寒育种以及利用基因工程等手段调控茶树抗寒性提供理论支撑，而且还可以利用本研究的测序结果，开发与抗寒有关的分子标记，为今后利用分子标记进行茶树育种抗寒性早期鉴定提供研究基础。
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| 离子液体中酶催化选择性合成阿魏酰基脂肪酰基结构脂及酰基转移规律研究 | 孙尚德 | 21万 | 2011 | 食品油脂加工(C200504) | 31101301 | 河南工业大学 | 青年科学基金项目 | 酯交换；水解；阿魏酸乙酯；离子液体；酰基转移 | 项目通过比较离子液体体系中不同酰基供体（阿魏酸或阿魏酸乙酯（EF））和不同酰基受体（甘三酯、甘二酯、甘一酯或甘油）对酯交换合成阿魏酰基脂肪酰基结构脂及酰基转移规律等，发现酰基供体和酰基受体的空间位阻对酯交换反应选择性合成及酰基转移规律影响较大，如空间位阻较大的甘三酯作为酰基受体时，酯交换反应速率和酰基转移速率较慢，但其有益于亲脂性产物(阿魏酰基单脂肪酰基结构脂FMAG和阿魏酰基二脂肪酰基结构脂FDAG）的选择性合成；空间位阻较小的甘二酯和甘一酯作为酰基受体时，反应速率和酰基转移速率均较快，并且随着酰基受体的比例的增加，越有益于亲脂性FMAG和FDAG的选择性合成。在甘二酯、甘一酯等作为酰基受体时，我们发现存在两个竞争性反应机制，即（1）甘二酯（或甘一酯）先水解再与EF进行酯交换反应形成亲水性产物（单阿魏酰基甘油（FG）和二阿魏酰基甘油（DFG））；（2）甘二酯（或甘一酯）直接与EF进行酯交换反应形成亲脂性产物（FMAG和FDAG）。不同类型离子液体对竞争性反应机制的影响不同，即极性离子液体有益于第一个竞争性反应的进行（亲水性FG和DFG的选择性合成），非极性离子液体则有益于第二个竞争性反应的进行（亲脂性FMAG和FDAG的选择性合成）。通过不同反应体系比较发现离子液体体系对酶具有高温保护作用。同时还提出离子液体体系中酶催化的反应机制，并得出其反应热力学和动力学参数。 | 研究和开发新的绿色环保的结构脂生物合成反应体系具有重要的科学意义和实用价值。阿魏酰基脂肪酰基结构脂作为新型紫外吸收剂和抗氧化剂正备受亲睐。离子液体作为生物催化反应的绿色溶剂，对酶催化反应有促进作用。本项目在前期研究的基础上，分别以亲水性离子液体（[Bmim]BF4）和疏水性离子液体（[Bmim]PF6）为溶剂，采用固定化脂肪酶作为生物催化剂，以不同酰基供体（脂肪酸和阿魏酸或阿魏酸乙酯）和不同酰基受体（甘三酯、甘二酯、甘一酯或甘油）为原料合成阿魏酰基脂肪酰基结构脂，研究离子液体对反应（反应动力学及热力学性质、反应体系传质及流变学特性）、酶活性、反应选择性及酰基转移规律的影响，探讨酰基供体、受体及其立体结构（空间位阻效应）与酶催化反应的关系，揭示离子液体中酶催化阿魏酰基脂肪酰基结构脂选择性合成及酰基转移规律，为离子液体在酶催化脂质改性领域中的应用提供理论指导，同时为结构脂的应用奠定基础。
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| 磁性离子液体纳米载体固定化脂肪酶的分子设计及非水相催化调控 | 刘春朝 | 60万 | 2011 | 生物化工与食品化工(B0807) | 21176241 | 中国科学院过程工程研究所 | 面上项目 | 离子液体；磁性颗粒；固定化酶；生物催化； | 本项目按照项目计划书的技术路线和内容开展了科学研究，圆满达到了预期目标。针对非水相酶催化过程存在的酶稳定性差、易失活、酶回收困难，非水介质挥发会造成环境污染等问题，本项目结合超顺磁性纳米载体和离子液体的双重优势，利用化工材料的多尺度设计方法，构建的磁性纳米粒子固定化脂肪酶在离子液体系统中成功进行了2-辛醇的手性拆分，并从分子水平、介观结构水平和过程工程水平对离子液体-磁性纳米粒子固定化脂肪酶催化体系的机制进行了阐明和调控。在外加交变磁场频率下，磁性固定化脂肪酶拆分2-辛醇的表观速率明显提高，是未加磁场对照组催化速率的2.2倍，获得的光学纯手性2-辛醇异构体对映值eep> 99%。磁性固定化酶重复使用5次后，仍能保持95%的酶活。制备出表面螯合铜离子的超顺磁性介孔颗粒，实现了从发酵液中直接捕获漆酶，提纯的漆酶纯度和酶活均超过Sigma商品漆酶的水平；从发酵液中直接捕获的漆酶不解离下来，可以作为固定化的漆酶磁性催化剂直接使用进行酚类化合物降解，磁性漆酶催化剂的催化活性明显高于游离酶；在磁稳定流化床的连续处理过程中，由于加强了混合和传质，磁性漆酶催化剂能使酚类化合物的降解率进一步提高。该项目的成果不仅可以创立高效经济环境友好的生物转化过程，而且将有力地推动材料科学、生物技术和化学工程等相关学科的交叉融合发展，对实现我国科学技术进步和经济的可持续发展具有重要的战略意义。 | 针对非水相酶催化过程存在的酶稳定性差、易失活、酶回收困难，非水介质挥发会造成环境污染等问题，本课题将结合超顺磁性纳米载体和离子液体的双重优势，利用化工材料的多尺度设计方法，构建离子液体修饰的磁性纳米粒子固定化脂肪酶，应用于2-辛醇的手性拆分。从分子水平、介观结构水平和过程工程水平对离子液体-磁性纳米粒子-脂肪酶固定化体系的催化特性进行设计和调控。本课题兼具纳米固定化酶高运动性和高反应效率的优势，离子液体可设计性绿色清洁溶剂的特点，外加磁场强化反应与分离过程传质和方便回收利用的特色，具有节能降耗、降低成本和环境友好的三重优势。研究成果不仅可以创立高效经济环境友好的生物转化过程，而且将有力地推动材料科学、生物技术和化学工程等相关学科的交叉融合发展，对实现我国科学技术进步和经济的可持续发展具有重要的战略意义
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| CoFeB基新型垂直磁各向异性薄膜的界面调控及其自旋输运特性的研究 | 朱涛 | 75万 | 2011 | 低维、介观和人工微结构的磁性(A040208) | 11174354 | 中国科学院物理研究所 | 面上项目 | 垂直磁各向异性；反常霍尔效应；极化中子反射；自旋轨道力矩； | 垂直磁化膜是新型基于电流诱导自旋转移矩(STT)或自旋轨道力矩(SOT)的自旋电子学材料或物理研究的重要发展方向。本项目通过多种实验手段深入研究了CoFeB基新型垂直磁化膜的界面调控，及其自旋相关的输运特性，如反常Hall效应，并根据国际上自旋电子学的最新研究趋势，适时将SOT诱导的磁化翻转作为CoFeB垂直磁化膜在自旋相关输运特性研究的突破点。 项目按研究计划顺利开展，执行期间，申请国家发明专利2项，其中一项已授权；发表SCI论文13篇，其中2篇APL和1篇Sci. Rep.，Chinese Physics B上综述文章1篇。参加国际重要磁学相关学术会议5次，做邀请报告1次，口头报告6次。参加国内磁学会议5次，做邀请报告5次。本项目的重要研究成果如下：（1）在国际上首次采用极化中子反射这一能同时研究界面结构及分层磁性的研究手段对Ta/CoFeB/MgO/CoFeB/Ta的界面进行了深入分析，研究发现MgO层两侧的CoFeB铁磁层的磁性并不相同，即CoFeB的垂直磁化特征与具体的薄膜结构密切相关，不同膜层结构的CoFeB垂直磁化膜具有不同的垂直磁化特性，相关论文获得国际上广泛关注，目前已有SCI引用16次，其中他引12次。（2）结合反常Hall效应、第一性原理计算等研究手段对CoFeB垂直磁化膜的形成机制进行了深入分析，发现一个新的调控CoFeB垂直磁各向异性的途径，即通过MgO层厚度的变化对MgO/CoFeB/Ta的PMA进行调控，进一步结合微加工工艺，获得了国际上迄今为止线性Hall灵敏度最高的材料，其Hall灵敏度可达为2376 Ohm/kOe，是实际使用的最灵敏Hall半导体材料InSb的21倍，相关论文获得国际上广泛关注，目前已有SCI他引7次。（3）系统研究了弱局域化对CoFeB垂直磁化膜反常Hall效应的影响，发现随着薄膜厚度的减小，Skew Scattering机制开始和Side Jump机制一起主导反常Hall效应物理机制。进一步通过深入研究Pt/CoFeB/Pt垂直磁化膜的SOT效应，在国际上首次实现了电流对磁各向异性的调控。 总之，本项目的研究揭示了CoFeB垂直磁化膜的形成机制及其在反常Hall效应中的应用，而电流对磁各向异性调控的实现为进一步探索基于SOT的新型自旋电子器件提供一种新的选择。 | 电流诱导的自旋转移矩(STT)是自旋电子器件的重要发展方向。由于具有低功耗、抗热扰动性好等潜在优点，垂直磁各向异性(PMA)薄膜日益成为STT器件的研究热点之一。CoFeB基PMA薄膜，如Ta/CoFeB/MgO，就是最新一类的PMA薄膜，但目前为止，其垂直磁各向异性的物理机制还并不清楚。本项目根据申请者多年在磁隧道结的研究积累，采用反常Hall效应，结合薄膜磁性和薄膜结构分析手段，系统地研究在不同溅射工艺及退火工艺条件下，Ta/CoFeB/MgO的界面结构及垂直磁各向异性，研究中将着重于Ta/CoFeB/MgO的界面结构的调控，由此揭示出此类CoFeB基新型PMA薄膜产生垂直磁各向异性的物理机制。通过进一步优化溅射及退火等工艺条件，制备出高质量的CoFeB基新型PMA薄膜，同时开展CoFeB基新型PMA薄膜的自旋相关输运特性的研究。
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| 调节性B细胞在抗体诱导的移植免疫耐受中的表型鉴定及其作用机制研究 | 赵高平 | 56万 | 2011 | 器官移植与移植免疫(H1006) | 81172832 | 四川省医学科学院（四川省人民医院） | 面上项目 | 调节性B细胞；调节性T细胞；移植免疫耐受；胰岛移植；TGF-β | 既往对调节性B细胞（Breg）的研究多局限在对多种自身免疫疾病炎症反应的免疫调节，而对Breg在移植免疫应答过程中的作用了解甚少，因此，有关Breg在移植免疫耐受的研究也逐渐成为了热点。本项目研究了在抗CD45RB抗体或（和）抗Tim-1抗体诱导的移植免疫耐受中Breg的调节作用、Breg来源的TGF-beta的作用；Breg和Treg的相互依赖关系；B细胞和Treg在抗体诱导的异种胰岛移植免疫耐受中的作用以及抗体诱导生物工程预血管化的小室内移植异种胰岛长期存活的能力。研究结果显示，抗体诱导的移植免疫耐受确实需要TGF-β细胞因子参与，而且进一步证实这种具有免疫调节功能的TGF-β可能来源于Breg。继承性转移长期耐受小鼠Bregs可使Tregs数量显著增加，并且可诱导CD4+Foxp- T细胞表达Foxp3；用抗-CD20抗体祛除B细胞后Tregs数量明显减少，说明Breg其调节机制可能通过TGF-β，诱导具有免疫抑制功能的Treg形成而发挥移植免疫调节功能。抗体诱导的异种胰岛移植免疫耐受的研究显示，去除B细胞能促进移植物的长期存活，而且这种免疫耐受是种系特异性的，可能与移植早期产生的抗原特异性的Treg有关。该研究结果具有重大意义：①首次发现Breg来源的TGF-β在器官移植或组织移植免疫耐受中扮演重要的调节作用；②首次发现具有分泌TGF-β功能的Breg对Treg增殖及功能的影响；③首次报道抗CD45RB抗体能诱导异种胰岛移植免疫耐受，但Treg的功能并与B细胞非相关。本项目有助于我们加深对Breg在器官移植免疫耐受中作用机制的理解，帮助我们为免疫耐受的诱导以及自身免疫疾病的治疗提供新的思维和治疗策略。 | 大量研究显示，B细胞在许多自身免疫疾病中具有调节作用，称为调节性B细胞(Bregs)，但Bregs在移植免疫中是否具有调节作用鲜有报道。我们前期研究表明，抗CD45RB抗体诱导的同种异基因小鼠心脏移植免疫耐受需要B细胞，本课题拟进一步研究这些B细胞是否具有免疫调节功能，它们细胞表型有何特点以及可能的调节机制。因此，我们采用上述小鼠心脏异位移植模型，利用继承性细胞转移方法来研究Bregs是否存在，以及B细胞来源的TGF-β1对移植物存活时间影响；观察抗CD45RB抗体单独或联合RMT1-10用药后Tim-1+Ｂ细胞的表达变化，以及Tim-1+ 和Tim-1-Ｂ细胞对移植物存活时间影响，同时探讨Bregs对慢性移植物血管病变、Th1/Th2转化、Tregs增殖以及中和抗体IgG、IgA等的影响，旨在加深对机体免疫调节机制的认识，以期为免疫耐受的诱导以及自身免疫疾病的治疗提供新的思维和治疗策略。
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| 滩羊肉冷冻干燥中水与香气成分迁移的微观机理研究 | 罗瑞明 | 28万 | 2010 | 肉加工(C200502) | 31060220 | 宁夏大学 | 无 | 滩羊熟肉；冷冻干燥；水；香气成分；迁移 | 滩羊为宁夏优势特色畜种，肉质细嫩，风味独特。冻干能很好的地保持羊肉熟制品的品质。在优化干燥条件，减少耗能的同时，最大限度地保留风味物质是对冻干碗蒸羊羔肉等宁夏传统特色滩羊肉制品提出的更高要求。本项目采用顶空固相微萃取气质联用法分离鉴定宁夏滩羊肉的特征香气成分，研究了盐溶蛋白对香气分子的吸附及脱附条件，构建了脱附速率模型；采用扫描电镜观察了冻干滩羊肉的微观结构，分析了毛细血管、组织之间及组织内细胞之间微孔及狭缝的连通隶属关系，测定及模拟了多孔介质中的孔径分布；研究了冻干中多孔介质内不同孔径分布区分子运动自由程的变化规律及其扩散模式；以微孔道内蒸汽压的动态变化为纽带，研究了水分含量、温度、压强对水分子与香气分子扩散模式的影响，构建了水与香气分子扩散通量分布模型。从而揭示了水与各种香气成分在多孔介质中迁移的微观机理，确定了水分子与香气分子各自的优势迁移环境，为滩羊肉冷冻干燥脱水保香工艺研究提供理论参考。 | 滩羊为宁夏优势特色畜种，肉质细嫩，风味独特。冻干能很好的地保持羊肉熟制品的品质。在优化干燥条件，减少耗能的同时，最大限度地保留风味物质是对冻干碗蒸羊羔肉等宁夏传统特色滩羊肉制品提出的更高要求。本项目拟采用顶空固相微萃取气质联用法分离鉴定宁夏滩羊肉的特征香气成分，研究盐溶蛋白对香气分子的吸附及脱附条件，构建脱附速率模型；采用扫描电镜观察冻干滩羊肉的微观结构，分析毛细血管、组织之间及组织内细胞之间微孔及狭缝的连通隶属关系，测定及模拟多孔介质中的孔径分布；研究冻干中多孔介质内不同孔径分布区分子运动自由程的变化规律及其扩散模式；以微孔道内蒸汽压的动态变化为纽带，研究水分含量、温度、压强对水分子与香气分子扩散模式的影响，构建水与香气分子扩散通量分布模型。从而揭示水与各种香气成分在多孔介质中迁移的微观机理，确定水分子与香气分子各自的优势迁移环境，为滩羊肉冷冻干燥脱水保香工艺研究提供理论参考。
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| 玉米连续真空干燥过程的双尺度传热传质特性与品质影响机理研究 | 张志军 | 18万 | 2010 | 农业数学(C130101) | 31000665 | 东北大学 | 青年科学基金项目 | 玉米真空干燥；双尺度传热传质；离散单元法；颗粒流动特性；粮食 | 玉米真空干燥技术是节能、环保、提高粮食品质的新技术，连续真空干燥则能提高粮食干燥的效率。因此，受到科学界的普遍重视。目前玉米连续真空干燥技术的研究还处于经验和半经验阶段，缺少描述其过程机理的完整数学模型，致使干燥产品含水量不均匀，干燥成本高，技术推广缓慢。项目以玉米为研究对象，运用数学模型和计算机模拟方法，采用精确的三维实体模型、离散单元法和多孔介质传热传质数学模型，从理论和实验相结合、宏观尺度和微观尺度相耦合的角度表征玉米连续真空干燥过程中的传热传质规律和品质影响机理，阐明玉米真空干燥中真空度、温度及特性参数之间的关系，使数学为农业生产实际服务，从而为提高粮食品质、降低干燥能耗，找到可靠的理论依据和方法指导。 | 玉米真空干燥技术是节能、环保、提高粮食品质的新技术，连续真空干燥则能提高粮食干燥的效率。因此，受到科学界的普遍重视。目前玉米连续真空干燥技术的研究还处于经验和半经验阶段，缺少描述其过程机理的完整数学模型，致使干燥产品含水量不均匀，干燥成本高，技术推广缓慢。项目拟以玉米为研究对象，运用数学模型和计算机模拟方法，采用精确的三维实体模型、离散单元法和多孔介质传热传质数学模型，从理论和实验相结合、宏观尺度和微观尺度相耦合的角度表征玉米连续真空干燥过程中的双尺度传热传质规律和品质影响机理，阐明玉米连续真空干燥中真空度、温度及特性参数之间的关系，使数学为农业生产实际服务，从而为提高粮食品质、降低干燥能耗，找到可靠的理论依据和方法指导。
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| 典型植物果实皮层组织在干燥过程中传质机理的研究 | 张世伟 | 60万 | 2011 | 微观传递过程(E060305) | 51176027 | 东北大学 | 面上项目 | 干燥；果实；皮层阻力；传质机理；耦合模型 | 基于植物果实生物材料存在的“皮层阻力占优”的传质特性，立项开展针对干燥过程中典型植物果实皮层组织内部传质现象的定量研究，尝试从微观-介观-宏观的不同层面上揭示其内在机制、描述其变化历程，总结其影响规律。选择单体玉米颗粒为研究对象， 首先借助CT扫描技术构建了玉米颗粒的高精度三维实体模型；以此为基础，分别开展了在热风干燥条件下基于分区扩散机制和真空干燥条件下基于非平衡热动力学与多孔介质理论的玉米颗粒内部传热传质过程模拟计算及实验对比研究；得到了玉米颗粒的内部温度场、湿度场、应力场沿空间随时间的变化规律；揭示了玉米干燥属于传质控制过程的干燥特性以及皮层组织对传质进程的制约作用。模拟计算结果充分显示了采用3D实体模型的突出优势，进而还提出了三维实体模型与简化立体模型的相似等效性准则。此外，还对同样皮层阻力占优的葡萄样品和具有各向异性特点的物料（芹菜）进行了深入的传热传质分析。对玉米颗粒皮层传质阻力的实验观测结果说明皮层阻力占优且有分区不均匀性；为定量表征皮层组织的传质阻力，尝试开展直接测定单体颗粒植物果实皮层组织的渗透率（扩散系数）的实验，但因渗透率量值过小、影响因素众多、测试仪器精度不够等原因，未能实际获得皮层组织渗透率的准确可信、复现性好的测试数据。针对皮层组织与内质部分在几何尺度上的巨大差异，开展了面向植物果实颗粒不同干燥过程的介观/宏观分区双尺度耦合传热传质模型的建模与求解方法研究，将皮层区作为低扩散系数的薄层或低渗透率的膜层处理，依据质量、热量流率守恒基本原理，构建介观皮层与宏观内质组合的单体果实颗粒的分区双尺度耦合传热传质模型；还将该建模和求解方法扩展应用于大型动力变压器的煤油汽相干燥技术与新型移动式汽相干燥设备系统的工艺过程模拟和磷酸铁锂动力电池真空干燥过程的传热传质模拟。为实验验证上述理论计算模型和模拟计算结果，并将理论研究成果直接应用于工农业生产第一线，服务于国民经济建设，研制了多功能干燥过程综合测试实验装置；依此开展了真空干燥与真空冷冻干燥系列实验研究；面向东北地区特有的高湿度、冻结状态玉米要求冬季干燥处理的实际需求，总结出真空低温干燥的优化工艺方法与参数，并开发出日处理量200吨的连续式玉米真空干燥设备投入生产。 | 在生物材料干燥实验中发现，植物果实外表皮层组织通常是制约其传质进程的关键因素。由于缺乏皮层自身传质物性参数的数据，以前的研究往往将物料的皮层与内质整体作为连续均一介质处理，而对二者传质性能的差异和由此产生的问题缺乏必要的研究。本项目拟以玉米（粮食）、葡萄（水果）和五味子（药材）颗粒为典型物料，采用自创的测试方法，实验测定其皮层组织的水分渗透率。基于对皮层组织微观结构的观测，采用分子动力论方法表征皮层组织微观结构与其宏观传质性能之间的关系；剖析皮层内部的介观尺度传质过程机制；建立并求解能够体现"皮层阻力占优"传质特性的介观/宏观分区双尺度耦合传质模型，描述皮层与内质间的宏观耦合传质作用。本项目的研究针对生物材料干燥过程传质问题的主要矛盾和本质因素，在更深层次上诠释其传质机理，丰富生物材料干燥技术的传质理论、实验方法和物性参数，探索强化皮层传质的途径，为干燥技术的节能降耗研究提供理论支持。
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| 纤维素及其衍生物对无机纳米片的分散和稳定过程及性能研究 | 吴敏 | 60万 | 2011 | 其他无机非金属材料(E0213) | 51172247 | 中国科学院理化技术研究所 | 面上项目 | 纤维素；无机纳米片；分散；复合材料；功能化 | 纳米片的分散与稳定已成为充分发挥其优异性能的瓶颈，是值得系统研究的重要课题。近年来，以石墨烯为代表的单层无机纳米片，因具有独特的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和量子隧道效应，而成为纳米材料研究的新热点。 我们注意到，纳米片的众多研究的注意力都集中在将各种层状化合物剥离成纳米片，再将其进行重新组装、再配列。而对于如何保持纳米片本身的状态，进而发挥纳米片的独有的性质，如高比表面积，使剥离后的纳米片保持稳定、分散，而不发生纳米片的再组装、配列甚至是团聚方面的研究却极少报道。加之，此项目之前，我们已结题的基金项目系统研究了各种金属纳米颗粒沿纤维素微纤表面的组装，我们发现纤维素在与金属纳米颗粒的组装过程中，除了可充当模板、还原剂外，还可作为稳定剂，有分散、稳定金属纳米颗粒的功能鉴于此本项目采用纤维素及其衍生物分散、稳定无机纳米片，从而发挥无机纳米片所具有的二维纳米晶体的独特性质；同时，通过调控纤维素与无机纳米片的界面相互作用，控制纤维素与无机纳米片复合物结构，从而实现了对复合物性能的调控。本研究选择了具有优异性能的无机纳米片，如，LDH，Laponite，石墨烯等作为研究对象，研究了不同改性纤维素对这些纳米片的分散过程，探讨了不同条件如溶液的极性，纤维素的种类、分子量、浓度、用量、所带电荷量等对分散过程的影响，针对不同的纤维素/无机纳米片体系，研究了纤维素与无机纳米片界面相互作用，探讨了可能的分散机理。本项目取得了如下重要成果(1）成功发明了可在不同溶剂中分散纳米纤维素的方法2）发现了纤维素、纤维素的衍生物对LDH、Laponite等表面带不同电性的纳米片的分散、稳定方法；3）成功制备了石墨烯/纤维素复合材料，得到了石墨烯纳米片分散体系； 4）发明了简单、大批量制备石墨烯纳米片的新方法。本研究得到了纤维素溶剂分散体系、纤维素无机纳米片分散体系、纤维素与无机纳米片界面相互作用的重要数据，为发展纤维素/无机纳米片新型复合材料，发展无机纳米片的新型稳定分散方法，发展无机纳米片的新型制备方法具有重要的科学意义. | 纳米材料的分散与稳定，已成为充分发挥其优异性能的瓶颈。本项目提出用纤维素或其衍生物分散、稳定无机纳米片，从而发挥无机纳米片所具有的二维纳米晶体的独特性质；同时，通过调控纤维素与无机纳米片的界面相互作用，控制纤维素与无机纳米片复合物结构，从而实现对复合物性能的调控。选择具有优异性能的无机纳米片，如，LDH，Laponite，石墨烯等作为研究对象，研究不同改性纤维素对这些纳米片的分散过程，探讨不同条件如溶液的pH值，纤维素的种类、分子量、浓度、用量、所带电荷量等对分散过程的影响，针对不同的纤维素/无机纳米片体系，研究纤维素与无机纳米片界面相互作用，探讨分散机理。合成出一系列具有特殊性能的功能性纤维素/无机纳米片复合材料，力争在电学、光学、催化、环境或者医学等领域得到应用。
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| 城市公共空间音质要素分析和声景观设计模式的研究 | 马蕙 | 60万 | 2011 | 建筑声环境(E080303) | 51178300 | 天津大学 | 面上项目 | 城市公共空间；声景观；音质要素；分析；设计 | 随着人们生活质量的提高，城市公共空间整体环境的优化得到越来越多的关注,城市公共空间良好声景观的创设是提高城市公共空间整体舒适度非常重要的方面。城市公共空间音质要素分析和声景观设计模式的研究就是以城市公共空间为载体的关于城市公共空间声景观现状、改变途径和设计方法的基础性研究。本研究选取了海河亲水空间、滨江商业街和欧式风情区不同类型但是又有代表性的公共空间为研究样本，通过对城市空间整体声环境测量、信号分析以及物理指标与主观评价的实验对比研究，探讨了人们评价城市公共空间声景观的指标和其相对应的客观物理因子，对城市空间音质要素进行了细致的分析，并在此基础上提出了改进城市公共空间声环境的设计策略，对特定的城市空间进行了声景观设计，总结了城市声景观设计的流程和模式。 主要得出的研究结果有：（1）城市公共空间的声环境在季节上的变化小于类型上的变化，随着城市公共空间类型的变化，声源类型有所不同，但是总体而言人们喜爱的自然声较少出现；人们对城市公共空间声环境整体不满意，其声环境的优劣不仅取决于声音的强度，而且取决于声音的空间特性；（2）以商业街为代表的城市公共空间声景感知的主观评价因子有5个，即喜好度、响度、交流性、丰富性和趣味性，前三者可以跟声压级、声音的心理声学指标以及自相关函数和双耳互相关函数有较好的对应关系，而后两者可以用动态频率重心来对应表征，动态频率重心也是本研究首次提出的物理量；（3）基于自相关函数和双耳互相关函数的分析可知同时增加街道的宽度和降低两侧建筑高度将有效地提升声环境舒适度评价，针对材质选择，首先应当按照高频型>中频型>平均型>低频型的顺序选择，增加高频吸声界面的比例，对于提高商业街空间的声场舒适度有较大的作用；（4）通过借鉴景观规划的设计方法，可以通过声边界、声感受路径和声标点的方式来呈现声景观的认知地图，同时可以通过设计要素选取、设计要素关系分析、设计要素应用和设计要素实现的模式来完成声景观的设计的流程。 本课题研究内容较庞杂，课题组很好地完成了研究任务，取得的研究成果对于深入理解城市空间中特殊空间形式下声场分布特点、音质要素特征和声景观设计实践都有重要的理论指导作用，对于通过设计来提升城市空间整体的声舒适度和环境舒适度的实践也有着实际的推动作用。 | 城市公共空间日益恶化的声音环境与人们对环境舒适度要求的不断提高形成尖锐矛盾，如何从整体声环境入手来进行噪声的控制和声音的协调是建立和谐共生环境的新课题。城市公共空间音质要素分析和声景观设计模式的研究旨在找出复合声源条件下（即整体声环境下）与主观舒适度评价相关联的音质要素和物理指标，从而为城市公共空间声景观规划和设计提供理论依据。同时以海河亲水空间、滨江商业街和欧式风情区三类天津市典型的公共空间为研究样本，探讨城市公共空间声景观设计的过程、方法和步骤。此外，为了让更多的人理解声景观的理念，参与到良好声环境的创设中来，本课题还将探讨声景观设计的表现形式，力争在声学工作者、规划师乃至普通大众间搭建沟通的平台，让更多的人能够关注和参与声环境建设，从而促进和谐舒适人居环境的构建。
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| 日本血吸虫虫卵抗原诱导产生调节性B细胞的功能及其机制的研究 | 田芳 | 22万 | 2011 | 寄生虫、寄生虫感染与宿主免疫(H1906) | 81101265 | 扬州大学 | 青年科学基金项目 | 日本血吸虫；可溶性虫卵抗原；调节性B细胞；； | 调节性B细胞是一群重要的发挥负向调节作用的细胞，通过调控Th1/Th2平衡，诱导调节性T细胞产生等发挥负向调节作用，在自身免疫性疾病和慢性炎症性疾病中发挥重要作用。日本血吸虫病是一种慢性感染性疾病，在感染过程中有两种重要抗原即可溶性虫卵抗原（SEA）和成虫抗原（SWAP），但是目前对于日本血吸虫何种抗原能诱导调节性B细胞的产生，其诱导产生的调节性B细胞的功能、活化途径等仍不清楚。本项目的研究发现，SEA体内体外均可诱导小鼠脾脏细胞分化为CD19+IL-10+的调节性B细胞（B10），并且高分泌IL-10；进一步研究发现SEA诱导产生的B10细胞可以能够诱导Treg 和Th2细胞增多，促进CD4+T细胞分泌IL-4，但不能显著抑制Th1细胞增殖，不能抑制CD4+T细胞分泌IFN-γ。最后，我们发现SEA诱导B10细胞产生部分依赖于TLR4及其下游的NF-κB、ERK、JNK和p38MAPK信号转导途径。本项目研究有助于深入了解在血吸虫感染过程中调节性B细胞所发挥的负向免疫调节作用，从而为血吸虫病候选疫苗分子的筛选、构建提供新的免疫学依据。 | 日本血吸虫感染过程中，免疫系统中的各种免疫细胞和免疫分子之间可以通过相互作用、相互制约使机体对血吸虫抗原产生免疫应答。调节性B细胞在自身免疫性疾病和慢性炎症性疾病中能够下调免疫应答，通过调控Th1/Th2平衡，抑制T细胞功能，诱导调节性T细胞产生等方面发挥重要的负向调节作用。目前研究表明曼氏血吸虫感染并且虫卵产生后能够诱导高分泌IL-10的调节性B细胞产生，从而阻止过敏性疾病的发生。但是目前对于日本血吸虫感染诱导的调节性B细胞的表型、活化途径以及对T细胞的作用仍不清楚。本项目拟研究日本血吸虫虫卵抗原是否能从体内和体外诱导调节性B细胞产生，确定其表型及对T细胞的作用，并探讨其活化调节性B细胞途径的相关机制。本项目研究有助于深入了解在血吸虫感染过程中调节性B细胞所发挥的负向免疫调节作用，从而为血吸虫病候选疫苗分子的筛选、构建提供新的免疫学依据。
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| 群智能算法的交叉学习机制研究及一致性建模 | 赵新超 | 23万 | 2011 | 群体智能的演化与自适应(F030707) | 61105127 | 北京邮电大学 | 青年科学基金项目 | 群智能优化；粒子群优化；差分进化；免疫优化；交叉学习 | 本项目组以项目申请书所列研究内容为研究主线，在对以粒子群优化、免疫优化算法和差分进化等为代表的群智能算法设计和相关应用研究上取得一系列研究成果。在项目研究进展过程中，项目组扩展了项目所列的一些研究内容和思想。现就取得的主要研究成果简介如下。针对粒子群、差分进化等群智能算法的多策略交叉学习机制研究，受启发于多群体信息共享机制和扰动导引机制，本项目组提出多种群信息共享、多阶段扰动机制、非均匀变异等多策略交叉进化学习的粒子群算法，多群体信息共享思想有效的通过多群体间的信息交流和共享提高群体的进化效率，驱动子群体的持续进化，多阶段扰动意在一定程度上降低过学习的速度和力度，有效扩大搜索区域和搜索路径的多样化；针对粒子群算法线性学习策略保存信息的不足，创新性的将主成分分析的群体全局信息提取功能和线搜索的局部勘探功能融合进粒子群算法的搜索框架，主成分分析方法主要用来快速有效的挖掘有潜力的搜索方向，线搜索策略沿着这些方向施加精细搜索；本项目既开展针对群智能优化算法的多策略交叉学习机制的应用研究，又与传统运筹学优化模型和方法相结合用于研究服务选择、证券投资组合、网络编码等问题，本项目组首次引进负选择免疫算法(NSA)用以求解QoS感知的Web服务选择问题(QWSS)，首先定义相应于QWSS问题的NSA算法运算和适应于NSA算法的QWSS的数学模型，最终构建NSA算法，针对QWSS问题求解过程中调整子任务待选服务的局部勘探和全局组合方案优化方向之间的不一致性给出近似分析；又提出基于粒子群学习机制的克隆选择算法和增强的离散粒子群求解算法求解Web服务选择问题，同时提出局部适应值优先、精英扰动导引和全局选择调控等启发式策略，这些策略在搜索QoS感知的最优服务组合方案的过程中协调作用，较好兼顾群智能群体搜索的多样性和局部搜索；项目组提出一个多周期情况下的项目组合选择新模型，该模型考虑了项目的可打断性，并且同时考虑了投资、生产准备成本、指标约束和紧前约束，最后给出一个与模型等价的混合整数线性规划模型；针对群智能算法的一致性建模问题，本项目组将群智能算法统一建模为矩阵，群体对象数据表示为矩阵，通常的变异、交叉等新解生成策略统一用矩阵语言建模，已经将线性代数中最简单的三种初等矩阵建模为新解生成操作，从而提出一种初步的群智能优化算法统一框架。 | 本项目以不同的智能算法及最优化算法之间的交叉学习机制为研究核心，与其他研究者关注的侧重点不同，本项目主要考虑如何促进算法的群体进化规律与个体学习经验的结合，旨在提高算法求解问题的能力和促进智能算法理论的发展,（1）对粒子群算法的粒子更新施加多样化的精英扰动或分布式的导引搜索，在保持算法群体正确进化方向的同时适度增加了多样性，同时分析最优粒子、群体重心和当前粒子的状态如何决定粒子下一步的搜索方向，讨论其对粒子个体和算法群体影响的动力学演化规律；（2）对免疫算法采取主从式双群体的拓扑结构，主群体是精英抗体，主要采取随机扰动与确定方法相结合的局部寻优操作，从群体是基本种群，侧重全局搜索，采取超变异、多父体重组、疫苗注射、模拟粒子群精英扰动的免疫操作等，同时保持主从群体的学习共享机制；（3）建立面向学习机制和状态的统一建模语言，定义智能算法模型的行为操作，分析算法模型的执行机理和群体智能性。
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| 基于三维细观结构与数值模拟技术的沥青混合料变形机理研究 | 尤占平 | 60万 | 2011 | 道路工程(E080703) | 51178056 | 长安大学 | 面上项目 | 沥青混合料；细观结构；三维数值化试样；数值模拟；变形机理 | 沥青混合料的细观结构特征对其宏观性能有着重要影响。本研究通过对X-ray CT扫描参数的优化与标定研究，确定了常规Marshall试件的最优扫描参数及滤波片组合；提出了集料骨架接触状况评价方法与指标，并通过APA、SPT与单轴贯入试验对骨架接触参数的合理性进行验证；分别采用5张、10张、32张、64张、128张图进行同一试件的三维重构，最终推荐每隔1mm高度采用一张断层图片进行三维重构可以达到最佳效果；采用优化后的重构模型对沥青混合料进行间接拉伸数值模拟，分别对其应力、应变及位移变化进行了分析；采用优化后的三维重构模型定量研究集料骨架与砂浆对沥青混合料高温抗变形的影响，从细观结构角度阐述混合料高温变形机理；分别将砂浆模量为100MPa、600MPa、1100MPa、1600MPa及有无孔隙等情况下对沥青混合料进行蠕变试验的模拟。 研究发现砂浆模量的增加可以一定程度上增加沥青混合料抵抗变形的能力；同时，孔隙的存在会对沥青混合料的受力产生较大的影响；基于混合料高温变形虚拟试验结果，修正了沥青混合料粘弹性模型并获取其粘弹性与动态特征参数；采用CT扫描技术对不同受压状态的沥青混合料进行分次扫描，获取其内部的结构信息。研究发现裂纹首先在混合料中部两端位置开始，达到破坏时，下部位置产生的损伤情况较为严重。通过数值模拟方法进行了单轴压缩试验的模拟，从内部应力的角度对该现象产生的原因进行了解释；采用扩展有限元方法（XFEM），对带有预制切口的SCB试件进行了裂纹扩展路径的分析，发现裂纹的扩展会由切口处向顶部荷载方向扩展，穿过集料与砂浆接触等较为薄弱位置，最终贯穿整个试件。孔隙与集料的存在都将一定程度上的延缓了混合料的开裂。本研究构建沥青混合料细观结构与宏观变形间的桥梁，为长寿命沥青路面结构设计及永久变形预估提供了重要参数。 | 沥青混合料的细观结构特征对其宏观性能有着重要影响。本研究结合X-ray CT扫描与数字图像处理技术，以SMA、Bailey法与Superpave级配沥青混合料为研究对象，构建基于细观结构的沥青混合料三维数值化试样；提出基于三维数值化试样的集料骨架接触状况评价方法与指标，对不同级配沥青混合料的骨架接触状况进行定量评价，并通过APA、SPT与单轴贯入试验对骨架接触参数的合理性进行验证；建立基于三维数值化试样的有限元虚拟试验模型，对APA、SPT、单轴压缩蠕变、动态重复蠕变、单轴贯入试验等混合料高温性能评价方法进行数值模拟；定量研究集料骨架与砂浆对沥青混合料高温抗变形的贡献率，从细观结构角度阐述混合料高温变形机理；基于混合料高温变形虚拟试验结果，修正沥青混合料粘弹性模型并获取其粘弹性与动态特征参数，构建沥青混合料细观结构与宏观变形间的桥梁，为长寿命沥青路面结构设计及永久变形预估提供重要参数。
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| 基于局部应变的沥青路面开裂行为研究 | 郑木莲 | 20万 | 2010 | (E080703) | 51008033 | 长安大学 | 青年科学基金项目 | 沥青路面；局部应变；疲劳开裂；寿命预估； | 沥青路面疲劳开裂是一种常见破坏形式，裂缝的出现不但破坏路面结构的整体性，更为严重的是水从裂缝进入路面结构内部进而进入路基导致结构引起水损坏，大大缩短路面结构的使用寿命。沥青路面疲劳性能研究目前大多采用线性累积损伤的名义应力法，未充分考虑路面结构中应力集中部位的受力特性、塑性变形的损伤作用及循环荷载作用下沥青混合料性能的变化。本项目提出了基于局部应变的疲劳寿命预估方法，主要取得如下成果：①采用自行设计的避免偏心受拉的试验夹具，进行沥青混凝土AC-20和高模量沥青混凝土HMAC-20两种沥青混合料直接拉伸应变疲劳试验，建立了混合料的单调拉伸曲线方程，提出单调应变硬化系数和强度系数。应用多级多试件法建立了沥青混合料的循环应力－应变曲线方程，提出了循环应变硬化系数和强度系数，并确定沥青混合料具有循环硬化和循环松弛特性，建立了沥青混合料的应变－寿命疲劳方程，分析平均应力的影响，提出了其开裂的拉应变阀值和极限值。②基于弹性理论，建立无缺陷沥青路面结构三维有限元模型进行数值计算，分析了温度、轴载、面层厚度和模量、基层厚度和模量、防裂层厚度和模量等因素对刚性基层接缝处沥青路面荷载应变和温度应变的影响规律，基于均匀设计法，回归得出沥青层荷载应变和温度应变的实用计算公式。③根据弹性理论保守系统的最小余能原理，推导出任意应力状态下名义应力（应变）与局部应力（应变）之间的关系，并推广应用到有缺口和循环加载方式的结构，提出了Kf－Neuber公式法和当量应变能密度（ESED）法计算沥青路面局部应变的方法。④采用弹塑性有限元方法，建立二维弹塑性本构模型，分析各因素对刚性基层接缝处沥青混凝土路面应变的影响规律，并计算了接缝处沥青路面结构荷载应变以及温度应变，运用麦夸特法+通用全局优化法拟合出沥青面层底面荷载应变和温度应变的实用计算公式，同时确定路面作用有效轴载。⑤结合沥青面层在荷载和温度作用下的名义应变计算结果，以及沥青混合料的循环应力－应变曲线，采用Neuber公式法、ESED法等近似工程法及弹塑性有限元法两种方法求解沥青面层应力集中部位的局部应变。将大于拉应变阀值的局部应变视为有效应变，结合沥青混合料应变－寿命曲线方程，提出沥青路面疲劳开裂寿命预估方法。并通过同一个路面结构的典型算例，分析对比了基于近似计算法和基于弹塑性有限元计算两种方法在预估沥青路面疲劳寿命中的应用。 | 沥青路面疲劳性能研究目前大多采用线性累积损伤的名义应力法，未充分考虑路面结构中应力集中部位的受力特性、塑性变形的损伤作用及循环荷载作用下沥青混合料性能的变化。本项目拟采用自行设计的试验夹具，进行沥青混合料应变疲劳试验，提出表征其疲劳性能的循环应力－应变曲线与应变－寿命方程；利用修正Neuber公式、当量应变能密度等方法，提出沥青混合料局部应变的计算方法；建立弹塑性有限元模型，数值模拟荷载与温度反复作用下沥青路面局部应变的响应历程；结合回归拟合提出的沥青面层荷载与温度名义应变计算公式、沥青混合料应变疲劳特性与相关的疲劳累积损伤模型，提出沥青路面在荷载与温度作用下基于局部应变的疲劳开裂寿命预估方法。. 研究成果将充分考虑应力集中、沥青混合料材料特性、路面结构层厚度与组合、层间接触状况等因素对沥青路面疲劳性能的影响，从而为结构设计阶段控制沥青路面疲劳开裂，完善其设计方法提供理论依据。
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| 基于EPR制度内涵的废旧产品回收处理模式及其应用研究 | 曹柬 | 38万 | 2011 | 物流与供应链管理(G021101) | 71172182 | 浙江工业大学 | 面上项目 | 生产者延伸责任；逆向供应链；静脉企业；激励机制；环境规制 | 生产者延伸责任制度（Extended Producer Responsibility，EPR）要求制造商注重产品的可拆解性、重用性和环境相容性，鼓励制造商与分销商、回收商、拆解商、再制造商等展开密切合作，回收处理废旧产品。EPR实施有助于提高资源利用率，减少环境污染，推动静脉产业发展。本项目基于EPR制度，从“资源化、绿色化、再利用”三个角度探讨我国废旧产品处理的模式构建、企业协调与激励以及政府规制。(1) 资源化——资源再生利用。针对很多中小型废旧产品（例如手机、电脑、空调等），回收后可修复性相对较低，而回收的资源经济效益相对较高，可以采用资源化方法进行处理，主要流程为“回收→拆解→处置→资源分类”。结合现实国情，分别基于政府、企业和公众视角分析了EPR制度在我国废弃电器电子产品回收处理中的应用，提出了当前我国中小型废弃品回收处理的逆向物流模型，研究了政府与废弃品逆向供应链协调与激励机制，探讨了考虑废旧产品处理的闭环供应链网络竞合模型，结合现实国情讨论了基于随机需求与有限库存的废旧品逆向供应链决策情况。(2) 绿色化——材料减量化和产品精益化。EPR鼓励原产品制造商与合作企业密切合作，提高产品环境绩效。在以制造商为核心的供应链运营中，原材料的减量化和产品的精益化是推动供应链绿色发展、减少废弃产品、提高产品绩效的有效手段。研究了现实国情下制造商绿色运营模式演化及政府作用，研究了不对称信息下绿色原材料采购激励机制设计，分析了制造企业绿色产品创新与扩散过程，探讨了考虑碳排放配额的供应链收益分成契约及政府规制，分析了政府、消费市场与产品绿色设计的演化博弈过程。(3) 再利用——废弃产品/部件再制造。针对机床、大型机械设备、汽车发动机以及部分大型家电等废旧产品，相对于“资源化”处理方式，“再利用（再制造）”方式更利于节能降耗、提高产品环境绩效、提升社会整体福利。本项目分析了基于政府环境规制的再制造供应链决策模型，研究了基于政府补贴的制造企业再制造策略，探讨了EPR制度下再制造商与回收处理商的激励契约设计。根据我国废旧产品回收处理现状与发展趋势，本项目重点研究了废旧品的资源再生处理模式并提出了政府规制与企业策略，初步探讨了废旧品再制造管理。研究结论具有一定的应用前瞻性，能为企业可持续发展理论提供有益补充，对建设环境友好型社会具有一定现实指导意义。 | 生产者延伸责任制度（EPR）鼓励制造商与分销商、回收商、拆解商、再制造商等展开密切合作，回收处理废旧产品。EPR的实施有助于提高资源利用率，减少环境污染，推动静脉产业的发展。目前，各国关于EPR的理论探索与立法实践都处于开始阶段。本项目结合国内外研究成果和我国废旧产品回收处理现状与发展趋势，研究基于EPR的政府规制与供应链成员企业的演化博弈关系，分析基于不同成员企业责任制的废旧产品回收处理模式，研究EPR制度下逆向供应链成员协调与激励机制，研究基于废旧产品回收的供应链超网络优化整合模型，结合实践分析"家电以旧换新政策"的实施成效，为我国政府部门制定基于EPR制度内涵的环境激励政策、为各类供应链成员的协调合作策略以及可持续发展战略的制定和实施提供决策参考。本项目的研究具有一定的应用前瞻性，能为企业可持续发展理论提供有益的补充，对发展循环经济，建设节约型、环境友好型社会具有一定的现实指导意义。
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| 多种携带治疗基因和特异性配体的靶向性羟基磷灰石纳米载体对哺乳动物内耳的转染及保护作用研究 | 孙虹 | 57万 | 2011 | 听觉异常与平衡障碍(H1304) | 81170912 | 中南大学 | 面上项目 | 纳米羟基磷灰石；表面修饰；基因载体；基因治疗；耳蜗 | 1、项目背景和主要研究内容近10多年的研究表明，内耳基因治疗策略可能是治疗致残性感觉神经性耳聋的一个有效的途径，但缺乏有效和安全的基因治疗载体是这一技术进入临床应用的重要障碍。本项目的主要目的，是在前期研究的基础上通过改良纳米羟基磷灰石的结构和制备工艺（重点是纳米载体的表面处理），研发一种低毒且具有较高转染率的新型靶向性非病毒基因转染载体，并在体内外检测其功能和安全性。2、重要结果、关键数据及其科学意义课题组基本完成项目研究计划。⑴ 新研制的双层PEI-PEG结构包裹HAP核心的新型载体系统在转染率和细胞毒性方面均取得了超出我们预期的突破性进展（转染率在60%～80%之间，最高者达80%以上、细胞毒性低于商品脂质体Lipo2000），现正申报国家发明专利（专利申请号：201510799147.6）。这一突破性进展说明本项目最核心的任务已经完成。在研究计划以外，还发明了一种在常温常压条件下制备纳米羟基磷灰石载体的新方法——快速沉淀法制备CaP（另一种形态的羟基磷灰石颗粒），并完成体外安全性试验，发明专利申请正在递交过程中。科学意义：用无机纳米颗粒经适当的表面修饰后，是可以达到很高的有实用价值的转染率的，有望获得新型的安全、高效的基因治疗载体。而且，有可能成为现行商品脂质体的一种替代产品。由于申报国家发明专利，主要研究成果的论文发表将推迟到今后1-2年。⑵ 已建成4种内耳损伤的动物模型，并建立了稳定的听功能检测体系。⑶ 实现了在小鼠和大鼠离体螺旋神经元及囊斑组织中的基因转染，说明我们构建的载体是有功能的。⑷ 已构建用特异性结合内耳毛细胞和神经元上trkC的肽段作为配体，用抗凋亡蛋白XIAP作为治疗基因的靶向载体系统。 | 2006年国家统计局调查显示，我国听力残疾人数2004万，居全国残疾人总数的第二位，且每年新增聋儿3万余名；预防聋与听力减退（PDH）已成为全球的共同行动。课题组近10年来在连续两项国家自然科学基金和数项省部级基金资助下，用羟基磷灰石（HAT）纳米材料作为内耳基因治疗载体的研究取得多项阶段性进展。为进一步提高HAT纳米载体的转染效率，拟用聚乙二醇改善现有纳米载体的表面特性，再连接不同的靶向配体和相应的治疗基因，研制4种可选择性结合特定内耳细胞的靶向HAT纳米载体系统。本项目分6项实验，通过4种内耳病理模型，采用形态学研究、听觉电生理和平衡生理检查、细胞与分子生物学试验等方法，于体内、外观察和评价不同载体系统在不同实验模型中的转染效率和治疗作用；同时对所有新研制的靶向载体进行体内、外安全性试验。该项目的实施，可望大幅提高非病毒载体的转染率，形成具有自主知识产权的研究成果和新型基因治疗产品。
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| Ras GTPases调控耳蜗血-内淋巴屏障结构蛋白与p-糖蛋白的分子机制 | 邹静 | 57万 | 2011 | 听觉异常与平衡障碍(H1304) | 81170914 | 中国人民解放军第二军医大学 | 面上项目 | 工程纳米材料；生物屏障；分子调控；炎性因子；蛋白激酶磷酸化 | 纳米产品是人类面临的新挑战，本课题经过调整后重点探讨与纳米颗粒投放相关的免疫调控及内耳生物屏障变化的分子机制。主要进展如下：线粒体毒素耳蜗急性试验提示与细胞活动相关的能量消耗（代谢越活跃的细胞对ATP不足越敏感）。尺度依赖的纳米脂质体跨大鼠中-内耳屏障转运及运输后的形态（纳米脂质体尺度越小，通过中-内耳屏障效率越高，在外淋巴液中形态完整）。用新颖的持续自动投放器在体给药后纳米脂质体到达内耳的通路（纳米脂质体从微渗透泵缓慢地被释放，形态不受Gd-DOTA影响。上鼓室投放纳米脂质体经卵圆窗进入内耳; 中鼓室投放纳米脂质体经圆窗入内耳）。鼓室投放后纳米脂质体在大鼠内耳的生物兼容性（不影响听力及耳生物屏障功能，不影响耳蜗糖胺多糖和透明质酸分泌及CD44和TLR2表达，不诱导细胞凋亡）。泛素编辑蛋白A20通过上调CD68表达和活化TLR4通路参与调节银纳米颗粒诱导的大鼠耳蜗炎症反应（鼓室注射银纳米颗粒（AgNPs）可逆地干扰耳生物屏障功能，高浓度AgNPs部分可逆地损伤听力。AgNPs上调CD68，激活TLR4，赋予耳蜗细胞巨噬细胞样功能，增强免疫活性。A20和RNF11调节炎性细胞因子表达维持耳蜗微环境）。鼓室投放MnCl2用MRI显示大鼠内耳Ca++代谢状态（MRI显示Mn++在内耳分布模式可用于监测内耳Ca++代谢活动）。经低频振动治疗后梅尼埃病患者内耳症状的改善（低频振动抑制眩晕并缩小双侧cVEMP振幅差异，改善耳鸣和耳闷，不影响听力）。低频振动在前庭损伤动物模型中诱导保护性应激相关蛋白激酶变化（振动促进三硝基丙酸（3NP）诱发平衡失调的恢复。纠正3NP处理降低的内耳蛋白激酶磷酸化和增加的前庭核蛋白激酶磷酸化水平）。低频旋转振动对正常志愿者听力的影响（对听觉系统是安全的）。其他研究包括，银纳米颗粒鼓室投放对大鼠耳蜗基质及生物屏障稳定相关分子的影响（耳蜗高表达MMP7，中表达MMP9，不表达MMP2，不受AgNPs影响；表达透明质酸合成酶3、透明质酸酶2和3，后续将行定量分析；高表达pClaudin-6，中表达CGRP，不受AgNPs影响；弱表达RohA和ROS，AgNPs使其升高）。银纳米颗粒鼓室投放上调大鼠耳蜗神经营养因子RET表达，不影响TrkB表达。极度氧化应激的人脂肪衍生的间充质干细胞具有高度生物活性，CD105表达升高，CD45、CD31和CD206表达降低 | 感音神经性耳聋危害性大，但疗效欠佳。我们研究发现耳蜗血-内淋巴屏障损伤与各种神经性耳聋发生密切相关，前期工作显示线粒体损伤是血-内淋巴屏障的病理基础，但机制尚不清楚。我们还发现线粒体损伤致血管纹边缘细胞间结构蛋白（Z0-1）和p-糖蛋白（p-GP）功能发生明显改变，结合文献强烈提示线粒体损伤可能通过Ras GTPases信号通路影响血-内淋巴屏障功能。为此本项目采用细胞LRET及信号干预等方法，研究：①生理情况下Rac1对血管纹边缘细胞间Z0-1的作用及毛细血管内皮细胞p-GP对血-内淋巴屏障的维持作用；②病理情况下，RhoA诱导血管纹边缘细胞MLC磷酸化、Rac1诱导F-actin重排对Z0-1的作用，Rab5对内皮细胞p-GP功能的影响。阐明Ras GTPases信号通路对血-内淋巴屏障失稳态的作用及调控机制。为探索感音神经性耳聋发病机制提供理论依据，为寻找更有效的治疗手段提供新思路。
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| 经鼻免疫壳聚糖-肺炎球菌表面粘附素DNA纳米微粒预防中耳炎的实验研究 | 戴文佳 | 20万 | 2010 | 耳及侧颅底疾病(H1303) | 81000406 | 复旦大学 | 青年科学基金项目 | 肺炎球菌表面黏附素；DNA疫苗；壳聚糖；黏膜免疫；中耳炎 | 研究chitosan包裹PsaA核酸形成的纳米颗粒经鼻腔黏膜途径免疫在BALB/c小鼠体内诱导的特异性免疫应答能力以及对肺炎链球菌急性中耳炎和鼻咽部定植的保护作用。从肺炎链球菌基因组成功扩增PsaA编码序列，经测序鉴定与GenBank中序列一致，成功构建了pVAX1-psaA真核表达载体，经RT-PCR和Western blot鉴定该质粒可以在体外培养的真核细胞中表达；制备了平均大小为392nm、表面电位为+12.5mV的chitosan-psaA纳米颗粒，该纳米颗粒具有保护pVAX1-psaA免遭DNaseⅠ降解作用；chitosan-psaA免疫组在小鼠体内诱导产生的血清中PsaA特异性IgG、IgG1、IgG2a、粘膜IgA抗体水平及IL-17A、IFN-γ水平与裸psaA组及chitosan-pVAX1组相比均明显升高，且差异具有统计学意义（P＜0.05）；chitosan-psaA组较裸psaA组及chitosan-pVAX1组小鼠肺炎链球菌鼻咽部的定植量明显降低（P＜0.05）；鼻腔攻毒前黏膜IL-17A水平较低，攻毒后IL-17A水平升高，chitosan-psaA免疫组明显高于裸psaA组及chitosan-pVAX1组（P＜0.05），提示IL-17A可能参与了局部黏膜免疫，有利于肺炎链球菌从鼻咽部的清除。评估chitosan-psaA纳米颗粒对急性中耳炎的保护作用结果表明chitosan可以增强psaA黏膜免疫后清除肺炎链球菌的能力。抗体功能实验表明chitosan-psaA组小鼠的血清抗体有较高的抗体结合功能、抑制黏附功能和调理吞噬功能，参与了黏膜保护机制。本研究获得的chitosan-psaA纳米颗粒是一种有效的黏膜免疫疫苗，以其黏膜免疫可望应用于肺炎链球菌感染的防治研究，该免疫策略研究为新一代肺炎链球菌疫苗的设计提供了实验基础。研究chitosan包裹PsaA核酸形成的纳米颗粒经鼻腔黏膜途径免疫在BALB/c小鼠体内诱导的特异性免疫应答能力以及对肺炎链球菌急性中耳炎和鼻咽部定植的保护作用。从肺炎链球菌基因组成功扩增PsaA编码序列，经测序鉴定与GenBank中序列一致，成功构建了pVAX1-psaA真核表达载体，经RT-PCR和Western blot鉴定该质粒可以在体外培养的真核细胞中表达；制备了平均大小为392nm、表面电位为+12. | 肺炎链球菌是中耳炎的主要致病菌，通过粘膜途径引起感染。以肺炎链球菌血清型为基础的多糖和多糖蛋白结合疫苗存在血清型限制，且腹腔或肌肉注射免疫途径难以引起局部粘膜免疫反应。肺炎链球菌表面粘附素A（PsaA）是肺炎链球菌自身蛋白抗原之一，具有非血清依赖性，并与肺炎链球菌在鼻咽部定殖有密切相关性。本研究综合DNA疫苗诱生体液及细胞免疫的优势、经鼻免疫既能诱发全身免疫反应又能产生局部粘膜免疫反应的优点以及壳聚糖增强粘膜吸收和缓释的特性，设计旨在增强粘膜免疫应答的以壳聚糖为载体的肺炎球菌粘附素DNA纳米微粒，研究其经鼻免疫诱导体内免疫应答情况、对小鼠肺炎链球菌鼻咽部定植及中耳炎免疫保护作用，同时探讨其预防小鼠肺炎链球菌粘膜感染的免疫保护机制，为新型疫苗的分子设计提供研究思路。
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| 基于离子液体的氯硅烷催化反应-相控耦合分离研究 | 张军 | 36万 | 2010 | 资源有效利用与循环利用(B081101) | 21076063 | 河南科技大学 | 面上项目 | 离子液体；氯硅烷；溶解度；物化性质；催化加氢 | 定向设计并合成了阳离子同为 [BMIM]，阴离子分别为[BF4]、[PF6]、[SCN]、[CH3COO]、[N(CF3SO2)2]、[N(CN)2]的6种咪唑基离子液体，同时制备了5种咪唑基功能化离子液体[C12MIM][NTF2]、[EOHMIM][TFO]、[HMIM][NTF2]、[EOHMIM][N(CN)2]和[BDMIM][BF4]，对合成原料及工艺路线加以优化探索，同时对它们进行了深度除杂和净化，并用1H NMR、13C NMR、FTIR等现代测试分析手段对这些离子液体进行了综合表征。精确地测定并分析了这些离子液体在不同温度下的粘度、密度和极性。分别测定了四氯化碳、四氯化硅和三氯氢硅于不同温度下在[Bmim][NTF2]、[Bmim][N(CN)2]、[Bmim][BF4]和 [Bmim][PF6]离子液体中的溶解度和相行为，关联计算了溶解度和过程的热力学函数变化，解析了溶解过程的热力学驱动机制。通过科学分析氯硅烷加氢转化反应的热力学和动力学特征，分别制备了多形貌微纳米金属镍、双金属FeNi3、负载型镍、多形貌微纳米钌、镍基非晶态合金、双金属非晶合金NiMeB(Me=Fe, Cu)、活性炭负载三元纳米金属（Ni, Cu, Pd）、微纳米金属镍包覆二氧化硅加氢催化剂等十几种不同类型的催化剂，用XRD、TEM、SEM和比表面积及孔径分析等方法对它们进行了物性分析，同时对其催化活性进行了科学评价，获得了适宜于氯硅烷加氢转化的催化剂。联合研制了搅拌装置分别为磁力搅拌和超声波搅拌两种搅拌模式的加氢反应装置。采用自制的反应装置和催化剂，详细地探讨了基于离子液体的四氯化硅冷氢化催化反应规律，确定了四氯化硅催化转化三氯氢硅的优化工艺条件，获得了不同反应条件下的转化率和产物选择性。结果表明，所制离子液体纯度较高，能够适宜于氯硅烷催化加氢转化反应及相控分离的要求；催化剂的活性和选择性较高，四氯化硅的单程转化率可以达到39.06%、三氯氢硅的选择性能够达到95.83%。 | 四氯化硅是多晶硅产业的大宗副产物，易于气化和水解，腐蚀性和毒性极强，难以储运，亟待有效利用。本项目拟根据离子液体的构-效关系，通过对阳离子的侧链烷基进行取代，并选取不同类型的阴离子加以科学地配伍和协同，从而定向设计、合成一系列具有适宜沸点、极性和选择性溶合能力的功能型咪唑类离子液体；研制并评价纳米、多孔型过渡金属或其化合物构成的镍、钌、钯系催化剂，探索其负载方式，获得氯硅烷加氢反应的适宜催化剂及条件；系统地测定离子液体、氯硅烷等在不同条件下的极性，及氯硅烷和催化剂等在离子液体中的溶解度和相行为，掌握反应体系的成相规律及相控耦合分离条件；在特制的内循环无梯度反应器内，探索基于离子液体、超声辅助下氯硅烷催化加氢的反应规律，解析反应的微观机制，用热力学和动力学原理进行定量描述，为高效循环利用四氯化硅新技术的开发提供科学依据。
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| 四氯化硅催化氢化制备三氯氢硅工艺及机理研究 | 张宁 | 27万 | 2010 | 绿色有机化学(B0107) | 21062013 | 南昌大学 | 无 | SiCl4；催化氢化；SiHCl3；活性炭；金属硅化物 | 由于太阳能光伏产业的飞速发展，对高纯多晶硅的需求正急剧增加。目前最广泛采用的高纯多晶硅制备技术为SiHCl3还原法，该方法会产生大量SiCl4副产物。因此，SiCl4的转化利用已成为多晶硅行业、乃至太阳能光伏行业发展的瓶颈。在各种利用方法中，将SiCl4氢化为SiHCl3重新做原料是最节约资源且环境友好的途径。本项目主要研究了活性炭和金属氧化物负载过渡金属催化剂，金属硅化物催化剂以及与路易斯酸相结合复合催化剂，初步探索了光催化SiCl4制备SiHCl3，考察了不同载体的影响和金属助剂的作用。结果表明活性炭负载的过渡金属催化剂具有更好的活性，其中Co/C效果最好，最佳工艺条件：催化剂用量为0.1 g，Co含量为2 mmol/1g C，n(H2) ：n(SiCl4)为6，氢气流速为30 mL/min，反应温度为750 °C，0.1MPa，SiHCl3产率能达到13.8%。金属硅化物催化剂以Ni-Ba金属硅化物催化剂最好，最佳工艺条件为：催化剂用量0.15 g，BaCl2为1%，Ni为5%，H2：SiCl4为6，氢气流速为30 mL/min，反应温度900 °C，0.1MPa，SiHCl3收率达到19.8%。适量的引入BaCl2有利于生成高活性低Si/M比的硅化物活性物种Ni3Si，类似结果未见报道，这些结果为制备低Si/M比的金属硅化物催化剂提供了一种方法或指导。另外结合物化表征及量子计算等方法，初步研究了其反应机理。所开发的Co/C和Ni-Ba金属硅化物催化剂催化工艺均实现了常压催化，大大降低了反应体系的压力，降低能耗，对社会、经济、环境具有重要意义，具有较好的工业应用前景。 | 随着太阳能光伏产业的飞速发展，对高纯多晶硅的需求正急剧增加。目前最广泛采用的高纯多晶硅制备技术为三氯氢硅还原法，但是每生产1吨多晶硅将产生四氯化硅副产物10～14吨。2010年多晶硅产量将达到 1.2 5万吨，四氯化硅副产物将达到约15万吨。因此，四氯化硅的转化利用已成为多晶硅行业、乃至太阳能光伏行业发展的瓶颈。在各种利用方法中，将SiCl4氢化为SiHCl3重新做原料是多晶硅生产中最节约资源且环境友好的途径。本项目将针对目前各种方法中的缺点(如高温高压、转化率低、选择性差、机理不明等)，首次在催化剂中引入稀土元素，采用硅化金属（或合金）与路易斯酸相结合的催化剂及工艺，通过物化表征、原位反应表征及量子计算等方法，研究其反应机理，进一步开发新型催化剂和改进催化工艺，不断加深对SiCl4催化氢化的行为机制和内在规律的理解和认识，从而为SiCl4的利用转化提供一条有效可行的途径。
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| 粗糙脉孢菌转录因子ADA-1调控有性发育的机制研究 | 李少杰 | 60万 | 2011 | 微生物功能基因(C010301) | 31170087 | 中国科学院微生物研究所 | 面上项目 | 有性发育；转录因子；丝状真菌；； | 植物真菌性病害多数由丝状真菌引起，而有性发育不但是丝状真菌一个非常重要的生物学过程，而且有性孢子是很多丝状病原真菌形成初侵染的主要形式，此外，调控有性发育的信号还决定着真菌毒素的产生和真菌病原的致病。ADA-1是一个丝状真菌中普遍存在的bZIP转录因子，ADA-1缺失之后，粗糙脉孢菌不能进行有性发育，本项目拟揭示其调控机制。本项目证明转录因子ADA-1在粗糙脉孢菌的原子囊发育中发挥重要作用：ADA-1在原子囊发育早期增强转录，缺失后原子囊受阻于发育的早期。ADA-1缺失之后其表型和激酶MAK-2缺失非常类似，同时也与激酶MAK-1缺失的表型具有很多的相似性。通过分析粗糙脉孢菌分别缺失ADA-1、MAK-2、MAK-1后转录组的变化，发现ADA-1、MAK-2、MAK-1各自在原子囊发育中的作用，并揭示ADA-1、MAK-2、MAK-1在原子囊发育中的具有协同调控作用，三者存在共同调控的、对原子囊发育具有重要作用的基因。此外，通过对ADA-1、MAK-2、MAK-1所调控基因突变体的分析，本项目发现了对原子囊发育具有关键调控作用的基因18个。 | 有性发育与很多丝状病原真菌的侵染、毒素合成关系密切。粗糙脉孢菌中，存在一个丝状真菌特有的、对有性发育起关键调控作用的转录因子编码基因ada-1，通过对其构巢曲霉中同源基因rsdA的敲除，我们发现rsdA也调控有性发育，表明该基因功能保守。ADA-1是继信息素介导的MAP信号途径中Ste12类转录因子之后，丝状真菌中发现的第二种对有性发育起保守调控功能的转录因子，其调控机制还未被研究，研究其调控机理对揭示丝状真菌发育调控网络具有普遍价值。本项目拟通过对粗糙脉孢菌野生型和ada-1突变体菌株表达谱的差异分析，鉴定ADA-1所调控的基因；通过突变体的表型及基因在发育过程中转录动态的分析，明确所调控基因与有性发育之间的关联；通过所调控基因启动子的分析，推测ADA-1所结合的特征DNA序列，并通过凝胶阻滞实验进行确认；推演ADA-1调控机制模型，并将该模型在构巢曲霉中进行验证。
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| 高效化学选择性原位识别聚糖的电化学检测 | 丁霖 | 19万 | 2010 | 电化学分析(B0402) | 21005037 | 南京大学 | 青年科学基金项目 | 聚糖；细胞；原位；化学选择性识别；纳米材料 | 细胞表面聚糖介导和调控一系列重要的生物学过程，其表达和变化与疾病发生和进程密切相关。因此原位特异性检测细胞表面聚糖，对于揭示细胞聚糖的生物功能具有重要的意义。在基金项目21005037的资助下，研究按计划进行，经过近三年的研究工作，完成了研究计划，实现了预计各项科学目标。基于“化学选择性识别”发展了几种细胞表面糖基、糖基密度的快速、价廉、灵敏度高、特异性好的原位检测新方法：利用高碘酸选择性氧化-苯胺催化的醛肼反应，发展了细胞表面唾液酸电化学原位检测新方法；构建了密度可调的树枝状聚合物阵列作为识别界面，结合氨基苯硼酸修饰的金纳米簇探针，发展了细胞表面的唾液酸密度检测方法；利用化学选择性识别提出了基于多元特异性结合的信号放大模式，用于细胞表面唾液酸残基的高灵敏、原位、特异性检测。提出了细胞表面不同聚糖的多通道检测新方法：将DNA微阵列技术和DNA编码技术相结合，发展了一种活细胞全表面多种聚糖同时定量检测新策略；结合两种“化学选择性”聚糖识别技术，发展了一种细胞表面两种糖基化学发光成像分析方法；发展了只需扫描仪的细胞表面聚糖高通量灰度图像分析方法。设计了一种具有荧光“关-开”功能的响应型多孔硅纳米探针，实现了细胞内端粒酶活性的原位检测；构建了癌细胞靶向的pH激活型纳米粒子用于癌症的光动力治疗。发表SCI论文10篇（影响因子都大于5），包括Chem. Rev. 1篇，J. Am. Chem. Soc. 2篇，Chem. Commun. 3篇，Anal. Chem. 3篇，J. Mater. Chem. 1篇，撰写中、英文专章各1章、中文译著1章，申请专利2项；获得2013年度国家自然科学基金优秀青年基金资助，2013年度教育部高等学校自然科学奖一等奖（第四完成人），被评为2011年度全国优秀博士学位论文提名论文。参加国际、国内会议各2次，其中境外国际会议1次。项目负责人于2011年12月晋升为副教授职称，2012年11月被评为硕士研究生导师，独立指导硕士研究生2人。项目到账经费19万元，支出17.124万元，结余1.876万元。本项目研究成果拓宽了生物分析化学的研究与应用领域，对于揭示肿瘤与细胞表面糖基化、糖分布和含量的关系，进一步了解糖基化改变在细胞粘附、迁移和恶性肿瘤形成与迁移中的作用，提出新的肿瘤诊断特异性生物标志物，开发癌症治疗的新方法都具有重要的意义。 | 聚糖对生命体中一系列重要生命过程具有调控作用，细胞表面的糖基化模式与细胞的生理状况和疾病的发生发展密切相关。本项目利用高效、化学选择性、与生物正交的原位识别糖基技术，结合纳米材料的表面修饰、信号放大策略和生物正交化学反应，通过电化学、电致化学发光、扫描电化学显微镜等技术，原创性地提出一系列高特异性、高灵敏度的细胞表面聚糖电化学检测新方法；设计化学选择性识别聚糖的纳米探针，集成生物正交的化学反应与酶催化下糖链合成的生化反应，发展新的细胞表面聚糖选择性标记普适策略，并通过与电极阵列芯片的联用建立新的多通道检测方法；以临床样品为对象，利用所建立的方法，实现细胞在生理病变和药物刺激下表面糖基的动态监测，探讨药物和致癌物分子对糖基化过程的影响，为揭示糖化合物介导的信号转导调控规律和新药作用靶点奠定基础，对于糖基化过程在生物学和肿瘤诊断与防治等方面的研究具有重要意义。
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| 时滞微分方程与离散系统的定性理论及其相关问题 | 庾建设 | 140万 | 2010 | 泛函微分方程(A010701) | 11031002 | 广州大学 | 重点项目 | 时滞微分方程；离散系统；周期解；概周期解；分支理论 | 本项目对时滞微分方程与离散系统的周期解、概周期解和同宿轨，时滞反应扩散方程的全局动力学性质、行波解与分支问题，以及微分方程理论在种群生态学、分子生物学和传染病动力学等方面的应用进行了深入系统和广泛的研究。建立了新理论，发展了新方法，为解决上述研究领域中的实际问题提供了理论基础。 具体地说，开展了时滞微分方程，特别是Kaplan-Yorke型时滞微分方程周期解的最小周期问题研究；应用临界点理论中的伪指标理论和Galerkin逼近技巧，彻底解决了高维情形下的Kaplan-Yorke猜测。通过详细分析特征值的分布，给出了中立型微分方程全局Hopf分支的第一个结果；对具时滞和反应扩散项的系统，以滞量为参数，得到了Hopf分支的存在性、发现了Turing不稳定、稳定开关的存在性，导出了决定Hopf分支性质的量的公式；首次从分支的角度研究了偏泛函微分方程周期解大范围存在性；研究了时滞微分方程的高余维分支问题，且得到了某些有实际背景的时滞方程的分支图。 建立了分子生物学中多状态基因转录模型和多路径基因转录模型；研究了可诱导基因在负调控机制与内在随机转录机制共同作用下的转录动态；从理论上严格讨论mRNA 概率分布的形态特征及其丰富的动态转换，刻画了基因转录的随机性；在三状态基因转录模型的基础上，计算和分析基因表达的均值、噪声与噪声强度，并讨论它们如何由基因转录的启动、mRNA和蛋白质合成和降解的随机过程等进行调节。 研究了生态数学模型的行波解存在性问题和非局部时滞反应扩散方程解的全局动力学行为；研究了几类微分方程的拟周期解、概周期解、稳定性、持久性、全局吸引子，线性随机时滞微分方程二阶距的有界性和离散系统与Hamilton系统的同宿解等问题。 | 时滞微分方程与离散系统的定性理论是微分方程与动力系统领域中十分活跃的研究课题。其中周期解、概周期解、边值问题和分支理论及相关问题更是研究的热点内容。本项目将创造性地提出并应用Minimax理论、几何指标理论、Morse理论及Maslov指标理论等现代数学工具系统地研究时滞微分与离散系统周期解、同宿轨与异宿轨的存在性、多解性以及周期解的最小周期问题；研究概周期微分方程所生成的动力系统的动力学性质，揭示运动规律，分析运动的变化趋势；从分支的角度研究滞量对时滞微分方程轨道变化的影响，得到其轨道的变化规律和奇点附近轨道的拓扑结构；对人口动力学、经济学及自动控制中出现的各类时滞模型的动力学性质从不同角度进行系统的研究，为实际问题提供数学理论依据。这些问题的研究反映了时滞微分方程与离散系统定性理论的前沿状况，涉及到该领域的核心问题，发展新方法，将时滞系统的定性理论研究引向新方向。
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| 高维反应对流扩散方程的整体解 | 刘乃伟 | 3万 | 2010 | 非线性发展方程和无穷维动力系统(A010804) | 11026099 | 烟台大学 | 专项基金项目 | 反应对流扩散方程；行波解和整体解；非线性反应项；周期介质 | | 非线性抛物型方程理论是现代偏微分方程理论的重要组成部分。本课题主要研究高维空间中非线性抛物型方程的整体解，这里整体解是指一类对所有时间t 都有定义的解。从动力系统的角度来看，抛物型方程初值问题的解仅仅是半流，而整体解实际上是方程的一个全流，利用整体解可以确切把握任何时刻方程解的信息。本课题主要研究由于行波解的交互作用而产生的整体解。已有相关结果大都建立在一维齐次空间下。考虑到物理、化学、生态等领域的众多问题都是高维空间问题，因此本课题试图建立高维空间，特别是周期介质中含对流项的双稳和点火型非线性反应扩散方程以及一般高维空间中特殊非线性方程的整体解理论，并应用到化学反应、种群动力学等模型中去。需要指出的是，在高维空间中考虑非线性反应扩散方程的曲面行波解，相应的波方程为椭圆型方程。在椭圆型方程理论框架下利用曲面行波解研究高维空间中方程的整体解变得困难且有重要实际意义。
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| 离子迁移谱快速测量邻苯二甲酸酯类环境激素的新方法研究 | 李京华 | 60万 | 2011 | 环境分析化学(B060101) | 21177124 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 面上项目 | 离子迁移谱；邻苯二甲酸酯；试剂分子；电离源；质谱 | 邻苯二甲酸酯（PAEs） 污染受到越来越多的关注。针对目前常用的色谱、气质联用技术，分析周期长、设备昂贵，不适合大宗样品的快速筛查的现状，本项目基于离子迁移谱技术，建立了复杂环境下痕量 PAEs 简单、快速检测的新方法。搭建了试剂分子辅助电离离子迁移谱实验平台，系统考察了仪器运行参数对邻苯二甲酸酯识别准确性及灵敏度的影响规律；成功实现了对常见邻苯二甲酸酯类物质的高灵敏快速检测，邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二（2-乙基己）酯的检测限分别达到0.14、0.06、0.14、0.44、0.02 mg/L，并建立了相关的定量曲线，线性相关系数大于96%。对仪器检测参数优化后开展了实际样品中邻苯二甲酸酯类物质的检测，成功检测了塑料、酒、香水、唇膏等中痕量的邻苯二甲酸酯。基于质谱对产物离子的定性检测，对检测机理进行了初步的研究。 | 邻苯二甲酸酯（PAEs）是国际上重点监控的环境激素类污染物，最近被列入"严重的健康或环境关注度"的化合物清单。目前常用的色谱、气质联用技术，分析周期长、设备昂贵，不适合大宗样品的快速筛查。为此，本项目将基于离子迁移谱技术，开发适于复杂环境下痕量PAEs简单、快速检测的新方法，单次样品分析小于3秒：利用dopant添加物与PAEs间的选择性离子-分子反应，实现复杂环境中PAEs的准确测定，考察掺杂剂的浓度、结构、组成等对定性、定量测定的影响；利用飞行时间质谱研究离子-分子反应的微观过程和机理，来筛选和优化dopant；考察6种典型PAEs的最优检测参数，建立不同PAEs的定量曲线，研究PAEs在不同塑料包装材料中的溶解和迁移规律。本项目开发的PAEs快速检测方法，作为色谱、气质联用技术的有益补充，为环境激素的快速筛查提供科学的方法和实验依据。
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| 高场非对称波形离子迁移谱仪微型化研究 | 徐效文 | 25万 | 2011 | 分析仪器微型化(B040708) | 21105127 | 中南大学 | 青年科学基金项目 | 高场非对称波形离子迁移谱；微型化；农药残留；食品安全检测； | 高场非对称离子迁移谱技术（FAIMS）是在大气压下对气相离子进行快速分离识别的一种新兴技术，是利用高电场强度场条件下不同离子迁移率呈非线性变化的特点，对离子进行分离的。目前FAIMS检测器体积过大，制约了系统的微型化，因此FAIMS检测器微型化是当前研究的热点问题。近年来FAIMS技术化学毒剂检测、环境检测等领域均显示了十分诱人的前景，但是应用于农药检测的研究成果还较少。本项目从制约FAIMS系统微型化的关键问题入手，研究了新型FAIMS多方波非对称电源，缩短平行板的长度，使检测设备更加微型化，而且可用于多组分复杂组分的痕量分析。探讨了纸喷雾电离源用于高场非对称波形离子迁移谱仪的可行性。将高场非对称波形离子迁移谱技术用于快速检测蔬菜农药残留，为农药残留检测引入新方法。采用芯片级FAIMS谱仪对有机磷农药毒死蜱和甲胺磷进行了检测，实验结果表明，FAIMS技术耗时较少、仪器便携、检测结果准确，完全满足农残检测的要求。将FAIMS技术与GC技术进行联用，检测了不同种类白酒的组分，为白酒鉴定引进了一项新技术。本课题研究成果，进一步丰富了食品安全检测技术。 | 离子迁移谱仪（IMS）用于对化学战剂、爆炸物等进行检测，但是系统分辨率和灵敏度不足够高（对某些样品不能区分）、迁移管结构比较复杂, 不适合使用MEMS技术设计、制作，不易于微型化。近年出现了高场非对称波形离子迁移谱技术（FAIMS），FAIMS 迁移管突破了传统迁移管结构上的限制，易于微型化。但是，目前FAIMS检测器采用放射性电离源，被检测样品依靠载气在迁移区内运动，必须外接一个体积庞大且复杂的精密气体供给装置, 从而使整个系统的体积过大，制约了系统的微型化。本项目拟从离子源、过滤电极和检测单元等方面开展FAIMS检测器微型化研究，研制的微型FAIMS检测器样机具有微型化、灵敏度高、检测时间短和选择性高等特点，在化学战剂、爆炸物和大气污染物等环境监测中具有广泛的应用前景。
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| microRNA在雌激素上调eNOS表达降低肺动脉高压中的作用及机制研究 | 荆志成 | 60万 | 2011 | 血管发生异常及血管结构与功能异常(H0220) | 81170300 | 同济大学 | 面上项目 | 肺动脉高压；雌二醇；microRNA-21；Arhgap24；增殖 | 目的：肺动脉高压 ( Pulmonary Arterial Hypertension，PAH)是一类常见的恶性程度极高的血管疾病。PAH多见于中青年人，女性患者发病率较高，但是男性患者死亡率较高，而造成这种差异的原因至今尚不清楚。本课题组前期研究发现，17β-雌二醇(E2)可有效改善PAH，但是具体机制不清楚。因此，本项目旨在阐明E2降低PAH的具体机制。研究方法：体内试验我们采用雌性或雄性Sprague-Dawley大鼠颈背部皮下一次性注射野百合碱（MCT）制备PAH模型。雌性大鼠行双侧卵巢切除术制备雌激素缺乏模型。大鼠注射MCT同时给予 E2 持续5周或注射后第五周给予持续一周。体外实验采用原代培养正常大鼠和MCT-PAH大鼠的肺动脉平滑肌细胞用于相关实验。结果：雌性MCT-PAH大鼠血浆中E2的浓度较对照组显著降低。该组肺组织中E2的合成酶CYP 19表达明显降低，而降解酶CYP 1A1 和 CYP 1B1的表达显著升高。卵巢切除后MCT-PAH大鼠呈现出更严重的PAH。给予E2可有效的抑制肺动脉平滑肌细胞增殖和炎症反应，诱导凋亡增加。这可能是E2与雌激素受体(ER)β结合后，抑制PI3K 和 Akt信号蛋白的磷酸化上调肺组织eNOS和COX-2的表达增加NO和PGI2的表达，同时还可抑制肺组织ECE的表达下调ET-1的产生。给予雄性MCT-PAH大鼠E2治疗后，同样可以显著改善PAH，抑制肺动脉平滑肌细胞增殖，诱导凋亡增加。miR-21在MCT-PAH大鼠肺动脉的表达显著升高，而E2处理能够使其下降。经荧光素报告酶系统检测确认Arhgap24是miR-21的靶基因。且MCT-PAH大鼠肺组织Arhgap24蛋白表达显著下降，其下游信号通路RhoA/ROCK，Rac1/c-Jun及TGF-β1蛋白表达显著增加，给予E2能显著逆转这些蛋白的表达。给予E2 和/或miR-21抑制剂可以显著抑制MCT-PAH大鼠的肺动脉平滑肌细胞增殖，给予miR-21的前体可以促进增殖。结论：本研究提示E2缺乏可能会加重PAH的发生发展，其不足可能与其代谢酶的表达水平有关。E2可同时调节NO、PGI2和ET-1的表达缓解PAH的进展。E2或许通过其受体调控miR-21/ Arhgap24的表达降低TGF-β1表达抑制肺动脉平滑肌细胞的增殖。 | 肺动脉高压（PAH）是一类严重的心血管疾病，病因未明。有报道，雌激素缺乏可能在PAH的发病中起到重要作用。我们前期结果证实了雌激素可有效的缓解肺动脉高压的动力学指标，但具体机制尚不清楚。研究发现，雌激素能够上调eNOS的表达，通过NO途径降低肺动脉压；但雌激素只在蛋白质水平增加eNOS的表达，并不引起其mRNA水平的变化，这提示我们雌激素可能通过特殊机制调控eNOS的表达。由于雌激素的这一调控特点恰好符合microRNA对靶基因的调控方式，因此，我们推测microRNA可能参与了雌激素对eNOS表达的调节。为了进一步证实这一推测，本项目拟通过构建PAH大鼠模型、转基因小鼠模型、应用基因芯片、RNA干扰、腺病毒感染等技术，筛选出雌激素在降低PAH过程中变化的microRNA;并确定与eNOS表达调控有关的microRNA，为阐明雌激素降低肺动脉高压的具体机制提供重要的理论依据，并可能为肺动
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| 活性氧在15-HETE介导的肺高血压过程中的作用 | 李倩 | 22万 | 2011 | 呼吸生理(C110203) | 31100835 | 哈尔滨医科大学 | 青年科学基金项目 | 15-HETE；缺氧性肺动脉高压；ROS；Nox4；p38MAPK信号转导途径 | 《活性氧在15-HETE介导的肺高血压过程中的作用》（课题编号：31100835）课题获得国家自然科学基金资助，课题负责人为李倩。现已达到研究预期目标。全部研究内容已全部完成，发表9篇文章，均发表在国内外有影响的杂志上。本课题研究发现:1、明确15-HETE 有可能是从上游诱导ROS 的产生，而其调控的 ROS 主要来源于线粒体，而其在体循环和肺循环的调控机制又有不同；2、通过抑制线粒体和NADPH氧化酶发现可以减弱15-HETE诱发肺血管收缩，提示线粒体内Nox4氧化酶有可能是15-HETE作用的下游靶点；3、此外，通过相关通路抑制剂，RNA干扰技术，western blot 技术确定15-HETE诱导产生的ROS调节血管内皮细胞和血管再生有关的蛋白质表达，从而揭示15-HETE诱导产生的ROS可能是通过激活肺动脉MAPKs家族p38的活性，激活下游MAPKK，促发肺血管重构的。本课题研究结果支持研究假设——ROS参与15-LO 及15-HETE引起的肺动脉收缩和肺血管重构，为揭示肺动脉高压的发病及治疗提供理论依据。 | 肺高血压被医学界称为"心血管病中的癌症",迄今发病机理不明。因此，揭示肺高血压的病因是制订有效治疗方案的关键。我们课题组在前期工作中发现15-HETE（15-羟基二十碳四稀酸）是缺氧性肺高血压的介导因子，可以诱导产生活性氧(ROS)，后者在肺血管的收缩和重构中有着重要的作用。为此我们提出假设：15-HETE诱导肺动脉平滑肌细胞（PASMCs）产生ROS，通过调控ROS亚细胞分布、使肺血管收缩和重构。为验证这一假设，我们拟开展下述研究:1.阐明15-HETE诱导ROS产生的种类，亚细胞定位以及细胞定位到作用位点的作用模式；2.探讨15-HETE诱导产生的ROS在缺氧性肺动脉收缩中的分子、离子机制和细胞内信号转导途径；3.确立15-HETE诱导产生的ROS在肺血管重构中的具体作用。本申请将有助于揭示缺氧性肺高血压的发病机理，并为治疗该疾病的药物研究提供了最佳的作用靶点。
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| 基于链接化学策略的石墨烯多功能化、多维成像及分子识别 | 鲜跃仲 | 60万 | 2011 | 生物电分析化学(B040205) | 21175046 | 华东师范大学 | 面上项目 | 石墨烯；磁纳米微粒；荧光成像；磁共振成像；生物电分析 | 本项目按照申请书以及计划任务书中的研究计划进行，主要围绕石墨烯的化学制备、功能化、性能及其应用开展研究。在本项目中，我们积极探索了多种反应策略对石墨烯及其复合物进行功能化修饰，特别是研究了链接化学的策略，如：Cu(I)催化Huisgen1,3-偶极环加成反应、电化学引发的Michael加成反应以及光催化Thiol-ene反应等链接化学反应类型对固相界面的功能化修饰并将相关策略应用于石墨烯传感界面的功能化，构建了多种具有光学、电化学、磁学以及生物功能化特性的功能传感界面；研究了功能化石墨烯的生物效应与毒理作用，探索了类石墨烯量子点的光学特性；通过电化学、光学及磁共振成像、荧光成像等多种技术手段研究了相关传感器件的分子识别能力、作用机制等，比较好地拓展了功能化石墨烯材料在分子识别领域中的应用。同时，结合石墨烯类材料的研究热点，我们在原来研究计划任务的基础上，进一步拓展研究了类石墨烯材料MoS2制备、复合及其分析应用方面的研究工作。 项目执行期间，在J Mater Chem A, ACS Appl Mater Interfaces, J Mater Chem B, ChemPhyChem, Electrochim Acta, Analyst等主流学术期刊上发表SCI论文22篇；申请国家发明专利3项，1项专利授权；培养研究生18名，其中博士研究生5名，硕士研究生13名；毕业研究生10名，其中博士3名，硕士7名。参加5次重要的学术会议，提交会议论文14篇。 | 石墨烯的化学制备、功能化、性能及其应用研究是国际上高度关注的热点前沿研究领域。本项目拟采用链接化学的策略，积极探索Cu(I)催化Huisgen1,3－偶极环加成反应、电化学引发的Michael加成反应以及光催化Thiol-ene反应等链接化学反应类型对石墨烯的高效、可控功能化，实现石墨烯界面功能化基团、位点的精确控制，构建具有光、电、磁及生物功能化等特性的多功能化传感界面；通过多种细胞模型及模式动物，研究多功能化石墨烯的生物效应与毒理作用，评估其生物安全性；通过电化学、光学及磁共振成像等多种技术手段研究生物分子的标记、示踪、操控及相互作用，拓展多功能化石墨烯材料在分子识别领域中的应用研究。
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| 三种南海软珊瑚的化学成分分离、结构鉴定及其生物活性研究 | 郭跃伟 | 36万 | 2010 | 海洋天然产物化学(B070102) | 21072204 | 中国科学院上海药物研究所 | 面上项目 | 花环肉质软珊瑚；冠状豆荚软珊瑚；精致指形软珊瑚；化学成分；生物活性 | 主要完成了本课题选定的3种软珊瑚生物样品--花环肉质软珊瑚Sarcophyton trocheliophrum (即RSH-1)、冠状豆荚软珊瑚Lobophytum cristatum（即RSH-2）、精致指形软珊瑚Sinularia depressa（即RSH-3）的采集、处理、生物物种鉴定，同时还采集到了与上述3种软珊瑚外观相似的10 余种其它软珊瑚样品。开展了本课题选定的3种生物样品以及4 种外观与拟研究生物很相似的软珊瑚的化学成分、及单体化合物生物活性筛选等方面的系统研究。也即我们扩展了本课题的研究内容。从所研究的几种软珊瑚生物样品中共分离鉴定出了100多个不同结构类型的化合物，其中首次发现的新化合物51个，包含1种2个全新骨架化合物(申请书定的指标为“发现的新化合物8-15个”)，全面超额完成了申请书中规定的指标任务。对量较多的70个天然化合物，完成II糖尿病靶标分子1B（PTP1B）模型，双氧水、淀粉样蛋白-β25-35H或血清剥夺诱导的SHSY5Y细胞伤害神经保护模型，人肺腺癌细胞A549、人结肠癌细胞HCT-116、胚胎H9C2大鼠心肌成肌细胞、3T3- L1小鼠成纤维细胞、Caco-2细胞人类上皮大肠腺癌细胞、C6大鼠脑胶质瘤细胞等肿瘤/非肿瘤细胞模型，抗菌等模型上的筛选，发现11个化合物具有不同程度的PTP1B抑制活性，8个化合物具有不同程度的细胞毒活性，3个化合物具有不同程度的SHSY5Y细胞伤害神经保护作用，4个化合物具有不同程度的抗菌活性。前期研究中，我们从多棘软珊瑚（Dentronephthya studeri）中发现了1个强效细胞毒活性化合物--多棘酸酯（methyl spongoate，SC-1），SC-1对人肝癌细胞BEL-7402显示强的抑制活性，IC50为0.14 mju/mL。在本课题中，我们与丁健院士合作，对SC-1抗肿瘤的药理及药效学进行评价，同时探讨了SC-1作用机制。对SC-1结构类似物--21-芳亚甲基孕烯醇酮衍生物进行设计和合成，并在H2O2诱导的PC12细胞损伤模型及OGD诱导的SH-SY5Y细胞损伤模型下进行筛选，发现4个具有显著的神经保护作用的活性先导化合物。现已发表标注有本项目资助的SCI学术论文及研究综述20篇(申请书定的指标为“发表论文3-6篇”)；申请发明专利3项，获得奖项2项。 | 海洋软珊瑚不仅在海洋生态环境中起着非常重要的作用而且还能产生很多结构新颖，生物活性多样显著的次生代谢产物。从中寻找和发现新药或新药先导物是一个具有广阔应用前景的课题，也是当前国际上海洋药物研究的一个热点。本项目拟对采自我国南海的三种软珊瑚的化学成分进行深入的研究，从中寻找针对人类重大疾病（如肿瘤、糖尿病、老年痴呆症等）有显著疗效及药用前景的新型海洋天然产物，为进一步深入研究，开发成为自主知识产权的新药从而利用我国的海洋珊瑚资源打下坚实的基础。
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| 特境及不可培养微生物产生的新活性物质研究 | 谭仁祥 | 300万 | 2011 | 微生物与真菌化学(B010306) | 21132004 | 南京大学 | 重点项目 | 特境微生物；培养条件；宏基因组；产物诱导；新活性产物 | 从特殊环境（简称"特境"）及不可培养微生物中寻找全新活性天然产物研究已成为国际前沿课科研题之一。在大量前期工作基础上，本项目完成了：（1）成功摸索建立多种培养条件，并分离各类特境微生物300多株，并从中发现了众多结构复杂活性显著的分子；（2）完善不可培养微生物的基因利用技术，使不可培养微生 物中次生代谢物合成积累相关的基因在大肠杆菌等模式微生物中进行成功表达，并获得硫肽类化合物以及其基因簇；（3）通过各种化学小分子，成功诱导（或激活）可培养和不可培养逆境微生物的次生代谢物生物合成相关基因，使其产生众多化学结构新颖、生物学功能显著的天然产物。项目组一共发表论文52篇，影响因子大于5的论文12篇，包括Nature Communications, PNAS, Angew Chem Int Ed 等论文。 | 从特殊环境（简称"特境"）及不可培养微生物中寻找全新活性天然产物研究已成为国际前沿课科研题之一。在大量前期工作基础上，本项目拟：（1）摸索建立多种培养条件，以成功分离常规条件下很难培养（甚至不可培养）的微生物；（2）完善不可培养微生物的基因利用技术，使不可培养微生物中次生代谢物合成积累相关的基因在大肠杆菌等模式微生物中进行成功表达；（3）诱导（或激活）可培养和不可培养逆境微生物的次生代谢物生物合成相关基因，使其产生化学结构新颖、生物学功能显著的天然产物。本研究既有望为不可培养微生物的天然产物研究建立比较普遍适用的方法学体系，又有望发现多个全新活性天然化合物，从而推动天然有机（药物）化学、微生物学等相关学科的发展，还有望为我国步入本研究领域的国际领先行列做出实质性贡献。
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| 苦楝青霉属内生菌中杂萜类天然产物及其化学防御功能研究 | 张强 | 25万 | 2011 | 微生物与真菌化学(B010306) | 21102114 | 西北农林科技大学 | 青年科学基金项目 | 内生菌；天然产物；卤虫毒性；化感； | 本项目选取了5株关键内生菌，采用OSMAC策略和表观基因修饰手段调节代谢产物的多样性，共分离鉴定了146个代谢产物，包括3个骨架结构新颖的聚酮产物和其它14个新化合物。在此基础上通过微生物转化的获得了18个倍半萜。 由于天然产物的环系结构复杂，手性中心多，含量低，因此其绝对构型的鉴定（特别是柔性分子）一直是结构研究中的难点。本项目采用NaIO4/RuCl3降解柔性侧链以获取关键手性片段。在分子模拟的过程中，采用分子动力学分析构象，利用TDDFT模拟解读归属实验CD图谱，成功鉴定了带有柔性大环的新细胞松弛素以及高度柔性的聚酮产物的绝对构型。 为了提高去重复研究的水平，本项目在实施过程中探寻了特征性成分吲哚二酮吡嗪和细胞松弛素的ESI质谱裂解规律。适当优化二级质谱的碰撞诱导能量，可以获得更高级别的裂解碎片，以搜集细胞松弛素的专属裂解数据，用以在LC/MS中分析识别发酵产物中的目标成分。该裂解规律也同样用于分析后续分离过程中各个组分或活性部位中关键物质的结构特征和含量。 本项目在活性筛选中发现吲哚二酮吡嗪Brevianamide F具有潜在的抑制植物生长的作用，强于广谱除草剂草甘膦，并呈现出剂量依赖性。通过对比同类天然结构，本项目总结了吲哚二酮吡嗪类物质抑制植物生长的构效关系。由于草甘膦是长效除草剂，在实际应用中很难从土壤中降解排除从而造成环境污染。相比之下，吲哚二酮吡嗪属于低毒高效的天然产物，与环境适应性好，因而更具开发前景。烟曲霉LN4中的二酮吡嗪 Fumitremorgin B和Verruculogen表现有较强的抗植物病原菌作用，近似于阳性对照多菌灵和恶霉灵。细胞松弛素Cytochalasin E具有潜在的卤虫毒性（LC50 2.79 μM）强于天然杀虫剂川楝素。此外，该化合物具有强于草甘膦的植物生长抑制作用，并表现出剂量依赖性。与其它同类结构相比，Cytochalasin E含有典型的碳酸烯酯结构，可能与其卤虫毒性和植物毒性密切相关，但具体作用机制有待于进一步研究。 本项目在国家自然科学基金委的强力支持下，已培养博士2名，现已毕业，在读博士生1名，在读硕士生2名。到目前为止，已发表SCI论文8篇，其中JCR一区论文6篇。 | 杂萜（Meroterpenoid）是指在生源途径上来源于萜类和聚酮前体的一类天然产物，普遍存在于青霉属的内生菌中。由于内生菌同宿主植物协同进化的结果，苦楝中青霉属内生菌的杂萜类成分不仅结构类似于宿主植物的代表成分柠檬苦素，而且具有与柠檬苦素相近的强杀虫活性，是一类新型的具有潜在农药用价值的天然产物。本实验室前期研究中还发现青霉属内生菌具有抗植物病原菌的作用，并建立了青霉菌的最佳发酵条件。.本项目首先在初步分离获得杂萜的基础上建立该类化合物快速灵敏的LC/MS分析手段，以此作为主要的检测方法，寻找加入生源前体的最佳发酵条件，诱导青霉菌产生结构多样的杂萜成分。然后以LC/MS分析手段为指导，进行有针对性的分离制备杂萜类成分，进而研究其杀虫和抗植物病原菌的活性，建立杂萜类成分化学防御功能的构效关系。本项目对于从植物-内生菌共生体系中寻找结构新颖的、活性更强的农用先导物提供新的思路、方法和依据。
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| AlN半导体中的极化场及其对光学性质的影响研究 | 陈光德 | 39万 | 2010 | 光学材料中物理问题及固体发光(A040410) | 11074200 | 西安交通大学 | 面上项目 | AlN；极化场；缺陷；表面效应；光学性质 | 本项目以AlN半导体为中心，研究了半导体中的极化效应与缺陷及表面的关系。具体研究了缺陷和杂质对AlN等半导体自发和压电极化的影响，采用Wannier方法对机理进行了深入分析；研究了AlN纳米线电子性质的应力响应，发现压应力会导致电子空穴分离，降低发光效率；发现了一种可以导致AlN纳米线表面极化方向反转的缺陷结构，并预测该结构可以稳定存在；研究了AlN表面与氧的相互作用以及发生氧化后对极化性质的影响；进行了AlN纳米结构的制备及其光谱性质研究。在进行上述研究的过程中与GaN、ZnO等宽禁带半导体进行了横向比较，因此研究结果具有一定的普遍性。研究结果有助于进一步认识宽禁带半导体中的极化问题，以及极化与光学性质之间的关系，为进一步应用开发提供参考和指导。 | 强极化场效应是III族氮化物半导体中普遍存在的一个重要现象，在AlN中表现更为突出。因此弄清楚AlN中极化场及其相关效应是AlN半导体材料与器件加快应用进程的关键问题之一。本项目将主要研究AlN外延膜中常见的扩展型位错缺陷和AlGaN/AlN,GaN/AlN等异质结构对AlN中极化场的影响；以及极化场对AlN光学性质，特别是对发光效率的影响；进一步探索通过缺陷及异质结构设计来调控极化场以提高AlN光学器件性能的可行性方案。研究手段采用实验测量和理论模拟计算相结合的方式。本项目属于应用基础研究，项目的完成将实现对AlN乃至整个III族氮化物中的极化场问题一个清晰全面的认识，将给出调控和利用极化场的可能途径，对相关材料的生长与器件的设计具有重要的指导和参考作用。因此本项目的研究具有重要学术及应用价值。
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| 三种米仔兰属植物的化学成分和生物活性研究 | 倪刚 | 25万 | 2011 | 中草药与植物化学(B070102) | 21102158 | 中国科学院上海药物研究所 | 青年科学基金项目 | 米仔兰属；二萜；生物活性；楝酰胺； | 在项目实施过程中，先后完成了小叶米仔兰（Aglaia odorata）、山椤（Aglaia roxburghiana）和红椤（Aglaia dasyclada）三种米仔兰属药用植物的化学成分研究。采用多种色谱分离方法，从三种植物中分离鉴定化合物89个，主要有三萜类、二萜类、以及楝酰胺等化合物，发现新化合物14个。对分离得到的单体化合物进行活性筛选，发现3个化合物具有较强的生物活性。化合物10对小鼠T淋巴细胞增殖有较强的抑制作用，在10 uM下抑制率为97%；同时对小鼠B淋巴细胞增殖有一定的抑制作用，在10 uM下抑制率为73%。两个新的大环二萜成分，化合物17和18，具有较强的抗HIV活性，它们的IC50值分别为3.24和7.87 uM。已发表SCI一篇。 | 恶行肿瘤是危害人类生命健康的重大疾病之一，临床急需低毒和有效的治疗药物。天然产物是药物先导结构的重要来源，目前临床使用的抗肿瘤药物中，许多与天然产物有关。我们在前期研究中，从国产米仔兰属植物山椤中发现了数个flavagline类化合物，它们具有显著的抗肿瘤活性。在此基础上，本申请拟对另外三种米仔兰属植物包括小叶米仔兰、山椤和红椤进行深入的化学研究和抗肿瘤活性筛选，以发现结构新颖的抗肿瘤活性天然化合物，并对活性化合物进行结构优化和构效关系研究，以期获得抗肿瘤药物的先导化合物。
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| 三株云南锡尾矿真菌新奇次生代谢产物及生物活性研究 | 丁章贵 | 25万 | 2011 | 微生物与真菌化学(B010306) | 21102126 | 云南大学 | 青年科学基金项目 | 锡尾矿；化学筛选；次生代谢产物；化学多样性；生物活性 | 在本项目的资助下，项目组成员对云南个旧锡尾矿环境微生物资源（放线菌、真菌）进行多层次化学多样性筛选，获得了一批具有研究价值的菌株；对部分菌株次生代谢产物进行研究，获得了一批具有研究价值的化合物。从3株真菌450升发酵提取物中共分离得到70个化合物，最终鉴定50个化合物的结构，结构类型包括萜类、酮类、酰胺类、核苷类、醛类、蒽醌类、芳香内酯类、酚类、环缩二氨酸、含硫二酮哌嗪类等。50个化合物中35个是已知化合物，15个新结构化合物。15个新化合物中，包含2个二酮哌嗪衍生物，4个蒽醌类衍生物，6个萜类衍生物、2个萜类二聚体，1二氯取代芳香内酯。我们的研究结果初步阐明了锡尾矿土壤放线菌、真菌次生代谢产物的化学多样性。揭示作为极端环境的一个特例，世界各地的矿山在采矿和选矿后形成的各种尾矿废弃地，通常具有低pH、高pH或高重金属含量等环境因子，是一种“人造”的极端环境，栖息于其中的微生物，为了生存适应，在进化过程中形成了独特的防御机制，这往往导致它们产生结构独特的化合物。从尾矿废弃地微生物中发现新结构活性天然产物的几率是比较高的，尾矿废弃地微生物是发现结构新颖、生物活性显著化合物的新资源，为新药研制提供了先导化合物，是创新药物的丰富资源之一。 | 从各种极端环境微生物次生代谢产物中寻找结构新奇的活性化合物已成为天然药物研究的热点之一。云南个旧一座锡尾矿库的土壤呈弱碱性、重金属含量高，是一个"人造"的极端环境；我们近2年已从其土壤放线菌次生代谢产物中发现了系列结构新奇的活性化合物；但国内外有关锡尾矿土壤真菌次生代谢产物的研究未见报道。本项目拟研究的3株锡尾矿真菌在多层次的化学筛选与活性筛选中表现出丰富的化学多样性及较强的抗菌活性；更令人感兴趣的是在培养基中添加采样地土壤提取液培养后，这3株真菌产生了不同于正常培养条件下的代谢产物，抗菌活性明显增强，表明在环境因子胁迫下其代谢网络发生变化，可能产生了新的酶或改变了酶的功能，从而产生结构新奇的代谢产物。本项目拟从这3株锡尾矿真菌的次生代谢产物中发现结构新奇的活性化合物，初步阐明锡尾矿土壤真菌次生代谢产物的化学多样性，揭示锡尾矿土壤真菌作为药物新资源的可能性，为研发微生物新药提供基础数据。
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| 具有双活性序列的环状抗菌肽设计及抗菌肽与生物膜相互作用机理研究 | 于岚岚 | 19万 | 2010 | 多肽化学(B070201) | 21002093 | 郑州大学 | 青年科学基金项目 | 抗菌肽；双活性序列；相互作用机理；杀菌活性； | 本研究设计、合成了四组31条多肽，包含具有双活性序列的线性和环状多肽以及具有单活性序列的短链肽，考察了其杀菌活性，筛选出8条具有较高杀菌活性的多肽。在此基础上，进一步考察了这8条多肽的细胞毒性和溶血性，并采用电化学、荧光、紫外、朗缪尔膜天平等多种方法，以固体支撑膜、脂质体、单分子膜等为模型研究了这8条多肽的杀菌机理。同时采用计算模拟的方法考察了各多肽和细菌细胞膜的重要成分磷脂酰甘油之间的相互作用，计算了其结合能，从理论上解释其杀菌活性不同的原因。主要结果包括：（1）单活性序列的短链肽普遍具有较低或者不具有杀菌活性（除combi-1），而将单活性序列加倍所获得的具有双活性序列的线性多肽普遍具有比较高的杀菌活性。 具有双活性序列的环状多肽性质相当或者低于线性多肽，但活性高于单序列多肽，因此将活性序列加倍有助于提高杀菌活性，该结论在三组多肽设计中得到印证。（2）计算模拟的结果显示多肽和磷脂酰甘油的结合能和杀菌活性具有正相关关系。双活性序列线性多肽结构柔性较大，和磷脂酰甘油相互作用时具有更多的结合位点，作用力以静电和氢键为主，二者作用的结合能较大，破坏细菌细胞膜的能力较强，杀菌活性较高。而双活性序列环状多肽因形成环状结构，构型较为固定，因此和磷脂酰甘油的结合能降低，杀菌活性也降低。不同序列的环状多肽因所形成的环大小不同，结合能有差异，杀菌活性也不同。（3）氨基酸组成对于杀菌活性具有重要作用。荷正电的多肽易于具有杀菌活性，且具有更大离域范围的精氨酸有助于提高杀菌活性。氢键的形成也有利于杀菌活性，因此带有羟基的氨基酸有助于提高杀菌活性。（4）通过多种方法的研究，发现所设计多肽可与细胞膜成分产生相互作用，形成孔洞，造成膜的通透性升高，内部物质外流，或者钻入膜内产生破坏作用。 该研究筛选出了3条具有较高杀菌活性，较低毒性和溶血性的线性多肽，具有进一步研究开发的潜力。本研究结果解析了双活性序列和环状结构对多肽杀菌活性的影响以及氨基酸组成的影响，为进一步的抗菌肽优化、设计，提高抗菌肽的选择性等方面提供研究基础。另外，计算模拟的方法为抗菌肽的杀菌活性预测从理论上提供了一定的依据， 利用该方法可在一定程度上预测抗菌肽的杀菌活性, 提高抗菌肽的研发效率, 为抗菌肽的设计与开发提供了新途径。 | 抗菌肽是具有杀菌功能的肽类活性物质，是宿主防御体系中天然免疫的一个重要组成部分。由于具有广谱的抗菌活性和低抗药性，抗菌肽被认为是抗生素的替代品和增效剂，在医药及食品防腐上具有较好的发展潜力。抗菌肽的结构特征和其抗菌活性具有密切的关系。本项目将重点探讨研究较少的具有环状结构的抗菌肽的结构特征和活性的关系。本项目将设计合成具有双活性序列及环状结构两个结构特征的抗菌肽，测试其抗菌活性、溶血性及毒性，以期筛选出具有高选择性的抗菌肽，并研究其与生物膜模拟体系亲和、插入、翻转、转移、聚集和破膜等各个步骤，探讨二者相互作用的机理。双活性序列有可能使抗菌肽的两亲性及阳离子性的结构特征强化，而环状结构有利于肽分子的结构稳定，因此有可能提高抗菌肽的活性。本项目将分别考察两个结构因素对抗菌肽活性的影响，从而为进一步的抗菌肽优化、设计，提高抗菌肽的选择性等方面提供研究基础。
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| 甘青大戟中肿瘤多药耐药逆转活性二萜类成分发现和研究 | 石建功 | 60万 | 2011 | 天然有机化学(B070102) | 21172266 | 中国医学科学院药物研究所 | 面上项目 | 甘青大戟；二萜类成分；逆转肿瘤多药耐药活性；转化合成和构效关系；作用机制 | 肿瘤多药耐药导致众多肿瘤化疗药物作用降低乃至失效，其发生机制及其逆转剂和/或调节药物的研究成为热点。大戟属植物富含多样性结构和包括逆转多药耐药等多样性活性的二萜类化合物。该项目从甘青大戟乙醇提取物中累计分离鉴定了具有多样性结构的85个化合物，包括42个新化合物；尤其是对显示逆转多药耐药活性组分中微量二萜类成分进行了系统分离和结构鉴定，发现二萜类化合物47个，包括2种新骨架结构和31个新化合物。以生源合成关联分析为指导，用3个较高含量千金烷二萜为前体，首次实现了甘青大戟中几种不同骨架二萜结构之间转化合成，并制备获得具有不同骨架和结构特点的多样性系列衍生物41个；通过逆转多药耐药活性测定分析，发现了多种构效关系，包括千金烷二萜骨架中5,6-环氧、5-羟基-6-烯、5-烯、5-羟基-6(17)-烯及其3-位酯化及酯化基团和15-位酯化及酯化基团，以及具有5/6/8环系的甘青大戟宁A衍生物、5/6/7/3环系的甘青大戟素B衍生物、5/6/6/4环系的甘青大戟素A衍生物及其12-位和15-位取代基团等对逆转多药耐药活性的影响；从影响P-gp转运蛋白功能、微管蛋白表达、细胞周期调控及凋亡诱导等方面，研究了活性化合物EM-E-11-4的耐药逆转特点和机制，发现EM-E-11-4对不同组织来源和不同耐药机制的肿瘤耐药细胞及其亲本敏感细胞均表现出对Taxol耐药逆转和增敏活性；EM-E-11-4能够抑制P-gp ATPase活性干扰P-gp转运功能、下调耐药细胞异常活化的ERK存活通路、影响Taxol与其靶点微管系统的相互作用、抑制βIII-tubulin的过表达，表现出对Taxol特异的耐药逆转和增敏作用。该项目在甘青大戟微量成分结构、生源指导的转化合成、构效关系、逆转肿瘤多药耐药活性特点和机制等方面，均完成了预期研究内容、取得了新的发现、达到了预期目标，为肿瘤MDR逆转剂新型药物研究提供了科学依据和先导结构。部分研究结果已发表在本领域有重要影响的国内外学术期刊《Org. Lett.》、《J. Nat. Prod.》、《Chin. Chem. Lett.》、《J. Asian. Nat. Prod. Res.》等上发表研究论文8篇；新骨架活性化合物，被本领域著名综述性期刊Nat. Prod. Rep.选为热点报道（hot off the press）。 | 在确证甘青大戟中存在逆转肿瘤多药耐药（MDR）成分，并发现活性成分为千金烷等二萜类成分的基础上，通过活性与色谱-波谱联用相结合跟踪，运用组合闪式色谱与全自动制备HPLC以及超低温探头NMR等高效率分离和结构鉴定方法，从锁定的活性组分中，寻找并分离获取新型骨架活性成分，研究其结构和活性特点；并以甘青大戟中二萜类成分生源合成分析为指导，以较高含量千金烷二萜为前体，设计合成不同骨架系列衍生物，结合活性测定，研究构效关系；同时，在发现甘青大戟千金烷二萜具有非P-gp依赖逆转肿瘤MDR等独特作用的基础上，从影响P-gp等转运蛋白功能、肿瘤细胞微环境、微管蛋白、细胞周期调控及凋亡诱导等方面，研究其作用机制。该项目在甘青大戟微量新骨架成分结构、生源指导的转化合成、逆转肿瘤MDR活性特点、构效关系和作用机制等方面，有开创性学术意义，也可为肿瘤MDR逆转剂新型药物研究提供先导化合物，潜在应用价值。
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| 我国南海凹顶藻中新颖结构化合物的发现及其功能研究 | 张庆英 | 60万 | 2011 | 中草药与植物化学(B070102) | 21172008 | 北京大学 | 面上项目 | 凹顶藻；红藻；化学成分；生物活性；生物合成 | 本课题对从我国南海采集到的三种凹顶藻（似瘤凹顶藻、三列凹顶藻和冈村凹顶藻）次级代谢产物的化学、生物活性和主要次级代谢产物的生物合成途径进行了系统研究，尤其是在用HPLC、TLC或NMR等跟踪下，针对微量新颖成分进行了重点研究。 从似瘤凹顶藻中分离鉴定了36个化合物，其中22个生物碱类化合物，9个倍半萜类化合物以及4个其他化合物。36个化合物中16个为结构新颖的化合物，包括自然界首次发现的、结构新颖的、以对映异构体形式存在的、含五元螺环结构的吲哚生物碱三聚体（似瘤凹顶藻碱A和B）以及以顺反异构体形式存在的吲哚与倍半萜形成的杂合体，并在文献基础上对新型似瘤凹顶藻碱A和B的生源途径进行了合理推测。成功开发了一条经济、温和、环保、高效的新型吲哚生物碱三聚体似瘤凹顶藻碱A和B及其6个异构体的化学全合成途径，得到了包括2个天然产物对映异构体在内的所有8个手性化合物，并成功完成了各异构体的手性分离和结构鉴定。对首次发现的以互变异构形式存在的倍半萜杂合吲哚生物碱互变异构现象的影响因素进行了研究，结果表明光是导致化合物发生异构化的必要条件，而溶剂和温度不能导致互变异构。为了探讨这类结构互变的机理及活性差别设计合成了34个3-苯亚甲基-2-吲哚酮类化合物，首次成功分离了17对3-苯亚甲基-2-吲哚酮类化合物Z、E异构体，发现并分析了E和Z异构体中处于取代苯环屏蔽区的质子实际受到较明显去屏蔽效应的反常现象。 从三列凹顶藻中分离鉴定了25个化合物，其中8个为新化合物，以差向异构体或者对映异构体形式存在的多芳环取代酮（醇）类化合物为自然界首次发现，并成功利用简单的化学合成方法得到了这类化合物。结合三列凹顶藻中分离得到的化合物及文献，对三列凹顶藻中分离得到的倍半萜和多芳环取代酮（醇）类的生源合成途径进行了合理推测。 在化学成分研究基础上，采用HPLC-UV和GC-MS等方法对上述三种凹顶藻进行了多成分的定性和定量对比分析，结合对照品对三种凹顶藻中的主要化合物进行了指认，确定了三种凹顶藻的特征成分及相互关系，从次生代谢产物的角度为三种凹顶藻的化学分类学提供了依据。 对凹顶藻的不同提取部位及得到的主要化合物进行了基于EPR的抗氧化、抗菌、抗肿瘤以及抗病毒等活性研究及初步的构效关系分析，部分化合物显示有一定活性。 | 从天然产物寻找新颖结构进而发现活性先导化合物及新作用机制是研制新药的重要途径。海洋特殊生态环境使海洋生物产生了很多结构新颖、功能独特的成分，是最有前途的药物来源地之一。凹顶藻属红藻门松节藻科，富含结构新颖的卤代萜、C15聚乙酰及生物碱等，文献报道其提取物及部分单体有很好抗肿瘤、抗菌等活性。.我国海域辽阔，凹顶藻资源丰富，本课题组对我国南海采集凹顶藻初步化学成分研究表明其含有结构新颖的卤代倍半萜、吲哚生物碱多聚体及喹啉生物碱等，活性研究表明1个新溴代倍半萜对野生型和耐药型HIV-1均有较好抑制活性，1个多溴代吲哚生物碱具较好抗菌活性，亲脂性提取物体内外显示一定抗肿瘤活性。因此本课题拟对该凹顶藻新颖结构成分及其结构修饰、生物活性(抗病毒、抗菌、抗肿瘤)、构效关系和生物合成进行系统研究，发现新颖活性先导化合物及新作用机制，探讨生物合成途径及化学生态学意义，为新药研发及凹顶藻资源利用提供科学依据。
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| 两种海南特有染木树属植物抗肿瘤活性成分发现及作用机制研究 | 陈光英 | 56万 | 2011 | 中草药与植物化学(B070102) | 21162009 | 海南师范大学 | 无 | 染木树属；化学成分；抗肿瘤活性；抗菌活性；作用机制 | 海南有丰富的抗肿瘤热带药用植物资源，但系统研究不多。本课题组对一系列海南特有药用植物提取物进行抗肿瘤活性筛选时发现，海南染木树(Saprosma merrillii)和琼岛染木树(Saprosma hainanense)乙醇提取物具有较强的抗肿瘤活性。这两种植物均为海南特有药用植物，在民间用作治疗癌症等疾病，其化学成分及药理活性研究除本课题组有初步研究外，目前在国内外未见其它报道。本项目对琼岛染木树和海南染木树的化学成分和抗肿瘤活性进行了系统研究，共获得90个单体化合物，其中有8个新化合物，2个新天然产物；部分单体化合物对肿瘤细胞具有一定的抑制活性。利用现代分离手段以及分子结构表征技术从琼岛染木树中共分离鉴定了54个化合物，其中化合物1–3, 14, 15以及25为新化合物。通过X-单晶衍射确定了化合物1和16的绝对构型。从海南染木树中共分离鉴定了36个化合物，其中化合物67、68为新化合物，55、56为新天然产物。化合物2对B16F10和ECA-109有一定的抑制活性，IC50值为37.33 μg/mL和40.16 μg/mL；3对A549有较好的抑制活性，IC50值为12.61 μg/mL；化合物66对SPC-A-1、BEL-7402、SGC-7901以及K-562细胞都具有较好的抗肿瘤活性IC50分别为8.7、9.5、1.5以及11.8 μM；化合物2和40对ECA-109细胞都具有一定的抑制活性IC50分别为40.16 μg/mL以及40.64μg/mL。化合物55、56以及58均表示出较强的抗菌活性。对化合物3进行了抑制A549细胞的分子机制初探，发现诱导凋亡是其抑制癌细胞增殖机制之一。化合物3诱导凋亡过程由Caspase介导，并与抗凋亡因子Bcl2、BAD和Survivin被抑制相关。化合物3诱导ROS生成是其引起细胞凋亡的最主要的因素。化合物3诱导ROS大量生成，继而激活p38和JNK-MAPK信号通路最终导致A549细胞发生凋亡。本项目对两种海南特有染木树属植物的化学成分和抗肿瘤活性进行了系统研究，为染木树属植物的开发应用奠定了理论基础。 | 海南有丰富的抗肿瘤热带药用植物资源，但系统研究不多。本课题组对一系列海南特有药用植物提取物进行抗肿瘤活性筛选时发现，海南染木树和琼岛染木树具有较强的抗肿瘤活性。这两种植物均为海南特有药用植物，在民间用作治疗发烧等疾病，其化学成分及药理活性研究除本课题组有初步研究外，目前在国内外未见其它报道。本项目拟用植物化学和药理学方法，进一步开展两种染木树的化学成分、抗肿瘤活性与作用机制等研究。以细胞增殖、细胞凋亡、拓扑异构酶及相关信号传导通路等开展作用机制研究。阐明其治疗癌症的物质基础及作用靶标，提供新药候选分子和染木树属植物应用依据，将大力促进其新药研发，为提升海南省中药现代研究实力做出贡献。
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| 两种大戟属植物中新型抗病毒活性成分的发现，结构修饰及其构效关系研究 | 费冬青 | 25万 | 2011 | 中草药与植物化学(B070102) | 21102065 | 兰州大学 | 青年科学基金项目 | 大戟属；萜类化合物；抗病毒活性；化学修饰； | 本项目选择大戟属植物作为主要研究对象，分离并发现其中具有抗病毒活性的萜类及其它活性成分。首先对青藏大戟和甘肃大戟的抗病毒活性部位的化学成分进行了分离，鉴定了其中21个化合物，其中1个为新化合物。对甘遂进行了系统的化学成分研究，鉴定了其中9个化合物，其中化合物euphorikanin A为具有新颖骨架的二萜化合物，其结构和绝对构型已通过X-ray单晶衍射实验(Cu Kα)所证实。对部分化合物进行了化学结构修饰研究，得到一系列修饰产物。采用细胞病变(CPE)抑制法和四甲基偶氮唑盐(MTT)比色法，对部分化合物进行了体外抗病毒生物活性测试。筛选结果表明化合物9,19-cyclolanost-23(Z)-ene-3β,25-diol在50和25μg/ml浓度，euphornin在6.25μg/ml浓度时能有效抑制HSV-II病毒CPE的产生。通过本项目的实施，发表研究论文9篇，其中8篇为SCI收录论文。 | 由病毒感染引起的多种疾病严重地危害人类健康和生命，所以对于抗病毒药物的研究与开发变得越来越重要。在我们的前期研究工作中,发现两种大戟属植物青藏大戟和甘肃大戟均表现出一定的抗病毒活性。因此本课题将以这两种大戟属植物为研究对象，利用活性跟踪筛选出具有明显抗病毒作用的新型活性单体化合物，为该类植物的抗病毒生物活性研究提供丰富的物质基础，再通过化学和微生物转化的手段，对其结构进行修饰和改造，以期获得更多结构独特的化合物，同时进行活性筛选和构效关系探讨，进而发现毒性更低、疗效更好的抗病毒先导化合物进行药物开发。
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| 基于虚拟筛选从广西北仑河口红树内生真菌发现活性次生代谢产物 | 陈海燕 | 25万 | 2011 | 海洋天然产物化学(B070102) | 21102022 | 广西大学 | 青年科学基金项目 | 广西北仑河口；红树林；内生菌；次级代谢产物；虚拟筛选 | 广西北仑河口国家级自然保护区是我国大陆海岸线唯一一个位于边境的红树林保护区和全球三大 GEF 红树林国际示范区之一，其药用红树品种齐全。从广西北仑河口红树林国家自然保护区采集红树植物样品，共分离纯化了341株内生真菌、96株内生放线菌。通过抗菌、抗氧化和乙酰胆碱酯酶抑制活性筛出多株活性菌株，通过ITS和18S rRNA法鉴定了20株活性菌株的种属。分离活性菌株的次级代谢产物88个，发现了新化合物4个，将新化合物进行虚拟筛选及后继研究工作还在进行。红树内生真菌及其次级代谢产物的研究结果将为开发先导化合物打下了坚实的基础。研究了海洋链孢囊菌FXJ7.131中7.131-A、7.131-C和7.131-F三个多环芳香聚酮类化合物。通过理论计算确定了绝对构型，其中7.131-F为新化合物。7.131-F手性碳C-16与7.131-A、7.131-C两个化合物手性碳的构型相反，推测可能是生物合成过程中不同的酶催化形成的。研究发现链霉菌FXJ1.264能够产生六环的芳香聚酮类化合物1.264-C。通过理论计算首次确定了1.264-C、BE-24566B、anthrabenzoxocinone和bischloroanthrabenzoxocinone等相关化合物的绝对构型。这些研究结果将为相关放线菌次级代谢产物的后继研究打下坚实的基础。用半经验PM3计算方法研究xyloketals化合物的电子结构与其药理活性的关系，首次从理论化学的角度解释各化合物的活性差异，为进一步研究此类化合物的药理活性提供理论指导。另外通过理论计算2508C异构化为2508B的热力学函变。海洋真菌No.1893代谢产物mycoepoxydiene(1893C)及其催化氢化衍生物， hexahydromycoepoxydiene(1893D), deacetylhexahydromycoepoxydiene(1893E)，其结构通过波谱、单晶X-ray衍射等手段表征。对其培养基的发酵条件进行优化，使mycoepoxydiene的发酵浓度增加了近四倍。从头算的方法研究化合物1893C～E的电子结构与抗肿瘤活性的关系，表明化合物的内酯为其抗肿瘤的活性部位，为结构修饰提供一定理论上的指导。对各种海洋微生物次级代谢产物进行了虚拟筛选，对筛选结果的数据还在进一步分析和药理实验的验证，将会发现一批先导化合物。 | 红树内生真菌为一种新的资源微生物，其次生代谢产物是海洋天然产物化学的研究热点之一。虚拟筛选可提供一定的信息来指导药理活性实验，弥补实验能力的不足，加速发现先导化合物的进程。广西北仑河口国家级自然保护区是我国大陆海岸线唯一一个位于边境的红树林保护区和全球三大GEF红树林国际示范区之一，其药用红树品种齐全，红树内生真菌及其次生代谢产物尚无研究报道。本项目拟从广西北仑河口采集红树样品，分离纯化内生真菌，活性初筛（课题组已纯化了126株和初筛了一批活性菌株），放大培养，活性追踪分离纯化内生真菌的次生代谢产物，通过虚拟筛选和抗菌、抗氧化和酶抑制剂等药理活性筛选，寻找活性先导化合物。该项目通过虚拟筛选可减少随机筛选所造成的浪费，针对性地测试样品的活性，加速从海洋微生物天然产物中发现活性先导化合物的进程，为开发新的自主知识产权的海洋药物打下基础，防止过度开发红树植物资源，有利于保护红树林生态环境。
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| 技术进步、职业结构变迁及其对我国城镇地区收入差距的影响 | 邢春冰 | 21万 | 2011 | 劳动就业与社会保障(G0410) | 71103019 | 北京师范大学 | 青年科学基金项目 | 技术进步；职业结构；收入差距；； | 本课题拟从职业结构变迁的角度出发，利用微观个人数据和企业数据考察技术进步对我国城镇地区收入差距的影响。与现有研究不同，我们在概念上强调“技能”和“任务”的区别。我们首先赋予不同的职业类型详尽的任务、技能等信息，在此基础上分析我国的职业结构特征以及技术进步（特别是计算机技术的发展）对于职业结构和就业结构的影响。采用因子分析，利用职业信息构造不同维度的技能变量，再通过回归分析估计技能回报率，并考察技能回报率与技术进步间的关系。利用非参或半参数方法（DFL方法、MM方法、FL方法等）来构造反事实收入分布，考察职业结构变化对收入差距（特别是收入差距两极化）的影响。结合职业信息，考察城镇地区的组内工资差距、性别收入差异以及城镇职工与农民工的收入差异。在研究结果的基础上，提供政策建议。在项目申请成功后，课题组针对相关主题开展了一系列理论与实证方面的研究，课题研究进展顺利。截至目前，已有10余篇相关主题的文章发表在国内外权威学术期刊，其中6篇为SSCI论文，国内期刊则包括《经济研究》、《经济学季刊》和《金融研究》等国内权威期刊。这些研究除了深入系统考察技术进步、职业结构变迁和收入差距演变间的关系外，还对与之存在密切关系的其他主题进行了研究。这些主题包括：城乡居民的教育水平差距、城乡移民过程中的选择性问题、人力资本投资的不确定性及其对居民保险行为的影响等。此外，项目组在人才培养、队伍建设、国际交流与合作以及社会影响等方面也取得了显著成绩，达到了项目计划书中所设定的各项目标，为本研究团队在未来更好的发展奠定了良好的基础。 | 本课题拟从职业结构变迁的角度出发，利用微观个人数据和企业数据考察技术进步对我国城镇地区收入差距的影响。与现有研究不同，我们在概念上强调"技能"和"任务"的区别。我们首先赋予不同的职业类型详尽的任务、技能等信息，在此基础上分析我国的职业结构特征以及技术进步（特别是计算机技术的发展）对于职业结构和就业结构的影响。采用因子分析，利用职业信息构造不同维度的技能变量，再通过回归分析估计技能回报率，并考察技能回报率与技术进步间的关系。利用非参或半参数方法（DFL方法、MM方法、FL方法等）来构造反事实收入分布，考察职业结构变化对收入差距（特别是收入差距两极化）的影响。结合职业信息，考察城镇地区的组内工资差距、性别收入差异以及城镇职工与农民工的收入差异。在研究结果的基础上，提供政策建议。
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| 水中爆炸气泡水射流与典型舰船结构能量耦合机理研究 | 汪斌 | 25万 | 2011 | 船舶和水下航行器(E091002) | 51109193 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 青年科学基金项目 | 水中爆炸；水射流；流体力学；数字散斑技术；流固耦合 | 对国内外船舶结构进行了调研分析，根据炸药爆炸属于局部毁伤的特点，提取光板结构作为典型船体结构。采用数字散斑技术结合应变、压力传感器、水中高速摄影等测试技术，开展了典型舰船结构在5gTNT当量PETN炸药水中爆炸冲击波和气泡水射流作用下的动态响应特性试验。数字散斑技术获得了典型舰船结构在水射流作用下的整体应力-应变关系，分析舰船结构对水射流能量的吸收特性。结合高速相机和压力传感器记录的水射流形状、速度、自由场压力等试验数据，分析水射流能量及其对目标的作用模式，得到水射流与典型舰船结构相互作用的能量耦合模式和表征方法，利用自编程序给出气泡水射流的参数作为ABAQUS软件的输入，开展了数值模拟计算和分析，计算结果和试验结论吻合，说明根据试验结果得到的水射流耦合分析是合理的。在国家自然科学基金的支持下，我们基本建立了水中爆炸水射流与典型舰船结构的作用模式和作用机理，为充分利用炸药能量对舰船目标进行毁伤打击提供了基础数据支撑。 | 采用数字散斑技术结合应变、壁压、水中高速摄影等测试方法开展典型舰船结构在水中爆炸气泡水射流作用下的动态响应研究。利用数字散斑技术得到典型舰船结构在水射流作用下的整体应力-应变关系，分析舰船结构对水射流能量的吸收特性。结合水射流形状、速度等参数，分析水射流能量及其对目标的作用模式，得到水射流与典型舰船结构相互作用的能量耦合模式和表征方法，发展相应的数值模拟技术，基本建立水中爆炸水射流与典型舰船结构的能量耦合机理。本项目的研究可以建立舰船结构吸收水射流能量耦合效率的表征方法，建立气泡水射流对舰船目标作用机理，对提高我国的水中爆炸研究水平和炸药水中爆炸能量与舰船结构的耦合机理研究具有重要意义，为优化我国的舰船抗爆、抗冲击设计提供了重要的参考依据。
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| 人耳听觉系统的非线性动力学特性及新型全植入式中耳助听系统研究 | 饶柱石 | 64万 | 2011 | 非线性振动及其控制(A020204) | 11172168 | 上海交通大学 | 面上项目 | 人耳系统；软组织；材料非线性；人工中耳；压电叠堆 | 随着社会老龄化和现代工业化的影响，听力损伤已经成为目前一种常见的疾病，迫切需要有效的治疗有段。植入式人工中耳助听系统是目前治疗感应神经性听力损伤的一种新型手段，采用机械激励的方式直接刺激听骨链等中耳结构实现听力补偿，可以有效解决传统助听器声反馈和高频增益小的问题，因此设计一款能耗低、高频补偿效果明显、可靠性高的人工中耳十分必要。本课题从人耳听觉系统的力学特性和人工中耳助听系统研发的角度出发，首先构建了整耳非线性有限元模型，充分考虑了人耳软组织的超弹性和粘弹性材料特性，在基础上，对压电式人工中耳的等效声压级和功耗等植入特性进行了深入研究，设计了一款基于压电叠堆的砧骨激励式人工中耳助听装置，并开发设计了听力补偿算法，之后完成了中耳植入装置与人耳系统的耦合动力学特性研究，最后在人体颞骨实验平台上完成了实验验证。研究结果表明，考虑了人耳系统材料非线性，模拟的人耳系统静态和动态特性与实验数据取得了较好的匹配，尤其在高频段，人耳系统的动态响应相较线弹性模型与实验测量数据匹配效果更好；分析了中耳静压对人耳系统的传声特性的影响，当频率低于1500Hz时，负压所导致的中耳结构刚化是几何非线性和材料非线性共同作用的结果，而当频率高于1500Hz 时，中耳结构所呈现出的软化现象主要来源于材料的非线性；完成实验室原理样机的加工之后，进行了装置动态特性和颞骨标本实验，实验表明助听装置具有良好的听力补偿效果，谐波失真度小于1%，脉冲响应的延迟时间（30us）和衰减时间（1.5ms）均满足国际要求，在5.1V的输入电压便提供相当于鼓膜处90dB声激励的效果，高频增益大，满足人工中耳低功耗的设计要求。本项目的研究成果对人耳系统的听觉特性研究具有重要的指导意义，研发的人工中耳助听系统具有良好的市场推广价值和应用前景。 | 感音神经性耳聋是困扰广大听力残障人士的一大难题，鉴于传统助听器的种种局限性和并发症，本课题旨在研发全植入式中耳助听装置，为感音神经性耳聋的解决方案提供突破口。本课题以人耳听觉系统的声音传导机理为切入点，运用现代生物力学、结构非线性动力学建模与分析以及高精度的微CT扫描技术建立人耳听觉系统的完整而精确的动力学模型，运用结构设计与优化以及结构动力学特性分析的理论方法对包含压电振子在内的植入装置与人耳系统的耦合机理进行深入研究，在此基础上研发可靠性高、补偿效果好、功耗低的全植入式中耳助听装置，并对满足实时性要求的信号处理算法进行设计。运用先进的实验测试条件，对植入装置的听力补偿效果、生物相容性和固定方式等性能指标进行检测，进一步完善设计参数。该项目的研究将为广大感音神经性耳聋患者提供一种有效康复手段，具有重要的理论和实际意义。
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| 基于相干共振的环境振动与噪声能量获取 | 秦卫阳 | 68万 | 2011 | 非线性振动及其控制(A020204) | 11172234 | 西北工业大学 | 面上项目 | 压电材料；倒立梁；三稳态结构；四稳态结构；噪声 | 本项目主要进行了环境振动及噪声的能量采集理论、方法与实验研究。首先进行了带尖端质量的倒立压电薄膜梁在垂直激励下的能量采集研究。倒立梁在质量超过临界质量时，会发生屈曲，变成一个静态双稳态系统。其还存在另外一种失稳方式，即动态失稳。由仿真计算及分析，以及验证实验的结果可以看出，动态失稳对于能量采集有重要的意义。因为动态失稳梁在静止时，中间位置是稳定的，只有在随机激励下才会失稳，此时中间位置不会产生势能垒，因此梁容易在两个平衡位置之间跳跃，可以产生很大的应变及输出电压。然后对于带磁铁的双稳态压电能量采集结构进行了改进。对于磁吸力的双稳态结构，在其中间位置增加了一个小磁铁，这个小磁铁产生的磁吸力可以将双稳态中间的势能垒拉低，使得系统的阱间跳跃更易于实现。实验结果证明了这个分析结论。对于双稳态结构，还设计了碰撞结构，使其在运动过程中发生碰撞，进而产生阱间跳跃。仿真结果证明了其是有效的。设计了三稳态结构，理论及仿真计算证明了其有很好的能量转换效率。进行了相应的实验研究。由试验结果可以看出，三稳态在很大的参数区域内会产生超过双稳态的输出电压，且在实验的激励强度范围内均会产生超过双稳态的输出电压。在此基础上，设计并实现了四稳态结构，由仿真及实验可以看出，四稳态的阱间跳跃更易于实现，且跳跃的频率范围更大。在随机激励下，四稳态会发生密集的阱间跳跃并输出密集的高电压。最后，设计了带有曲面的双稳态噪声能量转换结构，进行了实验研究，证明了噪声可以激励结构发生双稳态跳跃，产生比较高的电压输出。 | 环境能量获取(Ambient Energy Harvesting)指的是通过动力学结构将环境产生的振动与噪声能量转换为电能，最常用的是压电晶体材料。环境振动与噪声一般是宽带随机的，且强度较低，因此转换的难点在于如何将这种宽带随机的激励转变为结构在某个频率附近的动力学响应，这样才能使输出的能量集中。目前这方面还没有很好的解决办法。本项目拟利用相干共振原理，设计特殊的压电晶体弹性梁、弹性板结构，使其在环境随机激励下出现相干共振现象，则系统会出现振幅较大的近似周期响应，实现频域的能量集中，这样可以大大提高环境能量转换的效率。然后设计特殊的压电晶体弹性膜结构，使其在环境噪声激励下实现相干共振，提高噪声能量转换效率。开展的研究包括动力学系统随机稳定性与随机分叉；动力学相干共振机理；相干共振压电晶体弹性梁、弹性板的设计优化，以及相应的实验验证。相干共振压电晶体弹性膜的设计优化，以及相应的实验验证。
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| 三维输液管的流致振动及非线性动力学行为研究 | 倪樵 | 60万 | 2011 | 流固耦合力学(A020314) | 11172109 | 华中科技大学 | 面上项目 | 输流曲管；流固耦合；非线性振动；碰撞；修正耦合应力理论 | 本项目针对工程中常见的三维输流道、处于流场中的细长杆结构等流致振动问题进行数学建模，通过理论分析和多种数值方法（Galerkin, DQM, 多尺度，等）深入探讨了这类耦合系统系统的稳定性和非线性动力学响应。主要研究工作涉及几个方面：①分析了三维输流曲管在复杂条件下(如几何非线性、脉动内流、内共振、非线性弹性地基和尺度效应等因素)的动力学行为，亮点是完善了输流曲管三维流致振动的理论体系，也包括全新的、基于修正耦合应力理论和哈密尔顿原理而得到的微输流曲管的运动方程，揭示了一些以往所未曾发现的非线性动力学行为，并得到了一些具有工程意义的结果，其中脉动流下曲管的频响结果与来自公开文献的实验结果有较好的吻合；②分析了外流场里曲杆（梁）的稳定性，其亮点是建立了曲杆（梁）的广义细长体理论——耦合系统的运动方程，给出了作用于曲杆各种流体力的显式表达式，为这类曲杆的流固耦合振动分析奠定了基础，据文献检索，这可能是业界首次建立外流中曲杆（梁）的流致振动模型，在此基础上，采用DQM数值方法，深入分析了若干系统参数（主要是外流速度）对曲杆稳定性的影响。依此所建立的曲杆流致振动模型和耦合应力理论，对微尺度梁在外流作用下的稳定性问题进行了探讨，发现修正耦合应力理论求得的频率结果比经典梁理论普遍要高，且这种差异随着管道特征尺寸的增大而减小。③研究了输流管与墙壁面碰撞的非线性动力学问题，壁面的碰撞力（可以是分布的）采用立方非线性和修正的立方非线性模型，其亮点是揭示了管与壁面的碰撞行为，这可能更符合实际情况。进一步也研究了曲管束中柔性管道的流弹性振动和碰撞响应；④分析了轴流场里可移动细长杆的自由振动和稳定性、以及非线性动力响应，该模型源自于飞机空中加油管和海洋中的采油管，亮点是引入了移动坐标系和“轴向附加质量系数”，使分析过程较为简明，所得结果具有一定的应用价值。 | 三维输液管的流致振动研究，对涉及诸多载流管道的应用领域（如核电、石油化工和海洋工程等）及学科自身的发展都具有重要的意义。迄今为止，人们对输液管的研究兴趣大多在于平面直管和曲管，而对三维管道研究的较少，究其原因一是它比较复杂，需要四个变量（三个平动、一个扭转）描述其运动，二是它的运动方程不够完善- - 没有计及内流引起的初始轴力项。本项目拟开展以下工作：1)着重考虑内流、重力、外部流体力、温度和有限变形等因素，完成三维输液管的建模，导出其较完善的非线性运动方程；2)分离出静平衡方程组和离开静平衡位置的附加扰动方程组；3)探寻高效而稳定的计算方法，使之能分析三维管道的动力特性及非线性动力行为，研究其失稳机理，确定其稳定条件；4)设计并完成典型管路模型实验，通过实验与分析的对比，完善本研究，并可望揭示其丰富的动力学现象。本项目的顺利实施将为实际工程输液管系统的设计与优化、振动控制提供理论支撑。
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| 基于光致伸缩作动器构型理论的弹性薄壳非接触式智能控制的研究。 | 姜晶 | 24万 | 2011 | 振动/噪声测试、分析与控制(E050301) | 51105095 | 哈尔滨工业大学 | 青年科学基金项目 | 弹性壳振动控制；非接触式智能控制；光致伸缩作动器构型；； | 本项目是以薄壁结构非接触动态控制为主体的应用基础研究。针对光控作动器产生驱动应变的本构模型、光电层合板壳结构系统动力学建模、面向不同应用背景的分布式光控作动器的构型设计及光控作动器的激励策略等关键问题展开系统的研究，并提出将镧改性锆钛酸铅（PLZT）与压电作动器的优势结合起来，开展光控压电混合驱动的研究。项目的研究成果为此类智能结构在航空航天领域的具体应用提供理论依据。按照项目预期目标圆满完成全部工作内容，取得的主要成果如下：（1）基于PLZT在光－电－热－力等多能场耦合作用下的反常光生伏打效应及光致伸缩机理，研究光照强度及沿0-3方向极化的PLZT作动器的尺寸参数等因素对其产生的饱和光致应变及时间常数的影响，从而建立此类作动器用于分布式动态激励的本构方程。（2）建立了可适用于不同结构类型、不同几何参数的光控层合板壳结构的动力学模型；利用模态展开技术建立了分布式光控作动器对结构产生的模态控制力解析表达式，构建了光电作动器构型综合与优化设计的数学基础。（3）为弥补PLZT贴片式作动器单向驱动性的问题，提出了光控压电混合驱动这一新型光控方式，建立了其本构模型并实验研究了适用于结构动态控制的激励策略，为拓展基于PLZT的非激励特性在微驱动领域的应用奠定了基础。（4）提出基于作动器边界条件的改变实现作动器对结构产生非控制力及力矩。设计了四区域多自由度光致伸缩作动器，分别针对不同极化方式的PLZT贴片式作动器及光控压电混合驱动提出了该新型作动器的主动控制策略，并对结构的动态响应进行了仿真分析及对比。（5）基于PLZT（0-3）分布式作动器及光控压电混合驱动开展了表面成型式光电作动器的研究，针对典型结构设计了作动器电极表面形状函数以实现对结构的独立模态控制。针对两种光控方式分别提出可行的控制策略并进行不同光强下结构动态响应的仿真分析。 （6）建立了光控压电混合驱动结构独立模态控制系统试验平台。开发系统软件，制作信号采集及调理模块。通过对不同光照强度下结构独立模态主动控制的实验研究有力地支撑了关于成型式传感/作动器构型的理论推导、参数评价及所提出的控制策略的有效性。本项目共发表高水平学术论文14篇（已录用待发表1篇），其中SCI 3篇，EI 11篇，参编英文专著2部，培养博士研究生3人（毕业1人），硕士1人。出国参加国际学术会议1次。 | 本项目将对实现非接触式智能主动控制的执行部件－光致伸缩作动器的构型问题进行深入研究。通过深入分析影响作动器控制效果的各种因素研究作动器的构型设计理论。建立沿0-3方向极化的PLZT作动器动态本构方程，并在此基础上通过研究成型式（shaping）光电作动器设计理论实现对系统预期的模态控制效果。基于作动器边界条件的变化，实现能产生非均匀控制力/控制力矩的多自由度光电作动器以提高作动器对柔性薄壁结构的控制效果。项目将针对光致伸缩作动器产生驱动应变的特性，结合各作动器构型特点设计相应的控制策略，合理分布激励信号以优化控制效果，并对作动器构型理论进行实验验证。项目的研究可以提高太空环境下薄壁柔性结构的非接触精密控制性能，对实现空间能量转化及控制信息的准确传递具有重要意义。预期成果在宇航空间结构、光学系统及各种自动化领域具有广阔的应用前景。
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| 天然卫星的精密定位和轨道改进 | 乔荣川 | 58万 | 2011 | 人造天体、太阳系小天体、行星系统和恒星系统动力学(A030701) | 11173027 | 中国科学院国家授时中心 | 面上项目 | 行星天然卫星；精密位置测定；轨道理论研究；；； | 在基金委连续多次的资助下，我们已有持续三十年的天然卫星 CCD 精密定位观测资料和技术的积累，并在卫星轨道理论研究方面取得国际上具有一定影响力的成果。在此基础上，我们继续利用国内光学天文联合实验室的多个大口径天文望远镜以及新的终端设备和技术、新的 高精度天体测量参考星表和新的行星历表等，结合新的 CCD 图像处理方法，开展暗弱卫星的精密定位、亮源附近目标的观测技术和图像检测方法的研究，提高天然卫星的位置测量精度，为行星卫星轨道理论研究提供必不可少的基础数据。重点研究改进了土卫九和海卫一的运动理论，并与IMCCE合作，开始提供海卫一的网络历表服务，这一工作具有开创性的意义。本基金面上项目的研究工作，为我国的空间探测提供基础性、前瞻性的研究，适应和满足了我国未来空间探测对大行星卫星历表的需求。 | 在基金委连续多次的资助下，我们已有持续二十多年天然卫星CCD精密定位观测资料和技术的积累，并在卫星轨道理论研究方面取得国际上有影响的成果。在此基础上，继续利用国内光学天文实验室的各个大口径天文望远镜以及新的终端观测设备和技术、新的高精度天体测量参考星表和新的行星历表等，结合新的CCD图像处理方法，开展暗弱卫星的精密定位、近亮源目标的观测技术和图像检测方法的研究，提高天然卫星的位置测量精度，为行星卫星轨道理论研究提供必不可少的基础数据。拟重点研究改进土卫九和海卫一的运动理论，并继续开展对天王星卫星运动理论的研究，争取对现有摄动理论的改进做出具有创新性的工作。为我国的空间探测提供基础性、前瞻性的研究，以适应和满足我国未来空间探测对大行星卫星历表的需求。
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| 基于气动模型辅助的高空长航时无人机自主导航新方法研究 | 赖际舟 | 60万 | 2011 | 导航、制导与测控(F030301) | 61174197 | 南京航空航天大学 | 面上项目 | 无人机；惯性导航；气动模型；自主导航；多信息融合 | 自主导航能力对于高空长航时无人机具有重要意义。气动模型辅助导航是一种新型的自主导航方法，其将描述飞行器飞行状态的气动模型与现有导航系统相融合，可以提高导航的精度与可靠性，是一种综合了导航、控制、飞行动力学多学科领域的导航技术。本项目对气动模型辅助导航的模型建模、误差特性、融合方案等关键问题进行了研究。建立了固定翼无人飞行器的气动模型，研究分析了该模型的误差传递特性，定量推导了气动模型各项误差的误差传播公式，提出了固定翼飞行器的气动模型/惯性导航融合方案。结合高空长航时无人机特性，提出了基于扩展卡尔曼滤波器的气动参数误差在线辨识方法，提出了惯性/气动模型/卫星导航容错导航方案，提高了气动模型辅助导航精度。以固定翼飞行器为研究对象建立了气动模型辅助导航仿真验证平台，建立了四旋翼无人飞行器的气动模型辅助导航试验平台，对气动模型辅助导航方案进行了多方面的验证。验证结果表明项目中提出的气动模型辅助导航方法有效地提高了飞行器速度、位置的估计精度，对于GPS失效情况下的速度、位置量测具有重要的参考价值。 | 高空长航时无人机广泛用于侦察、监视等诸多领域，有着重要的军事和战略应用价值。为了避免战时外界对高空长航时无人机导航系统的人为或自然干扰，提高其自主导航能力显得尤为重要。飞行器气动模型辅助导航是目前一种新型的自主导航方式，不与外界发生光、电、磁联系，仅利用载体自身气动模型输出信息辅助惯性导航系统。在没有GPS、或其他无线电导航系统信息辅助时，该方式可以有效提高无人机的自主导航精度与可靠性。.本项目将重点围绕惯性/气动模型组合导航技术在高空长航时无人机应用中的关键问题，对无人机环境下适用于辅助导航的机体气动模型建模、惯性/气动模型组合导航算法及精度分析、模型的稳定性分析、适用性分析以及模型修正技术等进行研究，揭示气动模型辅助惯导系统中建模方法机理，突破技术瓶颈，针对高空长航时无人机提出较为系统的惯性/气动模型组合导航技术应用方案和改进方法，从而进一步提高无人机的自主导航能力。
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| 无人机对地目标跟踪与定位的基础理论与关键技术 | 张利 | 300万 | 2011 | 探测与成像系统(F010404) | 61132007 | 清华大学 | 重点项目 | 理论与方法；成像原理、方法、算法、仿真；无人机；目标跟踪；光学定位 | 无人机对地目标跟踪与定位是无人机测绘、侦察监视、对地攻击的核心技术，用于在复杂环境下获取地面感兴趣目标的位置和运动状态信息。由于无人机平台间差异巨大的飞行特性、应用场景的复杂性、目标在传感器数据空间特征的多样性及计算资源的有限性，无人机对地目标跟踪与定位任务面临诸多挑战。课题组以无人机装备空地作战需求为牵引，系统地开展了有关无人机对地目标跟踪与定位的基础理论与关键技术的研究工作并取得重要进展。在目标跟踪方面，提出了约束子空间学习的概念，并在此框架下提出了基于稀疏性诱导子空间学习、基于鉴别性子空间学习等一系列创新方法；此外，将多视角学习、模糊学习等引入到目标跟踪中，其中构建的基于多视角学习的跟踪算法论文在2016学科评估“ESI高被引论文”中排名前2.73%。在目标定位方面，为提高机载定位系统的环境适应性，设计了抗视角变化特征提取方法，解决无人机实时侦察图像与参考图像匹配时由于大视角差异引起的图像不规则形变；在小型无人机自主定位方面构建了成本低廉、易获取、易集成的自主定位框架，提高了多任务环境下机载定位技术的精度和适应性。在无人机获取图像的稳像、复原及拼接方面，针对图像受到均匀的运动模糊而造成退化的情况，提出了基于混合p范数的图像去模糊方法、基于边缘尺度的边缘选择准则、结合无人机航拍参数的快速配准，更好地解决了小尺度边缘对模糊核估计产生歧义性的问题，并搭建了稳像及图像复原系统，改善了图像质量。在三维场景图像重建与构图方面，构建了基于RGBD信息的机载在线三维重建系统和基于单目视频的机载在线三维重建系统。提出了基于深度传感器和可见光传感器信息融合的点云配准、像素支持域深度与法向联合优化的大规模高速并行方法、基于三维标签和超像素全局优化的高精度算法，并在国际权威排行榜Middlebury上至今连续六个月排名世界第一。本项目的实施过程中，设计了实验验证平台并完成验证；发表学术论文41篇，其中在IEEE Transactions on Image Processing、International Journal of Computer Vision等国际期刊发表论文17篇，在本领域重要的国际会议（ICCV、ECCV等）上发表论文3篇；出版译著1部，授权发明专利1项；培养博士后2名，研究生30余名。 | 无人机因机动性能好、生存能力强、无人员伤亡等特点，不但在现代军事战争中正扮演着越来越重要的角色，而且在民用领域也有着广阔的应用前景，受到了各国的空前关注。本课题将围绕无人机应用问题，重点研究无人机对地目标跟踪与定位的基础理论与关键技术。课题的研究内容包括多传感器信号获取与处理、电子稳像、复杂背景下的目标检测与跟踪、基于光学传感器的无源定位、多无人机联合作业等。涉及到的理论和技术有信息获取、信源与信道联合编码、多源信息融合、弱小目标检测、运动估计、光学定位、三维重建、自动控制等，是一个多学科交叉的研究课题，属于基金委"十二五"发展规划的优先发展领域。课题将把理论研究与半实物仿真、现场实验相结合，争取在理论研究和实际应用上都有所突破，为我国机载视觉系统发展提供理论和技术支持，以提高我国无人机装备水平。
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| 基于视觉的无人机对地运动目标检测技术研究 | 常红星 | 60万 | 2011 | 机器视觉(F030410) | 61175032 | 中国科学院自动化研究所 | 面上项目 | 航拍视频；运动目标检测；模式分布比对；模式互斥；目标跟踪 | 航拍视频运动目标检测对提升无人机在边境巡逻、战场态势感知、视觉制导等应用方面的自主能力具有重要的意义。由于小型无人机平台的运动性、机载资源的有限性、以及目标环境的复杂性，能够满足机载处理需求的运动目标检测技术仍然是国内外的一个技术难题。本项目针对航拍视频运动目标实时检测进行了系统性地研究，主要工作包括：（1）针对可见光航拍视频，提出了一种基于改进FAST算子的帧间图像快速配准方法。（2）针对红外航拍视频，提出了一种基于角点不变量的改进SUSAN算子的帧间图像快速配准方法。（3）首次在运动目标检测与视频配准的框架下对特征检测与描述方法的性能进行了评估。（4）提出了一种通过融合运动显著性、像素显著性、区域显著性得到精确的运动目标检测结果的方法。（5）提出了一种通过融合mean-shift跟踪结果及置信度图像提升运动目标检测性能的方法。（6）对基于模式分布的目标检测方法的合理性进行了理论与实验分析。（7）提出了一种基于模式分布比对的运动目标检测方法，提高了运动目标分割的精度。（8）提出了一种基于模式分布比对的运动目标跟踪方法，提高了跟踪算法在不同运动速度下的适应能力。（9）将基于模式分布比对的运动目标检测与跟踪技术移植到嵌入式系统中，达到了近实时的处理速度。在本项目支持下，目前已在国内外高水平刊物与会议上发表录用论文18篇，其中国际著名期刊SCI论文4篇，国内顶级期刊或国际会议论文13篇；在项目研究成果的基础上，申请发明专利2项；培养博士生2人、硕士生1人；形成了机载运动目标检测核心技术模块；完成了合同规定的任务。 | 当前国内外针对机载视觉的运动目标检测方法的研究并不多，且系统性不强，无法满足机载应用的需求。本项目针对小型无人机平台的运动性及机载资源的有限性，提出了一种快速的系统性的运动目标检测方法。该方法利用植被模型和快速的图像块分类方法去除建筑物、树木等视差的干扰，克服了基于立体视觉的方法计算复杂度高和重建精度低的缺陷。为实现图像块的快速分类，提出了一种接近于人类视觉机制的图像块分类方法- - 模式互斥分类器，从机制上克服了现有分类方法难以刻画局部特征、"词袋"方法计算量大的局限性。本项目将对其中的快速特征提取及评估方法、植被模型的构建方法、基于颜色分布比对的"鬼影"去除方法、模式互斥分类器的基本理论与方法、基于模式互斥分类器的视差干扰去除方法等基本问题进行深入的研究和探讨，以推动机载运动目标检测技术的模块化及相关应用，具有重要的研究价值和应用前景。
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| 基于大信号模型的高精度波形控制策略的研究 | 杨旭 | 65万 | 2011 | 电力电子系统及其控制(E070602) | 51177129 | 西安交通大学 | 面上项目 | 高精度数字PWM控制；加速器磁铁电源；多谐振滑模控制；； | 本项目在电力电子变换器的高精度跟踪控制系统的建模和控制策略方面开展了深入的研究。历经4年时间，对国内外电力电子电路的控制建模及控制策略等方面进行了广泛的调研，发现在开关电路接近开关频率的高频段动态模型、含非线性对象的系统稳定性判据、以及能够提升控制快速性和跟踪精度的高性能控制策略等方面，国内外的研究尚有空白。针对这些研究机会，本项目对以加速器磁铁电源和大功率光伏并网逆变器等典型的电力电子装置作为为主要对象，对高精度数字PWM控制系统中影响控制精度的关键因素进行了分析，建立了含量化和采样过程的高精度PWM控制系统模型；在此基础上，提出了基于多谐振滑模面的非线性控制策略，与传统的PI或PI+PR线性控制策略相比，在控制快速性、跟踪精度和稳定性方面都有了显著提高；分析了含非线性的控制系统的稳定域，并提出一种采用非线性动力学方法判定稳定性及稳定域的方法，更够更为准确的判断PWM逆变器控制系统的稳定域边界；应用以上理论成果，解决了加速器磁铁电源、大功率光伏逆变器等装置的高精度电流控制难题，使加速器磁铁电源跟踪25Hz正弦信号的精度达到0.1%，以上稳定度达到20ppm，并且正在研制跟踪精度更高、稳定度达到10ppm的高精度数字控制系统,从而可以显著提高加速器束流的精度；应用所研制的控制方法的光伏并网逆变器在电网电压存在畸变的情况下，并网电流谐波含量仍然低于1%，可以显著降低并网电流的谐波含量，并解决光伏电站在轻载时谐波含量较大的问题。本项目还以柔性直流输电换流阀用MMC变流器的控制系统为研究对象，建立了复杂PWM开关电路的动态模型，并研究了基于模型预测控制的电流控制算法。此外，还对具有较强非线性的无线电能传输系统进行的研究，建立了控制系统的动态模型，并提出了最优效率点跟踪控制方式，使无线电能传输系统在不同的负载和耦合条件下均能保持最佳的效率工作点。在本项目的研究过程中，培养博士2名、硕士5名，还有3名博士研究生和5名硕士研究生在读。发表SCI收录文章6篇，其中4篇为IEEE学报，其他EI收录文章12篇。申报发明专利1项。本项目负责人得到包含本项目在内的2项基金项目持续支持，所做工作获2015年度国家科技进步二等奖。 | 在以加速器电源、并网逆变器为代表的采用波形控制的电力电子装置中，由于开关频率对控制环响应速度的限制，通过高开环增益达到高精度波形跟踪与保持系统稳定之间存在矛盾。针对这一问题，本项目提出采用逆模型计算出控制量，并与反馈控制相结合构成控制系统的新思路。本项目研究内容包括：建立控制对象的大信号模型，建立其半数值半解析的逆模型，构建逆模型与反馈控制相结合的控制算法等。还将采用VerilogHDL在以FPGA为核心的数字控制器中实现新的控制算法，并在实际的加速器电源和光伏并网逆变器上进行测试与验证。本项目的思路有别于现有波形控制策略中以提高闭环跟踪快速性为主的指导思想，能够解决高增益与稳定性之间的矛盾，是波形控制策略的新探索。逆模型的建立将采用数值解与解析解相结合的方法，是建立逆模型的新方法。本项目研究将对电力电子装置波形控制技术理论和技术进步起到推动作用。
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| 膨胀性充填裂隙渗流应力耦合实验与数值模拟 | 陈金刚 | 20万 | 2006 | 地下与渗流水力学(E090502) | 50709030 | 郑州大学 | 青年科学基金项目 | 膨胀性；充填；裂隙；渗流；应力 | | 天然条件下，岩体裂隙被充填的现象是屡见不鲜的。然而，目前国内外对充填裂隙渗流特性研究较少，尤其对膨胀性充填裂隙渗流应力特性极少开展探讨。本课题组前期研究发现，膨胀性充填介质的多重水力行为明显提高了裂隙渗透性，并对裂隙岩体的变形产生了重要影响，研究成果得到了工程实践的验证。本课题拟以前期研究为基础，以膨胀性充填介质复杂力学行为为切入点，运用地质调查、物理模拟、数值模拟、理论分析等综合研究方法，进一步查明膨胀性充填介质的力学变异性及其与多重因素间的定量表征关系；构建膨胀性充填裂隙水力耦合非线性本构方程；探讨充填裂隙的渗流规律，建立渗流理论体系与数值计算方法；进而研制有限元程序并结合现有软件，数值模拟和预测充填裂隙带渗流应力的非线性演化趋势。本课题的研究，不仅可为膨胀性充填裂隙岩体渗流、变形与稳定性问题提供科学依据，而且对岩石水力学理论发展以及环境灾害防治具有重要的理论意义和工程应用价值。
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| 栖热菌4-α-糖基转移酶的双功能催化机制及其对淀粉分子的控制转化 | 李学红 | 56万 | 2011 | 食品添加剂(C200201) | 31171757 | 郑州轻工业学院 | 面上项目 | 4-α-糖基转移酶；淀粉；精细结构；大环糊精；功能特性 | 高转移活性4-α-糖基转移酶（TSaGT）对淀粉分子具有歧化和环化两种催化活性。歧化反应可以改变淀粉分子链的长度与分布，而环化反应会导致大环糊精及带环支链淀粉分子的生成。这两种催化活性具有底物结构依赖性，针对不同结构的淀粉底物两种活性大小会此消彼长，从而对淀粉结构和凝胶特性产生不同的影响。但到目前为止，该类酶的催化方式与底物淀粉结构之间规律关系还不清楚。本项目通过设计使用系列简单和组合型淀粉底物、检测酶处理前后淀粉组成结构的变化，系统研究酶对不同结构底物淀粉的催化方式以及功能特性的改变。结果表明，（1）TSaGT酶能够以聚合度2及以上的麦芽低聚糖作为其供体或受体，歧化生成包括葡萄糖在内的系列麦芽低聚糖。其中麦芽二糖是其最适受体，且随着底物聚合度的增加其高聚合度产物含量提高；（2）TSαGT作用于底物直链淀粉时，环化和歧化反应共存，环化反应生成以CD23、CD24、CD25和CD26为主的大环糊精。直链淀粉聚合度对环化产物影响不大，但显著影响TSaGT酶的环化/歧化的活性，低聚合度底物有利于TSaGT酶的歧化反应，使底物平均聚合度增加，而高聚合度直链淀粉更有利于环化反应的发生；（3）TSαGT作用于直链和支链淀粉混合底物时，主要发生歧化反应。其能够显著降低淀粉中直链淀粉的含量，同时部分切断支链淀粉C链位于两个支链淀粉簇之间区域，使支链淀粉拥有的支链淀粉簇数目建设、分子量明显下降；不论何种淀粉，TSαGT都使其支链淀粉的侧链长度分布发生改变，最终短侧链（DP<12）数目增加、超长侧链（DP>36）数目增加，而中等长度侧链数目减少。（4）由于TSαGT可以改变淀粉分子的精细结构，相应也能够改变淀粉的功能特性。通过TSαGT处理的不同淀粉组分植物淀粉，其糊冻融稳定性和透明度都得到不同程度的改善，其凝胶质构特性发生明显变化，但不同淀粉变化略有不同。具体表现为对硬度、咀嚼性和胶着性影响显著，而弹性、黏结性、和回复性影响不明显，特别是对于绿豆、小麦等直链淀粉含量高的种类。TSαGT处理可以显著增加其抗消化性，具体表现为慢速消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)的快速增加。该项目的研究结果对将TSaGT应用于制备大环糊精、提高淀粉基食品品质以及制备慢消化淀粉具有重要的理论指导意义。 | 高转移活性4-α-糖基转移酶对淀粉分子具有歧化和环化两种催化活性。歧化反应可以改变淀粉分子链的长度与分布，而环化反应会导致大环糊精及带环支链淀粉分子的生成，这两种催化活性具有底物结构依赖性。但到目前为止，该类酶的歧化和环化催化方式与淀粉底物结构间的关系机制还不清楚。本项目使用系列低聚麦芽糖为底物，首先确定酶环化与歧化活性的最佳供体与受体范围；然后通过设计使用不同聚合度直链淀粉、不同分子量支链淀粉以及不同比例直链/支链淀粉混合物为底物，检测酶处理前后淀粉组成结构变化，借助PCA分析技术，研究酶在不同底物情况下的环化与歧化反应发生的规律，明确酶不同催化方式对底物淀粉结构的要求；进一步，对歧化及环化改性淀粉凝胶的热力学、质构和流变学特性进行研究，以揭示新型淀粉凝胶功能特性的形成机理。该项目的研究，对利用该类酶制备大环糊精、通过设计淀粉底物以制备特定功能特性的改性淀粉具有重要理论指导意义。
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| 多功能淀粉酶功能集成性和催化选择性的寡聚化调节机制研究 | 张应玖 | 60万 | 2011 | 酶学(C050203) | 31170759 | 吉林大学 | 面上项目 | 多功能淀粉酶；功能集成性；催化选择性；寡聚化；α-淀粉酶家族 | 多功能淀粉酶是淀粉酶超家族中的一个特殊的亚家族，因为他们具有功能集成性——兼有淀粉水解酶和糖基转移酶的催化活性，可催化淀粉转化(水解、转苷)为异麦芽寡糖和麦芽寡糖。现已知：导致MFA功能集成的结构基础是其寡聚化，但不同的MFA有不同的缔合模式，其水解/转移的糖苷键特异性也不同，淀粉转化产物也不同，对MFA寡聚化机制的深入研究，不仅有助于揭示酶的缔合进化与功能集成的相关性，而且也为α-淀粉酶家族功能重构提供了一条新途径。在本项目中，我们对比性分析了多功能淀粉酶OPMA-N、OPMA-G的结构、性质与功能，并重点研究了它们的寡聚化、模块组装与催化功能的相关性，揭示了多功能淀粉酶功能集成性和催化选择性的寡聚化调节机制。多功能淀粉酶的这种功能集成性还是由酶的一级结构决定的，并在物质进化中逐渐向特定的催化选择性方向变化着。对于多功能淀粉酶，其可及性表面的重要位点或区域，小的末端结构域，寡聚体构象，酶的催化选择性以及功能集成性之间，形成了统一的调节关系和稳定的影响规律。 | 多功能淀粉酶(MFA)在结构上与α-淀粉酶家族高度相似(相同的四个保守序列、催化位点和三级结构)，但却兼有淀粉水解酶和糖基转移酶的活性。现已知：导致MFA功能集成的结构基础是其寡聚化，但不同的MFA有不同的缔合模式，其水解/转移的糖苷键特异性也不同，淀粉转化产物也不同，对MFA寡聚化机制的深入研究，不仅有助于揭示酶的缔合进化与功能集成的相关性，而且也为α-淀粉酶家族功能重构提供了一条新途径。本项目以已知三维结构的同源酶为模板，利用结构生物学信息，通过选定MFA分子可及性表面上、末端结构域中、功能部位(催化、受体)附近的特定位点或区域，应用蛋白质定点(饱和)突变、表面可及性改造、模块重组等技术，并结合环境因素，确定MFA功能性寡聚化的诱导与控制因素，建立酶"结构保守性"与"缔合可塑性"和"功能多重性"的相关性，揭示多功能淀粉酶"功能集成性"和"催化选择性"的寡聚化调节机制，发展酶的催化理论。
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| 生物响应的环糊精超分子自组装的靶向基因载体 | 邓维 | 56万 | 2011 | 医用与药用高分子(B050202) | 21174081 | 上海大学 | 面上项目 | 非病毒基因载体；环糊精超分子；生物响应；靶向型； | 本项目属于基因载体的智能材料方向研究，研究方案是基于本课题组已有的材料设计制备和超分子化学方面的研究成果，基于生物降解无毒的环糊精，计划制备多种低毒、可降解、靶向性和高效率的转基因载体。目前该方面研究取得了一定的进展，在科学研究、人才培养以及学科建设等方面均有成果。科研方面基于生物降解无毒的环糊精，计划制备多种低毒、可降解、靶向性和高效率的转基因载体，并进行了细胞内转移试验和动物治疗试验。首先合成了星型多臂聚轮烷和侧链自组装的载体，分别采用连硫键和缩醛结构作为生物响应基团，并利用PEG连接靶向分子修饰；然后通过质粒DNA进行表征，筛选合适的载体结构；再应用筛选的条件在体外试验中，通过正交试验法评价载体的基因转移效率；最后建立动物模型，采用最佳的载体在优化的条件下转移siRNA，对荷瘤裸鼠进行对比试验,评价载体的治疗效果。该项目的成功完成将对纳米医药和基因药物治疗方面产生很好的促进和扩展工作。目前研究成果已经申请专利1项，授权专利1项以及多篇学术论文。在人才培养和学科建设方面，建立了超分子材料试验室，目前已经培养硕士研究生1名，在读硕士研究生4名和在读博士生2名，邀请国内外教授交流互访4次，参加学术会议3次。 | 相对于病毒性的基因载体，化学合成的载体具有低免疫原性，易于大规模生产和生产成本较低的特性，但非病毒载体在转染效率和靶向性方面还存在着很大的挑战。本项目基于生物降解无毒的环糊精制备了两种低毒、可降解、靶向性和高效率的转基因载体，并进行了细胞内转移试验和动物治疗试验。首先合成了星型多臂聚轮烷和侧链自组装的载体，分别采用连硫键和缩醛结构作为生物响应基团，并利用PEG连接靶向分子修饰；然后通过质粒DNA进行表征，筛选合适的载体结构；再应用筛选的条件在体外试验中，通过正交试验法评价载体的基因转移效率；最后建立动物模型，采用最佳的载体在优化的条件下转移siRNA，对荷瘤裸鼠进行对比试验,评价载体的治疗效果。该项目的成功完成将对纳米医药和基因药物治疗方面产生很好的促进和扩展工作。
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| 纳米磷酸钙/嵌段共聚物复合药物载体的制备、结构调控及其药物缓释性能 | 朱英杰 | 60万 | 2011 | 生物陶瓷与生物材料(E0213) | 51172260 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 面上项目 | 磷酸钙；纳米材料；嵌段共聚物；生物材料；药物缓释 | 纳米科学技术与生物学的有机结合是国际生物医学领域的研究前沿和热点，其中纳米药物释放系统是研究重点之一。传统的给药方式在给药初期药物是爆发性快速释放的，体内组织或血液中的药物浓度较大，甚至超过病人的最高药物耐受剂量，产生严重副作用；而且在人体内的有效药物浓度只能维持较短时间。能够长时间缓慢释放药物的长效药品对疾病治疗具有重要的意义。纳米药物载体材料具有高比表面积，可以有效提高药物装载量和药物缓释性能。人体骨和牙齿中的主要无机成分是磷酸钙，主要以结晶羟基磷灰石的形式存在。因此，磷酸钙类材料具有良好的生物相容性及生物活性，正是构建理想药物载体的最佳选择之一。但是磷酸钙具有多种物相和晶型，因此对磷酸钙纳米材料的结构、尺寸和形貌调控是一个难点和挑战。 在国家自然科学基金的资助下，通过本项目的实施，以具有良好生物相容性的磷酸钙纳米结构材料及其药物释放体系作为研究课题，发展了几种嵌段共聚物调控制备磷酸钙纳米结构材料的方法，包括室温溶液合成法、水热法和微波辅助快速合成法等，制备了具有高比表面积和多孔/空心结构的磷酸钙纳米结构材料，探索了所制备磷酸钙纳米结构材料的结构、尺寸、形貌和孔径的调控及形成机理。通过稀土离子掺杂赋予磷酸钙纳米结构材料以发光、磁性和生物成像等多功能性。研究了所制备磷酸钙纳米结构材料作为药物载体应用于药物装载和药物缓释所涉及的关键科学问题；探索了提高药物装载量和调控药物释放速率的影响因素。在以上基础上，构建了具有良好生物相容性、高药物装载量、良好药物缓释特性及pH响应药物释放性能的磷酸钙纳米结构药物释放体系，在生物医学领域具有良好的应用前景。另外，将研究工作还扩展到硅酸钙水合物/嵌段共聚物复合纳米材料的制备及其在药物缓释中的应用探索、含磷生物分子作为磷源合成磷酸钙纳米结构材料及其药物缓释应用、新型高柔韧性羟基磷灰石耐火纸、高度有序仿生磷酸钙纳米结构材料等。 在该项目资助期间，发表标注国家自然科学基金资助的SCI期刊论文61篇，其中影响因子大于3的论文有48篇，期刊包括Chemical Reviews (影响因子IF 46.5), Biomaterials (IF 8.5), Small (IF 8.3), Nanoscale (IF 7.3)等。获得10项中国发明专利授权。 培养博士研究生5名，硕士研究生1名。 | 本项目拟选择具有良好生物相容性的磷酸钙和两亲性嵌段共聚物的复合体系作为药物载体的构筑材料，采用组装和功能化设计的思路，突破传统药物载体组成、结构或功能单一的局限性，提出具有高比表面积和纳米孔结构的新型有机/无机复合纳米结构药物载体的构建策略，通过精心设计发展具有可调结构的磷酸钙/嵌段共聚物复合纳米结构药物载体的制备新方法，探索纳米结构复合药物载体的尺寸、结构和形貌的调控方法及形成机理。研究纳米结构复合载体应用于药物装载和缓释的关键科学问题，探索纳米结构复合载体对药物的装载和释放的规律和机理，探索药物释放动力学及其机理，寻找提高药物装载量和药物缓释性能的有效途径。在以上基础上，构建具有良好生物相容性、安全性、高药物装载量和良好药物缓释特性的多功能磷酸钙/嵌段共聚物复合纳米药物释放系统，为形成具有我国自主知识产权的新型药物制剂与发展医疗新技术提供科学依据。
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| 基于天然产物的新型功能大分子的合成及其作为生物载体的应用研究 | 曹阿民 | 62万 | 2011 | 医用与药用高分子(B050202) | 21174160 | 中国科学院上海有机化学研究所 | 面上项目 | 胆固醇；阳离子氨基酸；乳糖酸；半乳糖；功能载体 | 该国家自然科学基金面上项目围绕构建基于天然产物的新型阳离子功能分子基因输送载体以及高效低毒药物输送载体的研究目标，主要开展了五个方面的研究工作：(1)、以生物相容性天然产物胆固醇为出发材料构建了胆固醇己基甲基丙烯酸酯单体，并进一步构建了两亲性具有胆固醇和甘油醚酯功能侧基的两嵌段共聚物PSMA-b-PMA6Chol，发现该液晶嵌段共聚物通过自组装能够形成尺寸温敏性中空碗形大分子胶束。(2)、基于天然阳离子氨基酸(精氨酸、组氨酸)、乳糖酸，设计构建了仿生TPP穿膜肽的？-氨基部分精氨酸偶联修饰的PAHMAA-R、？-氨基部分精氨酸、组氨酸协同修饰的PAHMAA-R-H和乳糖酸(La)、精氨酸协同修饰的PAHMAA-R-La阳离子性功能大分子，发现精氨酸、组氨酸修饰的阳离子功能大分子较阳离子多肽作为基因输送载体具有更优越的低细胞毒性、高基因转染效率、高Polyplex 内吞和细胞内定向输送功能，精氨酸、组氨酸的协同修饰能够改善质子海绵效应和溶酶体释放能力，乳糖酸的部分修饰可以继续提升基因载体的血清稳定性和转染效率。(3)、基于天然赖氨酸、乳酸构建了(l-)-赖氨酸偶联的聚甲基丙烯酸羟乙酯三氟醋酸盐(PHML-TFA)和两亲性PHML-b-PLLA-b-PHML阳离子纳米粒子，研究发现具有阳离子赖氨酸侧基PHML大分子较线性聚赖氨酸具有优越的低细胞毒性和显著提升的基因转染效率，PHML-b-PLLA-b-PHML 自组装纳米粒子基因载体能够改善PHML的载体体系的血清稳定性。(4)、侧挂半乳糖、胆固醇侧基的PMAgala-b-P(MAA-co-MAChol)、PMAgala-b-PMAChol和PMAgala-SS-PBLG的制备、自组装及其作为DOX药物输送载体的研究发现，MMA与MAChol的共聚抑制了胆固醇液晶相的形成，提升了DOX负载效率和酸性条件下的药物响应性释放性能；负载香豆素C6的PMAgala-SS-PBLG胶束在溶液中对肝肿瘤细胞呈现靶向性，胶束在还原性环境下能够响应性解组装；两亲功能大分子PMAgala-b-PMAChol在溶液中自组装成球、纤维、椭球状胶束，其形貌影响负载DOX药物的释放与肿瘤细胞增殖抑制效果。(5)、以胆固醇为疏水片段、天然阳离子氨基酸或多胺为亲水片段，通过不同模块连接方式，制备得到系列新型阳离子脂质体基因载体，结果发现胆固醇片段以及 | 生物相容性大分子作为重要的输送载体已经成为基因/药物可控释放依赖的重要生物功能材料。该面上基金项目围绕分子设计、合成、制备面向基因/药物高效输送应用的新型生物功能大分子，在前期工作的基础上，拟以具有重要生理活性的产物甾醇（胆固醇、薯蓣皂苷元、剑麻皂苷元以及其它植物甾醇）、碳水化合物（单糖、二糖、三糖以及多糖）、阳离子型氨基酸化合物（赖氨酸、组氨酸、精氨酸等）等为重要合成原材料，通过构建基于天然产物的聚合单体，研究可控自由基聚合反应方法，或者运用2-乙基噁唑啉单体的活性阳离子开环聚合反应等，制备得到多系列、多大分子拓扑结构两亲阳离子功能大分子。进一步研究其在选择性溶剂中的自组装以及对疏水性抗肿瘤药物的负载与释放。在此基础上，结合多细胞模型，研究合成所得新型功能大分子的细胞毒性、载体与基因的相互作用、细胞内基因转染效率以及负载基因的细胞内分布，并结合临床原代血管平滑肌细胞进行初步应用探索。
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| 兼备肝靶向性和pH敏感性的海藻酸钠纳米给药系统 | 袁直 | 38万 | 2010 | 生物医用高分子材料(E0310) | 51073080 | 南开大学 | 面上项目 | 海藻酸钠衍生物；甘草次酸；肝靶向；酸敏感；抗瘤活性 | 以天然多糖海藻酸钠为载体，以甘草次酸为肝靶向配体，制备出一系列具有高度肝靶向性和pH敏感性的海藻酸钠纳米给药系统，通过释药曲线以及细胞胞吞实验，考察了该药物运输系统的酸敏感性，并从细胞实验以及动物实验对纳米粒子的肝靶向性和药效等进行了系统研究。实验结果表明：这些药物运输系统可以将抗癌药物靶向传递至肝肿瘤组织，并在瘤细胞的酸性环境下加速释药，达到了预期的目的。本研究将阿霉素以前药的形式引入药物运输系统，在pH=7.4时可以稳定存在，而进入肿瘤细胞后（pH=4-6）快速释药，在实现抗癌作用的同时，降低了药物的毒副作用；利用寡聚聚乙二醇（mOEG，Mn=550）对海藻酸钠（ALG）进行改性，有效降低了ALG水溶液的粘度，由此提高了其对疏水性小分子（靶向配体、抗癌药物）的负载量，提升了ALG在靶向大分子前药中的应用价值；在此基础上，通过物理交联的方法精确调控药物与靶向配体的比例，考察了不同比例时载药系统的肝靶向能力与抑瘤效果。结果发现，此比例对肝靶向能力和抑瘤效果影响显著，当比例为1:1时抑瘤效果最佳；抑瘤试验后瘤组织切片结果表明，以甘草次酸为靶向配体的海藻酸钠药物运输系统在有效抑制原位肝癌生长的同时，并未对正常肝组织产生可见损伤。本研究建立了海藻酸钠亲水性改性的方法，对其在大分子前药以及靶向药物载体方面的应用提供了技术支持，同时该研究也为其它多糖靶向性纳米前药的构建提供了借鉴。 | 本课题组在上一个自然基金的资助下，研究发现以甘草次酸修饰的天然高分子载药体系可以高度在鼠的肝脏靶向聚集，并且主要在鼠肝肿瘤内释药，对肝肿瘤外的肝组织无明显影响。本申请利用甘草次酸的肝脏靶向性，用甘草次酸和抗癌药物阿霉素对天然高分子海藻酸钠进行疏水改性，得到两亲性海藻酸钠，通过在水介质中自组装方式，制成兼具高度肝靶向性、pH敏感性、主要在肝肿瘤组织内释药的肝靶向性可控释药纳米粒子，旨在获得具有我国自主知识产权的新型肝靶向给药系统。
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| 基于速度场的直接驱动XY平台任意轨迹规划与精密轮廓控制 | 王丽梅 | 60万 | 2011 | 数控技术与装备(E051001) | 51175349 | 沈阳工业大学 | 面上项目 | XY数控平台；直线电机；速度场；轮廓控制；路径规划 | XY数控平台是实现多轴高档数控机床平面X、Y坐标运动的关键功能部件。随着对复杂型面零件加工质量要求的不断提高，轮廓精度成为数控系统的重要精度指标，对提高数控系统加工精度和性能具有重要意义。高速度、高精度的加工技术是现代制造技术的发展趋势。因此，在提高数控机床加工速度的同时，提高高速加工过程的轮廓跟踪精度已成为现今刻不容缓的研究课题。本项目主要解决的科学问题是直线电机驱动XY数控平台的动态轮廓误差分析、任意轨迹路径规划和基于动态综合补偿技术的精密轮廓控制方法研究。主要研究内容如下：（1）任意轨迹轮廓误差分析及动态等效轮廓误差模型的建立，以实现XY数控平台运动系统对任意曲线的快速跟踪。（2）基于速度场理论的任意轨迹路径规划方法研究，即以速度场求解NURBS曲线跟踪轮廓轨迹，达到直接减小轮廓误差的目的。（3）XY数控平台单轴直线电机驱动系统采用位置（鲁棒重复控制）、速度前馈（零相位误差跟踪控制）和速度反馈的控制框架，以提高单轴的位置跟踪精度；采用高阶滑模控制、迭代学习控制等方法设计鲁棒轮廓误差控制器，直接补偿轮廓误差，提高轮廓跟踪精度。（4）以DSP为控制核心的XY数控平台系统样机研制及实验研究，对平台进行全面、系统地实验研究，包括系统硬件电路的设计及软件的编程与调试；在此基础上进行整个系统的运行与调试，验证理论研究成果的正确性。本项目的重要成果包括：完成了直线电机驱动XY数控平台的动态等效误差模型建立；完成了通过构建速度场方式进行的任意轨迹指令规划设计；完成了直线电机驱动XY数控平台的轮廓跟踪控制策略研究和XY数控平台专用伺服控制器的设计；完成了直线电机驱动XY数控平台系统的仿真研究及实验验证。在国内外重要学术刊物和国际学术会议上发表论文40余篇，EI检索10篇；依托本项目研究成果，获授权专利3项，申报国家发明专利9项；培养博士生3名，硕士生19名。本项目的研究对提高XY数控平台的轮廓精度有重要的意义，所提出的分析、设计和控制方法不仅具有工程应用价值，而且其理论研究成果和所解决的科学问题，将使多轴协调控制理论得以丰富和发展，具有重要的科学意义，其成果将对于多轴联动机床、机器人、半导体制造设备等领域的多轴协调控制奠定理论和应用基础，具有积极的指导意义。 | XY数控平台是实现多轴高档数控机床平面X、Y坐标运动的关键功能部件。直线电机直接驱动是提高数控机床加工速度和精度的必然要求和发展趋势。传统的轨迹跟踪控制在直接驱动数控平台实现高速和复杂轨迹跟踪时有很大的轮廓误差。为满足高速、高精度复杂轮廓加工的要求，本项目利用任意运动轨迹的路径方程建立动态等效误差模型；以构建速度场的方式来规划任意轨迹跟踪的指令路径；提出可跟踪任意轨迹的精密轮廓跟踪控制策略，对轮廓误差实施动态综合补偿，以轮廓误差最小化为目标，综合优化各控制器参数，提高轮廓加工精度；研制以DSP和FPGA为控制核心的XY数控平台系统样机并进行实验研究。针对直接驱动数控平台精密轮廓控制所提出的分析、设计和控制方法不仅具有重大的工程应用价值，而且其理论研究成果和所提出的科学问题，将使多轴协调控制理论得以丰富和发展，具有非常重要的科学意义。对多轴联动机床、机器人等领域的多轴协调控制亦具有指导意义。
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| 高精度永磁直线进给伺服系统扰动抑制研究 | 杨俊友 | 36万 | 2010 | 数控技术与装备(E051001) | 51075281 | 沈阳工业大学 | 面上项目 | 永磁直线同步电机；伺服系统；迭代学习控制；保成本控制；扰动抑制 | 由于永磁直线电机伺服系统存在端部效应力、齿槽力、摩擦力、纹波力、时滞、死区、测量误差、负载扰动、参数摄动等因素，导致系统速度波动、伺服稳定性、精确性、灵敏度下降。为实现超精密加工，从电机本体优化设计及伺服系统控制两个方面对永磁直线同步电机（PMLSM）扰动抑制进行了深入系统研究。采用遗传算法与有限元分析相结合方法优化电机结构，首次从扰动抑制的角度提出永磁同步直线电机动子最佳长度、单槽齿槽力合成公式及端部效应力最小化分析方法；提出最小推力波动伺服系统设计准则。在分析各种扰动与结构、部件精度关系基础上，提出基于微观运动特性的推力扰动形成机理、周期性变化规律。有针对性地提出新颖的开关Q滤波器迭代学习控制算法，将传统的时间域拓展至位置、速度、迭代状态域，对控制算法的稳定性、收敛性、鲁棒性进行分析，实现了周期性扰动与随机扰动无模型智能综合抑制；首次提出基于T-S模糊模型的保成本鲁棒控制算法，实现了对速度的快速跟踪和对扰动的有效抑制。研制出具有低推力脉动、高响应速度、高精度的永磁直线进给伺服系统样机。提出双直线伺服系统实验方案，对系统的静、动态性能分析测试。采用半实物仿真及样机实验，验证了所提算法的有效性。为高精度PMLSM电机伺服系统的实际应用奠定了理论和技术基础，具有重要的学术价值。本项目完成对提高制造装备加工精度，完善交流伺服理论和技术具有重要意义。 迄今为止，依托本项目共发表论文40篇，在国内外期刊发表论文 26篇，在国际学术会议发表论文14篇，EI收录24篇。 申请发明专利7项、实用新型专利5项。培养博士研究生3名、硕士研究生20名。 | 由于永磁直线电机伺服系统存在端部效应力、齿槽力、摩擦力、纹波力、时滞、死区、测量误差、负载扰动、参数摄动等因素，导致系统速度波动、伺服稳定性、精确性、灵敏度下降。为实现超精密加工，从系统整体角度出发，将永磁电机优化设计与智能控制相结合，提出最小推力波动伺服系统设计准则。在分析各种扰动与结构、部件精度关系基础上，提出基于微观运动特性的推力扰动形成机理、周期性变化规律。有针对性地提出新颖的开关Q滤波器迭代学习控制算法，将传统的时间域拓展至位置、速度、迭代状态域，对控制算法的稳定性、收敛性、鲁棒性进行分析，实现周期性扰动与随机扰动无模型智能综合抑制。提出双直线伺服系统实验方案，对系统的静、动态性能分析测试。研制出具有低推力脉动、高响应速度、高精度的永磁直线进给伺服系统样机。本项目完成对提高制造装备加工精度，完善交流伺服理论和技术具有重要意义，为永磁直线伺服系统的设计、制作、分析奠定基础。
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| 集成电路制造装备中的高速高精度驱动定位控制技术研究 | 杜娟 | 24万 | 2011 | 智能系统及应用(F030512) | 61105081 | 华南理工大学 | 青年科学基金项目 | 回滞非线性；鲁棒自适应控制；高精度定位；智能驱动； | 本项目以电子制造业中高速高精度精密定位平台为应用背景，以集成电路制造装备中的基于智能材料的高精度传感器、驱动器为研究对象，实现高速高精度控制理论及方法研究，并将所提出的建模与控制策略应用到高精度集成电路制造装备中的高精度微位移定位机构中，提高平台的控制精度，从而促进电子组装业中的微定位技术达到国际先进水平。 在项目开展期间，结合课题研究目标及研究任务，重点开展了以下几个方面的研究工作。1）结合封装设备的具体需求，重点研究了压电陶瓷驱动器、超磁致伸缩驱动器及形状记忆合金等智能材料驱动器的工作特性。以实测输入电压及电流及输出特性（位移及输出），通过测试不同输入特性频率变化及应力变化条件，研究各种智能材料驱动器的输出特性，建立全面数据信息。在得大量实验数据的基础上，分析智能材料驱动器中的回滞类型特点。在考虑多种因素的基础上，建立能够精确描述回滞特性的回滞模型及其逆模型构造。2）在实现对智能材料驱动器中的回滞特性精确建模的基础上，理论上重点研究带有回滞特性驱动的复杂非线性系统鲁棒自适应控制算法设计。结合实际应用需要，设计了多种控制设计框架，结合实际应用平台需求，完成有效抑制回滞非线性特性的控制算法设计。3）通过系统模型及控制算法仿真，考虑摩擦等非线性因素的影响，使系统模型尽可能精确，获得控制实验参数，再利用压电陶瓷作为微位移传感器，建立了封装设备过程基于及定位机构的回滞特性动力。在自主SMT 生产线研发平台上，将各种算法嵌入到软件系统开展实验研究工作，经过调试仿真，说明控制策略的有效性。 | 本项目以电子制造业中高速高精度精密定位平台为应用背景，以集成电路制造装备中的基于智能材料的高精度传感器、驱动器为研究对象，实现高速高精度控制理论及方法研究，并将所提出的建模与控制策略应用到高精度集成电路制造装备中的高精度微位移定位机构中，提高平台的控制精度，从而促进电子组装业中的微定位技术达到国际先进水平。本合作项目的主要内容如下：1）基于多种表征回滞特性的模型，根据实际测量获得多种智能材料驱动器的运动回滞特性曲线，进行快速运动情况下的回滞非线性的补偿控制；2）在对智能驱动器特性精确建模的基础上，结合集成电路制造装备的系统特点，实现便于实时应用控制器的设计，并将提出的控制算法应用在智能驱动器的定位控制中，并修正控制器参数，提高控制精度；3）在自主表面贴装装备的生产线研发平台上，将各种算法嵌入到软件系统开展实验研究工作，在通过稳定性和可靠性等实验后再具体应用于目前国际主流元器件的表面贴装生产
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| 微创医疗器械的柔性关节及其传动机理的研究 | 宋成利 | 60万 | 2011 | 机械传动(E050201) | 51175345 | 上海理工大学 | 面上项目 | 柔性关节；单孔腹腔镜手术；多自由度；微创医疗器械；精密传动 | 现代外科技术正在朝着微创化、个性化和智能化的方向迅速发展，对微创医疗器械的设计要求越来越高，为适应人体复杂的解剖学结构，越来越多具有柔性关节的微创手术器械得到临床应用。在人体内部，特别是在胃肠和腔道内部的狭小空间实现精细的微创手术动作具有重要的临床意义和应用价值。针对微创手术的临床实践环境，本课题深入研究了微创外科手术器械的柔性关节及其传动机理。确立单孔腹腔镜手术的操作路径、器械尺寸和运动空间等可以量化的参数，完成了狭小手术操作空间的3D建模与测量、微创手术器械的人因工程学设计、柔性传动部件的结构设计和力学分析，以及多自由度手术器械设计、制造及实验评估等方面的工作。主要完成了以下研究内容：1. 与临床医生合作，研究了单孔腹腔镜胆囊切除术中手术切口的位置、器械的入路、操作空间测量，明确了设计的空间要求及医学上的限制；2. 搭建了手术模拟训练系统，可以在实验室模拟在再现手术操作环境，进行人因工程分析和设计，测试了不同的单孔手术器械，提出了最优化的设计理论框架；3. 设计制造微创手术器械中必不可少的柔性传动关节，重点针对镍钛合金的双螺旋结构和不锈钢缠绕的软轴结构进行了有限元分析和实验测试研究；4. 在理论研究和临床分析的基础上，设计并制造了一种新型微创外科多自由度关节手术器械，并完成了实验室评估。5. 与相关企业进行产学研合作，实现了技术成果转移和微创外科模拟训练器械的产业化，创造了经济效益和社会效益。6. 获得了2015年上海市科技进步三等奖、2015年机械工业科技进步二等奖和第十七届上海国际工业博览会特等奖。7. 发表学术论文18篇，其中SCI论文4篇，获得专利7项，其中发明专利3项，培养研究生9名，其中博士生2名。本课题取得了丰硕的成果，圆满完成了结题要求。本研究紧扣临床实践的需求，结合工程技术创新，提出了一种新的微创医疗器械设计理论，为在体内狭小空间内实现精细手术操作提供理论基础、技术支持和新型医疗器械产品，在理论和实践上都具有重要的科学意义。同时，我们探索和实践了一条产学研合作的创新之路，实现了从科学研究、技术创新到产业转化的全过程，对于国家目前鼓励的科技创新创业具有重要的借鉴意义。 | 微创外科手术是目前医学科技领域最尖端的研究方向之一，它具有创伤小、疼痛轻、住院时间短和术后恢复快等诸多优点。微创治疗使用专门设计的手术器械，通过患者体表微小的切口进入体内，完成手术操作。为达到减小创伤的目的，手术器械的运动范围受到很大的限制。特别是在最近兴起的单孔手术和自然腔道手术中，器械的运动范围变得更小，医生的操作更加困难。因此，研究微创外科手术环境下新的医疗器械设计理论就变得十分必要。本项目提出一种新的基于超弹性材料的柔性关节传动理论，将着重研究其微小精密结构、非线性力学特性、多自由度的传动机理和控制方法。同时，结合单孔腹腔镜手术的临床应用，解决微创外科发展中的关键技术问题，促进微创医学的进一步发展。微型柔性关节及其传动机理的研究将为在狭小空间内实现精密操作提供新的理论指导和技术支持，可以广泛应用在机器人传动技术、精密机械、航空航天和军事工业等领域。
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| 可自感知钳指位移与夹持力的4自由度压电微夹钳的研究 | 崔玉国 | 55万 | 2011 | 机械测试理论、方法与技术(E051102) | 51175271 | 宁波大学 | 面上项目 | 微夹钳；压电双晶片；四自由度；钳指位移/夹持力；自感知 | 微夹钳是能够产生微米与纳米级运动精度与分辨率的末端执行器。在MEMS制造中，它可用来将微轴、微齿轮等装配成微部件；在生物工程领域，可用来捕捉和释放细胞。目前的微夹钳仅具有两个自由度，仅能实现夹持方向的动作。微夹钳在工作过程中，需要感知并控制钳指位移与夹持力，以实现精确操作。目前常采用微位移与微力传感器来检测钳指位移与夹持力，不利于微装配与微操作系统的集成化与微型化，且价格昂贵，而在某些微装配与微操作系统中，受空间限制而无法安装传感器。本项目将空间垂直交叉的两组横向逆压电效应应用于分割驱动电极式压电双晶片上，使其产生夹持方向与垂直于夹持方向的微位移，进而设计出了四自由度压电微夹钳，分析了并测试其静动态特性；基于压电晶片在外力与电场作用下发生变形的本质是发生电极化的思想，提出了基于积分电荷的钳指位移与夹持力的自感知方法，设计了自感知电路，实验验证了自感知钳指位移的有效性；通过对传统PI迟滞模型与常规PID的改进，设计出了将前馈控制与PID反馈控制相结合的复合控制器，并采用自感知反馈方式，设计出了对钳指位移进行控制的闭环系统，实验验证了其有效性。所设计微夹钳大小为34 mm x 14.5 mm x 0.4 mm；在60 V电压作用下，钳指沿夹持方向与直于夹持方向的位移约分别约为25 μm、32 μm，沿两方向的自感知位移分别约为22 μm、27 μm；钳指沿两方向的固有频率分别为2.35 kHz、0.62 kHz；在15 V阶跃电压作用下，钳指沿两方向的响应时间分别约为0.21 s、0.23 s，沿两方向的自感知位移的响应时间分别约为0.23 s、0.24 s；在自感知反馈复合控制作用下，当最大参考位移为14.7 μm时，钳指输出位移的稳态误差均值在-0.02～0.04 μm之间变化。本项目为压电微夹钳的结构设计、钳指位移与夹持力的检测提供了新的方法，可促进微装配与微操作系统的集成化、微型化，推动MEMS技术、生物工程技术的发展。 | 微夹钳是MEMS（微机电系统）中实现微零件装配、生物医学工程中实现细胞微操作的关键微执行器之一。本项目通过两组方向相反的横向逆压电效应的空间交叉应用，提出了一种新的4自由度压电微夹钳的设计方法；受压电陶瓷晶体在外力与电场作用下发生变形的本质上是其发生电极化这一思想的启发，提出了一种基于积分电路的微夹钳钳指位移与夹持力的自感知方法；基于所提出的设计方法与自感知方法，研究4自由度、自感知压电微夹钳的实现及其夹持精度的提高。.因每个钳指多实现了一个自由度，并省掉了外部传感器，故所提出的压电微夹钳，对于提高微装配与微操作系统性能、促进系统集成化与微型化、减小系统重量与体积、降低系统设计难度以及降低系统成本，推动MEMS技术、生物医学工程技术的发展，具有重要意义。
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| 面向无线传感器网络的压电陶瓷膜俘能器设计、制备及性能研究 | 许晓慧 | 25万 | 2011 | 电能储存与节电技术(E0713) | 51107010 | 东南大学 | 青年科学基金项目 | 无线传感器网络；能量自供给；压电；； | 传感器节点的能量自供给是促进无线传感器网络向纵深发展的关键技术之一，研究高效的环境振动俘能方法是保障节点能量自供给的有效途径。项目从实际应用角度出发，全面分析了无线传感器网络节点的功能特点、压电悬臂梁的频率选择、以及俘能电路的功能特性，提出了集成化的环境振动能量采集器，并进行了实验研究。结果表明：所制备的环境振动能量采集器的整体装配尺寸约为83mm×55mm×12mm，在33mA的驱动负载下能提供稳定的3.3V供电电压，且俘能电路的综合效率约为79%。具体的，一方面可以填补国内外在硅基压电陶瓷膜用于环境振动俘能方面的空白；另一方面，可以掌握拥有自主知识产权的基于硅基压电陶瓷膜的俘能器设计及制备方法。 | 传感器节点的能量自供给是促进无线传感器网络向纵深发展的关键技术之一，研究高效的环境振动俘能方法是保障节点能量自供给的有效途径。本申请拟以压电陶瓷膜俘能器为研究对象，基于MEMS微系统技术和压电学理论，借鉴硅基压电陶瓷膜的制备及其在光机电领域的应用，建立典型应用模式下硅基压电陶瓷膜俘能器的理论结构模型及相应的参数优化体系，提出压电陶瓷膜俘能器的关键加工工艺及MEMS制备方法，并通过压电陶瓷膜俘能器的静/动态实验测试研究其失效机理，进而提出压电陶瓷膜俘能器的可靠性评估方法，在理论和实践上推动基于环境振动的压电俘能方法的研究。本申请的研究旨在对基于环境振动的压电俘能方法进行探索，以实现无线传感网节点的能量自供给。具体的，一方面可以填补国内外在硅基压电陶瓷膜用于环境振动俘能方面的空白；另一方面，可以掌握拥有自主知识产权的基于硅基压电陶瓷膜的俘能器设计及制备方法。
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| 自适应主动控制面桥梁风振控制理论与方法 | 赵林 | 60万 | 2011 | 风工程(E080802) | 51178353 | 同济大学 | 面上项目 | 自适应；主动气动措施；超大跨桥梁；风激振动；控制原理 | 桥梁风工程研究多采用固定构造形态和安装位置的被动气动措施，难于缓解超大桥梁跨径增长面临的服役期内满足综合使用和安全性能要求的发展趋势。本项研究应用具有实时反馈机制的自适应主动控制面气动措施，分析桥梁主梁结构风激振动（颤振和涡振）荷载及其响应的演变规律，探讨主动控制面抑振作用机理。主要研究内容如下：(1) 自激力和抖振力的状态空间模型及其时频响应特性分析：通过对气动导数和气动导纳的有理函数近似，实现了自激力和抖振力的状态空间表达，在操作层面上对自激力和抖振力状态空间模型的计算精度和计算技巧进行了全面探讨。通过讨论自激力状态空间模型中气动状态的性质，解决了由于气动状态初始条件未知带来的自激力初始模拟失真的现象，以具有理想平板断面的两自由度节段模型为例检验了自激力和抖振力状态空间模型的适用性。(2) 主动控制面最优主动控制研究：通过风洞试验和理论分析，建立并验证了主动控制面系统的气动力模型及其颤振和涡振控制方程，编制了相应计算程序并进行了程序验证。以一座主跨3000m的悬索桥为工程背景，讨论了主动控制面系统的颤振和涡振控制效果，系统输出状态的个数对主动控制面控制效果的影响，用于颤振主动控制的结构颤振参与模态选择的方法，控制面沿桥跨的布置长度以及作动器个数等三维因素对其颤振和涡振控制效果的影响。(3) 主动控制面运动参数鲁棒性分析：预先假设主动控制面的运动状态，基于运动合成原理将主动控制面的运动表达为主梁运动的函数，并基于主动控制和主梁运动互不干扰彼此周围流场的假定，控制面-主梁系统的自激力统一可表达为主动控制面运动参数的函数，继而实现对主动控制面最优运动参数鲁棒性的研究。(4) 主动控制面颤振和涡振开环控制风洞试验研究：使用单片机控制以数字信号为输入的作为作动器的舵机(伺服电机)，并使用自主开发软件实现计算机(上位机)与单片机之间控制指令的交互传输，以完成对控制面振动频率、相位以及振幅的精确控制。通过风洞试验研究了开环控制下主动控制面扭转振动的频率和相位对其颤振和涡振控制效果的影响，检验了本文主动控制面系统气动力模型的正确性。 | 桥梁风工程研究多采用固定构造形态和安装位置的被动气动措施，难于缓解超大桥梁跨径增长面临的服役期内满足综合使用和安全性能要求的发展趋势。本项研究针对典型箱形桥梁主梁断面，研发并应用具有实时反馈机制的自适应主动控制面气动措施，采用同步动态气动力测试和联合时、频分析方法，分析桥梁主梁结构风激振动（颤振和涡振）荷载及其响应的演变规律，探讨主动控制面抑振作用机理。该项研究将为建立基于主动气动措施控制的桥梁抗风设计理论与方法奠定基础。主要内容如下：(1)研发具备自适应反馈机制的主动气动措施试验装置，优化设计控制面的安装位置，并在物理风洞试验中验证其有效性；(2)探讨典型主梁-控制面系统风激气动力及其响应的时、频相关性，再现复杂气动力的时空分布演变规律；(3)建立基于结构主动气动措施控制面理论的荷载干扰数学模型及其实用算法；(4)建立考虑主梁-控制面系统一体化的气动力参数识别和优化算法。
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| 大型索牵引并联机器人的振动分析与控制研究 | 杜敬利 | 26万 | 2011 | 机构运动学与动力学(E050102) | 51105290 | 西安电子科技大学 | 青年科学基金项目 | 索牵引并联机器人；柔索；动力学；振动； | 大型索牵引并联机器人中的柔索在系统运行过程中不可避免地会产生振动，严重影响系统的运行精度和响应速度。项目围绕这一问题从变长度索牵引系统的动力学分析、柔索小幅振动的观测和柔索的振动控制三个方面系统地开展研究。采用Newton法、Hamilton原理和变域有限元法分别建立了变长度柔索的动力学模型，发现在慢变系统中索长变化速度和加速度的影响可以忽略，由此得到一种在大范围稳态运动的基础上叠加小幅柔性振动的柔索牵引系统动力学模型，可简单有效地分析柔索动态特性对系统的影响。基于柔索动力学模型和柔索与末端执行器之间的耦合关系研究了相应的柔索振动的观测算法，可得到在柔索随动局部坐标系中横向振动的幅值。提出了一种振动控制策略，在对末端执行器和索端张力同时进行反馈后，通过滤波算法分离出系统的大范围运动和柔索的小幅振动，分别设计子控制器实现系统的大范围运动控制与柔索的振动抑制。利用样机对部分分析结果进行了实验验。研究期间，在国内外知名刊物上发表或录用论文16篇，其中英文SCI检索论文11篇，中文EI检索3篇。申请发明专利5项，其中受权1项，受理4项，获得软件著作权2项。参加国际会议2次。 | 索牵引并联机器人的优点之一是其工作空间大，但当工作空间非常巨大时，在运行过程中柔索不可避免地会产生振动，严重影响系统的运行精度和响应速度。现阶段索牵引并联机器人的研究中多将柔索处理成直线索杆单元，这种做法无法应用于大型索牵引并联机器人，因此必须对其进行更为精确的动力学分析。.本申请着重研究大型索牵引并联机器人的非线性动力学及其控制问题。为考虑柔索的弹性变形及振动的影响，提出采用稳态运动加小幅振动的形式来描述柔索的动力学特性，结合柔索与末端执行器之间的耦合关系完成系统的动力学分析。同时，提出了柔索振动的间接观测算法，可通过索端张力的测量观测出柔索振动的模态坐标，增加了研究的实用性。最后，结合柔索的力学特性给出了相应的控制策略。动力学分析和相应控制策略的提出必将能够为大型索牵引并联机器人运行精度的提高奠定理论基础。
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| 纵扭共振旋转超声加工关键理论及应用 | 皮钧 | 60万 | 2011 | 非传统加工工艺与装备(E050902) | 51175225 | 集美大学 | 面上项目 | 圆环斜槽扭振杆；纵扭共振模型；三维动态应力；去除模型；表面形貌 | 传统单向纵振形式旋转超声加工是纵振输出形式，工具的输出振动方向与其旋转方向垂直，其运动及材料动力冲击去除过程限制了可切削加工的材料或只使用固结磨粒和游离磨粒的加工方式。由于单向振动加工在旋转加工中,振动方向与切削方向不能保证完全一致，切削方向动态刚度与传统一样，只有轴向刚度大幅提高。利用双向超声切削加工具有更好的加工性能，是精密和超精密加工中重要的加工手段之一。单一激励振动模态转换为纵扭共振模态不存在分两个方向激励振动耦合的问题，具有结构简单可实现大功率振动输出的优点，但国内外关于其利用单一振动转换为双向振动的的设计理论和加工的机理还存在空白。本课题首先基于应力波传播与耦合理论探讨实现纵扭共振的方法，建立纵扭共振转换模型，利用纵振换能器与斜槽扭振环结合实现纵扭共振输出，推导出圆环斜槽扭振杆的理论设计公式，解决了纵扭共振系统设计的关键问题。其次，针对纵扭共振加工系统在系统动力和加工去除机理等方面，进行了系统运动、动力建模，通过理论及实验验证了纵扭共振加工可多维提升系统刚度，提出了稳态切削力与动态切削力的概念并根据切削力模型导出了力比关系。第三，基于纵扭振动超声切削过程的冲击特性，在微切削状态下等效斜冲击模型建立了振动切削冲击过程接触表面的三维动态应力模型。据此推导了脆性材料在加工过程的去除模型，为深入研究去除机理奠定了理论基础。第四，在系统松耦合电能传输、工具连接最佳振动耦合方式等方面综合分析，研制出纵扭超声共振加工装置。第五，基于搭建的纵扭共振加工平台，重点开展了表面微细结构加工，研究了切削方向表面形貌形成的机理和极限粗糙度与工艺参数的关系。针对碳纤维增强材料研究了纵扭共振钻孔和铣削加工中纤维的冲击切削断裂机理。本课题研究成果填补了国内外在纵扭共振加工系统设计及切削机理领域存在的一些基本理论空白，对推动纵扭共振加工的发展具有重要的意义。研究结果：申报国家发明专利2项，授权发明专利2项，发表论文24篇，其中EI检索9篇，SCI检索1篇(含会议论文）。 | 旋转超声加工技术具有良好的高精度和高效特性，近年来在精密及超精密机械加工中开始不断应用。但是目前的旋转超声加工，振动模态大多采用单一的纵向振动模态，其运动特性、动态冲击特性限制了加工范围和形式。而纵扭共振旋转超声切削加工，工具输出振动是纵扭振动模态，加工系统轴向及扭转动态刚度同时提高，工具振动的运动轨迹及动力冲击去除特性克服了单一轴向振动旋转超声加工的不足，能够实现真正意义的超声铣削加工，可以更进一步地提高加工效率、加工精度。目前对纵扭振动旋转超声切削的理论及应用研究甚少，实现大功率的纵扭共振输出模态，是纵扭共振旋转超声加工技术的关键。本课题是对纵扭共振旋转超声加工装置的研究，研究纵振声波模态如何形成螺旋传播模态, 使传振杆产生纵扭超声共振。应用这种方法研究出旋转超声振动加工装置实现对高强度金属、脆性材料和弹性材料的精密加工。
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| 形状记忆合金复合材料结构非线性动力学设计 | 吴志强 | 70万 | 2011 | 非线性振动及其控制(A020204) | 11172198 | 天津大学 | 面上项目 | 形状记忆合金；非线性振动；滞后；约束分岔；颤振 | 形状记忆合金（ SMA）具有独特的形状记忆效应和伪弹性特性，有比较强的抗腐蚀 能力和抗疲劳性能。利用形状记忆合金性质对结构进行振动和变形控制是目前研究的热 点之一。如何充分发挥 SMA 的形状记忆效应和伪弹性特性，增强结构性能，成为 SMA 复合结构设计迫切需要解决的问题。同时，SMA 本构关系的分段滞后特点， 会导致 SMA 复合结构的振动方程对空间变量和时间变量均不光滑，为其动力学分析带来挑战。多分段描述的分岔问题奇异性分析方法: 非光滑动力系统中，稳态解（含平衡点、周期解等）描述方程都是分段描述的，经典的分岔分析奇异性方法无法使用。针对形状记忆合金本构关系分段描述特点，通过一系列约束分岔问题的转迁集求解获得分段描述的分岔问题完整的转迁集。完善了分段描述的分岔问题奇异性分析方法。单向拉伸形状记忆复合结构的非线性动力学分析及实验：建立了形状记忆合金丝与弹簧阻尼元件联合作用的振动系统，用平均法推导周期激励下系统共振解的幅频响应方程，再应用分段描述的分岔问题奇异性分析方法揭示系统参数对指标的影响特征。初步开展了形状记忆合金丝本构关系实验，验证了本构关系的滞后特征。简支形状记忆合金层合结构的非线性动力学及实验:采用分段线性函数描述形状记忆合金材料的滞后本构关系，建立了形状记忆合金层合梁动力学模型，先推导离散多自由度方程以及幅频响应关系，再应用分段描述的分岔问题奇异性分析方法，分析了系统参数对分岔模式的影响，从振动优化的角度确定合适的结构参数匹配区域。形状记忆合金复合结构的气热颤振分析及设计：基于一阶活塞理论的气动力模型、冯卡门非线性变形理论，用 Hamilton 原理建立了 SMAHC 壁板在气动力和热载荷联合作用下的动力学偏微分方程，研究了壁板的动力学稳定性随气 体动压和温度的变化，在温度和气体动压的参数平面上确定出壁板颤振和屈曲边界。最后讨论了 SMA 对壁板极限环颤 振的控制及鲁棒性问题。上述研究，在分岔奇异性分析方面，克服了已有文献中转迁集计算不完整问题，完善了分析方法。在形状记忆合金振动应用方面，基于形状记忆合金双旗帜性滞后本构模型，讨论了单自由度减（隔）振系统、层合结构两类系统，研究了系统参数对振动响应的影响，对此类结构的设计有指导作用。 | 形状记忆合金（SMA）具有独特的形状记忆和伪弹性特性，以及比较强的抗腐蚀能力和抗疲劳性能。应用SMA控制结构振动已经成为振动控制领域研究热点问题之一。如何充分发挥SMA的形状记忆效应和伪弹性特性，增强结构性能，成为SMA复合结构设计迫切需要解决的问题。SMA本构关系的具有分段滞后特点，导致SMA复合结构的振动方程对空间变量和时间变量均不光滑，为其动力学分析带来挑战。本项目发展适于任意分段描述的分岔问题分析的奇异性理论，研究形状记忆合金层合结构在基础激励、气流激励、温度变化等因素作用下振动，揭示层合板结构参数对振动特征与模式的影响，探索和发展基于约束分岔分析的形状记忆合金复合结构非线性振动设计方法并进行实验验证。
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| 空间柔性结构动力学和自适应振动及颤振控制研究 | 邱志成 | 60万 | 2011 | 振动/噪声测试、分析与控制(E050301) | 51175181 | 华南理工大学 | 面上项目 | 空间柔性结构；动力学；优化配置；智能控制；自适应振动控制 | 空间铰接柔性帆板和空间柔性臂等柔性多体结构在空间环境的特点：系统模型高阶且低阶振动模态频率低，阻尼弱；在调姿、变轨和温度变化易引起振动和颤振问题。研究了柔性多体结构动力学、有限元建模、振动和颤振特性分析。研究智能结构传感器和驱动器优化配置方法，分析了系统的稳定性和自适应时延补偿算法。研究了基于模型降阶和低阶模型匹配的振动和颤振抑制的智能、自适应和非线性控制方法。采用智能结构材料PZT传感器、加速度传感器、视觉传感器，压电驱动器、伺服电机、气压驱动和SMA驱动等建立实验装置，包括铰接锁紧板和柔性机械臂等实验系统。进行振动和颤振辨识、主动控制算法的试验研究，验证了研究理论方法和技术。主要研究内容、重要结果、关键数据：(1) 研制了一种压电铰接柔性板结构，进行了传感器和驱动器优化配置，实现了弯曲和扭转模态在检测和驱动上的解耦。进行了弯曲和扭转振动的非线性控制和T-S模糊控制仿真和实验研究，实现了快速振动抑制。(2) 提出了一种基于端部CCD相机视觉检测，进行柔性板结构的弯曲和扭转模态振动检测方案和图像处理方法。并进行了有限时间快速残余振动控制实验研究。(3) 研制了一种基于滚珠丝杠驱动的压电柔性臂系统，进行了特征模型的低阶模型匹配的自适应非线性控制实验研究。(4) 研制了一种谐波齿轮传动的压电铰接梁系统和一种基于行星减速器驱动的压电双柔性梁系统，分别进行了模糊终端滑模控制和分层递推控制实验研究。(5) 提出并研制了基于有杆气缸和无杆气缸驱动的压电柔性臂系统，进行了模糊自适应控制、自组织神经网络映射控制、自适应时延补偿控制等算法的仿真和实验研究，实现了振动有效控制。(6) 研制了压电固支板结构，进行了自适应滤波前馈Filter-X LMS、自适应前馈结合反馈控制FULMS等算法仿真和实验研究。相关研究成果发表文章SCI检索12篇，录用国际刊物6篇，发表EI期刊和会议文章8篇，授权专利11件，申请发明专利11件。研究成果为相关柔性结构控制工程实现和应用提供相应的理论基础和新的技术途径。 | 针对空间铰接锁紧柔性帆板和空间柔性臂等柔性多体结构，在空间环境运行的特点：系统模型高阶且低阶振动模态频率低，阻尼弱。在调姿、变轨和温度变化易引起振动和颤振问题，将影响航天器的稳定性和指向精度。本项目采用动力学建模、数值计算和有限元分析方法等对空间柔性多体结构动力学特性分析；研究为低阶控制器设计的模型降阶和低阶模型匹配方法；研究智能结构传感器和驱动器优化配置方法，尤其是异位配置时闭环系统的稳定性和自适应时延补偿算法；研究振动和颤振的自适应控制方法及策略，进行稳定性理论分析、数学仿真。拟采用智能结构材料PZT、SMA、以及加速度传感器、视觉传感器和伺服电机等建立铰接锁紧板和柔性机械臂两套柔性多体试验装置，进行振动和颤振辨识、主动控制试验研究，验证所探索的理论方法和技术。本项目采用理论和试验相结合的研究方法，旨在为柔性多体结构控制工程实现和应用提供相应的理论基础和新的技术途径。
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| 超精密液体静压导轨系统综合动态设计理论与方法研究 | 胡均平 | 60万 | 2011 | 超精密加工工艺与装备(E050903) | 51175518 | 中南大学 | 面上项目 | 超精密液体静压导轨；多物理场耦合；综合性能；动态优化；控制理论 | 摘要：精密与超精密加工技术是制造业水平的重要标志，是先进制造技术的基础和关键。而超精密液体静压导轨是超精密加工技术广泛应用的共用关键基础功能模块。但目前对超精密液体静压导轨多场耦合作用机理和承载特性认识不足，严重制约了超精密加工机床的设计和应用精度。本申请课题在已有工作的基础上开展了以下研究工作：(1)超精密液体静压导轨系统的机、液、热多物理场复杂非线性耦合机理研究。在机、液、热多物理场耦合模型的基础上，对导轨机械结构进行静力学分析、模态分析及热特性分析，并对导轨油膜进行流场仿真分析。(2)超精密液体静压导轨系统综合性能指标分析及评价体系研究。分析了节流器结构、薄膜节流器特性参数对静压导轨承载特性以及油膜刚度的影响规律，研究了液体静压导轨综合性能指标评价体系。(3)超精密液体静压导轨多物理场复杂非线性耦合系统综合性能动态优化设计及控制理论研究。对液体静压导轨性能进行了正交优化研究，并对其油膜波动进行了预见控制及最优控制理论研究。(4)超精密液体静压导轨系统的综合性能动态优化设计平台及实验研究。在理论分析的基础上，开发了液体静压导轨的优化设计平台，并对原系统进行了改造，搭建了液体静压导轨的测试实验平台，并进行了实验研究。通过理论分析、计算机模拟、实验测试相结合的方法揭示多场耦合作用下超精密液体静压导轨承载机理，建立导轨承载特性评价体系，提出高效可靠的超精密液体静压导轨综合动态优化设计方法及控制理论并开发出相应的设计平台。 | 精密与超精密加工技术是制造业水平的重要标志，是先进制造技术的基础和关键。而超精密液体静压导轨是超精密加工技术广泛应用的共用关键基础功能模块。由于目前对超精密液体静压导轨多场耦合作用机理和承载特性认识不足，严重制约超精密加工机床的设计和应用精度，为此本申请课题拟在已有工作基础上开展以下研究工作：超精密液体静压导轨系统的机、液、热多物理场复杂非线性耦合机理研究；超精密液体静压导轨系统综合性能指标分析及评价体系研究；超精密液体静压导轨多物理场复杂非线性耦合系统综合性能动态优化设计理论研究；超精密液体静压导轨系统的综合性能动态优化设计软件研究。通过理论分析、计算机模拟、实验测试相结合的方法揭示多场耦合作用下超精密液体静压导轨承载机理，建立导轨承载特性评价体系，提出一种高效可靠的超精密液体静压导轨综合动态优化设计方法并开发出相应的设计平台。
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| 面向动态特性的精密装配误差机理与工艺控制方法研究 | 尚建忠 | 60万 | 2011 | 数字化制造与智能制造(E051002) | 51175505 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 面上项目 | 惯性稳定平台伺服机构；精密装配；装配工艺控制；误差传播模型；状态空间模型 | 惯性稳定平台是用于隔离载体姿态扰动，实现光电探测器视线稳定和瞄准功能的精密机电设备，已经在民用和军事装备中得到广泛的应用。多轴伺服机构作为惯性稳定平台的核心部件之一，其性能直接决定了惯性稳定平台的稳定精度及动态特性。其显著特点包括：高精度、高响应、高可靠性、高集成度等。精密装配是伺服机构制造过程的关键环节，对伺服机构的最终性能具有重要影响。但装配工艺参数对伺服机构性能的影响机制并不十分清楚，其精密装配过程存在诸多技术盲区，成为制约惯性稳定平台性能发展的重要原因。项目以上述问题为背景，对面向动态特性的精密装配误差机理与工艺控制方法进行了研究。先后完成惯性稳定平台伺服机构装配误差的产生和传播机理、装配工艺参数对动态特性的影响机制、装配误差和动态特性的预测和补偿方法、伺服机构装调工艺和装调方法以及基于动态特性的精密装配工艺和装配实验5项研究内容。建立了惯性稳定平台伺服机构装配误差传播模型，并搭建实验平台对传播模型进行验证，通过实验可以看出，该模型可以较为准确的预测装配误差的传播过程。采用理论建模、有限元分析及实验研究，建立了惯性稳定平台伺服机构装配工艺参数-动力学参数-动态特性的映射机制，揭示了装配工艺参数对动态特性的影响规律，并确定了影响其动态特性的关键装配环节和工艺参数。基于现代控制理论的状态空间模型，确定了一种惯性稳定平台伺服机构装配误差和动态特性的状态观测模型和控制模型，以此为基础，形成了基于产品质量整体预测的数字化装调和装配工艺控制方法。基于某移动天线伺服机构，形成相应的工艺控制软件系统。项目先后完成伺服机构单轴、两轴精度控制实验，模态辨识实验，谐振频率和摩擦力矩实验等相关实验研究，并先后搭建伺服机构动态特性测试平台，两轴伺服机构装调和动态特性测试平台、伺服机构摩擦力矩测量与调整系统等多项测量系统。项目发表论文10篇，其中SCI检索5篇，EI检索5篇，申请专利2项。 | 惯性稳定平台是对地、对空、对海探测与制导装备的核心部件，其动态特性对探测器的图像质量和瞄准精度具有重要影响。由于装配工艺对其伺服机构动态特性的影响机制不十分清楚，成为制约惯性稳定平台性能的重要因素。本项目主要研究面向动态特性的精密装配误差产生机理和工艺控制方法。建立统一的装配误差传播模型，揭示装配误差的产生和传播机理，研究装配要素与动态特性的内在规律；建立装配工艺参数和动力学参数矩阵的映射机制，分析摩擦、预紧和传动间隙等对动态特性的影响；进行主要零部件的动态参数辨识，研究轴系、齿轮副、框架的装配参数对装配精度和动态特性的影响规律，辨识影响动态特性的关键装配环节和工艺参数；建立装配过程的状态观测器模型和控制模型，进行装配误差和动态特性的整体预测和补偿方法研究；研究伺服机构装配工艺和装调方法，开发硬件在环的数字化装调和动态特性控制平台，提高惯性稳定平台伺服机构装配质量的一致性和整机性能。
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| 豆类蛋白自组装纤维纳米结构凝胶构建小肠靶向缓释输送载体研究 | 唐传核 | 60万 | 2011 | 食品生物化学(C200404) | 31171632 | 华南理工大学 | 面上项目 | 大豆蛋白；蛋白纤维；自组装；纤维型凝胶；包埋缓释 | 生物活性物质的包埋及输送一直是研发创新功能性食品的关键科技问题。其中，以蛋白为基质的亲水凝胶体系在作为亲水活性物质的包埋输送载体方面具有较好的应用前景。本项目致力于探索并构建一类适合作为水溶性活性物质输送载体并具有一定小肠靶向缓释功能的新型大豆蛋白自组装纤维型凝胶。本项目主要研究了豆类蛋白（特别是7S球蛋白）在pH 2.0及低离子强度下的热诱导自组装纤维化过程，及相应纤维型凝胶在作为亲水性活性物质（以咖啡因为例）包埋缓释输送载体方面的潜力。获得的主要研究发现包括：1）静电屏蔽作用可显著改善豆类蛋白质的热促自组装纤维化过程；2）豆类球蛋白在pH 2.0条件下的热促自组装纤维过程涉及蛋白变性（及絮凝）、多肽链水解、纤维化过程的启动及纤维链的扩增（或终止）；3）与pH 7.0场合的热致凝胶相比，pH 2.0条件下形成的纤维化自组装凝胶不仅结构更为紧密、持水性更强，而且更耐受肠胃道消化环境；4）施加一定的搅拌作用可改善豆类蛋白的这种热致纤维化自组装过程；5）在pH 2.0条件下形成的大豆蛋白纤维具有良好的乳化性能，在制备凝胶样皮克林乳液方面具有比一般蛋白絮凝颗粒更好的潜力。 该项目大致完成了项目计划书的主要研究内容，达到预期的研究目标，并取得了重要的研究成果，特别在揭示植物多聚球蛋白的热致自组装纤维化机理方面获得创新的发现。截止至2016年1月，标注本项目基金资助并在国际食品类SCI主流刊物上发表的学术论文达28篇。发表的SCI论文已被国内外研究小组引用超140篇次。该项目的完成对于阐明豆类蛋白自组装纤维化机理，以及水溶性活性物质的包埋缓释输送载体的构建，都具有一定的理论意义。 | 以食物蛋白凝胶构建生物活性物质包埋缓释输送载体是研发新型功能性食品的一种有效途径，然而至今仍进展缓慢。本项目突破现有诸多蛋白凝胶体系在构建活性物质缓释输送载体方面的局限性，探索并构建一类适合作为水溶性活性物质输送载体并具有一定小肠靶向缓释功能的新型蛋白纤维型凝胶。以大豆蛋白为主要凝胶基质，围绕其在pH及低离子强度下的热促自组装纤维化过程展开，探索并研究热致及酶促冷致两类自组装纤维纳米结构凝胶的形成过程（或途径）、流变特性及微结构特征，重点表征蛋白浓度、离子强度及热处理程度等因素对相关凝胶的流变及微结构性质的影响规律，进而通过体外溶胀或消化缓释模型，探索此类凝胶作为活性物质包埋及缓释载体的作用途径及构效关系，并揭示相关小肠靶向缓释机理。通过本项目研究，可望在理论上阐明豆类蛋白自组装纤维凝胶的形成机制及作为活性物质缓释载体的途径及机理，在应用上为新型功能性食品的研发提供一种全新的技术解决手段。
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| 基于SAXS的B型芭蕉芋淀粉晶体结构的模型构建及其酶解机理 | 王正武 | 69万 | 2011 | 食品生物化学(C200101) | 31171642 | 上海交通大学 | 面上项目 | 芭蕉芋淀粉；片层结构；半晶模型；一维相关函数；双螺旋 | 淀粉颗粒内部片层结构是决定淀粉乳理化性质和热力学性质的关键因素。精确求解淀粉分子片层结构的最大障碍是无法将取得的结构数据与淀粉真实结构一一对应。我们从淀粉半晶结构模型入手，研究了其在不同晶型淀粉中的局限性，首次提出了一种简单的判定淀粉晶型以及计算结晶度的方法（SAXS数学建模），并进一步拓宽了一维相关函数的应用领域。本项目以芭蕉芋淀粉为研究对象，综合开发了各种芭蕉芋淀粉衍生物：芭蕉芋膳食纤维、芭蕉芋果胶、芭蕉芋烷基糖苷。运用一维相关函数精确求解了芭蕉芋原淀粉及其在热降解和酶降解过程中的结构参数变化，给出了具体的降解程度和晶体完整度。通过结合近代测试手段（光散射、核磁共振、体积排阻色谱等），以热降解为参考，对芭蕉芋淀粉在酶降解过程中的降解机理有了深层次研究。此外，本项目还采用微区荧光的方式对淀粉颗粒进行全谱荧光扫描，可对直链淀粉在淀粉颗粒内部分布一目了然，为解释芭蕉芋淀粉在生产和加工过程中的结构变化提供了支撑。 | 芭蕉芋是盛产于我国西南少数民族集居贫困地区的一种富含B型淀粉的重要低碳农产品。课题主要针对因芭蕉芋淀粉基础研究缺乏导致其用途单一的现状,以小角X射线散射(SAXS)为测试手段,通过不同酶制剂酶解其淀粉的SAXS 实验结果:完善用SAXS表征淀粉晶体结构的数学建模方法;确定酶解过程中芭蕉芋淀粉晶体结构参数和水解产物变化的动力学方程;探索芭蕉芋淀粉在不同酶作用下晶体的酶解机理。首先通过不同环境条件下不同酶解阶段残留固体SAXS数据,借助量子化学、分子力学、分子模拟等理论方法，在Cardoso和Donald等人基础上，完善用SAXS实验表征淀粉晶体结构的数学建模方法。并借助XEM、POM、AFM、Solid 13C-NMR、XRD等手段对模型进行验证。然后根据优化了的模型探索芭蕉芋淀粉晶体结构参数变化的动力学特征和酶解机制，为揭示B型淀粉晶体的酶解机理和芭蕉芋的深层次开发提供理论指导。
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| 淀粉及蛋白质等组分在健康食品加工制造中的变化规律及机制 | 李琳 | 303万 | 2011 | 食品加工学基础(C200506) | 31130042 | 华南理工大学 | 重点项目 | 淀粉；蛋白质；油脂；微观结构；分子机制 | 现代健康食品是由食品组分经加工后获得的多组分、多相、多层次结构的软材料，其品质功能关系着人类的健康。食品重要组分在加工过程中结构的变化机制是影响健康食品功能特性的关键。因此，全面和深入掌握现代食品加工过程中食品重要组分的分子链结构、聚集态结构等多层次结构和功能特性的变化规律，并确定其控制途径与方法，才能真正实现特定功能健康食品的理性设计与制造。项目以食品重要组分淀粉、植物蛋白及油脂的分子运动、聚集行为在加工过程中的变化为突破口，系统研究了物理、化学、生物及其耦合加工方式和条件对淀粉消化、热性能、糊化和流变特性，植物蛋白乳化、凝胶、聚集、流变、界面、包埋、质构特性和油脂流变、氧化稳定、质构特性的影响规律，获得了上述不同加工过程和条件及其他食品组分对淀粉分子量及其分布、螺旋结构、结晶结构、无定型结构、纳米晶体和玻璃态、高弹态、粘流态结构，植物蛋白结构、聚集、复合和油脂分子链组成、晶体、晶体聚集体、结晶网络等组分多层次结构的变化规律。获得了物理、化学、酶法及其耦合手段等对不同来源淀粉、植物蛋白和油脂等多层次结构和功能特性的影响关系，揭示了加工过程中组分功能特性转变的分子机制，形成了通过可控的现代加工方式及条件，调控淀粉、植物蛋白及油脂等组分及其与食品体系中其他组分的分子链结构和分子相互作用行为继而构建适合的聚集态结构，来实现淀粉、植物蛋白及油脂功能调控的学术思想，构建了健康食品中重要组分功能特性的多层次结构调控理论体系。项目获得了具有特定消化性能和流变特性的系列功能淀粉制品，多种新型功能性乳液、可食性凝胶、活性物质输送体系、功能性蛋白、可食性抗菌膜和面制品等蛋白制品及营养性油脂凝胶、冷冻专用油脂和功能性结构油酯等，实现了淀粉、植物蛋白及油脂的功能化结构设计及调控。研究结果丰富了我国食品加工基础学的理论研究，从而为真正实现现代健康食品的功能化理性设计与制造奠定了重要的理论基础。 | 针对健康食品加工制造过程重要组分微观结构、宏观特性与加工因素之间所蕴含的学术关系，凝练出涉及组分相态、聚集态、链结构等结构因素变化与宏观性质关联的关键基础科学问题。以食品中重要组分的分子组装、聚集行为在加工制造过程中的变化作为突破口，选择淀粉、蛋白质和油脂及其复合体系为对象，通过现代加工因素对其功能特性、加工特性与微观结构的影响研究，借助现代结构化学分析方法、材料加工与设计、高分子物理理论等深入了解其在模拟固态和液态食品复杂体系中因现代加工因素改变而导致的结构与特性的变化规律，揭示现代加工因素、淀粉和蛋白质及油脂宏观性质、微观结构及分子运动之间的内在联系、相互影响途径及机制等，探讨食品重要组分功能化理性设计与制造方法。基于分子组装聚集和黑箱理论，利用数据融合与人工神经网络等技术来构建食品重要组分特性与其微观结构之间的分子调控模型与理论体系，为实现健康食品功能化理性设计与制造提供理论支撑。
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| 具有pH值传感功能的多功能微胶囊载体的制备及性能研究 | 仝维鋆 | 62万 | 2011 | 高分子组装与超分子结构(B0106) | 21174130 | 浙江大学 | 面上项目 | 聚电解质；微胶囊；pH传感；胞吞；靶向 | 本项目主要研究具有pH传感功能的自组装微胶囊的制备及其与细胞的相互作用。首先制备了聚烯丙基胺盐酸盐（PAH）掺杂的碳酸钙模板，将荧光探针分子标记到PAH上,并在其表面组装两个双层的硫酸葡聚糖（DS）/壳聚糖（CS），去核后得到生物相容的微胶囊pH传感器。这种微胶囊的pH检测范围为3.3-6.5，进入细胞后即处于酸性环境中，随着时间的延长，其所处环境的pH进一步降低，最终与溶酶体的pH一致。与传统的层层组装制备技术相比，基于聚电解质-多价盐组装法（PSA）制备微胶囊具有步骤简单省时、尺寸易调控、结构材料多样性等优点。因此采用PSA法制备了聚烯丙基胺盐酸盐(PAH)-柠檬酸三钠（Na3Cit）聚集体（PAH-Cit），表面处理后得到在pH 3-8之间可以稳定存在的微胶囊。将pH敏感及不敏感的荧光探针共同标记到微胶囊上使其具备pH传感的功能。微胶囊可被多种细胞自然胞吞。细胞内的实时pH检测结果表明，随着培养时间延长，超过90 %的微胶囊处于酸性的酶体中。层层组装的微胶囊最外层的壳聚糖替换为叶酸修饰的壳聚糖（FA-CS）得到表面修饰靶向分子的微胶囊。细胞培养结果表明修饰叶酸后微胶囊对肝癌细胞（HepG2）的具有一定的靶向能力。或者在化学交联的PAH-Cit聚集体表面组装聚赖氨酸（PLL）和透明质酸（HA）分子，修饰HA后微球可特异性靶向到宫颈癌细胞（HeLa），并最终处于酸性环境中。DNA可以通过电荷作用高效装载到微胶囊内部。通过模板法制备了特殊形状的微胶囊，研究表明两面凹碟形二氧化硅微胶囊更不容易被平滑肌细胞内吞，而弹性的盘状聚氨酯微胶囊则更容易被肝癌细胞和巨噬细胞内吞。此外发现了添加聚电解质可以制备特殊形状的碳酸钙微粒，作为特殊形状胶囊的模板。发现了PAH/PSS聚电解质微胶囊在碱性溶液和钙离子存在的条件下剧烈收缩的现象，可以将带有标记传感分子的大分子包埋在微胶囊内部。 | 层层（LBL）模板组装微胶囊以其微结构和功能的可剪裁、易调控及多样性而在科学、技术和应用等领域显示出极大的研究与开发价值，尤其是作为各种活性物质的传递与控释微载体近年来受到了广泛关注。许多活性物质必须进入细胞才能发挥作用，而微胶囊进入细胞的过程、途径和在细胞内的位置与这些物质的传递效果密切相关。本项目利用LBL模板组装微胶囊结构和性能高度可调控的特点，设计和制备具有pH值传感功能、装载了活性物质（药物或者基因）并且表面经过特异性修饰的多功能微胶囊。研究微胶囊靶向到肿瘤细胞后进入细胞的过程和途径。通过跟踪pH值传感分子的荧光变化阐明微胶囊进入细胞过程中所处的不同微环境，建立微胶囊在细胞内所处位置与活性物质传递效果之间的关系，为微胶囊活性物质传递载体的优化设计和实际应用打下基础。
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| 新型含原酸酯连接基团酸敏感高分子的设计、合成及其作为药物载体的应用 | 杜福胜 | 62万 | 2011 | 医用与药用高分子(B050202) | 21174002 | 北京大学 | 面上项目 | 原酸酯；酸敏感；智能药物载体；超分子聚集体；生物相容性 | 利用酸敏感高分子作为药物载体,有望实现肿瘤组织或细胞内定位给药,提高药物的生物利用度,减小毒副作用。本项目利用CKA修饰水溶性多羟基聚合物或多糖,建立了一种便捷、高效的合成含原酸酯侧基酸敏感高分子的新方法；通过研究小分子模型反应，阐明了CKA和羟基化合物的结构对加成反应动力学、反应产物的结构及水解性质的影响规律。选用不同结构CKA 修饰多羟基聚合物、环糊精及其它天然多糖，发现高分子中羟基的级数、位置及高分子链的骨架结构显著影响所得原酸酯类高分子的结构，改变CKA的结构或CKA与羟基的投料比可方便地调节所得产物的性质。在此基础上，我们进一步开展了如下三方面的研究工作。第一，制备了基于PEO-b-PVA的弱酸敏感两亲嵌段共聚物，阐述了修饰比例与聚合物在水溶液中的聚集体形态及尺寸之间的关系规律，证明了这类两亲聚合物的生物相容性优异，可负载亲、疏水性物质，弱酸可促进负载物释放。第二，合成了一系列原酸酯修饰的环糊精衍生物，发展了基于弱酸敏感环糊精、具有程序化响应特征的超分子纳米载药体系。第三，采用便捷的后修饰或活性自由基聚合策略制备了不同系列的侧链型原酸酯共聚物，证明了可通过引入其它响应性功能基团调控原酸酯的水解动力学，从而调节聚合物的性质。在CKA修饰天然多糖的研究方面，目前已经获得了阶段性的成果，但如何纯化高修饰度的原酸酯类多糖衍生物仍是一个有待解决的问题，相关研究仍在进行中。对于含原酸酯连接基团的酸裂解型高分子键合药，我们尝试了多种合成策略，但未取得预期的结果。 | 利用酸敏感高分子作为药物载体,有望实现肿瘤组织或细胞内定位给药,提高药物的生物利用度,减小毒副作用。本项目拟利用环状烯酮缩合物(Cyclic Ketene Acetal，CKA)修饰水溶性多羟基聚合物,建立一种便捷、高效的合成含原酸酯侧基酸敏感高分子的新方法；通过系统研究高分子的结构与性质的关系，优化并合成得到适用于负载疏水性抗肿瘤药物或水溶性生物活性大分子的新型酸敏感高分子载体材料；深入研究载药体系的性质，为实现酸敏感高分子载药体系在肿瘤组织或细胞内的定位给药提供基础数据。本项目提出的酸敏感高分子合成方法可适用于多种含羟基聚合物，反应条件温和、高效、可控；高分子的结构调节方便，生物相容性好、可在体内代谢或降解。本项目还将发展一种可直接将含羟基小分子药物引入聚合物侧链，制备含原酸酯连接基团的酸裂解型高分子键合药的新途径。
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| 环二肽凝胶因子的分子设计、合成及其作为药物控释载体的研究 | 冯增国 | 62万 | 2011 | 超分子聚合物(B010605) | 21174018 | 北京理工大学 | 面上项目 | 环二肽；小分子凝胶；凝胶因子；有机凝胶；水凝胶 | 课题开展了基于赖氨酸环二肽，谷氨酸环二肽以及赖氨酸-谷氨酸环二肽衍生物作为凝胶因子的分子设计与合成，自组装形貌与推动力，凝胶化性能测定，形成的有机凝胶在染料废水回收处理应用等方面研究工作。此项研究证实了“环二肽”确为设计合成小分子凝胶因子的“因子”，而且从中寻找到两种具有良好凝胶化性能的水凝胶因子，为开展作为蛋白与多肽药物和化学合成药物控释载体以及染料废水处理的吸附介质的应用研究提供了理论与实验依据。具体开展的研究工作与所取得的进展如下： 1. 利用赖氨酸环二肽侧链上氨基分别与Fmoc-OSu和(Boc)2O反应，得到了一系列Fmoc和Boc单与双取代赖氨酸环二肽衍生物，它们皆为醇类，苯类和和氯代有机溶剂的良好凝胶因子；Fmoc单取代赖氨酸环二肽在水中能产生部分凝胶，显示出作为水凝胶因子“前因子”的潜力；Boc单取代赖氨酸环二肽在部分有机溶剂中能通过多层双分子层自组装的方式形成纳米管结构；进一步利用Fmoc单取代赖氨酸环二肽端氨基与环酸酐反应得到的衍生物能在水中形成具有较高力学性能的水凝胶。 2. 利用赖氨酸环二肽与Fmoc和Trt保护的半胱氨酸进行酰胺反应得到一系列大环与非环对称性四肽，它们能使多种有机溶剂快速形成热可逆凝胶；该类凝胶因子不仅能选择性凝胶化含氯有机溶剂与水的混合物，达到分离和净化废水中含氯有机溶剂的目的，而且其干胶还能从染料废水中吸附回收罗丹明等有机染料，其吸附效率随温度升高而提高。 3. 利用金刚烷胺和氨基β-环糊精修饰谷氨酸环二肽分别得到相应的对称双取代谷氨酸环二肽；超声作用下，这两种环二肽在水溶液中能发生自组装形成无色透明溶液，但并不能形成水凝胶。 4. 通过偶合赖氨酸与谷氨酸得到一系列不对称取代的赖氨酸-谷氨酸环二肽衍生物，其中利用Fmoc保护氨基后得到凝胶因子不仅能使部分有机溶剂凝胶化，而且还能在PBS中形成具有良好力学性能的水凝胶。低浓度下，该凝胶因子对细胞增殖影响不大，但增大浓度后，所测样品的细胞毒性显示为2级。如能对其结构做进一步修饰，有可能从中获得一类生物相容性更佳的水凝胶因子。 | 为满足生物医用材料领域对生物相容、代谢无毒、智能响应小分子凝胶材料日益增长的需求，基于在环二肽凝胶因子和环糊精与PEG、PEG-PPG-PEG等通过自组装形成超分子结构水凝胶以及聚轮烷三嵌段共聚物研究方面的工作基础，本课题试图利用含有氨基和/或羧基的环二肽间逐步缩合反应制备不同分子量的线性与大环缩合物，并在线性缩合物端基上以及大环缩合物分子中引入环糊精，以达到既调控缩合产物亲疏水性，又可借助其选择性包结作用提高或改善对药物分子控释能力的目的。同时利用不同官能团环二肽线性缩合产物间氢键作用制备线性与环状超分子聚合物。研究这些线性与大环超分子聚合物和缩合产物及其环糊精缀合物作为单双组分凝胶因子的自组装规律及其凝胶化行为，阐述其结构与凝胶性能间关系，探索它们作为蛋白与多肽和化学合成药物控释载体应用的可行性。
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| 新型葡萄糖环境刺激响应性纳米高分子药物载体的设计、合成及应用研究 | 李朝兴 | 60万 | 2011 | 载体与缓释材料(E031002) | 51173085 | 南开大学 | 面上项目 | 葡萄糖响应性；含糖聚合物；胰岛素；纳米载体；自调试释放 | 糖尿病是一种以高血糖特别是以餐后血糖升高为主要特征的代谢性疾病，降低血糖是目前的主要治疗方法。由于血糖升高与进餐密切相关，而目前的给药方式都难以达到同步和适量，临床上经常出现降糖效果不理想或低血糖反应。因此，迫切需要开发出能够感应体内血糖变化而自我调节胰岛素释放的功能药物载体。基于此，我们运用ATRP、RAFT、开环聚合和接枝等合成技术制备出一系列基于苯硼酸的含糖共聚物，如苯硼酸接枝葡聚糖、聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺基苯硼酸)-b-聚(丙烯酰基乙二醇基半乳糖)-b-聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺基苯硼酸)、聚(3-丙烯酰氨基苯硼酸)/聚(2-乳糖基胺乙基甲基丙烯酸酯)、聚(3-丙烯酰氨基苯硼酸)-ran-聚(葡萄糖基马来酰胺)、聚(3-丙烯酰氨基苯硼酸)-ran-聚(2-乳糖基胺乙基甲基丙烯酸酯)等。基于苯硼酸基团与糖分子中顺式羟基可形成可逆的硼酯键或其他相互作用，运用纳米技术或自组装方法制备其载药纳米粒，且该类纳米粒对胰岛素具有较高负载能力，可高达20%。该类聚合物纳米粒子经过葡萄糖的作用后，形态由规整的球形变成中间紧密外围疏松的形态。同时，在含糖介质中，纳米粒子的粒径随着葡萄糖浓度的增大而增大，在无糖和含糖的交替介质中，纳米粒子的粒径可逆的膨胀和变化，糖敏感性具有可逆性。负载胰岛素的纳米粒随葡萄糖浓度和pH值增加而增加胰岛素释放量，可作为胰岛素自我调节释放的载体基质。该类载体因糖基化合物的引入，使其具有良好生物相容性，不会诱导组织炎症。但皮下注射、口服或鼻腔给药胰岛素负载纳米粒后，血糖明显降低，且能在一定时间内维持在一个稳定值，与胰岛素体外缓慢释放相一致。结果表明，经给药后胰岛素释放能有效降低血糖。由于胰岛素负载纳米粒能保持血糖稳定和避免血糖波动，该葡萄糖敏感纳米载体对胰岛素自调式释放提供潜在的可能性。从材料学的角度为糖尿病的治疗提供新新途径和新方法。 | 糖尿病严重威胁人类健康，而胰岛素作为治疗糖尿病主要药物，目前临床给药方式不符合生理胰岛素的分泌模式，不能有效阻止糖尿病并发症的发生与发展。因此，迫切需要开发出能够感应体内血糖变化而自我调节胰岛素释放的智能药物载体。本项目通过对聚合物的分子设计、采用可控活性聚合等先进设计理念和方法，制备出不同分子结构与尺寸的、基于苯硼酸的葡萄糖敏感含糖共聚物；糖基化合物的引入改善了共聚物的亲水性和生物相容性，也调节了苯硼酸在生理条件下葡萄糖敏感性；通过调节共聚物的结构与尺寸，筛选出在生理条件下具有良好的葡萄糖敏感性和生物相容性聚合物；构建出一种能快速感应体内血糖变化而准确控制胰岛素释放剂量的药物载体；进一步在动物体内评价其对胰岛素控释行为，探讨其体内葡萄糖敏感的机理，从材料学的角度为糖尿病的治疗提供新途径和新方法。
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| MAPK通路在AMP诱导的肠上皮细胞凋亡中的作用 | 王兰芳 | 25万 | 2011 | 单胃动物营养学(C170105) | 31101720 | 同济大学 | 青年科学基金项目 | AMP；IEC-6；MAPK；ERK； | 本课题主要研究腺苷一磷酸（AMP）调控肠上皮细胞的凋亡是否与MAPK通路中ERK1/2、JNK以及P38通路有关，为此前期研究计划的要点为：1）、体外利用小鼠肠上皮细胞株IEC-6凋亡的影响；2）AMP对IEC-6细胞中ERK1/2、JNK以及P38这三条MAPK通路的影响；3）动物试验探讨MAPK通路在细胞凋亡中的作用。经过三年研究，围绕计划要点展开工作，主要结果如下：1）采用一定浓度的AMP（0、0.01、0.1、1 mmol/L）处理IEC-6细胞后，细胞的生长受到抑制，且随着AMP浓度的增加，抑制程度越严重，1mmol/L。细胞在加入AMP 48h后出现凋亡，出现DNA Ladder，并且凋亡率随着AMP浓度的增加而升高。由于1 mmol/L AMP对细胞影响较大，因此我们在后续的试验中采用0.1 mmol/L AMP处理细胞。2）采用0.1 mmol/L AMP处理细胞，在不同的时间收获细胞，提取总蛋白，采用Western Blot检测MAPK通路中ERK1/2、JNK、p38的表达及其磷酸化情况。结果发现在加入AMP后2h，ERK1/2的磷酸化水平开始明显升高，一直持续到24h。总ERK1/2、JNK、p38以及磷酸化的JNK和P38没有明显改变。AMP处理使得活化形式的Caspase 3蛋白增加，但下游的Bax、Bcl-2、P53蛋白的表达没有变化。这表明AMP可以激活ERK1/2 MAPK通路以及下游的Caspase 3。3）这对上述实验结果，我们采用特异性的ERK1/2抑制剂PD98059抑制ERK1/2通路，观察在该通路受到抑制后AMP对细胞的影响。结果发现加入PD98059预处理IEC-6细胞后，再加入0.1 mmol/L 的AMP，细胞生长情况得到明显改善（P＜0.01）（见Fig. 8.1），PD98059使得ERK1/2磷酸化水平明显下降，AMP处理后p-ERK1/2的表达没有明显变化（见Fig. 8.2）。这说明实验采用PD98059成功的抑制了ERK1/2通路，且抑制ERK1/2通路可以抑制IEC-6细胞的凋亡，AMP可通过激活ERK1/2通路诱导IEC-6细胞凋亡。4）给Balb/c小鼠灌胃AMP，在实验的第7、14、30天取样，分析AMP对肠道发育的影响。检测结果发现AMP对小鼠的体增重、胸腺指数、脾脏指数、小肠长度及小 | 我们前期研究和他人实验均表明能够引起小肠上皮细胞（IEC-6）明显凋亡的单一核苷酸为腺苷一磷酸（AMP）。有研究认为AMP以腺苷的形式发挥作用，而在肿瘤细胞中，腺苷可通过激活AMPK诱导凋亡。我们前期研究发现位于AMPK下游的MAPK通路中部分基因的表达受到AMP影响，推测该通路参与了凋亡，但究竟是哪一条MAPK通路参与凋亡，是否与上游AMPK的激活及caspase有关？这些问题尚不清楚。本项目拟在前期基础上，以IEC-6为研究对象，采用Western Blot、Real-time PCR等手段，探讨AMP对AMPK、MAPK通路和caspase的影响，判断影响凋亡的具体MAPK通路和caspase；并从动物水平加以验证，揭示MAPK通路在AMP诱导的细胞凋亡中的作用。通过本项研究成果可以深层次的解释核苷酸对肠道的作用机制，进一步为核苷酸的应用研究提供坚实的理论基础。
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| 甘草查尔酮A体内外抗胃癌的作用及分子机制研究 | 肖秀英 | 22万 | 2011 | 肿瘤化学药物治疗(H1609) | 81101648 | 上海市徐汇区中心医院 | 青年科学基金项目 | 甘草査尔酮A；胃癌细胞株；胃移植瘤模型；抗肿瘤； | 胃癌是常见恶性肿瘤之一，其发病率及死亡率很高，很多患者就诊时处于晚期。对进展期胃癌治疗以化疗为主，但常因副作用较大，患者无法耐受。近年来天然中草药在抗肿瘤中的应用受到极大关注。甘草查尔酮A (Licochalcone A，LCA)是甘草中的一种化合物，分子式C21H22O4，分子量为338.39698，属于黄酮类化合物。近来研究发现LCA有很强的抗肿瘤效果，对前列腺癌细胞、结肠癌细胞具有一定的抑制作用，并有抑制结肠癌转移的作用。但缺乏LCA在人类胃癌细胞中的研究。我们的前期研究发现LCA有较强的杀伤胃癌细胞能力，并且对正常胃粘膜上皮细胞的毒性较小。通过本项目研究结果进一步显示：LCA能够明显抑制分化程度不同的胃癌细胞增殖、促进胃癌细胞凋亡和细胞周期静止，其作用机制主要和凋亡、周期相关蛋白如PARP蛋白、P53蛋白和P21蛋白等表达变化相关。但在体内的研究过程中我们发现LCA单药并未对裸鼠移植瘤有明显抗癌效果，可能和体内复杂的吸收、代谢、排泄有关；也可能是LCA这个单体成分活性本身由于体内外细胞环境不同有关，在体内并无明显抗癌效果。因此，本研究后续采用了LCA联合常用的抗胃癌化疗药物5-FU，观察在体内LCA是否能够增加化疗药物的抗癌效果、减少毒副作用，这也是很多中药单体成分真正在临床上应用的价值。结果表明，LCA联合5-FU能够增加其抑制增殖、促进凋亡疗效。总之，本项目结果初步阐明了LCA在体内外的抗胃癌作用及机制，为LCA用于胃癌的治疗提供了有力的实验基础。 | 胃癌是常见恶性肿瘤之一，其发病率及死亡率很高，很多患者就诊时处于晚期。目前对进展期胃癌以化疗为主，但常因副作用较大，患者无法耐受。近年来天然中草药在抗肿瘤中的应用受到极大关注。我们前期工作证实甘草查尔酮A能抑制胃癌细胞的增殖，促进其凋亡。本研究拟进一步以分化程度不同的胃癌细胞株和正常胃粘膜上皮细胞株为研究对象，用一定浓度梯度的甘草查尔酮A对其处理，以化疗药物氟尿嘧啶或二者联合用药为对照组，应用MTT法、流式细胞术等观察其对细胞增殖、细胞周期及凋亡影响，用蛋白印迹、实时定量PCR方法对关键基因如Caspase3、Caspase8、CyclinA、CyclinB等在蛋白及mRNA水平观察其表达变化，阐明其抗癌机理。进而将胃癌细胞株种植于裸鼠，用LCA对其处理，研究该药物在体内的抗瘤效果及毒副作用，为甘草查尔酮A应用于胃癌的治疗提供实验基础。本研究将有望为胃癌的临床用药提供一种新的手段。
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| 水力与力学特性耦合的膨胀土弹塑性本构模型 | 周葆春 | 20万 | 2010 | 岩土体本构关系与数值模拟(E090701) | 51009118 | 信阳师范学院 | 青年科学基金项目 | 膨胀土；非饱和土；水力耦合；体变特性；抗剪强度 | 膨胀土失水收缩干裂、吸水膨胀软化，水力特征与力学特征间存在着强烈的相互作用；但现有的本构模型还不能有效描述这种水力耦合效应。本项目以荆门弱膨胀土为研究对象，开展了系统的水力与力学特性的耦合试验研究，获得了膨胀土的水力耦合效应规律，结论如下：开展了一系列完整的脱湿试验，获得了5种初始孔隙比的压实膨胀土各级吸力下的重力含水率与体积变化，构建了吸力作用下的体变方程、分别用重力含水率与饱和度表征的SWCC方程，方程能够描述任意初始孔隙比条件下膨胀土干缩过程中重力含水率、孔隙比与饱和度随吸力的变化规律。采用轴平移技术和等压湿度控制法，开展了控制吸力条件下膨胀土的脱、吸湿试验，获得了0~391000 kPa吸力范围内的孔隙比－含水率－吸力关系的滞回效应规律。以滤纸法为研究手段，测定了6种压实度与13种重力含水率组合条件下膨胀土的总吸力与基质吸力，构建了吸力–饱和度–孔隙比关系的本构方程，数值再现结果与模型预测结果均表明该方程能够有效描述在可能密实状态与持水状态范围内的吸力变化规律。开展了2种典型水化状态下膨胀土的固结与三轴试验，获得了水化状态对饱和压实膨胀土应力－应变－强度特征的影响规律。不同水化饱和状态下初始孔隙比不同，膨胀势也不同，膨胀势与外部约束条件、排水条件、应力状态相互作用，造成其应力－应变－强度特征的差异性。借助高压固结仪对6种制样压实度下的膨胀土试样开展了一维无荷载膨胀和一维卸载－再加载压缩试验，获得了水力耦合状况下膨胀土的体变规律。试验结果及分析表明，膨胀土体积变化是膨胀势与外部荷载、湿度变化的耦合作用结果，且具有强烈的水－力路径依赖性。在四联直剪仪上对6种制样压实度下的膨胀土试样开展了一维无荷载膨胀－固结－慢剪试验，并将其结果与不同水化状态下的三轴压缩试验结果进行对比分析，获得了其饱和抗剪强度的变动规律。相同应力状态下孔隙比状态存在的差别是造成其变动性的主因；而先期应力历史与水化状态的差别导致了相同应力状态下孔隙比状态的差异。开展了完整的胀缩与渗透特性试验，获得了5种压实度下膨胀土及其石灰改良土的胀缩与渗透特征。开展了单轴、侧限、三轴压缩应力状态下的力学性质试验，获得了石灰改良膨胀土的变形特征与破坏机制。选用Duncan模型描述其脆性破坏前表现出的压硬性、剪缩性与应变强化特性，通过数值模拟与平行试验的对比验证了模型的适用性与参数的可靠性。 | 作为典型的非饱和土，膨胀土失水收缩干裂、吸水膨胀软化，其水力特征（饱和度）与力学特征（强度与变形）间存在着强烈的相互作用；但现有的本构模型还不能有效描述这种水力与力学特征的耦合效应。本项目以荆门膨胀土为研究对象，以GDS非饱和土三轴仪作为研究平台，进行控制吸力条件下系统的水力与力学特性的耦合试验研究，在把握膨胀土水力特性对体积变形的影响规律基础上，构建一个能够反映水力滞后与体变特征的SWCC模型，通过饱和度将吸力增大、吸力减小屈服线与该SWCC模型联系起来，从而获得可以描述湿胀干缩特性和水力滞后效应的塑性体应变-饱和度-吸力关系，继而建立水力与力学特性耦合的膨胀土弹塑性本构模型，为膨胀性土的渗流-变形耦合分析提供有效的本构方程。本项目的特色在于：拟构建的本构模型与主流的膨胀土力学模型BExM相比，不仅能同时预测膨胀土的胀缩特性与水力特征，而且形式简单，更避免了确定其微观层次模型参数的困难。
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| 考虑膨胀土地基应力历史及地下水位季节性变化隧道开挖对桩作用机理研究 | 马少坤 | 30万 | 2010 | 地下工程与隧道工程(E080506) | 51068002 | 广西大学 | 无 | 膨胀土；隧道开挖；桩；修正剑桥模型；离心模型试验 | 本项目针对隧道开挖对桩作用机理研究中存在“忽略地基应力历史对地基短期附加变形的影响”和“忽略地基地下水位的季节性变化引起的土体工程性质及排水边界条件变化对地基长期附加变形的影响”等不足,从城市隧道建设的实际需要出发，采用室内试验、数值分析及离心模型试验模拟等研究方法,系统研究了南宁膨胀土地基中隧道设计和施工中一些关键共性应用基础问题，得到了如下一些成果：南宁膨胀土的长期压缩特性及干湿循环下的强度和变形特性；改进超固结状态参量次加载面修正剑桥模型及数值实现；基于改进状态变量的上下负荷面修正剑桥模型及数值实现；考虑结构性和干湿循环影响南宁膨胀土本构模型及数值实现；膨胀土地基中单一隧道施工对群桩短期影响及长期影响的三维离心模型试验成果；膨胀土地基中双隧道对群桩短期影响及长期影响的三维离心模型试验成果；膨胀土地基中不同埋置位置双隧道对群桩短期影响及长期影响的三维离心模型试验成果；地下水位循环变化时膨胀土地基中隧道对群桩的长期影响的三维离心模型试验成果；隧道开挖对邻近刚柔性桩基的影响规律；隧道施工对不同约束作用的邻近群桩基础的影响规律。以上成果可更为准确地预测膨胀土地基的变形，进而有效评估隧道建设过程中及建设后桩基的工作性能，从而为维护桩基的安全与正常工作提供理论依据和指导，具有重要的理论价值和实际意义。 | 针对隧道开挖对桩作用机理研究中存在"忽略地基应力历史及隧道开挖引起的应力加载路径分区对地基短期附加变形的影响"和"忽略地基地下水位的季节性变化引起的土体工程性质及排水边界条件变化对地基长期附加变形的影响"等不足，本项目拟从城市隧道建设的实际需要出发，采用数值分析及离心模型试验模拟的研究方法,系统研究西部膨胀土地基中隧道设计和施工中一些关键共性应用基础问题，具体包括：不同应力历史和应力加载路径下的膨胀土的强度及变形特性；地下水位季节性变化对膨胀土的强度及变形特性的影响规律；考虑地基不同应力历史隧道开挖对桩的短期作用机理；考虑地下水位季节性变化隧道开挖对桩的长期作用机理。该项目的实施可更为准确地预测膨胀土地基的变形，进而有效评估隧道建设过程中及建设后桩基的工作性能，从而为维护桩基的安全与正常工作提供理论依据和指导，具有重要的理论价值和实际意义。
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| 玄武岩纤维土工格栅加筋膨胀土边坡加固机理与稳定性研究 | 徐洪钟 | 40万 | 2010 | 工程地质学(D0704) | 41072217 | 南京工业大学 | 面上项目 | 膨胀土边坡；土工格栅；分布式光纤；稳定性；加固机理 | 本项目将分布式传感光纤植入玄武岩纤维土工格栅，使其成为一种新型的自监测土工格栅，将其应用于膨胀土边坡处治。项目的研究具有重要的理论意义和工程应用价值。本项目通过理论分析、室外试验和数值模拟相结合的手段，完成的研究工作和取得的成果如下：（1）研发了自监测土工格栅，实现了膨胀土边坡土体变形及土工格栅应变的分布式测量，建立了膨胀土的胀缩性、裂隙发育程度与分布式光纤应变等信息对应关系。（2）对玄武岩纤维土工格栅加筋膨胀土,分别进行无侧限压缩和不同围压下的固结不排水剪试验，研究了加筋膨胀土的强度与变形特性。通过拉拔试验，研究了筋土相互作用特性，得到了筋土界面参数。（3）建立边坡模型试验系统，开展膨胀土边坡未加筋与加筋模型试验, 研究了干湿循环过程中未加筋与加筋膨胀土边坡的变形分布特征及破坏模式，得到了抗剪强度随干湿循环变化的规律。通过边坡模型试验和数值模拟，研究了土工格栅间距、深度、层数等参数对加筋加固效果的影响，分析了膨胀土边坡格栅加固机理和效果。研究结果表明，玄武岩纤维土工格栅可以显著地降低膨胀土干湿循环过程中土体的拉、压应变，限制土体变形，从而增加土体的强度，抑制其裂隙的发育。膨胀土的胀缩变形具有不可逆性。（4）在试验的基础上，结合数值模拟，提出了加筋边坡稳定性的分布式应变监测方法。建立光纤最大应变值和加筋边坡安全系数之间的关系。采用有限元强度折减法评价干湿循环状态下加筋边坡的稳定性问题。 | 本项目将分布式传感光纤植入玄武岩纤维土工格栅，使其成为一种新型的自监测土工格栅，将其应用于膨胀土边坡处治，不仅可以起到加固膨胀土的作用，同时也可以利用基于布里渊散射的分布式光纤传感技术监测加筋边坡的稳定性。.实现膨胀土边坡土体变形及玄武岩纤维土工格栅应变的分布式测量，建立干湿循环作用下膨胀土的胀缩性、裂隙发育程度与分布式光纤应变等响应信息对应关系；研究干湿循环作用下玄武岩纤维土工格栅加筋膨胀土强度、变形特性；通过室内拉拔试验，研究筋土相互作用特性；通过边坡模型试验，对比研究干湿循环过程中未加筋与加筋膨胀土边坡的变形分布特征及破坏模式，揭示膨胀土边坡格栅加固机理和效果，确定合适的布筋方式。在此基础上，建立基于分布式光纤监测信息的加筋膨胀土边坡稳定性评价方法。.项目的研究为加筋膨胀土工程的设计与施工提供科学依据，具有重要的理论意义和工程应用价值，具有良好的社会效益和环境效益。
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| 植被作用下膨胀土的工程特性及堑坡防护机理 | 李雄威 | 25万 | 2011 | 环境地质学和灾害地质学(D0705) | 41102229 | 常州工学院 | 青年科学基金项目 | 膨胀土；堑坡；植被防护；裂隙；稳定性 | 以灰白色原状强膨胀土为研究对象，考虑植被的影响，利用自行设计制作的太阳辐射模拟装置和降雨模拟装置，在可控温湿度的实验室内，模拟大气作用，对有、无植被覆盖的膨胀土分别进行了降雨蒸发试验和30天持续蒸发试验。用室内、室外试验的方法分别进行了植被根系强度试验，水分渗透模拟试验，植被覆盖下膨胀土长期强度特性和非饱和强度模拟试验。结果表明，植被覆盖可减小膨胀土湿热变化幅度，降低水分迁移速率，保持土体水分，抑制土体裂隙开展，并有效减小大气作用下膨胀土强度的衰减幅度。同时，植被对膨胀土水分迁移的影响有助于维持膨胀土的强度。以室内、室外试验数据为基础，建立了基于裂隙描述的膨胀土堑坡稳定性分析方法，可从裂隙开展和植被对裂隙控制的角度对膨胀土堑坡的稳定性展开评价。从植被的蒸发、蒸腾和根系的加筋作用出发，对植被在边坡防护过程中产生的影响进行了计算分析，发现降雨过程中植被根系的加筋作用对边坡的稳定性起到主要防护作用，而在蒸发过程中，植被的蒸发、蒸腾作用使雨水入渗影响深度和土体水化时间得到有效降低，从而遏制了膨胀土土体风化的进程。项目成果可为膨胀土地区堑坡的植被防护以及生态恢复提供理论和技术支持。 | 随着城市化进程的快速发展以及公路、铁路和水利设施的开工建设或运营，膨胀土地区出现了大量的堑坡。这种对大自然的改造过程改变了自然环境原有的稳定状态，不仅破坏了原始植被，而且为坡体灾变埋下了隐患。本项目以膨胀土地区堑坡灾害防治和植被恢复为背景，以现场调查和室内模型试验为基础，以大气作用下有、无植被覆盖膨胀土堑坡的热-水-力耦合性状为主线，从非饱和土力学角度出发，研究大气营力和植被共同作用对膨胀土中水分迁移的影响，揭示水分迁移机制并量化迁移速率，分析植被覆盖下膨胀土中湿、热场的分布，得到植被作用下膨胀土裂隙拓展以及渗透性动态变化特征；并基于室内非饱和土试验，获取植被覆盖下膨胀土的力学特性指标；结合理论推演和数值模拟，针对久旱降雨和多雨炎热的气候条件，深化对植被防护机理与效果的认识，为膨胀土地区堑坡的植被防护和植被恢复提供理论依据和技术支持。
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| 膨胀岩地区地铁隧道结构的灾变机理与控制研究 | 欧孝夺 | 51万 | 2011 | 岩土工程减灾(E080602) | 51168004 | 广西大学 | 无 | 膨胀岩；南宁地铁；膨胀变形；力学性状；技术措施 | 南宁市轨道交通工程较多路段将穿越膨胀岩区域，该区域主要为第三系膨胀性泥岩，其成岩时间短，胶结程度差，具有显著吸水膨胀和失水收缩的特性。膨胀岩的胀缩性将对地铁车站结构和盾构管片内力和变形产生影响。课题组以南宁轨道交通一号线穿越膨胀岩区域为靶区，通过资料收集及综合分析，采用室内试验、数值计算及大型物理模型试验等综合研究方法，对膨胀岩与地铁隧道结构相互作用影响机理开展研究。通过开展微变形条件下膨胀力试验研究，提出了膨胀力随着微变形变化的规律。研究膨胀岩胀缩变形条件下地铁隧道结构的受力和变形破坏模式及控制方法。结合计算分析结果，构建膨胀岩围岩与地铁车站、盾构管片大型模型试验，研究地铁车站支护结构、盾构管片结构的受力、变形规律，试验数据与数值模拟结果相吻合。通过实测南宁东站基坑施工的全过程现场监测数据，对膨胀岩地铁车站支挡桩体变形和桩侧土压力进行时程研究。对膨胀岩地区盾构壁后注浆材料进行材料力学性能试验研究，探索韧性纤维注浆材料对膨胀岩与盾构管片受力性能影响。本课题研究完成了项目计划内容，取得了一系列有特色的创新性成果，发表多篇论文，其中中文核心9篇,EI收录6篇。本课题研究成果解决了该区地铁设计中如何考虑膨胀围岩影响的难题，给出了在膨胀围岩下地铁车站、盾构管片的膨胀力施加范围以及膨胀力施加方式，优化了设计计算模型，同时对膨胀岩区域地铁建设病害控制措施进行了尝试和探索。该成果可为南宁市涉膨胀岩区段地铁建设提供理论指导，也为国内外类似膨胀岩区域的地铁建设提供借鉴。 | 南宁盆地广泛分布第三系泥岩，亦称膨胀岩，其具有显著胀缩性。目前，国内外关于膨胀岩地区地铁建设的研究成果甚少。本项目以南宁地铁1号线穿越膨胀岩为研究靶区，在地铁沿线各岩层组合的水文地质工程地质区划研究的基础上，通过开展膨胀岩物理力学性质及热物理属性试验，考虑膨胀岩渗流-固结及热-力耦合作用，探索膨胀岩本构模型修正模式，并将成果运用于数值模拟计算中，对膨胀岩地区地铁隧道结构的变形机制与力学行为进行研究。在此基础上，开展膨胀岩与地铁隧道结构相互作用的大型物理模拟试验研究，将试验研究结果与数值模拟计算进行分析对比，验证和改进计算模型，并利用改进的计算模型分析各种典型工况条件下膨胀岩与地铁隧道结构的相互作用，研究南宁膨胀岩地区地铁隧道结构的力学性状及变形破特征，以剖析膨胀岩对地铁隧道结构的影响机理，提出膨胀岩地区地铁隧道结构变形控制的技术措施，以期为膨胀岩地区地铁隧道结构设计提供理论依据。
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| 膨胀岩中巷道围岩湿度场与次生应力场研究 | 刁心宏 | 48万 | 2011 | 地下工程与隧道工程(E080506) | 51168014 | 华东交通大学 | 无 | 膨胀岩；巷道；湿度场；本构模型；相似材料模型试验 | 本项目完成的主要研究工作包括：膨胀性相似材料选择与配比研究，膨胀性围岩湿度场相似材料模型试验研究，膨胀性围岩次生应力场研究，相似材料含水量实时量测系统研制。 通过相似材料配比试验，找到了比较合适的用于相似材料模型试验采用的相似材料组分、配比及膨胀岩相似材料模型制作工艺，配制成的相似材料具有容重小、强度低以及弹性模量小，能够体现膨胀岩的特性，同时具有浇筑易成型的优点，适合膨胀岩中巷道围岩的湿度场相似材料模型试验研究。 采用相似材料模型试验方法，开展了直墙拱形隧道和小静距并行隧道在不同工况下围岩中含水量分布特征，为计算分析巷道支护结构受力提供了前提条件。对直墙拱形隧道，试验研究表明，膨胀岩中巷道围岩的湿度等值线从整体看，会呈现梨形，上小下大，湿度等值线环绕在巷道掌子面外围，以闭合弧圈的方式沿径向方向朝外扩散；膨胀岩中巷道围岩的湿度等值线在巷道底板下部围岩区域内，会形成一个由许多椭圆弧围成的影响圈，该椭圆弧影响圈位于左右直墙与底板的交角线内，高约为1.5R（拱顶大圆弧半径），其圈内的湿度较巷道围岩的其它部位的湿度大，且圈内的湿度越靠近底板越大；初始应力对巷道围岩的湿度影响不大；底板有无仰拱以及仰拱施作时机，对巷道围岩的湿度大小有显著影响。 将膨胀变形作为塑性体积变形考虑，根据单元应力状态分解，得到了膨胀岩的屈服准则，建立了膨胀岩湿度场本构模型，推导出了塑性流动理论的增量迭代格式，开发了数值计算代码，并用工程实例进行了验证，结果表明所建立的湿度场本构模型是合理的。 先后用石膏块和陶瓷作为吸湿材料研制含水量传感器，自制的含水量传感器具有良好的敏感度，可在恶劣的环境（如高温、低温等）中使用，具备良好的温度稳定性和化学稳定性，研制的测试仪可实现在线实时测试，具有很好的工程应用价值。 | 在具膨胀性的岩体中开挖巷道时，为了防止围岩遇水膨胀造成底板鼓胀、顶板垮冒和支护结构受压破坏等工程事故，需要准确计算分析巷道开挖在围岩中形成的次生应力场和支护结构受到的荷载大小及分布形式。但是，经典的膨胀理论只能对底板鼓胀或某些点的变形进行预测；一些能够体现岩石遇水膨胀的解析方法只能用于岩石均匀含水的圆形巷道围岩应力、变形计算；湿度应力场理论在采用数值模拟方法计算围岩应力和变形方面独具优势，但必须事先给定围岩含水即湿度的分布函数。本项研究采用相似材料模拟试验方法，对采用钻爆法施工的巷道围岩含水量与原始应力大小、巷道开挖工艺的关系进行深入研究，探索膨胀性围岩在不同的地质环境和施工工艺条件下的湿度分布规律，并编制基于湿度应力场理论的巷道围岩应力和变形计算程序，以期为膨胀岩巷道围岩应力、变形计算和合理支护结构设计提供依据。
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| 膨胀岩边坡长期稳定特性及治理方法研究 | 范秋雁 | 50万 | 2011 | 环境地质学和灾害地质学(D0705) | 41162012 | 广西大学 | 无 | 膨胀岩；边坡；膨胀与蠕变耦合；长期强度；治理方法 | 普通岩土边坡稳定性和滑坡治理问题的研究已相当成熟，但近年来出现了较多的膨胀岩边坡稳定性和滑坡治理问题，需要通过室内、现场试验及理论研究对膨胀岩边坡的长期稳定特性进行研究，在此基础上系统地提出膨胀岩边坡治理措施。本项目在五个方面进行了系统的研究，获得了一系列的研究成果。一、膨胀与蠕变的耦合试验研究中分别进行了单向压缩和剪切状态下的室内试验，获得的研究结论为单向压缩时初始含水量、进水方式及加载方式对蠕变有影响，膨胀岩耦合作用下的南宁泥岩长期强度为瞬时强度的40.9%，膨胀岩的长期强度大于膨胀力。在剪切状态下，蠕变与膨胀的耦合方式对膨胀岩长期强度影响显著，耦合越充分长期强度越低，并求出了法向应力与长期强度拟合关系式。二、通过膨胀岩边坡室内两块大尺寸原样进行的连续降雨和湿干循环模型试验可知，连续降雨模式下初期数次降雨对膨胀岩边坡变形影响最大，有明显的水平方向位移，后期变形很小且趋向稳定。湿干循环模式下边坡膨胀变形及深部岩体含水率降雨完成后一段时间才达到峰值，随循环次数及降雨量增大，边坡变形速率及变形量都明显增大，岩体裂隙不断发育，水分入渗深度增大但限于表面一定深度，对深部岩体影响较小。三、通过考虑雨水入渗软化的蠕变数值模拟分析发现，低含水率的膨胀岩边坡在蠕变作用下呈整体蠕变运动趋势，处于相对稳定状态；高含水率膨胀岩边坡在蠕变作用下易形成从坡脚至坡顶贯通的大剪应变增量带而产生局部加速滑动。膨胀岩边坡在降雨入渗时，会引起坡体内剪应力增大，随入渗深度增加而更容易从坡面附近发生剪切破坏，饱和层厚度对膨胀岩边坡稳定性影响大。四、通过研究后确定膨胀岩边坡的破坏模式为：对于顺层和切层边坡存在软弱结构面和土岩界面时，按折线形滑动面计算稳定性；对于均质土层、近水平层状及逆层状边坡按圆弧形滑动面计算稳定性。通过合理确定破坏模式、考虑暴雨工况及相应抗剪强度等改进方法，原有的计算方法仍可适用于膨胀岩边坡。通过现场试验结果的反算，给出了广西南宁盆地膨胀性泥岩地基反力系数m值。为了使用长期抗剪强度计算膨胀岩边坡的长期稳定性，研究给岀了平面滑动法和圆孤滑动法时长期抗剪强度条件下安全系数的折减系数解析公式。五、通过对膨胀岩土边坡治理方法的系统研究，完成了国内首部关于膨胀岩土边坡（滑坡）勘查、设计、施工及监测等技术规定的《膨胀岩土滑坡防治工程技术规范》（报批稿），这将对全国膨胀岩土滑坡的治理起到重要的作用。 | 普通岩土边坡稳定性和滑坡治理问题的研究已相当成熟，但近年来出现了较多的膨胀岩边坡稳定性和滑坡治理问题，表现为采用传统的边坡治理方法难以奏效而使得这类边坡长期不稳定，其主要原因是膨胀岩具有显著的膨胀和流变特性。本课题将运用软岩力学中的膨胀理论和流变理论并通过室内岩石试验和模型试验，研究膨胀岩在膨胀和流变耦合作用下的变形和强度特性，并找出膨胀岩的长期强度；系统分析膨胀岩边坡变形和强度在时间顺序和空间位置的变化，找出膨胀岩边坡与普通岩土边坡不同的长期稳定特性，并分析用膨胀岩长期强度来评价边坡长期稳定性的科学性。在此研究基础上对现有相关规范中的稳定性计算模式进行修正且能实用，并对现有的膨胀岩边坡治理方法进行分析，结合现场试验最后提出适合膨胀岩边坡治理的勘查、设计及施工等若于方法和原则。
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| 华北平原高时空分辨率多源遥感土壤水分反演模型研究 | 卢麾 | 24万 | 2011 | 洪涝和干旱与减灾(E090101) | 51109111 | 清华大学 | 青年科学基金项目 | 地表土壤水分；被动微波遥感；反演算法；产品评价；全球变化 | 本研究基于站点实测资料，结合被动微波遥感、红外近红外遥感、再分析数据等多源数据，开展了（1）被动微波辐射传输机理与模型开发研究，确定了土壤温度剖面对辐射传输过程的影响效应，发展了考虑土壤温度剖面的辐射传输模型；（2）开发了基于微波遥感亮温观测和陆面模式的地表关键参数优化方法，改善了微波土壤水分反演算法中的参数设置问题；（3）更新了AMSR2标准算法中使用的查找表数据库，局部克服了现有算法在干旱区高估土壤水分的问题，提高了现有土壤水分反演算法的精度和可靠性；（4）在蒙古高原开展多源土壤水分产品交互比较与评价，探究遥感土壤水分算法改进的发展方向；（5）在中国区域开展三种AMSR-E土壤水分产品交叉比较与集合产品生产工作，并利用所生产的集合产品分析了2002-2011年我国地表湿热变化趋势及其空间格局；（6）基于SSM/I观测数据，反演了1988-2007年非洲大陆地表土壤水分数据，并与再分析数据相结合，开展气候变化检测分析，为传统的气候评价结果提供宝贵的补充信息。本项目的开展为发展被动微波土壤水分反演算法以及其遥感产品的应用提供了坚实的理论基础和数据积累。 | 以华北平原为研究区域，综合利用包括被动微波遥感、红外近红外遥感、实地观测资料等在内的多源数据，通过研究辐射传输机理，改进微波辐射传输模型、提高像元内不均匀性描述、优化研究区内参数设置等手段来提高被动微波土壤水分反演精度；通过结合实地观察资料与高分辨率卫星资料，发展统计降尺度方法；通过耦合微波土壤水反演算法和统计降尺度方法，开发出针对华北平原地理特性的高时空分辨率的多源遥感土壤水分反演模型；生成1km空间分辨率的逐日地表土壤水分数据，实现华北平原农田旱情实时监测。本项目的研究结果可为抗旱减灾提供直接的决策支持和科技支撑，具有重要的参考价值和实践指导意义。
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| GaN/ZnO基LED关键材料的生长、发光及载流子复合特性研究 | 赵小如 | 60万 | 2011 | 半导体材料(E0209) | 51172186 | 西北工业大学 | 面上项目 | ZnO；薄膜；纳米材料；发光；光催化 | 详细地制备出ZnO基（包括部分SnO2,TiO,HfO等）以及GaN基等的各类样品，形式包括薄膜、纳米粉体以及各种特定形貌的纳米形状。衬底的选择也是多样化，如玻璃衬底、Zn衬底、硅衬底、弹性衬底（PI）等。合成方法包括Sol-gel、燃烧法、水热法等适合于大规模工业化生产的方法。掺杂物包括Al,Ga,Hf,Mg,Sb,Sn,La,Li以及各种混合掺杂，如（Ca,Mg）、（Al, Sn）、（Al,Mg）、（Al,Cd）等。就其制备工艺条件、质量、稳定性以及后热处理对其性能的影响均作了相关的详细研究。利用各种谱学手段，详细地研究了上述各掺杂物的电学、光学性质，包括电阻率，PL谱以及光催化形为。对掺杂机理、杂质态行为、载流子输运与复合的动力学过程、以及发光动力学行为的研究进行归纳、整理与分析，对目前尚存在的多种争议提出了自己独特的见解与模型。 | 针对GaN/ZnO基半导体在短波长发光器件应用方面的广阔前景以及研究与应用开发中存在的问题，要研制高效率的发光器件，如发光二极管(LED)，并充分发挥GaN/ZnO激子束缚能高这一独特优势，就必须对GaN/ZnO-LED结构中的关键材料的制备工艺、能带结构、光学性质、缺陷杂质行为、载流子弛豫和复合特性有深入的理解。本项目将研究GaN/ZnO-LED中关键材料的制备技术，并利用光致发光谱(PL)、Raman散射谱、红外吸收谱、荧光衰减谱等光谱分析方法，研究包括p型ZnO、n型ZnO以及p-GaN：n-ZnO异质结的微观结构、载流子输运与复合特性以及与发光特性的关联，以期更进一步的辨明与紫色、绿色发光带相关联的施（受）主激子发光、杂质缺陷态发光，以及与表面态相关的淬灭光发射机理，为GaN/ZnO基LED的产业化提供理论与实验依据。
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| ZnO低维结构的稀土离子掺杂及其高压物性研究 | 潘跃武 | 59万 | 2011 | 半导体材料(E0209) | 51172194 | 徐州工程学院 | 面上项目 | ZnO低维结构；光致发光；紫外探测；电输运；高压 | ZnO纳米材料在紫外探测器、传感器等领域有重要的应用价值，ZnO低维结构的制备及ZnO基器件的设计是实现其应用的基础。本项目的主要目标是阐明ZnO低维结构的生长机制，实现ZnO低维材料的均匀、可控、低成本制备，探索ZnO基器件的应用。项目执行期间主要完成了以下内容：采用不同方法制备了ZnO的纳米晶、纳米线、四角微/纳结构、纳米棒阵列等产物，研究了制备方法和工艺条件对产物的结构和性质的影响，及其可见发射的机制。制备了ZnO纳米线、金属-ZnO纳米线薄膜-金属结构，研究了ZnO纳米线表面及金属和ZnO纳米线的界面性质对紫外光响应的影响，采用背靠背双二极管模型解释了其在紫外光照射下的电输运性质。制备了ZnO纳米棒阵列/金刚石异质结器件，器件对紫外光有良好的响应，分析并阐明了异质结紫外探测特性的机制。利用薄膜沉积技术和微加工技术，采用在金刚石对顶砧表面集成、图形化金属电极的方法，设计、制备了高压原位微区电学测量装置，优化了制备工艺条件，并利用该装置对ZnO纳米晶进行了高压原位电学性质的研究。 | 阐明半导体低维结构的生长、掺杂机制，揭示半导体基质与掺杂离子间的相互作用，是发现新型功能材料的基础，也是实现半导体器件应用的关键。本项目以稀土离子在ZnO低维结构中的大失配掺杂为研究对象，系统研究掺杂低维材料相关的科学问题。在常规研究方法的基础上，我们采用高压原位研究方法，将低维结构的压致结构相变和掺杂低维结构的高压光致发光研究结合到一起，更深入地研究纳米结构的量子限制效应和稀土离子特殊的跃迁特性对材料的光学性质的共同作用结果。借助晶体场理论分析和高压电学研究，建立体系的电子能带模型，深入研究稀土离子与基质晶体环境的相互作用。根据以上研究结果，阐明低维结构的生长、掺杂机制，基质和稀土离子之间能量传递机制等关键问题，明确实现三价稀土离子在II-VI族半导体低维材料中有效掺杂的技术关键，获得低成本制备掺杂ZnO基低维材料的最优化工艺。
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| 电沉积氧化石墨烯/ZnO-SnO2纳米复合膜的光电转换性能 | 贺蕴秋 | 59万 | 2011 | 功能陶瓷(E0204) | 51172162 | 同济大学 | 面上项目 | 氧化石墨烯；氧化物透明导电膜；功函数；光电性能； | 本项目研究制备部分还原氧化石墨烯(rGO)与ZnO和ZnSnO3主宽能隙透明导电体形成的复合系统薄膜，探讨不同结构复合系统的光电性能及其作为太阳电池的可行性。研究制备的电化学沉积过程制备的rGO/ZnO复合薄膜中，片状氧化石墨烯GO在阴极发生部分还原，片状rGO可因不同的电解液而平行或垂直生长于衬底之上；rGO表面则可因沉积条件的差异形成纳米颗粒状纤锌矿相ZnO或柱状纤锌矿相ZnO。rGO随还原程度不同具有可见光吸收性和p型半导体的特性，而带结构缺陷的宽禁带ZnO则具有n型半导体的特性。当部分还原rGO以一定的能带结构与ZnO的能级相匹配时，可见光激发rGO形成的电子空穴对可在rGO/ZnO界面发生分离，电子从rGO导带向ZnO转移，并形成光电流。当rGO中C=C键的含量达到近60%，其能隙宽度约为2.0eV时，rGO/ZnO有较好的能级匹配。对于水平生长的rGO和颗粒直径约为25nmZnO的复合薄膜，光电流为1.5×10-7A·cm-2；而当rGO垂直衬底生长时，复合薄膜的光电流提高至5.0×10-7A·cm-2。由于电化学沉积难以获得ZnO-SnO2二元系统中钙钛矿和尖晶石两个晶相中的任何一种，项目采用溶胶凝胶过程制备和比较钙钛矿和尖晶石两种晶体的性能，其中钙钛矿结构ZnSnO3的功函数等性能均优于尖晶石结构ZnSn2O4。虽然掺Sb或掺Ta的钙钛矿结构ZnSnO3固溶体功函数（5.06eV）较纯钙钛矿结构ZnSnO3（5.16eV）有所下降，但这一功函数值仍高于ZnO（4.5eV）。掺Sb或掺Ta的钙钛矿结构ZnSnO3的电阻率可较ZnSnO3的电阻率下降了约两个数量级，达到略小于1Ω﹒cm，但这一电阻率在实际应用中仍然偏高，由此导致以掺杂钙钛矿结构ZnSnO3/rGO界面获得的光电流很低。此项目研究通过实验获得了rGO化学结构和能带结构的关系，以及其对应的可见光吸收性能和p型半导体性能；研究得到的rGO不同还原态结构及其能带结构的可调性，肯定了其作为光电极材料的可行性；通过rGO/ZnO系统的研究结果对认识rGO/MOx复合体系中光电流形成的微观过程及关键因素成具有重要价值。相关研究结论将有助于进一步深入认识和研究不同化学改性结构rGO及纳米结构碳参与的光电转换效应，并推动氧化石墨烯太阳电池的开发。 | 光电池是太阳能利用的关键技术，尽管在太阳电池中对Si电池研究最深入，应用最广泛，但因价格昂贵和稳定性引起的寿命问题，其更大范围的推广应用受到限制。研究开发新型太阳电池成为当前发展太阳能利用的重点。鉴于近年来各种碳纳米结构的发现，以碳取代硅的太阳电池研究广受关注。根据太阳电池中各组成部分的能级关系，本项目设计以部分还原的氧化石墨烯（RGO）和锡酸锌纳米晶异质结构成的纳米复合膜光电极，组成太阳电池。研究将以电化学沉积制备不同纳米复合结构RGO/ZnO-SnO2膜，用氧化石墨胶体和电解质溶液的混合液为电沉积液，利用沉积过程中的电化学反应形成复合结构。通过制备不同结构复合纳米膜，研究不同结构RGO的能带结构和光吸收性、导电性、光电性能之间的关系。研究将涉及复合膜中不同相的界面结构特征及界面的电子-空穴分离性能及其对光电转换性能的影响，以此探索氧化石墨烯的光响应性在太阳电池领域的应用。
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| 基于晶界调控的氧化锌变阻器高耐压性及微观机理研究 | 程丽红 | 25万 | 2011 | 电工材料特性及其应用(E0702) | 51107140 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 青年科学基金项目 | ZnO；变阻器；超高电位梯度；晶界；微观结构 | 本项目针对高耐压性ZnO陶瓷变阻器的高电位梯度和大通流要求，从晶界调控入手，开展均匀、超细复合粉体的配方设计和陶瓷制备工艺摸索，及其对ZnO陶瓷的显微结构、晶界特性和宏观电性能的影响研究。通过研究，获得高耐压性ZnO陶瓷的材料设计和制备方案，以及高电位梯度和大通流的ZnO陶瓷变阻器，丰富了对晶界的认识。通过摸索制备工艺，如化学共沉淀法、溶胶-凝胶法、添加剂溶胶-凝胶法制备后再与主料球磨，以及添加剂化学共沉淀法制备后再与主料球磨等四种方法，制备了相应的样品，并对样品的结构、宏观电性能和微观晶界特性参数进行测试分析。结果表明，采用添加剂化学共沉淀法制备后再与主料球磨的方法可获得均匀的复合粉体，用Y2O3掺杂后的粉体制成的素坯在常压、1050 °C下烧结 2小时能获得电位梯度大于 50 kV/cm的ZnO 压敏陶瓷，平均单晶界压降Vgb达到16.6 V，突破了传统认为的2.0-3.0 V。分析认为提高电位梯度的关键在于减小ZnO晶粒尺寸的同时改善陶瓷微观结构的均匀性，包括成分和相分布的均匀性，同时通过合适的掺杂调整晶界特性参数，当施主浓度Nd急剧减小，而同时势垒宽度ω也增大，就必须大幅度提高外加的电压，才能给施主的碰撞电离和电子隧穿提供足够的能量，因此平均单晶界压降Vgb显著增大。研究结果可为我国开发高压高性能ZnO陶瓷变阻器提供有益的参考。 | 氧化锌陶瓷变阻器是一种利用半导体双肖特基(Schottky)晶界势垒产生非线性电阻效应的陶瓷器件，广泛应用于航空、航天、军民电站、电子产品等领域。目前世界范围内输电线路和变电站技术正向高电压、大容量方向发展，要求ZnO陶瓷变阻器具有超高电位梯度，而且超高耐压陶瓷在我国尖端技术领域也有重要应用。本项目将针对超高耐压性的ZnO陶瓷变阻器的主要技术要求：超高电位梯度和大通流，提出从晶界调控入手，开展高耐压性ZnO陶瓷的材料设计和微观机理等基础研究。通过宏观电性能测试与微观结构、晶界特性表征，研究微观结构、晶界特性对宏观电性能的影响，以期对影响ZnO陶瓷耐压性的物理机制获得清楚认识，给出基于晶界调控的高耐压性ZnO陶瓷的材料设计与制备方案。研究结果可为我国自主开发高性能ZnO压敏陶瓷变阻器、以及我国先进武器设计提供有益的参考，具有重要的理论意义和应用价值。
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| 基于AZO/BNT/MgxZn1-xO结构的铁电薄膜晶体管的制备及其界面相互作用研究 | 李佳 | 24万 | 2011 | 无机非金属类光电信息与功能材料(E0207) | 51102250 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 青年科学基金项目 | 铁电场效应晶体管；ZnO；BLT铁电薄膜；界面； | 本项目分三年完成。首先，分别采用溶胶-凝胶方法和磁控溅射方法制备了MgxZn1-xO薄膜。研究了Mg掺杂、溅射气氛、衬底温度等条件对MgxZn1-xO薄膜的结构、形貌、光学和电学性能的影响。将制得的MgxZn1-xO薄膜作为晶体管的沟道材料，通过测试器件性能确定了最优的Mg元素掺量及薄膜厚度等信息。其次，采用溶胶-凝胶方法制备了Bi3.25La0.75Ti3O12铁电薄膜，并分别在空气、氧气及氩气下在快速退火炉中快速退火。研究了不同退火条件下薄膜的结晶性能、表面形貌、铁电及疲劳特性的变化。同时，采用X射线光电子能谱表面分析手段，研究了薄膜表面化学状态及氧空位等缺陷的变化规律，得出Bi3.25La0.75Ti3O12铁电薄膜的疲劳特性来源于Bi及Ti元素周围产生的氧空位。最后，采用X射线光电子能谱分析手段对BLT/ZnO界面进行了深度剖析，分析了表面与界面化学组成、化学状态以及可能存在的界面扩散和化学反应。从微观结构上分析探索了界面效应对铁电场效应晶体管电学特性的影响。 | 铁电场效应晶体管（FFET）存储器是一种非常理想的存储方式，而FFET是其中重要的核心单元。将半导体氧化物引入到FFET中有望获得良好的晶体管特性并且提高保持力。目前，这方面的研究还没有形成公认的材料体系，同时器件的性能仍有待于提高。因此，本课题同时将Mg和Al元素掺杂的ZnO薄膜引入到铁电场效应晶体管中，采用磁控溅射法建立以MgxZn1-xO为沟道层、AZO为电极、BNT为栅介质层的晶体管模型器件；精确控制薄膜的掺杂量、厚度、溅射参数与晶体管电学性能之间的关系；通过改变退火条件，研究BNT薄膜表面氧空位等缺陷的变化规律；再深入分析AZO/BNT/MgxZn1-xO之间的界面态与界面相互作用，结合晶体管电学特性测量，阐明界面效应对铁电场效应晶体管漏电流和保持特性的影响规律。本项目的研究，将为FFET材料和工艺的进一步研究开发及深入理解界面行为规律提供实验和理论依据。
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| LiNbO3/ZnO异质结构的制备及电学性能 | 郝兰众 | 25万 | 2011 | 特种无机涂层与薄膜(E020703) | 51102284 | 中国石油大学（华东） | 青年科学基金项目 | 薄膜材料；铌酸锂；氧化锌；异质集成结构；场效应管 | 将介电材料以固态薄膜的形式与半导体进行集成已成为当前电子材料研究的前沿和热点之一。利用介电材料的极化等性能对半导体的输运性质进行调制，可诱导和耦合产生新的性能，为新型电子器件的研制提供新思路。本项目针对上述背景选取铌酸锂（LiNbO3，简称LN）铁电薄膜材料与宽禁带半导体ZnO进行集成，构建出不同类型的LN/ZnO异质结构，重点围绕该类集成结构的界面效应和极化调制开展了系统的研究。在本项目研究过程中，已开展的主要研究内容和所取得的主要研究结果如下： 首先，通过改变薄膜沉积过程中的工艺条件，在Al2O3单晶基片上生长了不同的LN薄膜，并对所制备的LN薄膜的晶格结构进行分析，从而获得了本研究中制备单一C轴LN薄膜的优化工艺条件：在靶基距为30 mm时，基片温度为550 ℃、氧偏压为20 Pa。 其次，通过在ZnO表面沉积LN铁电薄膜，构建出LN/ZnO双层异质结构，并对其电性能进行研究。研究结果表明：该集成薄膜表现出明显的铁电极化调制效应，其C-V曲线具有明显的逆时针回线特征。随着扫描电压的增加，回线尺寸逐渐增大。当电压达到8V时，回线达到3.3V。在整个扫描范围内，无明显电子注入现象产生。进一步构建界面能带结构，对异质结构的电性能特征进行了阐释。 再次，利用ZnO纳米层对界面的修饰作用，将LN/ZnO复合薄膜与GaN半导体进行集成。进一步利用掩模层方法，首次研制出一种LN/ZnO/AlGaN/GaN增强型场效应管器件。该器件表现出良好的电性能，最大输出电流为204 mA/mm，最大跨导为46 mS/mm。该项研究内容为发展低功耗GaN逻辑电路提供了一种全新的方法。 最后，将ZnO纳米层对集成结构的界面控制方法延伸到Si的异质结构中，形成了LN/ZnO/Si集成结构，该集成结构表现出良好的铁电极化调制性能。进一步通过组分、结构与界面控制，首次发现了该集成结构的光电响应开关性能，并利用界面能带结构探讨了该性能的产生和影响机理。 总之，通过对不同类型LN/ZnO集成结构和原型器件的研究，本项目工作从追求单一材料性能极限的研究转移到集成结构的性能耦合领域，既为研制高密度、低功耗、多功能电子器件提供了新的材料选择，又为实现信息探测、传输和存储等多功能的单片集成发展了新的途径。 | 由于其在不易失存储领域的巨大潜在应用，铁电-半导体异质结构的研究受到广泛关注。综合考虑制备工艺的兼容性和晶格结构的匹配性，本项目将选用LiNbO3（LNO）铁电材料和ZnO极性半导体制备新型的异质结构-极化耦合体系，并对其微观结构和电学性能进行研究。本项目将重点研究以下三个方面：(1) LNO/ZnO异质结构的制备。主要包括LNO薄膜在ZnO半导体上的生长机理、ZnO的自发极化场对LNO薄膜外延生长和微结构的影响、界面晶格应变的产生及弛豫机理等；(2) LNO/ZnO极化体系的电学性质。以界面极化耦合和铁电极化调制为研究核心，具体包括LNO薄膜的铁电性能、异质结构的电学性能和导电机制等；(3) LNO/ZnO异质体系的微观结构与性能之间的关系，主要包括外延结构、界面特征和电畴结构等。本项目的实施将为深入认识界面耦合效应、探索铁电-半导体集成研究的新领域和研制新型半导体电子器件提供实验指导。
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| 多功能纳米复合ZnO/(Bi,Ln)4Ti3O12发光铁电薄膜的制备及物性耦合研究 | 包定华 | 62万 | 2011 | 压电与铁电陶瓷材料(E020402) | 51172289 | 中山大学 | 面上项目 | 稀土掺杂钛酸铋；纳米氧化锌；发光铁电；纳米复合；物性耦合 | 本项目制备了ZnO/(Bi,Ln)4Ti3O12 纳米复合薄膜，研究了纳米复合薄膜的微结构、界面结构、发光特性和铁电特性，探讨了ZnO(纳米棒、纳米颗粒和膜层)的近带边发光和缺陷发光对(Bi,Ln)4Ti3O12 中稀土离子发光的影响，揭示其敏化作用及能量传递机理；研究ZnO 纳米材料对稀土掺杂钛酸铋薄膜铁电性质的影响，结合Eu3+离子荧光探针建立了纳米复合薄膜的结构与发光性质和铁电性质之间的本质联系。本课题的研究为发展新的稀土发光纳米复合材料体系、拓展多功能铁电材料及光电器件应用奠定了良好的基础。研究结果在Opt. Express，JAP, J. Am. Ceram. Soc.等国际学术刊物上发表论文18篇，已发表论文被PRB、J. Am. Ceram. Soc.、J. Eur. Ceram. Soc.等他引。获授权中国发明专利2项；在国际学术会议上作特邀报告2次。培养博士后1人，博士毕业或在读研究生4人，硕士毕业或在读研究生5人。指导的部分博士生、硕士生已先后获得研究生国家奖学金、中山大学优秀研究生奖学金、中国物理年会最佳张贴报告奖、中国电介质物理学术会议优秀张贴报告奖等奖励。 | 我们的前期研究显示，以氧化锌和稀土掺杂钛酸铋铁电材料构成的纳米复合薄膜由于存在有效的能量传递，发光显著增强，且同时呈现良好的铁电性质，使得这类薄膜成为很有希望的新型稀土发光铁电材料。本课题提出进一步开展纳米复合ZnO/(Bi,Ln)4Ti3O12发光铁电薄膜的制备及物性耦合研究，主要内容包括：结合脉冲激光沉积和化学溶液法制备ZnO/(Bi,Ln)4Ti3O12纳米复合薄膜；研究纳米复合薄膜的微结构、界面结构、发光特性和铁电特性；探讨ZnO(纳米棒、纳米颗粒和膜层)的近带边发光和缺陷发光对(Bi,Ln)4Ti3O12中稀土离子发光的影响，揭示其敏化作用及能量传递机理；研究ZnO纳米材料对稀土掺杂钛酸铋薄膜铁电性质的影响，结合Eu3+离子荧光探针建立纳米复合薄膜的结构与发光性质和铁电性质之间的本质联系。本课题将为发展新的稀土发光纳米复合材料体系、拓展多功能铁电材料及光电器件应用提供科学依据。
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| 铝酸镁基透明陶瓷天线材料及其光电功能一体化技术研究 | 吕文中 | 60万 | 2011 | 新型电磁材料与器件基础研究(F010707) | 61172004 | 华中科技大学 | 面上项目 | 透明陶瓷；透过率；微波介电性能；透明介质谐振器天线； | 本项目选择Mg1-xZnxAl2O4(x≥0) 等系列微波介质材料体系，进行了原材料纳米粉体的制备、陶瓷体的烧结、材料的透过率测试、材料的微波介电性能测试、介质谐振器天线结构设计等方面的实验研究。在材料体系方面，MgAl2O4透明陶瓷具有最高的直线透过率，Tin,550nm为70%，Tin,2000nm为82%。ZnAl2O4陶瓷的直线透过率Tin,550nm为64% Tin,2500nm处的直线透过率达到85%。其中，纯MgAl2O4的最佳Qf值为52,640GHz，当Zn2+含量为2.0at%时，介电常数εr为8.49，Q×f值为66,000GHz，τf为-65.5ppm/°C。在介质谐振器天线结构设计方面，采用MgAl2O4透明材料，设计了一款新的介质谐振器天线。该介质谐振器天线可以应用在低频段，水平和垂直放置方式下，-10dB带宽分别为17.05% 和 22.37%。本项目已发表论文20 篇，毕业博士生1 名、硕士研究生2 名。 | 拟研制一种兼具可见光、红外光透波性能的透明陶瓷微带天线，实现飞行器复合制导技术中红外窗口材料、可见光窗口材料、雷达天线材料的"三合一"功能。具体技术路线为：通过改进的凝胶工艺制备MgAl2O4纳米粉体，采用低温高压烧结技术制备MgAl2O4基光学透明陶瓷，并对该透明陶瓷的微波介电特性进行优化和调控，获得一种对可见光、红外光具有良好透波性能同时还具有微波收发功能的的透明陶瓷天线材料，然后再利用溅射技术制备铝掺杂ZnO薄膜实现透明的微波天线辐射单元及微带电路，最终制备出高透光率、高增益、耐高温、小体积的透明陶瓷天线，实现"三合一"功能。这种光电功能一体化的新型天线在高速飞行器复合制导技术及保密无线通信中有重要的应用价值。本项目思路尚未见到类似报道，研究成果有可能为国产高性能、多用途、集成化的制导、导航、无线通信材料和器件做出原创性的材料及技术支持。
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| 陶瓷基复合材料变刚度及迟滞非线性振动研究 | 高希光 | 26万 | 2011 | 振动/噪声测试、分析与控制(E050301) | 51105195 | 南京航空航天大学 | 青年科学基金项目 | 陶瓷基复合材料；非线性振动；多尺度方法；变刚度；迟滞 | 本文对国家自然科学基金项目“陶瓷基复合材料变刚度及迟滞非线性振动研究”（编号51105195）进行了总结。报告首先简单概述了项目研究计划要点，然后针对每一要点简述了开展的相关研究工作及获得的结果。然后重点展示了本项目取得的代表性成果，最后对项目的分工合作情况进行介绍，并列出了项目成果清单。代表性成果展示表明本项目按计划完成了所有研究工作，首先开展了陶瓷基复合材料的本构实验，获得了变载荷的加卸载应力应变曲线；在此基础上，发展了能够有效地模拟其变刚度和迟滞特性的界面摩擦模型；以剪滞模型为基础，结合界面摩擦模型的计算结果，发展了计算速度更快的本构模型；在上述研究工作的基础上，发展了陶瓷基复合材料变刚度与迟滞振动的多尺度计算方法；模拟计算了陶瓷基复合材料梁的非线性振动，获得了幅频特性曲线，发现了特有的响应的特征。在本项目资助下课题组成员发表了9篇期刊论文（SCI索引3篇，EI索引6篇）、1篇国际会议论文、8篇发明专利、3篇硕士学位论文和2个软件著作权，超过了预期目标。 | 航空航天飞行器普遍存在由振动而引发的失效问题，陶瓷基复合材料作为热端部件的关键材料，振动问题亟待重视。然而该材料具有明显的变刚度和迟滞行为，且各向异性及多轴特性显著。这些特性会引入分岔、幅频曲线的弯曲、跳跃等复杂的非线性振动现象。由于陶瓷基复合材料的变刚度及迟滞行为难以模拟，目前国内外少有针对陶瓷基复合材料振动响应规律及分析方法的研究，更没有涉及其非线性振动问题。本课题旨在发展陶瓷基复合材料非线性振动分析方法，揭示变刚度及迟滞现象的机理与规律；在此基础上建立陶瓷基复合材料多轴本构模型；发展结构振动响应分析方法；通过理论分析、数值仿真和实验测试等手段研究陶瓷基复合材料结构的非线性振动问题。为陶瓷基复合材料的实际应用提供理论基础和技术支持。
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| 存在强随机基础振动的高速变负载机械臂的设计理论和方法 | 侯保林 | 60万 | 2011 | 机械系统集成设计(E050604) | 51175266 | 南京理工大学 | 面上项目 | 弹药传输机械臂；不确定性；优化设计；动力学；非线性控制 | 以火炮武器系统的弹药传输机械臂为研究对象，探讨了考虑车体随机振动、负载变化和参数不确定情况下的机电一体化设计理论和方法。（1）构建了几个典型弹药传输机械臂的解析模型、基于RecurDyn的多学科虚拟样机模型，假设不确定性参数表现为概率形式，分析了不确定性对定位精度的影响；对某机械臂进行了测试实验，根据实验结果对相应模型进行了修正。（2）对不确定性模型进行抽样和仿真，以不确定性参数为输入，以定位误差为输出，构建了基于径向基神经网络的代理模型，对代理模型进行Monte Carlo仿真，获得了定位误差的概率密度分布；提出了一种机械臂定位精度优化方法，通过对少量采样点的定位误差进行加权取和作为粒子群优化过程中的性能参数，使得优化过程中定位误差整体减小的同时，相对较大的定位误差尽量远离均值状态。（3）针对弹药传输机械臂的不确定性动力学模型，设计了一种分段线性反馈定位控制器。控制器不需要精确的系统数学模型，表现为增益可变的比例微分控制，即在动态过程中，控制器的增益根据系统当时状态偏差以阶跃方式按设定规律作相应改变。控制器对车体振动、惯量变化等不确定因素具有较强的鲁棒性，但控制输入表现为分段不连续函数，给实际工程应用造成了困难。（4）为了解决上述问题，提出了一种基于给定隐式Lyapunov函数的连续时变反馈定位控制器。控制器的增益是系统状态变量的可微函数，随着系统状态变量逐渐趋向于零，该增益逐渐趋向于无穷大，但是控制力始终满足给定的约束。结合计算力矩法，将连续时变反馈控制策略推广到轨迹跟踪问题。（5）分别研究了考虑传动部分、翻转部分结构柔性的机械臂的位置控制问题。传动部件、翻转部分分别被简化为线性弹簧、Euler-Bernoulli梁；采用第二类Lagrange方法及假设模态法建立了两种柔性情况下系统的刚柔耦合动力学模型；采用奇异摄动技术设计了各自的混合控制器，刚性部分的大范围运动采用连续时变反馈控制，柔性振动抑制采用速度反馈控制和最优线性二次型控制。（6）搭建了机械臂实验平台并进行了相关的试验研究。试验平台分为两部分：一，以两自由度弹药传输机械臂为对象的缩比模型实验平台；二，以单自由度弹药传输机械臂为背景的简化模型实验平台。试验结果显示，所设计的控制器能够克服安装基础振动、惯量变化等不确定因素的影响，将机械臂由给定的初始状态驱动到指定的终点状态，具有非常强的鲁棒性。 | 大口径陆战武器平台在行进中射击时的弹药传输机械臂，安装在车辆上的机械手，以及在船舶或海洋结构上工作的机械臂都属于一类存在基础振动且负载变化的机械臂。基础随机振动所导致的非线性力对机械臂的动力学行为具有严重影响，导致了动力学模型参数的不确定性，对这一类机械臂的研究具有重要的理论和实践意义。本研究以大口径陆战武器平台的弹药传输机械臂为研究背景，研究这类机械臂的结构设计、控制设计和机电集成设计的基本理论和方法。主要研究内容包括：机电传动与结构的集成设计，变负载磁流变平衡设计，面向鲁棒控制的动力学建模及控制算法设计，控制系统的半实物仿真，机械臂的激振试验与测试，全系统的实验研究等。通过本项目的研究，将基本建立存在强随机基础振动的高速变负载机械臂的设计理论和方法，该项目的研究成功，将会极大地提升我国大口径陆战平台的战术技术水平，具有重要的社会意义和经济效益。
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| 光学超精密测试仪器智能抗振控制理论及其关键技术研究 | 陆振宇 | 23万 | 2011 | 控制理论与方法(F0301) | 61104062 | 南京信息工程大学 | 青年科学基金项目 | 主动抗振；WRHC 算法；鲁棒控制算法；随机最优控制；智能抗振平台 | 本课题研究的出发点就在于将被动抗振和主动抗振相结合的混合控制技术应用于光学超精密测试仪器抗振平台系统中，将空气弹簧作为被动抗振元件, 将压电作动器（PZT）作为主动抗振元件，构造了采用被动抗振和主动抗振相结合的混合控制技术的光学超精密测试仪器智能抗振平台系统。同时建立一种新型WRHC 算法将光学超精密测试仪器抗振平台的随机振动信号进行时频分析后得到低频全局信息，以便主动抗振系统对低频振动信号进行抑制。该混合算法的特点是采用小波分析方法将随机振动信号进行时频分析后得到低频全局信息，以便于鲁棒控制算法有针对性的控制主动抗振系统对低频振动进行抑制。使得抗振系统能够有效地抑制结构的不确定性和振动的干扰，主被动抗振系统相结合可有效地隔离整个频率范围内的振动，从而提高光学超精密测试仪器的测试精度。在项目研发后期引入了随机振动的研究，由于振动干扰具有很强的随机性，而且具有一定的多频微弱周期信号特征，因此采用自适应随机共振检测方法进行相关分析与测试，随后，构建随机振动控制系统的结构模型，运用随机激励下的耗散汉密尔顿系统理论，构建外部振动激励下的耗散的汉密尔顿系统，运用随机平均法导出平均系统，建立不确定性系统的随机最优控制问题，针对该随机最优控制问题，由随机动态规划原理得到不确定性系统的动态规划方程，从而得到最优平均控制律。本项目最终初步构建了光学超精密测试仪器的振动模型，对主被动抗振技术及主被动混合抗振技术进行了初步研究，构建了光学超精密测试仪器抗振系统的结构模型及动力学分析，撰写并发表了相关论文4篇，初步构建了光学超精密测试仪器抗振实验系统，以光学移相干涉仪为实验对象验证WRHC 算法对于光学超精密测试仪器抗振平台的抗振效果，撰写并发表相关论文2篇，申请了相关发明专利1项。后期，引入随机振动的研究，进一步扩展该研究项目的领域，发表相关论文4篇。综上所述，本项目初步按照研究计划进行了实施，取得了一定的成果。 | 外界振动的干扰对超精密光学加工和测试精度的影响是先进光学制造与检测领域的难题之一，智能抗振控制技术是解决该难题的重要途径。本项目拟以光学超精密测试仪器对环境振动的抗振需求为背景，首先建立光学超精密测试仪器抗振系统的数学模型，并结合模型结构和针对外部干扰，构建新型的小波－鲁棒混合控制算法（WRHC算法），从而设计智能抗振控制策略，使得抗振系统能够有效地抑制结构的不确定性和外部振动的干扰；其次，进一步研究基于被动抗振和主动抗振相结合的智能混合控制技术的抗振系统结构和关键技术，将空气弹簧作为被动抗振元件, 将压电作动器（PZT）作为主动抗振元件，由此构成的抗振系统可对低频振动进行有针对性的抑制，从而可以有效地隔离整个频率范围内的振动，进而提高光学超精密测试仪器的测试稳定度、测试精度和可靠性。本项目所研究的问题是跨学科的复杂工程系统的控制问题，进一步拓展了智能控制理论的应用。
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| 基于全柔顺并联支撑机构的空间微纳尺度超精密定位系统研究 | 朱大昌 | 50万 | 2011 | 机构学与机器人(E0501) | 51165009 | 江西理工大学 | 无 | 全柔顺并联机构；智能蠕动弹性机构；构型综合；精密控制； | 机构是机械设备装备的特征骨架，机构创新决定了产品的创新性，机构设计理论的研究是现代机械设备设计的重要基础和发明创造的源泉，是提高国家制造水平和国际竞争能力的关键。本项目研究立足于微纳制造装备领域，开展了智能蠕动弹性机构拓扑构型综合及精密控制系统设计等方面的系统研究工作。 通过项目第一阶段对全柔顺并联机构构型综合方法的研究，揭示了微观领域应力应变传递与宏观弹性变形运动之间的内在联系，阐明了拓扑优化理论在微纳机构构型综合中的有限元本质思想，从而首次提出智能蠕动弹性机构的概念，建立了面向微纳精密制造与加工装备的智能蠕动弹性机构空间拓扑构型综合新方法。 建立了空间微纳尺度超精密定位平台及其精密控制系统设计新方法:以弹性力学为理论基础，综合考虑应力应变在机构中的传递特性，提出采用弹性平衡方程结合雅可比矢量映射方程建立了智能蠕动弹性机构的整体运动学及动力学模型，并采用滑模变结构控制方法进行了精密控制系统设计。 基于以上理论研究成果，开展了平面智能蠕动弹性机构拓扑构型的研究工作，加工出运动行程为1nm、5nm、30nm、100nm、500nm的新型平面智能蠕动弹性机构构型，并采用双频激光干涉仪对其进行了开环/闭环运动特性等相关实验研究，得出一系列重要研究成果。 本项目的研究严格按照项目任务计划书的时间规划，研究工作从2012年1月开始，至2015年12月结束。项目研究以首次提出的、区别于传统全柔顺并联机构的新型智能蠕动弹性机构空间拓扑构型综合及参数优化设计等为主要研究内容，分别从微观角度的应力应变传递及宏观角度的弹性变形两个方面阐述了智能蠕动弹性机构构型综合新方法，并提出建立该机构完整运动学/动力学方程及精密控制系统设计方法。项目的研究拓宽了传统机构学研究范畴，对智能蠕动弹性机构在超精密加工制造装备技术领域中的应用具有重要的学术和应用价值。 项目实施过程中，完成了项目计划书中的预期研究成果：1. 首次提出智能蠕动弹性机构概念，并建立了智能蠕动弹性机构空间构型综合新方法；2. 建立了空间微纳尺度超精密定位平台精密控制系统新方法；3. 加工出不同运动行程的平面智能蠕动弹性机构构型并进行了相关实验研究；4. 在国内外发表相关领域学术研究论文31篇，其中EI检索5篇、出版学术专著2部，申请国家专利7项，获授权国家发明专利2项、获江西省高等学校科技成果奖二等奖1项。 | 超精密定位技术广泛应用于微电子制造、精密加工及测量、微机电系统、生物医学工程等尖端领域，是先进制造领域重要研究方向之一。建立完整的超精密定位系统动力学模型、抑制强非线性振动及环境参数等随机干扰是目前亟待解决的技术难题。本项目拟采用新型全柔顺并联支撑机构，基于螺旋理论及空间拓扑优化设计方法，对支撑机构空间构型进行综合与参数优化设计；采用多柔体弹性动力学理论，建立空间超精密定位系统弹性振动微分运动方程，探寻具有非线性时滞耦合特性的微分运动学/动力学方程求解方法，解决微纳尺度超精密定位过程中强非线性振动抑制问题；采用非线性分岔精密控制理论，研究多柔体复杂系统动力学特性，探讨微纳尺度定位过程中强随机性干扰对精密控制系统稳定性和鲁棒性的影响；研制微纳尺度空间超精密定位平台缩尺模型，完成试验研究。这一工作拓宽柔顺、并联机构研究范畴，对空间微纳尺度超精密定位技术的动力学研究具有较高的理论和实际应用价值。
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| 机器人辅助软组织针穿刺作用机理及操控技术研究 | 高德东 | 50万 | 2011 | 机构学与机器人(E0501) | 51165040 | 青海大学 | 无 | 针穿刺软组织；软组织变形；虚拟仿真；针体运动学；针体路径规划 | 软组织复杂性，靶点位置变动和针穿刺运动轨迹的不确定性等因素严重影响着穿刺的精度。使用机器人辅助操控针穿刺是解决此问题的理想途径，而目前的软组织针穿刺研究和机器人辅助操控技术的水平还远不能达到这个要求。课题组在研究针与软组织变形的基础上，搭建了软组织变形及相关参数测量的实验设备，开发了软组织变形测量方法；基于能量法，提出了软组织变形体积预测模型；基于改进的局部约束法，提出了针穿刺过程的有限元模型，并开发了虚拟仿真系统；采用图像法对软组织 内部变形和针挠曲性能进行了测量，并基于B超图像进行了靶点预测；利用机器人运动学方法，提出了针穿刺的运动学模型；在此基础上，提出了针体路径规划和避障方法。 | 软组织针穿刺技术是近年来兴起的机器人辅助微创外科医疗领域的重要组成部分，有着大量的临床应用需求。靶点位置变动和针穿刺运动轨迹的不确定性而引起的穿刺误差，限制了针穿刺手术的广泛应用，而机器人辅助操控穿刺针是解决此问题的理想途径。.本项目深入分析针和软组织之间的作用力，研究软组织针穿刺作用机理，确定软组织材料力学性能参数，计算软组织变形量和针挠曲量；在此基础上，建立针穿刺误差预测模型，规划术前穿刺针的运动轨迹，研究软组织针穿刺控制策略，建立机器人操控运动学模型，提出穿刺过程中的实时力反馈模型和误差补偿方法，研制机器人辅助针穿刺系统和相关技术设备；最后，对软组织针穿刺过程进行仿真，建立软组织针穿刺实验平台，使用机器人辅助系统完成软组织针穿刺实验。.本项目可以解决机器人辅助针穿刺系统的关键技术，是国际医疗机器人研究领域的前沿，在各种微创外科手术中有着广阔的应用前景，具有重要的理论价值和现实意义。
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| 基于粘滑驱动的跨尺度纳米定位运动生成机理及实现方法 | 王振华 | 60万 | 2011 | 机械传动(E050201) | 51175358 | 苏州大学 | 面上项目 | 粘滑驱动；压电陶瓷；纳米级精密定位；跨尺度； | 基于粘滑驱动的跨尺度纳米定位技术在纳米操作、精密加工和检测、光学调整和医学研究等领域具有重要研究意义和应用价值。本课题针对现有基于粘滑驱动的跨尺度纳米定位技术中存在正反向运动速度和步长不一致，不同负载运动参数漂移以及运动中产生振荡等问题，从粘滑驱动运动产生机理研究入手，结合LuGre动摩擦模型，建立了粘滑驱动的动力学模型，得到粘滑驱动接触界面中动摩擦力和静摩擦力的产生与转换条件及摩擦力的变化规律。并综合粘滑驱动接触界面动力学建模、高动态压电陶瓷驱动与控制、无间隙柔性传动刚度匹配、运动耦合分析等因素，建立粘滑驱动复杂机电系统统一化模型。在此基础上，提出一种基于叠堆型压电陶瓷驱动、无间隙柔性传动和粘滑驱动方式相结合的跨尺度纳米定位系统的新型结构方案，研制具有纳米定位精度、毫米级运动行程的跨尺度定位平台样机。经实际测得粘滑样机的最大行程为24mm，最大速度为5mm/s，最大步距为2μm，最小分辨率为3nm，完全满足设计目标。并将实测数据与理论数据做比较，证明了理论建模的准确性。该项技术的研究为纳米定位和纳米操作技术的发展奠定理论基础。 | 基于粘滑驱动的跨尺度纳米定位技术在纳米操作、精密加工和检测、光学调整和医学研究等领域具有重要研究意义和应用价值。本课题针对现有基于粘滑驱动的跨尺度纳米定位技术中存在正反向运动速度和步长不一致，不同负载运动参数漂移以及运动中产生振荡等问题，从粘滑驱动运动产生机理研究入手，结合LuGre动摩擦模型，建立粘滑驱动的动力学模型，得到粘滑驱动接触界面中动摩擦力和静摩擦力的产生与转换条件及摩擦力的变化规律。并综合粘滑驱动接触界面动力学建模、高动态压电陶瓷驱动与控制、无间隙柔性传动刚度匹配、运动耦合分析等因素，建立粘滑驱动复杂机电系统统一化模型。在此基础上，提出一种基于叠堆型压电陶瓷驱动、无间隙柔性传动和粘滑驱动方式相结合的跨尺度纳米定位系统的新型结构方案，研制具有纳米定位精度、毫米级运动行程的跨尺度定位平台样机，为纳米定位和纳米操作技术的发展奠定理论基础。
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| 高精度定位平台环境微扰动机理与主动补偿方法研究 | 刘吉柱 | 25万 | 2011 | 微/纳制造过程检测与控制(E051203) | 51105263 | 苏州大学 | 青年科学基金项目 | 定位平台；高精度；温度与振动；误差补偿；耦合扰动 | 温度和振动是影响定位平台定位精度的主要因素，为了提高定位平台的精度，减小或消除热误差及振动的影响是主要途径。目前多数研究都集中在基于温度和振动的独立控制，而且是基于简单的补偿方法和模型，并不能反映温度和振动对定位平台精度的耦合影响。提出了一种基于灰色系统理论的方法对温度测点进行了优化。基于优化的测点，利用多元线性回归建模法、BP神经网络建模法及RBF神经网络建模法建立了定位平台的温度分布模型、热变形模型，得到温度分布规律和热变形误差，利用BP神经网络方法建立了热刚度模型，分析刚度随温度变化的规律。针对温度和振动的耦合影响建立了定位平台三个方向的振动模型，研究热-结构耦合状态下定位平台的动态特性。基于定位平台的三个方向的振动模型设计了压电陶瓷驱动的柔性铰链机构，进行了动态建模和控制方法的研究，实现了环境微扰动下误差主动补偿。搭建了定位平台误差补偿实验系统，并进行相应的实验，实验表明，综合考虑温度和振动的耦合影响可进一步提高定位平台的精度。 | 为满足纳米光刻、微电子工程及微系统制造等新兴领域对相关设备高精度定位的要求，本课题从分析温度和振动的产生入手，研究温度与振动对高精度定位平台耦合扰动机理及控制方法。首先建立电机在不同运行状态时，高精度定位平台温度分布的数学模型及其热-结构耦合变形模型，揭示高精度定位平台热变形与电机运动参数的关系。研究热模态下高精度定位平台振动模型，在此基础上建立高精度定位平台振动位移与电机电磁力波动的关系模型。为减少温度和振动耦合引起的高精度定位平台误差，提出误差主动补偿机制和控制方法，开展高精度定位平台在环境微扰动下的相关实验研究。本课题的研究成果将为定位平台实现高精度定位提供理论基础和方法，对促进我国高精密定位技术等相关领域的研究和发展具有重要的理论及现实意义。
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| 大尺度亚微弧度级精密复合驱动与传动的基础研究 | 范大鹏 | 290万 | 2011 | 复合传动(E050203) | 51135009 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 重点项目 | 柔索传动；柔顺传动；驱动与传动；多尺度控制；精密复合传动 | 本课题以军民用高端光电装备对精密回转传动基础部件的应用需求为牵引，针对制约其实现大尺度回转、高精密、高动态、多自由度等传动性能的共性技术难题，以刚性/柔顺、柔索/柔顺、分布柔顺、粘滑驱动等四种精密传动新方式为主线，围绕精密复合驱动与传动的动力学行为与多尺度控制这一科学问题，对新型传动方式的机构构型设计、运动学和动力学特性、负载动态匹配、全局机电耦合模型、集成优化设计、高精度控制等问题开展了研究，较系统地掌握了四种精密传动方式的力、位移变换特性，以及内部结构与外部控制特性的相互作用机制。建立了不同类型精密驱动传动特性的理论分析和设计方法。研制了角运动范围不小于±15°，精度优于1μrad的精密驱动传动原型样机。为我国军民用高端光电装备，以及超精密机床、IC 制造、纳米制造装备中同类精密驱动传动部件的多样化设计提供了基础理论和关键技术支撑。 | 本项目以卫星高分辨率对地观测和空间光通信装备中的精密传动基础部件为研究对象，针对制约其实现大尺度回转、高精密、高动态、多自由度等传动性能的共性技术难题，以刚性/柔顺、柔索/柔顺、分布柔顺三种精密传动新方式为基础，围绕精密复合驱动与传动的动力学行为与多尺度控制这一科学问题，对新型精密驱动传动的机构设计、力与位移特性、动力学分析、负载动态匹配、全局耦合模型、机电集成优化、多尺度与高精度控制等问题开展研究，形成三种大尺度亚微弧度级的（角运动范围不小于30 ，约 μrad，精度优于1μrad）精密复合驱动与传动原型样机。为我国航天装备以及超精密机床、IC制造、纳米制造装备中同类精密复合驱动与传动部件的多样化设计提供基础理论和关键技术支撑。
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| 微纳米扰振动控制和测试平台研究 | 杨斌堂 | 88万 | 2011 | 多场耦合与智能结构动力学(A020209) | 11172169 | 上海交通大学 | 面上项目 | 巨磁致伸缩驱动器；微振动平台；微振动平台集成设计；微振动主动控制；超精密定位驱动 | 本基金项目针对精密设备对于微振动环境要求高的背景，研究使用巨磁致伸缩材料作为主动驱动器的三自由度主动定位/隔振技术。根据项目目标，课题组进行了认真细致的工作，设计和实现了2套巨磁致伸缩驱动器，3套三自由度定位/隔振平台，1套自适应控制系统。我们进行了：1）精密设备的空间微振动源问题研究，2）智能材料用于微振动控制的理论研究，3）巨磁致伸缩材料三自由度定位/隔振平台设计，4）巨磁致伸缩材料三自由度定位/隔振系统实验研究。本项目实现的磁致伸缩主动系统，驱动定位精度可达85%以上，微振动激振和振动抑制可达mg量级，尤其适用于低频（5Hz以下）,具有优异的振动特性。项目研究过程和内容严格按照项目计划进行，并力求达到和超额完成研究目标。期间，课题组成员参加国际顶级国际会议5次，已发表/录用论文18 篇（标注16篇），在投/计划投稿标注论文4篇。完成本基金支持的硕士论文3篇、博士论文1篇，培养硕士生3名、博士生4名，申请国家专利11项(其中已授权8项)。本项目完成了复杂运行环境约束下的精密多物理场耦合复杂驱动系统集成设计；开展了由创新机理到目标功能和指标样机的全过程研究；形成了系列自主技术，完成了全方位研究；提高了科研学术水平，培养了优秀的博士硕士人才。本项目成果可为超精密加工所需的超精密驱动定位，提高加工精度提供关键驱动技术；可为精密设备工作所需的超静环境所需的微振动抑制，提高工作性能提供关键隔振技术；特别是本课题研究同时针对航天系统超静平台的设计和应用开展了完整的研究工作，为本基金研究成果直接用于航天超精密振动平台技术奠定了关键技术基础。本工作未来将继续研发，努力推广应用。本研究为我国微振动振动平台，微振动主动隔振平台，以及超精密驱动平台的设计和发展提供关键技术储备。 | 微纳米扰振动与微纳尺度/精度器件的加工及测试在工作参量上等级相当，为此，制造微纳尺/精度器件或实现微纳检测，工件和设备首先要求避免微纳扰振动。同时，主动微纳扰振动又是诸如实施硅微芯片、MEMS/NEMS器件和微小精密仪器强度实验的必要手段。要实现既能进行微纳加工或检测时的微纳减振，又能实施微纳米振动测试功能的设备应具有：1）纳米到百微米的宽振幅，2）准静态到高频的宽频，3）既适用微纳器件又适用设备整体的宽负载能力。这些要求对于传统技术是无法实现的。为此，结合多年研究积累和国际合作工作，期望基于新兴的巨磁致伸缩材料独特的超高精度、大负载和宽频响应特性，创新研制一种"宽幅、宽频、宽载荷微纳扰振动控制和振动测试台"（体积<1000×1000×1000mm3, 3自由度、振幅30nm～n100um、频率0～3000 Hz，负载<5000 N）。期望对我国创新研制微纳扰振动专门设备带来实质推动作用。
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| 空间薄膜反射镜在轨面形精密调节及动态响应控制研究 | 岳洪浩 | 60万 | 2011 | 机械系统动态监测、诊断与维护(E050302) | 51175103 | 哈尔滨工业大学 | 面上项目 | 薄膜反射镜；面形调节；振动控制；正位置反馈；误差比例反馈 | 本项目以空间薄膜反射镜的在轨面形调节与镜面振动控制为目标，开展了边界约束条件下薄膜结构面形主动控制的基础理论和关键技术研究。首先，揭示了力-热-电多场对薄膜层合智能结构的耦合作用机理，并基于多功能混合智能板壳理论建立了一般情况下非线性层合压电薄壳（膜）系统方程，推导出单面PVDF层合平面薄膜反射镜结构的系统方程组。其次，建立了轴对称平面薄膜反射镜控制微分方程，并以典型温度场为热载荷，求解了薄膜反射镜的热变形；通过Zernike多项式展开温度场及其热变形仿真，项目组提出了基于层合式PVDF面内作动器和离散式SMA边界作动器的两种面形控制方法，并给出了针对典型温度场作用的作动器布局，仿真结果证明了方法的可行性。再次，面向空间光能利用，项目组提出了光控压电混合驱动方法；建立了在多能场耦合下光压电混合驱动的数学模型，并研究了光压电混合驱动的影响因素。第四，为了消除由轨道对接和分离冲击等引起的反射镜镜面振动，本项目提出了基于正位置反馈算法的传感/作动器对置的薄膜模态自适应控制方法。自适应闭环振动控制试验表明，该方法可以有效增大反射镜结构阻尼，减轻面内振动。最后，通过实验验证了边界作动对于改善薄膜反射镜热变形的有效性，提出了基于误差比例反馈的薄膜反射镜面形闭环控制策略，结合反射镜面形影响函数分析与辨识，试验验证了面形闭环控制方法能够迅速有效地控制薄膜受热导致的面形误差。 | 本项目针对空基大口径超薄反射镜发展过程中亟需解决的在轨镜面精度调节、面形保持和动态控制等关键问题，深入开展薄膜反射镜面形主动控制的基础理论和关键技术研究。项目从揭示空间环境下功能材料与反射镜结构的多场耦合机理入手，首先研究大尺度层合薄膜反射镜的系统建模与分析问题，运用解析和有限元法精确求解平面反射镜系统微分方程；其次，构建镜面形状影响函数矩阵，以残余面形误差最小为目标提出了薄膜反射镜面形控制的优化设计和分析方法；再次，研究光生电压引发逆压电效应的机理，提出一种适用于空间能量转化的新型光/压电混合驱动策略；然后，探讨薄膜反射镜在轨振动的参数辨识算法和自适应控制策略，利用离散的压电作动器实现对薄膜反射镜的主动振动抑制；最后，结合Zernike多项式面形检测分析方法，建立基于误差比例反馈的薄膜镜面形状控制闭环系统，实现对成形后薄膜反射镜面形状的实时、精确控制。
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| 新型Au/MgF/MgZnO金属-氧化物-半导体结构的制备及其紫外探测性能研究 | 吕建国 | 25万 | 2011 | 半导体材料(E0209) | 51102072 | 合肥师范学院 | 青年科学基金项目 | ZnO薄膜；溶胶-凝胶法；水热法；光电性能；表面浸润性 | 采用水热合成技术在涂覆有ZnO籽晶层的基片上生长ZnO纳米薄膜，采用现代化仪器设备测试分析ZnO薄膜的微结构、表面形貌、紫外可见吸收谱、光致发光谱、光催化活性和表面接触角等。研究了水热反应时间、溶剂的比例、溶液浓度和金属离子浓度等对ZnO薄膜的微结构、表面形貌、紫外可见吸收边、光致发光特性、表面浸润性和光催化活性的影响，通过控制薄膜的制备工艺条件，实现ZnO薄膜的可控生长，获得具有优异光学性能、较高光催化降解效率和表面浸润性可调的ZnO薄膜，研究了薄膜性能与其微结构和表面形貌的关联性问题。采用溶胶凝胶法制备了金属（Cu, Mg）掺杂ZnO薄膜，用X射线衍射仪、原子力显微镜、紫外可见分光光度计、荧光光谱仪和接触角测试仪测试薄膜的晶体结构、表面形貌、紫外可见透射谱、光致发光谱和光催化活性，研究了金属离子掺杂浓度和退火温度对薄膜微结构、表面形貌、光学带隙、光致发光谱和光催化降解效率等影响，结果表明：通过改变金属掺杂和退火温度可以调控ZnO薄膜的晶体结构和c轴择优取向，光学带隙的红移与薄膜中的金属掺杂和缺陷等有关，光学带隙的蓝移则取决于Burstein–Moss效应，一般认为，紫外发射带来自于导带和价带之间的电子跃迁，可见光发射则与氧空位和氧填隙有关。MgxZn1-xO薄膜光催化降解效率提高与薄膜平均晶粒尺寸粗糙度和氧空位数目增多有关。采用水热法制备了Cu2O/CuO薄膜，研究了溶液浓度和反应时间对该复合薄膜的微结构、表面形貌和光电性能的影响，随着溶液浓度的增加，Cu2O的含量逐渐增多，溶液浓度为0.6 mol/L的复合薄膜具有最佳的光响应特性。采用溶胶凝胶法和水热法依次在高纯Cu片上制备Cu2O和ZnO薄膜，获得具有明显整流特性的Cu2O/ZnO异质结，研究了该异质结的微结构、表面形貌、光学性能、表面浸润性和电学特性，结果表明，籽晶层的退火温度对异质结的微结构和光电性能影响较大，退火温度为250°C的异质结具有最佳的整流特性。 | 采用两步法在蓝宝石基片上制备ZnMgO薄膜，用XPS、XRD、AFM、SEM、UV-Vis等测试分析ZnMgO薄膜中的元素化学价态、Mg含量、微结构、表面形貌和紫外吸收边等。通过优化制备工艺条件，制备出结晶度高、紫外吸收边可调的ZnMgO薄膜。采用磁控溅射技术在ZnMgO薄膜上依次沉积MgF2薄膜、Au膜和Al膜，制备出肖特基接触Au/MgF2/ZnMgO/Al金属-氧化物-半导体（MOS）结构。重点研究ZnMgO薄膜的Mg含量、结晶质量、缺陷密度和周围环境影响MOS结构紫外探测波长、光响应度、探测灵敏度、响应速度、紫外/可见抑制比等紫外探测性能的微观机理；从Au/MgF2/ZnMgO能带结构和MgF2介质层中碰撞离化引起的载流子倍增效应出发，揭示MgF2介质层增强MOS结构内在光电流增益和光响应度的物理机理。
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| 面向纤维素高选择性转化为六元醇的双功能催化剂构建 | 王爱琴 | 60万 | 2011 | 生物质能源化工(B081003) | 21176235 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 面上项目 | 纤维素；六元醇；乙二醇；Ni-PGM；钨基催化剂 | 纤维素是地球上最丰富的生物质资源，将纤维素高效转化为能源化学品已经成为各国发展可再生能源战略计划的重要组成部分。多相催化是实现纤维素在温和条件下高选择性转化的有效而绿色的途径之一。本项目以纤维素直接转化制平台化合物六元醇以及大宗化学品乙二醇为研究中心，构建了以生物质介孔碳为载体、以Ni-PGM双金属为加氢活性组分的双功能催化剂，在该类催化剂上获得优异的活性、六元醇选择性以及反应稳定性，六元醇收率高达60%。通过多种表征手段证明了双金属合金纳米粒子的形成对纤维素水解和葡萄糖加氢均有显著的协同效应。针对纤维素制乙二醇反应，发展了双组元催化剂Ru/C+H2WO4和Raney Ni + H2WO4，首次提出了钨基催化剂的温控相转移机制，建立了纤维素制乙二醇复杂反应的动力学模型。阐明了该反应经历三个连续的反应步骤：纤维素水解、葡萄糖逆羟醛缩合、乙醇醛加氢。其中，纤维素水解反应活化能最高，是整个过程的速控步骤；而葡萄糖逆羟醛缩合反应是决定乙二醇选择性的关键步骤，该缩合反应的催化活性物种为溶解于水中的钨青铜物种。首次发现钨青铜物种对葡萄糖加氢制六元醇反应有很强的抑制作用，而对乙醇醛加氢反应的抑制作用较弱，从而促使钨基催化剂上乙二醇选择性的提高。本项目还考察了秸秆、芒草、菊芋等生物质原材料的催化转化，发现生物质原材料中的木质素、钙、铁等无机离子对纤维素的转化有非常强的阻碍作用，而通过适当的预处理步骤可有效去除木质素、无机离子等杂质，从而有效提高了纤维素的转化率和多元醇的选择性。这些系统而深入的研究，不仅有助于从分子层次理解纤维素转化为多元醇的复杂反应及其催化剂的构效关系，而且为实现生物质转化为大宗化学品的工业化过程奠定了坚实的基础。本项目共发表SCI论文25篇，其中影响因子大于5的论文14篇，被引次数大于30的论文5篇; 在化工领域权威期刊AIChE J.发表文章3篇，在能源环境权威期刊Eng. Environ. Sci.发表1篇，受邀在Acc.Chem.Res.和 Chem. Rev. 撰写综述各1篇。请发明专利10件, 参加国际会议3次，举办国际会议1次，培养毕业博士研究生3人，硕士研究生1人。 | 纤维素是地球上最丰富的生物质资源，将纤维素高效转化为能源化学品已经成为各国发展可再生能源战略计划的重要组成部分。多相催化是实现纤维素在温和条件下高选择性转化的有效而绿色的途径之一。本项目针对纤维素催化转化中的关键问题-β-1,4糖苷键的活化，以纤维素直接转化制平台化合物六元醇为模型反应，首次提出构建以生物质介孔碳为载体、以镍基双金属为加氢活性组分的双功能催化剂。通过系统研究生物质介孔碳的制备方法、孔结构、表面性质、以及对纤维素水解反应的促进作用，深入理解生物质介孔碳对β-1,4糖苷键的独特的活化作用。在此基础上，研究生物质介孔碳负载的镍基双金属催化剂的化学组成、纳米粒子结构、金属与载体相互作用、酸中心与加氢活性中心的匹配等因素对纤维素直接转化制六元醇反应活性和选择性的影响，并结合反应动力学和反应机理研究，建立催化剂构效关系，为实现温和条件下纤维素的高效转化提供理论指导。
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| 木质纤维素玉米芯诱导合成纤维素酶的机理研究 | 马立娟 | 25万 | 2011 | 生物质能源化工(B081003) | 21106102 | 天津工业生物技术研究所 | 青年科学基金项目 | 纤维素酶；里氏木霉；玉米芯；诱导机理；功能基因 | 在木质纤维素生物质能源利用的研究背景下，本项目针对木质纤维素玉米芯可高效诱导里氏木霉产纤维素酶的这一过程，从酶活、转录和蛋白三个水平分别分析玉米芯诱导里氏木霉产酶的过程，分析并确定玉米芯中的关键诱导因子，挖掘功能基因和转录调控因子，构建多诱导因子共同作用的玉米芯诱导里氏木霉产酶过程模型。本项目的研究工作按照项目计划书开展，基本完成年度进度指标，并最终超额完成项目的预期研究目标。通过本项目的研究，取得的成果如下：1、通过酶的产量分析（测定纤维素酶和木聚糖酶酶活）、主要酶及转录因子编码基因mRNA的测定（RT-PCR）以及分泌蛋白质组（SDS-PAGE结合MALDI-TOF-MS/MS测序）的初步分析，从酶活、转录和蛋白三个水平进一步验证了木质纤维素玉米芯作为里氏木霉纤维素酶系诱导物优于微晶纤维素，而后者被认为是里氏木霉工业化生产纤维素酶系的最佳诱导碳源；2、通过采用里氏木霉 Rut C30以玉米芯为底物发酵所得粗酶液对玉米芯和预处理后的玉米芯进行水解，HPLC检测酶解液中糖的组成和含量变化，并以水解物分别和组合诱导里氏木霉产酶，最终确定了玉米芯中的关键诱导组分除纤维二糖和槐糖外，还包括木寡糖和半乳糖；3、通过对里氏木霉发酵产纤维素酶过程研究以及pH对发酵产酶的影响分析，确定了pH为影响里氏木霉诱导产酶的关键环境因子，通过BLASTP搜索T. reesei基因组数据并识别了Aspergillus nidulnas PacC同源的与pH调控有关的转录因子TrPac1，通过敲除编码其的基因确定了TrPac1在中性pH条件下对主要纤维素酶编码基因起负调控作用。通过以上研究与分析，最终我们初步构建了玉米芯诱导里氏木霉的产酶过程模型。研究结果共发表国内外研究论文8篇，其中SCI检索文章6篇，中文核心2篇；培养硕士研究生3名，其中已答辩1名，在读2名。本项目的研究成果不但为最终揭示里氏木霉纤维素酶表达调控及合成机理、构建纤维素酶高效表达菌株提供有力的理论依据，还为纤维素酶高效低成本生产及木质纤维素原料的高效利用提供新的思路。 | 纤维素酶组分复杂，诱导表达调控机理研究尚未透彻，致使酶活性低及生产成本高仍为其生产的瓶颈。我们的前期工作发现以玉米芯为原料产酶水平优于其他木质纤维素，使其作为微晶纤维素的替代原料进行纤维素酶工业化生产成为可能。因此，本项目在此基础上提出"高含量的半纤维素是导致玉米芯纤维素酶活提高的原因，其水解产物半乳糖、木聚糖很可能是除纤维二糖和槐糖外的主要诱导物，且几个诱导物之间可能存在协同作用"这一假说。我们以里氏木霉RutC30及其突变株S313为研究对象，通过基因序列比对，获得导致突变株高产的关键基因，并对这些基因进行功能分析。确定玉米芯中的关键诱导物，采用RT-PCR分析它们对纤维素酶编码基因mRNA表达的影响。探讨玉米芯中各诱导物对纤维素酶诱导的相互作用，构建多诱导物诱导模型。本研究有助于纤维素酶诱导和合成机理的阐述，可为降低纤维素酶生产成本提供理论依据，具有重要的理论和实际意义。
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| 纤维素在离子液体中溶解机制及其新型溶剂设计的理论研究 | 李平 | 19万 | 2010 | 理论和计算化学(B0301) | 21003082 | 曲阜师范大学 | 青年科学基金项目 | 纤维素；离子液体；溶解机制；分子设计；理论研究 | 纤维素是自然界中最丰富的可再生资源，其良好的生物降解性和环境友好性受到广泛关注，但其难溶性成为制约纤维素资源化利用的瓶颈。离子液体作为纤维素的绿色溶剂体系，为纤维素资源的绿色应用及开发提供了崭新的平台。本项目运用各种量子化学和动力学方法，通过构建纤维素与离子液体之间的作用模型，系统探讨纤维素与离子液体之间的相互作用机制及其热动力学行为，揭示纤维素的溶解机制和溶解过程的演化规律；通过考察离子液体的结构对纤维素链间作用力的影响，获得纤维素的溶解性能与离子液体结构及其性质参数之间的相关性；通过对离子液体的功能化设计，获得影响溶解性能的主导因素，进而基于离子液体设计开发新型、高效、环境友好型纤维素溶剂；通过考察离子液体与纤维素之间的相互作用对葡萄糖苷键强度的影响，阐明纤维素的降解机制及其调控途径。围绕上述研究内容，课题组开展了一系列研究工作，完成了计划书的研究目标，取得了一些有意义的研究成果。主要成果与创新简述如下：（1）通过构建不同大小单元的纤维素模型，阐明了纤维素分子内和分子间氢键的本质，获得了纤维素分子中氢键形成及糖苷键强度的演化规律，明确了纤维素链间分子间氢键的协同作用。（2）构建了纤维素和离子液体相互作用的理论模型，获得了纤维素与离子液体作用的微观细节及影响纤维素溶解的主导因素，阐明了纤维素在离子液体中的溶解机制，澄清了实验上关于咪唑阳离子C2位质子参与作用的各种争议。（3）进一步明确了离子液体中阴离子和阳离子结构在纤维素溶解过程中的作用，论证了氨基酸离子液体作为纤维素溶剂的可能性。（4）考察了水、醇与酮分子对纤维素在离子液体中溶解性能的影响机制，从本质上给出了离子液体中含有上述溶剂分子使得纤维素溶解性降低的根本原因。此外，作为本项目的延伸，我们还考察了不同类型的金属离子与纤维素之间的作用行为，以期获得金属离子对纤维素溶解性能的影响机制。本项目的研究结果为基于氨基酸离子液体设计新型纤维素溶剂的实验合成与筛选提供了必要的科学依据和理论指导。 | 纤维素是自然界中最丰富的可再生资源，其良好的生物降解性和环境友好性受到广泛关注，但其难溶性成为制约纤维素资源化利用的瓶颈。离子液体作为纤维素的绿色溶剂体系，为纤维素资源的绿色应用及开发提供了一个崭新的平台。本项目拟运用各种量子化学和动力学方法，通过系统探讨纤维素与离子液体之间的相互作用机制及其热动力学行为，揭示纤维素的溶解机制和溶解过程的演化规律；建立溶解性能与离子液体结构及其性质参数之间的相关性，实现对溶解性能的可预测性和可调控性；通过对离子液体的功能化设计，获得影响溶解性能的主导因素，进而基于离子液体设计开发新型、高效、环境友好型纤维素溶剂；通过考察离子液体与纤维素之间的相互作用对葡萄糖苷键强度的影响，阐明纤维素的降解机制及其调控途径。该项目的开展可为新型纤维素溶剂的实验合成与筛选提供必要的科学依据和理论指导。
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| 基于元基因组的云南特有独龙牛瘤胃厌氧真菌纤维素酶研究 | 冷静 | 27万 | 2010 | 反刍动物营养学(C170107) | 31060314 | 云南农业大学 | 无 | 独龙牛；元基因组；BAC文库；纤维素酶基因；真菌多样性 | 本项目构建了独龙牛瘤胃厌氧真菌元基因组和瘤胃细菌元基因组BAC文库各一个，对文库进行了容量和稳定性分析。在真菌文库中筛选出表达纤维素酶活性的克隆2个，命名为F1和F2，经验证测序显示F1纤维素酶编码基因903bp，编码300个氨基酸，F2纤维素酶编码的基因共计1995bp，编码664个氨基酸。在细菌文库中筛选出表达纤维素酶活性的克隆2个，命名为B1和B2，经验证测序后显示B1纤维素酶编码基因1230bp，编码409个氨基酸，B2纤维素酶编码的基因共计1002bp，编码333个氨基酸，对4个纤维素酶基因的分子特征及系统进化进行了分析。分别构建了真核和原核表达体系进行重组表达，结果显示表达的蛋白具有较高活性，并分析了其酶学特性。此外，对独龙牛瘤胃厌氧真菌的多样性与怒江黄牛、牦牛和藏黄牛开展对比研究，发现瘤胃厌氧真菌在独龙牛、怒江黄牛、牦牛和藏黄牛中的分布具有种的特异性和共通性，独龙牛中的瘤胃厌氧真菌种类较其他牛种丰富。本项目对特殊生境下独龙牛瘤胃微生物资源进行研究，顺利超额完成任务，研究成果对开发云南省生物多样性资源、粗饲料的高效利用和促进新型酶制剂的开发提供了新的解决思路和有效途径。通过项目实施，共发表学术论文7篇，其中SCI收录2篇，获专利授权1项，培养硕士研究生2名；3人晋升职称，主持人入选云南省中青年学术技术带头人后备人才，2人入选云南农业大学“百名”青年学术技术带头。 | 独龙牛是我国云南特有的半野生珍稀牛种资源，其采食竹子等高纤维物质仍能获得良好的生长和增重。前期研究发现独龙牛瘤胃微生物、瘤胃发酵、活菌数等方面与云南黄牛、水牛和牦牛等存在明显差异。这些现象提示独龙牛瘤胃微生物活性可能有别于其他牛种。因此，本项目针对独龙牛瘤胃厌氧真菌纤维素酶开展相关研究，构建原生态条件下独龙牛瘤胃厌氧真菌元基因组文库，筛选纤维素酶活性功能基因，对纤维素酶基因的序列进行分析及酶学特性研究，研究结果可为反刍动物高效利用粗饲料和生物能源开发提供有效途径，对开发我省生物多样性资源具有重要意义。
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| 基于因果关系推断的致病基因发现算法研究 | 蔡瑞初 | 22万 | 2011 | 模式识别理论及应用(F020508) | 61100148 | 广东工业大学 | 青年科学基金项目 | 因果关系；基因表达数据；致病基因；特征选择； | 致病基因发现是基于基因表达数据的致病机理研究、疾病辅助诊断及基因治疗等研究领域的重要基础。本项目基于因果关系理论对致病基因发现问题开展了研究，重点解决了如何充分利用小样本数据信息和先验知识来提升因果关系发现算法的可靠性问题，取得了一批相关的理论和应用成果。具体来说：1）在面向基因表达数据的因果关系建模方面，我们指出了传统有监督离散化方法存在的过拟合问题，进而基于最小描述长度准则提出了一种正则化的基因表达数据离散化方法；2)针对V-结构因果关系发现方法在小样本基因表达数据中存在可靠性较差这一问题，提出了基于V-结构冲突的致病基因发现算法SVS，在证明SVS目标函数求解是NP-hard的基础上，给出了近似求解方法；3）在多源数据是否有助于提升致病基因发现率这一问题上，我们在孟德尔随机方法思想的指导下，提出了基于KEGG Pathway等先验知识库的多源数据融合因果关联规则挖掘方法；4）结合因果领域的最新进展，我们将最新的Additive Noise Model方法引入了高维因果关系发现领域，有效提升了因果关系发现能力。围绕上述理论和应用突破，项目组累计发表论20余篇，其中SCI论文10篇，二区以上杂志4篇，一区会议论文1篇；申请国家发明专利4项，已授权1项；登记软件著作权1项；培养硕士研究生9人。相关成果达到了项目预期目标。研究成果部分解决了因果关系在致病基因发现这一应用难题，有效推动了因果关系理论的实际应用与理论研究，为后续研究奠定了较好的基础。 | 致病基因发现是基于基因表达数据的致病机理研究、疾病辅助诊断及基因治疗等研究领域的重要基础。目前的相关研究普遍存在着混淆致病基因和疾病相关基因这一问题，同时也缺乏有效的基于基因表达数据的致病基因发现算法。针对当前研究现状，本课题通过引入因果关系理论对致病基因发现问题进行建模，并以此为基础设计了较为系统和完善的致病基因发现算法。致病基因发现算法的设计按照以下两个基本思路展开：1）充分利用小样本观察数据中的信息发现致病基因，基于V结构的致病基因发现算法为该部分的主要研究内容；2)尽可能利用相关先验知识和数据集提升致病基因的发现率和可靠性，该部分研究包含利用孟德尔随机方法提高致病基因的发现率和采用局部网络融合技术提升致病基因的可靠性这两部分内容。针对基因表达数据特性设计的致病基因发现算法为致病基因发现提供了有效手段，对相关领域的研究有一定的促进作用。
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| 求解大规模约束满足问题的混合进化算法研究 | 吕志鹏 | 23万 | 2011 | 人工智能应用(F020509) | 61100144 | 华中科技大学 | 青年科学基金项目 | 约束满足问题；约束优化问题；启发式优化；混合进化算法；局部搜索算法 | 约束满足问题广泛地出现在理论研究和工业应用的各个领域。同时，许多约束优化问题往往可以转化为约束满足问题来进行求解。由于这些问题已被证明为NP难问题，精确算法只能用来求解规模非常小的问题实例或者具有特殊结构的实例。而基于启发式的优化算法可以在有限的计算时间内对大多数不同规模和结构的问题实例找到高质量的解。 本项目主要研究求解约束满足问题的高效混合进行算法。混合进化算法将基于单个解策略的局部搜索算法与基于群体的进化算法相结合，以达到集中性和疏散性之间更好的平衡，往往可以达到更高的搜索效率。本项目主要围绕几个典型的约束满足问题和约束优化问题进行研究，如频率分配问题、带宽着色问题、人员排班问题、SAT问题、作业调度问题、负载均衡问题。对于这些典型的约束满足问题和约束优化问题，设计了求解这些问题的自适应局部搜索算法和混合进化算法。通过与当前国际文献中的最好的算法结果进行详细地对比和分析，表明了所提出的算法在优度和效率两方面的优势。特别地，本项目中所提出的算法对以上问题均改进了若干国际文献中的最好结果。同时，针对不同问题的特性，在算法设计方面提出了一些针对问题特性的操作算符，如交叉算符、学习机制、扰动策略等，并对这些针对问题特性的操作算符进行了分析，表明了这些算符或策略对算法性能的重要性和影响。总之，通过本项目的研究，不仅有助于我们设计出求解大规模约束满足问题的高效混合进化算法，还可以帮助我们理解算法中哪些策略是通用的，这些通用策略加以提升就可以用来求解其它的约束满足问题，而哪些策略是针对所求解的具体问题的。 | 大规模约束满足问题（CSP）是人工智能、运筹学以及计算机科学研究领域的一个重要分支，是工业应用中广泛面临的困难问题。因此，设计求解CSP问题的高效算法具有重要的理论价值和实际意义。本课题以频率分配问题和大学课程时间表调度问题为研究介质，采用将禁忌算法和进化算法相结合，将问题本质结构融合到启发式算法中，设计求解CSP问题的高效混合进化算法。研究工作主要包括：实现求解CSP问题的自适应禁忌算法，算法根据历史搜索信息动态调整禁忌表长度；实现禁忌算法与进化算法相结合的自适应平衡机制；设计具有语义功能的多亲交叉算符，以产生在未搜索区域内有前途的初始解；群体更新时同时考虑解的优度以及解之间的距离，维护具有多样性的"精英"群体，以达到算法集中性和疏散性的平衡。本课题有望设计出求解频率分配问题和大学课程时间表调度问题的高效混合进化算法，并总结出其在求解大规模CSP问题中的一般规律。
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| 社会协商机制驱动的多智能体进化计算模型及算法研究 | 潘晓英 | 23万 | 2011 | 进化算法及应用(F030507) | 61105064 | 西安邮电学院 | 青年科学基金项目 | 协同进化；社会协商机制；多智能体系统；复杂网络； | 进化计算已经在各个领域得到了广泛的成功应用，但其理论和应用都还存在一些问题。本课题在复杂网络理论的启发下，研究由人类社会网络中的协商机制驱动的多智能体进化计算模型及其算法，力图在协同agent进化上取得一系列创新性成果。经过三年的努力工作，课题组在各个方面都取得了重要进展，基本达到了申请书上的研究目标，详细如下：在计算模型在算法理论方面：充分研究多agent系统中的通信开销和资源限制问题，借鉴人类社会的现实关系网，构建了多智能体社会关系网模型；在该模型基础上，针对数值优化、SAT问题、多目标优化、项目优化调度、聚类以及分类任务进行了深入系统的研究，设计了解决具体问题的模型及算法。这类算法克服了传统进化类算法容易陷入局部最优、搜索效率较低等问题，具备解决复杂问题的潜力。另一方面，通过采用马尔科夫链性质证明了以上算法具备全局收敛性，同时利用随机动力学方法深入分析新模型的收敛性和计算复杂度，结果表明在算法中，竞争算子是非常重要的，它能够影响整个动力学模型的维数；协同算子不会改变整个动力学形态，但能影响收敛速度；变异算子的概率应取较小，保证其全局动力学形态不发生变化。在应用扩展方面：针对网络入侵检测问题，研究了相关的智能集成聚类方法；研究了人类社会关系网中的网络社区结构和马尔可夫链的稳定状态之间的联系，并据此提出新的度量方法来描述和分析网络社区，能有效地解决大型网络社区挖掘问题；针对组合测试问题进行研究，提出了一种基于进化计算驱动的组合测试数据整体构造机制，并对多个覆盖数组取得了良好的构造效果；针对遥感图像数据量大、类别归属复杂的特点，提出了一种用于遥感图像分割的原型提取谱聚类算法。 | 进化计算已经在各个领域得到了广泛的成功应用，但其理论和应用都还存在一些问题。本课题在复杂网络理论的启发下，研究由人类社会网络中的协商机制驱动的多智能体进化计算模型及其算法。包括人类社会网络协商机制的提取；多智能体社会协同进化计算模型的建立及其在数值优化、组合优化、多目标优化以及工程优化等方面的具体算法研究。预期在协同多agent进化上取得创新性成果，实现由社会协商机制驱动的多智能体进化计算模型及其各类算法，克服一般进化计算在速度及其收敛性上的缺陷。研究成果拟在国内外知名期刊及知名国际会议上发表SCI、EI检索论文8-12篇。
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| 贝壳对水环境中典型污染物的生物监测作用及贝壳仿生矿化被动采样器设计研究 | 汪磊 | 60万 | 2011 | 水污染化学(B060103) | 21177065 | 南开大学 | 面上项目 | 重金属；全氟化合物；被动采样；仿生矿化；分子印迹技术 | 生物监测和被动采样监测是水环境监测的有效手段。然而，被动采样技术面临着提高选择性和可反映不同时段污染水平变化等亟待解决的挑战；而生物监测多以水生动物软组织为介质，具有个体差异较大的缺点。本项目在研究贝类壳体硬组织对典型污染物——重金属汞、镉和新兴有机污染物全氟化合物（PFCs）富集能力的基础上，研发基于壳聚糖仿生矿化材料的被动采样器和基于分子印迹技术及固定化离子液体材料的被动采样装置。项目总体按计划顺利完成，在对贝壳硬组织中的污染物存在情况进行采样调查和实验室研究的基础上，发现了贝壳硬组织对PFCs与重金属具有一定富集能力，但富集水平比软组织低1~10倍。贝壳硬组织的生物矿化过程对壳聚糖等有机质所富集的污染物具有排斥现象。基于这一发现，项目成功研发出基于仿生矿化原理的两相式壳聚糖凝胶被动采样器.该采样器由可发生仿生矿化的控制相和可富集污染物的接受相组成，可以实现对污染物不同时期浓度水平变化的记录式采集。此外，为提高采样器的对污染物的选择性，项目还开发出基于分子印迹技术的水体有机污染物被动采样器和基于固定化离子液体的水体有机污染物被动采样器。通过对所制备3种取代咪唑键合的硅胶负载型离子液体进行比较实验，确定十二烷基咪唑-硅胶固定化离子液体作为可作为被动采样监测装置的理想接收相材料，并将所建立的被动采样装置应用于污水处理厂出水和进水中PFCs的原位被动采样监测。通过筛选系列功能单体，项目还制备出对PFCs具有高选择性的双功能单体分子印迹材料[2-(三氟甲基)丙烯酸]/[2-乙烯基吡啶]-分子印迹物（TFMAA/4-Vpy-MIP），并将其应用于被动采样器的实验室微宇宙研究。与商品化的POSIC型被动采样器相比，上述两种采样装置在采集速率和对目标物的选择性上具有显著提升。在针对重金属和PFCs开发被动采样器的基础上，项目还对基于表面分子印迹技术的固相萃取技术进行了拓展研究。开发出碳微球表面分子印迹固相萃取填料和表面分子印迹化的碳纤维固相萃取搅拌棒等新固相萃取新材料与相关技术。应用实验表明，上述材料对污水厂进出水、血浆、尿液等基质复杂的环境样本具有良好的抗基质干扰能力。基于上述研究，项目共申报发明专利7项，发表学术论文12篇，其中SCI论文7篇。此外，同时尚有3篇SCI论文在审稿之中。 | 生物监测和被动采样监测是水环境监测的有效手段。然而，以水生动物软组织为对象的生物监测方法易受动物生理活动干扰，且无法反映污染物的历史浓度变化；而被动采样作为一种具有"仿生"特点的环境监测技术，其监测对象和接受相活性材料的范围也有待拓展。目前，贝壳生物硬组织被发现对一些污染物具有富集能力，本项目拟以典型全氟化合物和重金属作为目标污染物，1）开展贝壳对天津河口及近岸海域水环境中污染物空间分布的指示作用的现场调查；2）进行贝壳对污染物的富集途径和对污染水平时间变化的指示作用的现场中宇宙和实验室微宇宙研究；3）合成基于贝壳活性成分的仿生矿化系统和分子印迹吸附剂，分别构建相应的被动采样装置，并将其应用于天津河口及近岸海域的环境监测。通过上述研究，有望揭示贝壳硬组织对环境中污染物的富集机制，建立以贝壳为生物监测器的生物监测新方法，开发具有"历史记录"功能和"选择性"的贝壳仿生材料被动采样监测新技术。
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| 基于神经信息和力触觉感知的智能假肢关键问题研究 | 徐宝国 | 22万 | 2011 | 微弱信息检测与微纳传感器技术(F030304) | 61104206 | 东南大学 | 青年科学基金项目 | 神经信息；触觉感知；运动想象；； | 当今社会，关于神经肌肉障碍造成的残疾困扰着越来越多的人的生活。研究和开发基于神经信息和力触觉感知的智能假肢系统可以建立人与假肢间信息交流与控制的新型通道，改善和提高假肢的操控性能，而不依赖于大脑外围神经与肌肉正常的输出通道。该项目开展了与动作想象相关的脑电信号的分析和识别技术研究，从人脑神经系统的随机共振以及人脑的激励机制出发，建立了脑电-假肢-脑电的双向信息交互接口。实验结果表明：（1）脑电直接控制假肢可以克服肌电信号作为信息源的缺点，为患者提供了一种全新的对外界环境控制的手段。（2）力触觉机械刺激可以使动作相关的脑电波产生了随机共振，从而增强了操作者对假肢的控制。（3）当假肢动作与自己的主观一致时，就能对操作者产生一种巨大的激励作用。（4）提供反馈信号给信号处理和控制模块，能增强智能假肢系统的稳定性和可靠性。本项目研究的基于神经信息和力触觉感知的智能假肢控制系统不仅应用于康复领域，还可向军事和娱乐等多个领域拓展。 | 当今社会，关于神经肌肉障碍造成的残疾困扰着越来越多的人的生活。本研究从人脑神经系统的随机共振以及激励机制出发，建立由脑电分析前向通道和力触觉反馈后向通道构成的神经信息-假肢-神经信息双向信息交互接口，旨在为肌萎缩侧索硬化症患者、截肢等患者提供更为理想的假肢控制系统。该项目主要研究：（1）动作想象相关脑电信号提取和分析。(2)人的非线性触觉感知的生理和心理特性以及神经系统随机共振时机械刺激方式、机械信号刺激强度和噪声刺激强度对产生的动作想象脑电信号区分度的影响。（3）基于随机共振的力触觉信息反馈对人脑神经系统的激励机制，力触觉感知反馈加快生物神经系统恢复并增强其对外部设备控制的机理。（4）基于神经信息和力触觉感知的假肢控制系统的构建。本项目研究的基于神经信息和力触觉感知的智能假肢可以为数百万截肢患者提供更为理想的支持和帮助。
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| 基于人的触觉感知特性的纹理触觉再现技术研究 | 刘威 | 23万 | 2011 | 人机交互与人机系统(F030511) | 61105075 | 东南大学 | 青年科学基金项目 | 触觉纹理；力触觉交互；纹理传感器；基于感知的建模； | 本项目主要工作实验是研究人的力触觉感知特性，以感知真实性为目标，研究考虑人的因素的纹理力触觉再现算法及实现。具体完成了以下四方面的工作：首先，进行人的纹理力触觉感知特性实验研究，分析人在借助笔式力触觉再现装置在虚拟物体表面探索时，虚拟纹理控制参数的变化对人主观纹理感受的影响，从实际实验测量和数据分析中找出了影响人纹理感知的重要客观因素。其次，自行设计并研制了无线手持式表面纹理信息检测装置，实现了纹理表面的接触力与振动信号的实时同步测量，为与虚拟纹理力建模分析提供实际测量依据。第三 利用所研制的纹理信息检测传感器，针对真实纹理样本进行了纹理表面特性测量与纹理物理特征提取；最后，根据主观感知实验结论以及实际测量所测得的物理参数，建立了基于人感知特性的纹理力表达模型及实现方法，并通过实验验证方法的有效性。三年内相关成果在国内外核心期刊及会议上发表论文9篇，其中SCI收录4篇，EI收录9篇。申请发明专利8项，授权3项。培养硕士研究生3人，总体研究较好的完成了原定的技术路线，达到了预期的任务要求。 | "真实感"一直是虚拟现实技术研究不懈追求的目标。作为虚拟力触觉再现技术研究的研究重点之一，纹理触觉再现技术同样面临着提高仿真真实感问题。纹理力触觉再现的首要问题是纹理力建模。现有的纹理触觉建模侧重于研究如何计算并产生与真实接触等量的物理刺激，较少考虑人的触觉感知特性，对触觉再现的真实感也缺乏定量的评估，对触觉模型的改进也缺少明确的目标导向。而实际上，力触觉作为人的主观感受，其真实感很大程度上依赖于人的触觉感知系统对外界刺激的加工处理。本课题提出首先基于人的主观感受确定纹理力信号的特征参数，建立纹理力表达模型；再以量化的虚拟纹理触觉真实感指标为依据，研究从图像纹理中提取符合人感知特性的纹理力特征参数方法；最后基于力反馈装置实现纹理力触觉表达，验证方法的可行性。该方法以人的主观真实感作为目标，探索在不增加计算复杂度和硬件成本基础上，建立随时空变化的纹理力计算方法，实现具有真实感的纹理触觉表达。
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| 微创手术末端执行部件的微驱动关键技术研究 | 汪盛 | 26万 | 2011 | 机构学与机器人(E0501) | 51105357 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 青年科学基金项目 | 微创手术末端操作器；摩擦力驱动原理；运动稳定性；接触动力学 | | 本项目在将微驱动器技术应用至微创手术及其末端操作器上具有首创性，但同时也带来了对微驱动器驱动原理深入分析的需求，要求驱动器能够稳定的运行，同时要求末端操作器的结构根据驱动设计，实现稳定操作要求。本项目将进行微创手术末端执行部件的微驱动关键技术的研究。首先将建立基于干摩擦力驱动的薄膜型微驱动器驱动机理及力学模型，重点研究微驱动器的动态驱动过程，从而解决微驱动器驱动失稳现象；其次研究微创手术末端操作器多自由度串、并联机构空间的运动学与动力学问题，以及基体的振动耦合问题，以解决基于微驱动技术的末端操作器的结构设计问题；并通过视觉控制闭环实现对末端操作器的反馈控制，最终提高微创手术末端操作器的稳定性与动态要求。
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| 振动模式转换型全方位大功率超声换能器的研究 | 林书玉 | 75万 | 2011 | 超声学、量子声学和声学效应(A040503) | 11174192 | 陕西师范大学 | 面上项目 | 耦合振动；振动模式转换；全方位辐射；机电等效电路；辐射声场 | 在功率超声以及水声技术中，振动系统的输出功率以及振动系统的辐射声波作用范围是两个比较重要的技术指标，因此相关的功率超声以及水声领域对大功率全方位声波辐射器的迫切需求是日益增长的。本项目提出了一种振动模式转换型大功率全方位辐射超声波换能器。该换能器是由传统的纵向郎之万功率超声换能器、纵径耦合振动的金属圆管、以及产生纵向活塞式振动/弯曲振动的金属圆盘三部分组成。项目的研究目的在于探讨一种能够在纵向和径向同时产生大功率辐射的全方位声波辐射器。本项目首先从理论上探讨了此类新形换能器的解析设计理论，推导了其耦合振动及纵弯振动模式转换的机电等效电路及共振频率方程。在此基础上探讨了换能器的性能参数与其几何尺寸及振动模态的依赖关系。其次，利用数值方法对换能器的耦合振动、纵弯振动模态转换、频率响应以及辐射声场进行了模拟仿真，给出了换能器的纵向、径向振动位移分布和辐射声场与其振动模态及负载阻抗之间的关系。利用激光测振仪及超声C 扫描系统等对换能器的机电等效参数、振动位移及辐射声场进行实验研究，为换能器的优化设计提供理论及实验数据。 | 针对功率超声以及水声技术中对大功率全方位声波辐射器日益增长的迫切需要，本项目提出一种振动模式转换型大功率全方位辐射超声波换能器。该换能器是由传统的纵向郎之万功率超声换能器、纵径耦合振动的金属圆管、以及产生纵向活塞式振动/弯曲振动的金属圆盘三部分组成。项目的研究目的在于探讨一种能够在纵向和径向同时产生大功率辐射的全方位声波辐射器。首先从理论上探讨此类新形换能器的解析设计理论，推导其耦合振动及纵弯振动模式转换的机电等效电路及共振频率方程。在此基础上探讨换能器的性能参数与其几何尺寸及振动模态的依赖关系。其次，利用数值方法对换能器的耦合振动、纵弯振动模态转换、频率响应以及辐射声场进行仿真，给出换能器的纵向、径向振动位移分布和辐射声场与其振动模态及负载阻抗之间的关系。最后，利用激光测振仪及超声C扫描系统等对换能器的机电等效参数、振动位移及辐射声场进行实验研究，为换能器的优化设计提供理论及实验数据。
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| 薄型直线超声微电机构造理论和技术研究 | 鹿存跃 | 66万 | 2011 | 超声学、量子声学和声学效应(A040503) | 11174206 | 上海交通大学 | 面上项目 | 超声微电机；压电微电机；直线电机；压电厚膜；手机变焦镜头 | 手机变焦镜头模组市场需求巨大，本项目探索手机镜头模组变焦驱动技术，研究薄型超声直线微电机的构造机理和应用方法，以满足模组狭小空间里的长行程精密直线驱动需求。主要研究内容包括：薄型直线超声电机定子的构造机理；建立包含摩擦接触界面的机电耦合动力学模型，精确评估定子的振动特性和电机的输入输出特性；研究压电厚膜定子的工艺方法；研制微型驱动、控制电路，设计、制造原型样机，探索其在手机镜头变焦系统中的应用。压电厚膜和叠层压电陶瓷等技术的应用使得微电机定子的驱动电压降到40伏以下，所提出的面内行波驱动理论丰富和发展了超声电机的基础理论，多轴驱动技术满足了手机变焦模组的长行程驱动需求。作为一种通用基础性原件，该微电机特别适用于狭小空间里的精密驱动。本项核心技术已申请国际PCT专利，拥有自主知识产权，已与中兴通讯等公司签订战略合作协议，具有良好的应用前景。 | 高档相机照像镜头模组的驱动需求推动了超声电机技术的快速发展，超声电机一半以上的市场份额在镜头领域。近年来，这种需求正逐步往手机变焦镜头模组迁移。本申请以满足手机变焦镜头模组狭小空间里的长行程精密直线驱动需求为出发点，探索利用压电厚膜技术构造扁平化的中空超薄直线型超声微电机的理论和技术。与现有电机相比，该微电机具有轴向尺寸小，结构中空，驱动电压低，电机效率高等优点。本项目将在申请人前期工作的基础上进行深入、系统的研究，包括：研究薄型直线超声电机定子的构造机理；建立包含摩擦接触界面的机电耦合动力学模型，精确评估定子的振动特性和电机的输入输出特性；研究压电厚膜定子的工艺方法；研制微型驱动、控制电路，设计、制造原型样机，探索其在手机镜头变焦系统中的应用。该微电机扩展了直线超声驱动的原理。作为一种通用基础性原件，该微电机特别适用于狭小空间里的精密驱动。本项研究成果将拥有自主知识产权和良好的应用前景。
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| 1-3型压电复合材料圆柱形换能器研究 | 李莉 | 25万 | 2011 | 压电、光电信息传感机理与检测(F010903) | 61102041 | 沈阳化工大学 | 青年科学基金项目 | 水声换能器；1-3型压电复合材料；圆柱形换能器；建模；有限元仿真 | 1-3型压电复合材料圆柱形换能器由多片1-3型压电复合材料薄片沿金属薄壁圆管周期排列粘贴而成。该换能器不仅具有圆柱形换能器水平指向性均匀的特点，还具有1-3型压电复合材料灵敏度高和宽带的特征，可用于水声、超声等领域。本项目根据设计的1-3型压电复合材料圆柱形换能器结构，利用压电方程、动力学方程，推导了1-3压电复合材料单元性能与压电陶瓷体积分数的关系。理论模型分析结果显示，陶瓷体积百分比在15 - 25 %之间的1-3压电复合材料可作为接收换能器材料；陶瓷体积百分比在30 - 50 %之间的可用于收发两用换能器；陶瓷体积百分比大于50%的1-3复合材料则是发射换能器的良好材料。为了进一步研究1-3复合材料圆柱形换能器性能与材料参数和结构的关系。项目利用有限元分析方法，为该类换能器设计了两种仿真模型。模型Ι与换能器的实际结构相同，模型II则根据1-3型压电复合材料等效参数模型将1-3型压电复合材料等效为径向极化的压电圆管，设计了简化模型。为了验证简化模型的可靠性，实验通过改变模型结构尺寸、仿真计算相同结构尺寸下两种模型的径向振动频率，经比较两种模型仿真结果非常接近，误差很小。在此基础上，利用简化模型分别模拟计算了换能器在空气和水中的径向振动频率、导纳、发射电压响应及接收电压灵敏度等性能。改进了换能器中复合材料制备工艺。选取一个大片压电陶瓷，利用切割-填充法制备复合材料阵元。选取了各项性能参数一致性较好的复合材料作为装配换能器的阵元。研究了换能器制备工艺，研制出了1-3型压电复合材料圆柱型换能器。该换能器不仅具有水平指向性均匀的特性，而且灵敏度和带宽较陶瓷均有所提高。该项目的研究成果撰写和发表相关科研论文12篇，其中SCI收录刊源4（1篇刊出，1篇录用，2篇审稿中），EI收录刊源3篇（1篇收录，2篇刊出），中文核心2篇（录用未刊出），国际及国内会议论文集3篇；获辽宁省高等学校优秀人才支持计划1项；国际会议分组报告4次，国内会议分组报告1次；培养研究生3人（其中2人毕业，1人在读）。 | 现行的1-3型复合材料换能器大都为面状和弧状结构，由于管状1-3型复合材料难以加工，目前圆柱形复合材料换能器还是空缺，而1-3型复合材料具有机电耦合系数高，特性阻抗低，宽带等特点，是换能器用的良好材料。因此本项目采用多片1-3型压电复合材料薄片沿圆周密集径向排列，利用复合材料的厚度振动实现换能器电声转换，研制大灵敏度，高频，宽带圆柱形换能器。该结构的换能器目前未见有类似报道，它可弥补柱形陶瓷圆管换能器高频段的空缺。.研究拟利用压电方程、动力学方程和1-3型复合材料宏观等效性能模型，推导、分析换能器频率等性能与1-3型复合材料陶瓷体积分数、材料厚度和换能器径向尺寸等结构参数的关系，以指导换能器的设计、制作。并利用有限元分析软件模拟计算换能器性能，根据仿真结果进而优化设计结构。根据设计结构，研制性能一致的1-3压电复合材料晶片，均匀排列晶片于背村，研制1-3型复合材料圆柱阵换能器。
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| 基于单定子的旋转-直线型超声波电机研究 | 王剑 | 25万 | 2011 | 电机及其系统(E0707) | 51107111 | 浙江大学 | 青年科学基金项目 | 旋转-直线；超声波电机；单定子；惯性冲量；复损耗 | 本项目研究一种新型的单定子和单相电源驱动的旋转-直线型超声波电机，并从构造机理、数学模型、有限元仿真、性能测试及结构优化等方面对电机进行综合分析，取得如下的进展。(1) 提出基于单定子的旋转-直线型超声波电机的杆式结构，巧妙利用倾斜放置的压电陶瓷片，激发定子弹性体扭转和纵向两个模态并转换为转子的运动输出。样机最小长度为25mm，直径仅为2.5mm，结构简单紧凑，适用于微型化场合。(2) 提出单相电源供电的电机驱动控制方法。采用非对称方波电压输入，利用近谐振点惯性冲量方式有效驱动转子运动，通过控制信号的频率、占空比和幅值，实现转子运动模式的切换、运动方向的改变和运动速度的调节。(3) 提出基于复损耗的旋转-直线型二自由度超声波电机定子建模新方法。采用等效模型推导定子模态振型的解析解，准确预测电机的谐振频率；并进一步利用压电损耗因子和金属损耗因子，推导定子端面谐振振幅的近似计算方法，用于计算在纵向和扭转模态下定子端面质点的最大位移值和最大偏转角；建立有限元模型验证，数学模型与仿真结果基本吻合。(4) 提出二自由度超声波电机的定子优化设计方法。以电机定子的输出性能为优化目标，以定子的结构参数为变量展开优化设计，并引入相对敏感系数来筛选核心优化参数。制作多组样机进行比对测试，优化后的电机性能提升20%。本项目研制的旋转-直线型电机丰富了多自由度超声波电机的种类，拓展了其应用领域，所采用的建模和优化方法对于超声波电机的机理特性分析与结构设计具有重要的指导作用。目前，共发表EI收录期刊论文10篇，申请专利3项(授权2项)。 | 多自由度超声波电机在机器人等领域具有独特的优势。本项目以研制结构紧凑，驱动简单的多自由超声波电机为目标，致力于探索一种单定子和单相电源驱动的旋转-直线型超声波电机的设计理论与方法。通过研究电机的构造机理和方法，建立电机的结构动力学模型，并与有限元分析方法相结合，合理选择电机的模态和频率，并对电机的结构进行优化设计；根据电机的工作原理，采用惯性冲量的控制方法，仿真与实验分析不同激励方式对电机输出特性的影响；研制电机样机和驱动控制器样机，建立电机的测控平台，对旋转-直线型超声波电机的输出特性展开实验研究，验证理论模型的准确性。通过本项目的研究，将形成一套基于单定子的旋转-直线型超声波电机的分析、设计、制造、驱动控制和测试的理论和方法，为其在微型机器人和光学等领域的应用奠定理论与技术基础。
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| 超声波电机定转子刚性接触摩擦模型及其实验研究 | 胡敏强 | 55万 | 2011 | 电机及其系统(E0707) | 51177014 | 东南大学 | 面上项目 | 行波超声波电机；中空环形；振动模型；接触模型； | 超声波电机采用了与电磁电机完全不同的工作原理，其定子振动模型和定转子接触摩擦模型的研究，对电机的设计、优化及控制具有重要作用。本项目首先建立了中空环形行波超声波电机定子振动解析模型，根据电机的结构特点，将定子等效为等厚度的圆环形梁，采用解析法建立了等效定子梁的自由振动和受迫振动模型，得到定子不同振动模态对应的振动频率，以及定子在外加电压、定转子间法向接触压力和切向摩擦力作用下的受迫振动响应。结果表明，外加电压、法向接触压力以及切向摩擦力激励所产生的定子振幅分别与电压幅值、预压力大小及负载转矩成正比关系，定转子间所施加的预压力和转子上的负载转矩较小，因此法向接触压力和切向摩擦力对定子振动的影响较小。将理论分析结果与实验测试结果进行了比较，二者基本吻合，验证了所提出的解析模型。接着，采用有限元法建立了中空环形行波超声波电机定转子静态和动态接触模型。先考虑未通电时定转子的静态接触特性，建立二维静态接触模型，分析了转子接触变形情况、定转子接触区域大小、以及接触界面上静态接触压力的分布状况，结果表明，由于转子柔性变形，定转子接触面积很小，造成接触压力高度集中；然后考虑通电后定转子的动态接触特性，建立三维动态接触模型，通过在定子中性面上施加行波运动，得到定子齿表面质点的斜椭圆运动及其与转子的接触状态，比较了空载和堵转情况下定转子接触表面质点的运动及接触压力分布，结果表明，负载转矩对接触压力分布有一定影响；将理论分析结果与实验数据进行对比，验证了模型的有效性。然后，设计了中空环形行波超声波电机的结构，对定子进行了结构动力学分析，根据所设计的电机结构尺寸制作样机，并对样机进行了阻抗-频率特性测试、定子振动响应测试和电机的输出性能测试，测试结果表明：定子两相的阻抗-频率特性曲线具备良好的一致性，预压力会使定子共振频率点略有升高；在相同的电压幅值下，定子振幅在共振频率点附近达到最大，越远离共振点振幅越小；而在相同的频率下，电压越大振幅也越大，电机空载转速随电压增大而近似线性增加。最后，针对所设计的中空超声波电机存在接触压力高度集中导致磨损严重、定子正交的工作模态出现频率偏差以及所能施加的预压力很有限的问题，对定转子结构和支撑方式进行了改进。实验测试结果表明，改进后的电机克服了原有样机存在的问题，输出性能得到明显改善。 | 超声波电机的能量输出需要通过定转子间的摩擦耦合来实现，因此建立定转子接触摩擦模型对电机的设计、分析乃至控制都至关重要。目前对接触摩擦模型的研究大多集中在柔性摩擦材料粘接在定子或转子表面的超声波电机上。然而在光学和精密控制领域，摩擦材料的弹性会在一定程度上影响控制精度，因此采用无摩擦材料的超声波电机便成为替代选择。本项目致力于研究无摩擦材料的环形行波型超声波电机定转子刚性接触摩擦模型。通过解析法、有限元法等建立定转子刚性接触摩擦模型，分析电机的稳态和动态性能，从而设计定转子的结构和支撑及加预紧力方式，改善磨损特性，优化电机的寿命和输出性能，研究适用于定转子刚性接触的测试技术和测试平台，研制原理性样机，对理论分析结果进行实验验证，并根据实验结果分析和优化理论模型，从而建立起超声波电机定转子刚性接触摩擦模型的分析、计算、设计和优化方法，为电机在精密控制，尤其是在超精密控制领域的应用奠定基础。
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| 新型直线压电微电机及宏微驱动控制系统研究 | 张铁民 | 60万 | 2011 | 电机及其系统(E0707) | 51177053 | 华南农业大学 | 面上项目 | 直线电机；压电；宏微驱动；纳米定位； | 为满足电子信息产业等领域的对高精度、大行程驱动电机的需求，针对现有超声电机位置分辨率稳定性、易出现死区及现有高精度、大行程驱动所采用的电磁电机加微动台构成的机构复杂、体积大、驱动控制难度大等问题。提出了基于压电转换的具有宏微双重运动功能的新型直线微电机，开展的研究内容如下：新型直线电机宏微摩擦驱动的机理、动力学建模与有限元计算、电机结构、预压力及螺栓预紧力的优化设计、宏微驱动电源设计与仿真、运动参数检测以及宏微驱动的伺服控制。通过研究搞清了电机各环节之间的内在动作机制及相互联系，明确了其运动机理，建立了直线电机的动力学有限元模型，并结合有限元软件，编制出相应的分析计算程序，得到了定子的结构形式、尺寸及定、动子之间预压力等对于该型电机推力的影响规律。分别采用压电叠堆和钹型复合压电叠堆为驱动单元，实现轴向位移的一次放大，再通过弹性拨齿的柔性铰链结构将钹型压电叠堆输出的微位移二次放大，优化设计了该电机的新型结构。以DSP28335为主控芯片，设计出了可同时调节、控制两相电压相位差、幅值、频率，并且产生不同脉冲组合的驱动电源，加上一套提前补偿算法，实现了宏、微驱动的无缝切换。以非接触式光栅尺外加电容式微位移传感器构建出宏微驱动的运动参数检测系统，并通过试验测试得到新型宏微驱动直线电机移动速度、跟踪定位精度及电机效率随驱动电压幅值、相位差及频率的变化规律；采用模糊自适应增量式PID控制策略对控制系统修正调节，结合多种控制手段，消除该电机的非线性，得到了较好的稳态性、跟踪的精确性、动态响应的快速性及对系统参数变化和不确定干扰的鲁棒性。高精度直线电机及其控制系统是自动化工艺装备等领域的重要基础部件，开发和生产具有我国自主知识产权及市场竞争力的新型高精度直线电机及其伺服控制系统，对于提高我国电子信息产业、医疗、化学分析设备的研发水平，提升我国产业在国际产业分工体系中的地位意义重大。 | 本申请项目为满足电子信息产业等领域的对高精度、大行程驱动电机的需求，针对现有超声电机位置分辨率稳定性差、易出现死区及现有高精度、大行程驱动所采用的电磁电机加微动台构成的机构复杂、体积较大及驱动控制难度大等问题，提出了基于压电转换的具有宏微双重运动功能的新型直线微电机结构积极驱动控制系统，采用理论分析、数值分析、模型试验和定量检测技术相结合及申请者现有的研究成果，研究分析直线电机宏微驱动的新型结构及摩擦驱动的机理，建立含有边界条件的新型直线电机的振子宏微动力学模型，对结构、预压力及螺栓预紧力和驱动电源进行优化设计，使其适于大行程、高分辨率驱动，建立相应的运动参数检测系统，揭示该电机宏微驱动及稳定工作的运动规律；给出该电机宏微驱动及控制的优化设计理论和方法，并以柱形复合振子作为驱动器，创新设计该直线电机结构，实现高分辨率、大行程、精确平稳的驱动与控制。该成果可广泛应用于大行程的高精密定位系统。
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| 旋转式小型压电风力发电系统的研究 | 杨颖 | 66万 | 2011 | 电能储存与节电技术(E0713) | 51177072 | 南京航空航天大学 | 面上项目 | 压电；风力能量收集；机电能量转换；能量储存；效率 | 本项目在国家自然科学基金委的支持下，开展了对基于无线传感网节点风力自供能装置的小型旋转式压电风力发电装置及相关高性能压电材料的的研究。截止目前，已完成十种为无线传感网节点供电的小型压电风力发电装置的设计、两类压电新材料的研究、两种压电器件的制备方法，授权发明专利9项，4项在实质审查阶段，授权实用新型专利4项；已在8篇SCI论文上致谢本项目；作国际会议口头报告8次；以此项目成果参加的三项创业竞赛获奖，培养研究生九名，毕业四名，其中一名硕士研究生荣获国家奖学金；项目的产业化推进工作正在积极开展。设计的利用压电效应的旋转性发电装置，通过设计利用弹性体的一阶弯曲振动使得输出功率和机电转换效率最大化，相关成果在国际著名期刊Applied Physics Letter发表。更多优化设计方案正在实施完善中。研发的Pb(Zr,Ti)O3-Pb(Zn1/3Nb2/3)O3- Pb(Ni1/3Nb2/3)O3 (PZT-PZN-PNN)多元压电陶瓷体系，在其三维相图中找到的两个d33？g33值较高的成分点，d33？g33分别为21026.3×10-15m2/N和20162.2×10-15m2/N，是迄今为止该体系多晶陶瓷材料中所报道的最大的d33？g33值。相关成果在国际著名期刊Journal of American Ceramics Society 上发表。 | 无线传感网络节点的供电是制约其在广域空间范围普遍应用的瓶颈，利用本地环境提供电能是解决该问题的理想途径。本项目针对广域范围内分布式小型电子器件对持续电能的需求，利用清洁丰富的风能，结合压电材料力电耦合能量密度高、工作可靠、适应性强的特点，构建磨损小、寿命长、效率高、长期免维护的旋转式小型风力俘能系统。提出自由弹性球内置于压电振动片构成的多边形腔体中的新结构，利用置于流动空气中的涡轮带动多边形腔体的转动，使压电振动片在弹性球的撞击下振动，利用压电效应产生电荷输出，实现宽风速范围的机电能量转换。研究弹性波传递行为与能量流的传输路径，进行压电振子多边形腔体拓扑结构的优化，探明宽风速范围内结构共振激励机制，设计新型适应单模态谐振频率的同步开关收集电路，研究共振条件下压电风力发电能量、运动与物质结构间的作用与转换规律，探索提高压电俘能效率的有效途径，建立基于压电效应的高效率旋转式风力发电系统。
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| 叶酸-酞菁共轭物抗癌光敏剂的合成及其靶向光动力活性研究 | 刘见永 | 25万 | 2011 | 无机药物化学(B070501) | 21101028 | 福州大学 | 青年科学基金项目 | 酞菁；光敏剂；光动力治疗；叶酸；靶向治疗 | 发展高效的抗癌光敏剂是光动力治疗领域的研究焦点，其对于治愈各种恶性肿瘤具有非常重要的理论和现实意义，能够极大地提高人们的生活品质。本项目通过缩合与“点击化学”等方法合成了叶酸-酞菁共轭物、埃罗替尼-酞菁共轭物和喹啉取代酞菁衍生物3个系列的抗癌光敏剂，并研究了其光物理、光化学和光生物性质。主要研究结果如下：（1）具有过度表达叶酸受体的人宫颈癌细胞HeLa对单叶酸-酞菁共轭物Pc-FA具有较强的摄取，但在加入叶酸后，其对Pc-FA的摄取被抑制；无光照条件下，光敏剂Pc-FA对HeLa细胞无杀伤作用；而在光照条件下，其对HeLa细胞具有强的杀伤作用，杀伤随药物的浓度增大而增强；当加入叶酸作为抑制剂，其光动力活性明显降低；双（多）叶酸-酞菁共轭物虽对肿瘤细胞展现了较好的选择性摄取，但因叶酸分子的引入增加了酞菁的聚集，光动力活性较弱。（2）埃罗替尼-酞菁共轭物都具有良好的光稳定性，高的单线态氧量子产率（0.53-0.63）；该系列化合物在光照条件下，对人肝癌细胞HepG2表现出了高的光毒性，其IC50值可低至0.01 μM（光计量为1.5J/cm2）。竞争摄取实验证实：埃罗替尼-酞菁共轭物在HepG2细胞中的摄取远高于其在HELF细胞中的摄取，小鼠实验也证实埃罗替尼-酞菁共轭物在肿瘤组织中高度富集。（3）单喹啉取代酞菁在细胞培养基中主要以单体形式存在，其在光照条件下，对人肝癌细胞HepG2展现出了非常高的光毒性，IC50值为0.01-0.03 μM（光计量为1.5J/cm2）。亚细胞定位实验显示：单喹啉取代酞菁主要分布于HepG2细胞的溶酶体和线粒体中；而四喹啉取代酞菁，则因多个喹啉基团的引入，碱性增强，主要定位于HepG2细胞的弱酸性溶酶体中。该研究将为开发高效、低毒抗癌光敏药物提供新的思路，具有十分重要的理论指导意义和实际应用价值。 | 针对第二代抗癌光敏剂靶向光动力治疗有限的缺点，本项目拟选择具有生物特性的叶酸分子作为"靶向装置"，与氨基功能化的酞菁锌缩合，制备一系列具有靶向功能的第三代抗癌光敏剂：叶酸-酞菁共轭物。生物相容叶酸分子的引入不仅能提高酞菁光敏剂的水溶性，更重要的是光敏剂中的叶酸位点能与恶性肿瘤组织中的叶酸受体作用，增加恶性肿瘤组织对光敏剂的靶向摄取，实现靶向治疗。研究这些光敏剂在水溶液中的基本光物理化学性质，包括光学稳定性﹑聚集状况﹑和产生单线态氧的能力，探索这些光敏剂对人类肝癌细胞HepG2﹑结肠癌细胞HT29和正常细胞的摄取率﹑光动力活性。分析比较这些数据，将能揭示这些光敏剂的靶向性，获得其构效关系。项目预期建立叶酸-酞菁共轭物的合成﹑提纯方法；为靶向光动力学治疗提供新的范例，克服目前临床试验光敏剂靶向性不好的缺点，具有十分重要的理论指导意义和应用价值。
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| 手性卟啉酞菁类夹心稀土配合物分子功能材料的设计、制备与性能研究 | 张晓梅 | 60万 | 2011 | 配位化学(B0105) | 21171106 | 山东大学 | 面上项目 | 卟啉；酞菁；稀土三明治；手性；手性聚集 | 卟啉、酞菁及其夹心稀土配合物具有刚性的分子结构以及高度离域的π电子体系，其独特的电子结构使其在光、电、磁分子功能材料领域具有广泛的应用前景，因此成为目前国内外研究的热点。本课题的主要研究内容包括：利用卟啉、酞菁结构的多变性及易裁剪性，设计合成了多个系列含有各种类型手性取代基及功能基团的手性卟啉、酞菁化合物及其过渡金属与稀土配合物。例如具有中心手性的香茅醇、(S)-2-甲基丁醇，具有轴手性的联萘，具有推拉电子结构的二茂铁等；2）在合成的基础上，系统详细的研究了手性取代基的种类、位置、数量、中心金属的种类等对手性在分子及超分子层次上传递的影响；3）详细研究了在分子间的手性识别及弱相互作用力的协同驱动下，手性分子定向、螺旋排列的过程及协同作用对手性聚集的影响；4）测试了手性功能分子及形成的螺旋聚集体的液晶，非线性等性质；5）研究了手性聚集体的聚集方式对其功能性质的影响并结合理论计算，较为系统、深入的探讨了各个环节之间的一些共性规律，获得了一些具有重要理论意义的实验结果，为新型手性功能材料的设计提供了理论指导。本项目的研究对丰富和发展卟啉、酞菁及其夹心稀土配合物基础的分子功能材料的合成及其在光电及催化领域的应用具有重要的理论意义和应用价值。 | 卟啉酞菁类夹心稀土配合物具有刚性的三维分子结构以及高度离域的π电子体系，其独特的三维共轭电子结构使其在光、电、磁分子功能材料领域具有广泛的应用前景。本课题将围绕开拓新型手性功能材料这一主题，开展以卟啉酞菁类夹心稀土配合物为母体骨架的新型手性功能材料的设计、制备、非线性、液晶以及手性分子开关等功能性质测试；通过在卟啉酞菁类夹心稀土配合物的周边链接多种光学活性（例如多肽、胆固醇、糖、手性联二萘酚、冠醚等）、具有特异结构和性质的功能基团以及采用（自）组装的方法获得高级三维有序的手性聚集体等技术手段，对手性取代基的种类和位置- - 配合物的结构和性质-高级有序聚集体的结构-手性功能材料的性质之间的构效关系进行探索研究，系统地研究总结各个环节之间的一些共性规律，为新型手性功能材料和器件的设计提供理论指导。
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| 亚酞菁化合物的设计合成及其对锂/亚硫酰氯电池体系的催化性能研究 | 赵建社 | 65万 | 2011 | 应用无机化学(B0501) | 21171139 | 西北大学 | 面上项目 | 亚酞菁；锂/亚硫酰氯电池；催化剂；晶体结构； | 摘 要锂/亚硫酰氯电池是众多化学电源中的一种，它具有使用温度范围广、能量密度大、贮存寿命长、开路电压高等许多优点，已经被广泛用于军事、通信等众多领域。但电压滞后使其实际电压远远小于理论电压，这严重限制了锂/亚硫酰氯电池更为广泛的应用。亚酞菁分子是由处于外围的三个异吲哚啉以及中心的硼原子组成的、分子空间立体结构具有一定程度弧面的、近似轴向压缩了的三角锥型大环化合物。亚酞菁广义上可认为是酞菁的同系物，但其不同于酞菁的轴向活性基团和空间立体构型使其具备更好的结构修饰性和潜在的催化活性。因此，我们可以选择亚酞菁作为催化剂，以达到提高其放电电压或延长放电时间的目的。本课题首先在无水无氧条件下，采用溶剂法合成系列亚酞菁类化合物共97种，并通过红外光谱、紫外可见光谱及元素分析等手段对所制备化合物进行了表征。采用重结晶法和气相扩散法，培养出部分亚酞菁化合物单晶，讨论了亚酞菁类化合物结构特点及不同取代基对其大环空间立体构型的影响。将上述所制备的所有亚酞菁类化合物用于锂/亚硫酰氯电池电解液催化剂，以模拟电池为研究对象，通过恒电阻放电测试评价其催化活性。通过线性循环伏安扫描测试，分析电池电极反应性质。综合实验结果显示：(1) 绝大部分亚酞菁化合物作为催化剂都能够一定程度的延长锂/亚硫酰氯电池放电时间，其中碳纳米管轴向修饰[(外围)三硝基]亚酞菁性能最好，可使放电时间分别延长57.41%；(2) 催化剂对锂/亚硫酰氯电池的催化过程在电池两步还原中均发生了电子的转移；(3) 亚酞菁化合物的催化性能受其外围和轴向基团的共同影响，两种基团的电子性质相互制约；而基团的体积因素亦不可忽视。 | 本项目以亚酞菁为目标化合物，通过对其进行物理化学表征和电性能测试，在计算机辅助设计的帮助下运用QSAR（定量构效关系）原理得到一系列优化结构，通过对这些优化结构的亚酞菁化合物的合成及性能测试，结合其作为催化剂与底物催化时整个电池体系的物理化学参数的变化，运用三维定量构效关系的基本理论，通过亚酞菁电极催化剂的设计与筛选、碳电极工艺优化及电解液优化等方法，研究亚酞菁结构及其聚集形态对 Li/SOCl2电池的催化作用，选择理想的亚酞菁类催化剂及共催化剂，寻找亚酞菁催化剂的构效关系，得到最佳的催化剂结构。提出亚酞菁化合物作为Li/SOCl2电池正极催化剂的催化机理、验证并加以完善，使得储备式Li/SOCl2电池在常温、低温下的实际输出电压提高5%以上，以满足现代武器引信的特殊使用要求。
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| 基于稀土卟啉印迹微阵列的荧光传感器用于农药残留检测研究 | 法焕宝 | 23万 | 2011 | 食品检验学(C200701) | 31101284 | 重庆大学 | 青年科学基金项目 | 卟啉；荧光；农残；检测；阵列传感 | 目前农药残留检测需要经过前处理、分离、检测三步，操作复杂、费时费力、成本高，难以实时快速检测。本项目首先设计合成对农药分子具有特异识别光谱响应的卟啉衍生物，并表征确认。通过紫外可见分光光度法和荧光发射光谱法系统分析了卟啉化合物与有机磷农药甲拌磷、甲基嘧啶磷、乐果、水胺硫磷之间的光谱学性质，得到卟啉检测各种有机磷农药的检测限、灵敏度、浓度线性关系。对卟啉化合物和有机磷农药之间的作用机理通过化学热力学进行了探究。其次，以有机磷农药模拟剂甲基膦酸二甲酯(DMMP)作为模板分子，以烯基卟啉为功能单体，甲基丙烯酸(MAA)作为辅助功能单体，采用悬浮法制备了分子印迹微球（MIPs），静态吸附研究表明印迹微球具有很好的选择吸附性能；最后，设计合成分子印迹膜，吸附实验证实印迹膜对目标分子表现出很好的吸附特性，通过荧光和紫外可见光谱对印迹膜进行光谱研究，证明印迹膜与目标分子有很好的线性关系；构建印迹阵列进行可视化研究，结果显示膜与不同浓度目标分子反应后呈现不同的颜色，从而建立了膜颜色与农药溶液浓度的对应关系，建立具有“农药指纹图谱”新方法。研究过程中，申报发明专利4项，目前已获权发明专利2项，发表研究论文8篇，其中SCI检索论文4篇，EI检索论文3篇，培养研究生4名，项目研究结果已达到项目考核目标要求。 | 目前农药残留检测需要经过前处理、分离、检测三步，操作复杂、费时费力、成本高，难以实时快速检测；特别对于多农药残留的快速、便捷、高灵敏度、低检测限、微型化和自动化检测，是目前检测技术亟待攻克的瓶颈。本项目拟设计合成对农药分子具有特异识别荧光光谱响应的稀土卟啉衍生物，运用分子印迹技术构建稀土卟啉印迹微阵列荧光传感器，将分子识别、分子印迹、荧光光谱和阵列传感有机融合，实现多组分微痕量农药残留的分离检测于一体。研究荧光传感对混合农药微痕量残留的识别鉴定和定量分析，阐明对农药分子的光谱响应特性和分子识别机制，揭示荧光光谱变化与农药浓度间的对应关系，建立具有"农药指纹图谱"新方法。该研究成果将为农药多残留分析检测奠定基础，为快速便携式农药检测仪的设计提供思路和理论参考，提高我国农药残留检测技术，控制农药残留危害，在学术和工程技术方面具有重要的意义。
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| 肺癌标志物无创快速检测：基于卟啉微阵列的指纹识别机制研究 | 霍丹群 | 58万 | 2011 | 生物医学传感(H1812) | 81171414 | 重庆大学 | 面上项目 | 肺癌VOCs标志物；呼吸指纹图谱；分子识别机理；传感检测； | 制备出具有“形状选择性”锌、铁及钴等所需的金属卟啉衍生物敏感材料并进行结构表征，开展了卟啉与衍生物敏感材料纳米化研究，研究了卟啉与肺癌VOCs标志物分子间相互作用的光谱响应特性，设计与制作出卟啉微阵列传感芯片，构建了基于微阵列传感芯片的检测系统，对肺癌VOCs标志物分子识别光谱响应与分子识别对应关系、模式识别方法、卟啉传感器光路优化设计、光学信号采集、背光强度、光谱信号、传输系统及检测信号处理方法进行了研究，获得传感器阵列对目标气体VOCs微量代谢特征及光谱响应机制，对肺癌不同分型细胞无创、多成分动态信息检测光谱响应特性及分子识别作用机制进行了研究，采用代谢组学研究手段，开展了细胞癌变过程VOCs产生机制及影响因素研究及呼吸指纹图谱研究，对检测系统稳定性进行了研究，项目构建了一种基于呼吸指纹的肺癌早期诊断的新型传感检测新方法，在无创检测方面具有重要科学意义。项目部分研究成果被美国物理联合会作为创新性成果专题报道。项目研究在传感器与分析检测领域重要学术期刊《Sensors & Actuators: B》及《Analytical Methods》等发表高水平学术论文19篇，其中SCI检索论文14篇， CSCD核心论文5篇，相关成果多次参加国际学术会议。申请并获权发明专利权8项。培养博士研究生2名、硕士研究生4名。超额完成项目目标任务。 | 本项目旨在研究对肺癌VOCs标志物具有特异性分子识别的一种新型卟啉传感方法并阐明其传感机制。通过研究卟啉、纳米卟啉与肺癌VOCs标志物分子间相互作用的光谱响应，构建对肺癌VOCs快速分子识别的新方法及与卟啉微阵列分子相互作用模型。通过研究卟啉传感微阵列对VOCs 具有分子识别的"化学指纹图谱"信息及该指纹与肺癌VOCs标志物间的呼吸指纹映射关系，获得基于分子水平卟啉传感的"肺癌 VOCs标志物识别谱"，阐明对肺癌VOCs标志物分子识别的传感机制。同时分析不同肺癌分型细胞代谢产物的区别，以及动物模型成瘤过程呼气成分的变化，研究VOCs产生机制及影响因素，为阐明肺细胞癌变分子机制奠定基础。在系统解决上述问题的基础上，构建一种基于呼吸指纹的肺癌早期诊断的新型传感微阵列及新方法，可为实现肺癌甚至其它重大疾病的早期诊断提供重要的理论依据。
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| 卟啉类化合物光诱导激发态反应的理论研究 | 兰峥岗 | 26万 | 2011 | 理论和计算化学(B0301) | 21103213 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 青年科学基金项目 | 激发态动力学；势能面交叉；光化学反应；卟啉； | 卟啉化合物和衍生物在光能转化过程（如光合作用和太阳能电池）中扮演了关键角色，因此理解该类化合物的光诱导激发态过程就至关重要。本项目通过理论与计算化学方法，深入研究了该类体系光诱导的激发态过程，涉及反应路径，光谱和动力学。从理论上描述该类体系的激发态过程面临诸多挑战。首先处理大分子体系的激发态电子结构方法尚不完善；其次激发态过程往往涉及复杂的反应路径；特别是其中牵涉到非绝热过程，而对非绝热动力学的理论描述极具挑战。因此对该问题的研究，除了可以理解卟啉类化合物的光化学，也对理论化学方法的发展，特别是对非绝热动力学模拟方法的发展，具有重要的意义。我们的研究首先考虑了卟啉类衍生物--卟啉烯（光疗药物）的光化学。其光化学的一个关键过程是激发态的质子转移，以及由此引起的异构化现象。我们通过理论计算，来理解卟啉烯不同异构体的光吸收和光发射性质，建立了该不同异构体间的激发态反应路径，很好的解释了现有的实验。我们还研究了一种卟啉重要衍生物（光敏色素）的光化学。在一些植物和自养生物体内，光敏色素具有重要的生理机能。该功能主要是通过光吸收后，不同异构体间的相互转换实现的。我们通过量化计算获得激发态反应路径，采用从头算面跳跃动力学模拟了非绝热过程。该系列工作为深入理解卟啉类化合物的光化学机理奠定了基础。作为本项目的一个重要问题，我们也研究了激发态非绝热动力学的理论方法。其中，描述非绝热跃迁需要处理电子-原子核间的相互耦合运动，处理这种问题需要打破量子化学的基本假设“波恩—奥本海默近似”，所以并不简单。因此，在从头算水平上发展一些理论与计算化学方法，和相应程序包，来对研究体系进行理论模拟就非常重要。为此，我们发展了若干基于量子－经典动力学近似的轨线面跳跃理论方法及其程序包，并将其与从头算手段相结合，从而在全原子水平上模拟非绝热过程。依托项目的资助，我们也使用该方法和程序包模拟了其他的各种光化学现象。本项目实施期间，依托于本项目资助，共发表SCI文章19篇（均标注基金资助），其中项目主持人以通讯联系人发表15篇。在学术交流上，项目负责人曾多次获邀参加国内和国际学术会议并做邀请报告，同时也访问过欧洲和国内的很多研究机构。在人才培养上，依托该项目培博士毕业生一名。该项目的实施，为理解卟啉类化合物和衍生物中出现的光化学过程奠定了基础，同时对于非绝热动力学的方法发展也具有重要意义。 | 作为光合作用的反应中心之一和有机染料敏化太阳能电池的一类重要染料，卟啉类化合物一直受到广泛关注。研究该类化合物的光诱导反应可以让其在光能利用上发挥更大作用。本项目通过理论与计算化学的方法，在原子分子层次上研究卟啉类化合物的光反应过程。采用量子化学和QM/MM（量子力学/分子力学组合）的方法研究该类分子在气相和溶液中的吸收和发射光谱。通过量化计算建立电子激发态上的反应路径，探索该类分子在激发态上的反应，特别是不同电子态间内传换的机制。使用半经典动力学和QM/MM方法模拟该类分子在气相和溶液中的光诱导反应动力学和不同电子激发态的寿命。通过研究不同因素（不同中心原子，不同侧链，不同溶剂）对反应过程和光谱的影响，本项目为全面理解卟啉类化合物的光物理和光化学奠定了理论基础，同时解释相关实验。相关研究成果还可以帮助我们进一步探索卟啉类化合物在光能转化过程（光合作用和太阳能电池）中扮演的重要角色。
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| 新型光敏剂-多肽卟啉及其稀土配合物的合成与光敏活性研究 | 罗国添 | 48万 | 2011 | 生物无机化学(B0702) | 21161001 | 赣南师范学院 | 无 | 光敏剂；多肽卟啉；稀土配合物；合成；光敏活性 | 卟啉及其衍生物、稀土化合物均具有优良的光、电、磁以及生理活性功能，在富有活性的卟啉环上引入手性多肽取代基、稀土离子等可能产生加合作用，从而得到一系列具有特殊性能的化合物。前期研究表明，手性氨基酸卟啉、二肽卟啉在红光区具有较好的发光性能，可望作为光动力学治疗的光敏剂。本项目的主要研究内容如下：1.新型光敏剂-手性氨基酸卟啉、多肽卟啉及其金属配合物的合成与光敏活性研究；2.新型氨基卟啉-席夫碱及其金属配合物的合成与光学性质研究；3.新型水溶性稀土上转换纳米颗粒的合成与表征；4.稀土及过渡金属配位聚合物研究；5.有机合成方法学研究。通过本项目研究，合成了36种手性尾式氨基酸卟啉及其铜(Ⅱ)/锌(Ⅱ)配合物（产率80~92%）、3种手性二肽卟啉（产率>94%）、2种手性三肽卟啉（产率25～30%）、2种手性六肽卟啉（产率18.6～20.0%）、、17种氨基卟啉-席夫碱及其铜(Ⅱ)/锌(Ⅱ)配合物（产率68～86%），通过FT-IR、UV-vis、FAB-MS、1H-NMR、荧光光谱等对其进行了结构表征，确定了其最佳分离、纯化方法，并对其光学性质和光敏活性进行了初步研究，结果表明：这些化合物在640～710nm有较强烈的荧光发射，位于可见光的红光区，是一类具有较好活性的光敏剂，均未见文献报道，部分研究成果已达到国内外同类研究的先进水平；合成了1种水溶性稀土上转换纳米颗粒并对其进行了结构表征，研究表明：该纳米颗粒在510-580nm和635-700nm有较好的上转换荧光性质；但是有关新型手性多肽卟啉-稀土配合物的光敏活性研究方面，只进行了初步研究，有待于进一步探索。此外，在本项目的支持下，开展了稀土及过渡金属配位聚合物、有机合成方法学等方面的研究，还合成了17个镧-萘二甲酸配位聚合物、4个镧系4,4-二苯基甲酸配合物、5个一维螺旋链状Zn(II)/Cd(II)四唑乙酸化合物、2种Zn(II)/3-硝基苯甲酸盐的配位聚合物、1种三维Mn(Ⅱ)-萘二甲酸配位聚合物、1种一维Co(Ⅲ)/硼酸配位聚合物、4种d0族过渡金属氧化物/氟化物的超分子自组装结构、3种新型聚氧钼酸盐，并用x-射线衍射测定了它们的单晶结构；研究了二芳基炔烃的不含过渡金属的半氢化反应，即以Na2S？9H2O为还原剂，在温和条件下实现了反式二芳基烯烃的高立体选择性合成，这些研究成果均在国际学术刊物上发表。 | 卟啉及其衍生物、稀土化合物均具有优良的光、电、磁以及生理活性功能，在富有活性的卟啉环上引入手性多肽取代基、稀土离子等可能产生加合作用，从而得到一系列具有特殊性能的化合物。前期研究表明，手性氨基酸卟啉、二肽卟啉在红光区具有较好的发光性能，可望作为光动力学治疗的光敏剂。本项目拟以丰富的稀土资源和常见的化学原料，设计合成一类新型光敏剂- - 多肽卟啉及其稀土化合物并对它组成、结构及光敏活性进行研究，通过在卟啉环上引入多肽取代基、改变稀土离子等因素，探索不同稀土离子、多肽取代基的结构及数目对其光敏活性的影响，揭示多肽卟啉及其稀土配合物的结构与功能的关系，为设计和制备结构与功能可调的新型多肽卟啉及其稀土配合物提供理论基础，为寻找一类具有实际应用前景的新型光敏剂提供前期研究保障，其研究成果在光动力学疗法、生物光学、癌症的诊断和治疗、催化、传感器、分子信息存储等领域具有潜在的应用价值。
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| 新型5,15-双取代卟啉分子的设计、合成及光电性质的研究 | 向海峰 | 60万 | 2011 | 功能有机分子的设计与合成(B010307) | 21172160 | 四川大学 | 面上项目 | 卟啉；有机场效应晶体管；荧光探针；5,15-双取代；光电材料 | 卟啉是重要的四吡咯衍生物，在有机光电材料及器件方面有着非常重要的应用价值，以往的研究主要集中在2,3,7,8,12,13,17,18 或5,10,15,20-位对卟啉的分子结构进行优化。首先，我们在卟啉的5,15-位引入不同链长的烷烃，这些烷烃可以调控卟啉分子的排列，加大分子间的pi-pi 重叠程度，提高半导体的载流子迁移率，并成功地应用于有机场效应晶体管（Chem. Commun., 2012, 48, 5139–5141）。同时，我们还合成出一系列新型Pt(II)卟啉–芴荧光/磷光双发射共聚物，它们的荧光和磷光的相对强度可以很容易地通过反应进料量比进行调整，并可以比率式检测氧气（Inorg. Chem., 2012, 51, 5208？5212）。另外，在研究工作中，我们还发现和卟啉（N^N^N^N）结构类似的Salen席夫碱也是四配齿配体（O^N^N^O）具有合成简单、易于分子结构调整、光学性质丰富等优点。所以，在本项目的支持下，我们的研究重点除了包括卟啉，还包括Salen配体及配合物的合成和光电方面的应用（J. Chem. Educ., 2016, DOI: 10.1021/acs.jchemed.5b00483; Res. Chem. Intermed., 2016, DOI: 10.1007/s11164-015-2343-4; J. Mater. Chem. C, 2015, 3, 11099–11110; New J. Chem., 2015, 39, 492–500; Inorg. Chem., 2014, 53, 3210–3219; Chem. Commun., 2013, 49, 11791–11793; J. Phys. Chem. C, 2013, 117, 16552–16563; RSC Adv., 2012, 2, 10529–10536; Anal. Chim. Acta, 2012, 735, 96–106; 中国发明专利-ZL 201210411061.8)。最后，我们对以往的科研工作做了一些深入的总结，发表了三篇综述文章（Analyst, 2015, 140, 7082–7115; Chem. Soc. Rev., 2013, 42, 6128–6185; Analyst, 2012, 137, 4885– 4901）。 | 卟啉是重要的四吡咯衍生物，它可以应用于有机场效应晶体管和给-受体异质结型太阳能电池，这些研究主要集中在2,3,7,8,12,13,17,18或5,10,15,20位对卟啉的分子结构进行优化。本项目拟在5,15位引入烷烃、氟化烷烃、寡聚炔烃、寡聚噻吩等功能取代基团，合成新型5,15-双取代卟啉光电材料。这些取代基团除了可以调控卟啉分子的排列，加大分子间的pi-pi重叠程度，提高半导体的载流子迁移率，还可以有效地扩大卟啉分子的pi-共轭体系，拓宽和增强其对太阳光的吸收，提高太阳能电池的效率。另外，引入不同的中心金属离子，来提高卟啉环平面性，并考察其对光电性能的影响。最后，通过研究这一系列的卟啉化合物的分子结构、分子排列、载流子迁移率、光电转换效率之间的关系，总结出其内在规律，为后续的科研工作提供指导。
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| 新型抗菌二氢嘧啶-C60-卟啉的合成与构效关系研究 | 曾荣今 | 60万 | 2011 | 复杂化合物的设计与合成(B010307) | 21172065 | 湖南科技大学 | 面上项目 | 卟啉；抗菌；荧光探针；石墨烯；光电性能 | 新型卟啉类功能分子的设计、合成与组装充满机遇与挑战。本项目以系列卟啉的合成、表征和性质研究为主线，制备了一系列具有独特结构和特殊性能的卟啉类衍生物和卟啉复合物，开展了抗菌活性、荧光传感和光电催化性能等方面的研究，为卟啉类分子结构设计与功能导向提供理论依据，进而拓宽其在化学与生物传感、光电器件和催化等领域的应用。主要包括：(1)系统探索了一系列尾式卟啉（如新型1,4-二氢吡啶-卟啉化合物及其金属配合物）的合成，对其进行了结构表征、抗菌和抗肿瘤活性测试；(2)设计开发了一类新型卟啉基近红外荧光增强型探针（TPP-O-DNBS），该探针能高效、高选择性地识别S2-，且实现了HeLa活细胞中S2-的荧光成像，为合成新型卟啉基生物与化学探针提供了新思路；(3)利用π-π共轭作用和静电作用协同组装制备了一系列阳离子卟啉-梯度还原氧化石墨烯的纳米复合物，实现了常温下金属卟啉-石墨烯复合材料的绿色制备，为新型光电复合材料的制备提供了新途径。 | 新型高抗菌活性化合物的设计、合成一直是化学和药物学研究的重要问题。现有抗菌化合物的生物活性一般只通过一些简单的结构单元得以实现，进一步提高其抗菌活性难度很大。把亚单元结构叠加是目前药物设计行之有效的方法，但是有关含有不同功能亚单元结构抗菌化合物的合成研究还鲜见报道。考虑到C60对化合物抗菌活性的提升作用，本研究拟选择或合成有较高抗菌活性的二氢嘧啶并噻唑（定义为抑制砌块）、卟啉（定义为切割砌块），将它们通过水溶性柔性链与C60（定义为结合砌块）连接，并测定其抗菌活性。在此基础上，比较各个功能砌块在链接前后以及不同链接模式下抗菌活性的变化情况，提取结构参数，研究优化支链长度和极性，设计、合成出同时包含抑制、切割和结合砌块的新型高抗菌活性化合物并建立抗菌活性的定量构效关系模型，探索含有不同结构单元的分子结构特性与抗菌活性关系的规律，为设计、合成新的高抗菌活性化合物提供理论参考。
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| 新型血卟啉－道诺霉素靶向药物的合成及双重抗肿瘤研究 | 赵平 | 22万 | 2011 | 细胞生物无机化学(B0702) | 21101033 | 广东药学院 | 青年科学基金项目 | 抗肿瘤；卟啉；DNA；端粒酶；细胞毒性 | 小分子药物在临床使用中的毒副作用问题历来受到人们的普遍关注。特别是以道诺霉素为代表的蒽环类抗肿瘤药物由于对肿瘤组织的选择性差，其以心脏毒性为主的毒副作用问题近年来日益引起科学家们的关注。在本项目中，我们针对这一问题，把对肿瘤组织有特殊选择性和有滞留能力的卟啉类化合物与常见小分子药物共价结合成卟啉-小分子化合物，系统研究了它们的生物活性。具体的说，我们成功合成了金属阳离子卟啉、卟啉-道诺霉素、卟啉-钌多吡啶、卟啉-荧光素、席夫碱等多系列化合物，深入研究了这些化合物对双螺旋DNA化学和光动力学双重作用机理和对端粒酶的抑制机制，并对细胞毒性进行了评价。研究表明，卟啉类化合物的引入，在有效提高这些药物小分子与其生物靶点结合力的同时，对肿瘤细胞有较强的杀伤能力。研究获得了一系列高效低毒的新型抗肿瘤药物并明确了其对生物靶点的作用机制。本研究项目共完成论文12篇，其中SCI收录10篇，受到广泛关注。 | 蒽环类抗肿瘤药物因对大量实体肿瘤有显著疗效而在抗癌药物中具有举足轻重的地位，但近年来其较高的致心脏毒性引起了人们的极大关注。在保持或提高药物抗肿瘤活性的基础上降低蒽环类药物的致心脏毒性显得尤为重要。本项目把能够在肿瘤细胞中选择性滞留且具有光敏性的血卟啉与道诺霉素结合为二元药物体系，研究体系对肿瘤细胞的化学及光动力学双重杀伤效力并探索其抗肿瘤机理；评价对比该药物体系与传统道诺霉素在动物体内的靶向性和致心脏毒性；同时，将通过量子化学密度泛函理论探究药物的构效关系。该研究将为解决蒽环类抗肿瘤药物的心脏毒性问题提供一种新的思路，对开发具有双重抗肿瘤活性的抗癌药剂也具有重要理论和实践意义。
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