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[成果] 1900010425 北京
TN24 应用技术 电子器件制造 公布年份:2018
成果简介:红外飞秒激光可以深入透明介质内部诱导多光子吸收产生电离,实现突破光学衍射极限的三维微纳制备。项目针对多光子吸收、电离、介质改性高度非线性相互作用过程的复杂性,以及等离子体和介质改性导致激光脉冲焦点的畸变,制备的结构形貌难以控制等问题,在器件制备层面上揭示了飞秒激光诱导玻璃电离的机制,测定相互作用的关键数据,优化激光参数,大大提高了制备精度;在原子层面上更精确揭示了电离机制,为调控电离率和高精度微纳制备提供指导;发展了超高分辨飞秒激光双光子聚合方法,获得了20纳米最小特征尺度的聚合线,并制备出高品质三维光学微腔等器件。取得如下重要成果: 1.揭示了飞秒激光诱导玻璃的电离机制,优化激光参数,提高了三维微纳制备精度:控制飞秒激光诱导透明介质中电子密度及其分布、电离率是微纳尺度改性三维微纳制备的基础,但是高功率激光引起激光焦点严重畸变或成丝降低制备精度甚至导致加工失败。项目建立了飞秒时间分辨的阴影成像和干涉成像相结合的实验系统,测定了石英玻璃中电子密度、等离子体寿命和电子声子碰撞时间等关键数据,确定了材料物性改变的决定因素。优化激光参数,提高了三维微纳制备精度。非线性光学专家Downer教授等多个研究组均采用项目测定数据作为计算依据,生物光学专家Vogel教授、非线性传输专家Mysyrowicz教授等在Chem. Rev.综述和Phys. Rep.综述等论文中引用项目的成果。 2.在原子层面上精确揭示了电离电子的动力学行为,为飞秒激光与物质相互作用高阶光学非线性过程的调控提供指导:项目研制了国际先进、国内首套高分辨电子-离子符合测量系统,精确测量了飞秒激光电离阈值附近电离电子的精细能谱和动量谱,发现了离子库仑势引起的电子多次散射对电子温度的重要影响,揭示了电离电子被俘获到接近电离的里德堡态引起电离率变化的重要机制,从而可以通过优化飞秒激光参数调控高度非线性过程中的电离率和电子温度等。工作入选“2012年度中国高等学校十大科技进展”,得到了三步电离模型提出者Corkum教授、符合测量技术的先驱Ullrich教授、强场近似理论的提出者Faisal教授多次正面引用。 3.发展了超高分辨飞秒激光双光子聚合方法,制备了高品质器件:获得了20纳米最小特征尺度的聚合线,远小于400纳米的衍射极限,为制备更小体积的光学器件提供了可能途径。双光子聚合专家Fourkas教授在Science论文中指出项目制备的聚合线条具有更细的分辨率,并肯定了项目提出的聚合物收缩所起的作用。理论预言了金属覆盖的光学微腔存在有利于高灵敏传感的外部回音壁模式,被德国汉堡大学实验组证实。制备了高质量的圆对称和非对称光学微腔,模式的品质因子接近理论极限值,并实现了高效单向耦合,为有机材料的微腔激光和高灵敏度传感等提供了重要器件。 8篇代表性论文包括3篇Phys.Rev.Lett.,2篇Appl.Phys.Lett.,2篇Opt.Lett.,1篇Nano Lett.,被SCI他引425次,部分成果入选中国高等学校十大科技进展。
[成果] 1900010829 北京
X831 应用技术 环境监测 公布年份:2018
成果简介:该项目属地球科学的大气化学领域。 挥发性有机物(VOCs)是地球大气环境变化中的关键组分。氟氯烃类VOCs导致平流层臭氧破坏和损耗的研究已成为地学领域的一个科学经典;而VOCs在对流层中更加活泼,对空气质量和气候变化的影响更加显著。然而对流层VOCs组分成千上万,关键的化学活性组分浓度极低、反应复杂、组成和结构急剧改变,对霾和臭氧等二次污染生成具有重要贡献,因此活性VOCs来源和大气化学机制不仅是一个国际科学难题,也是实现大气污染精准防控的瓶颈。 历经15年,在国家973、国家基金委重大重点等项目支持下,团队以活性VOCs来源-大气化学机理-对二次污染生成贡献为主线,在活性VOCs组分来源研究上取得方法学突破,形成了活性VOCs影响大气自由基化学的理论创新,改变了自由基循环驱动因子的传统认识,成为国际大气化学领域代表性进展,推动国家活性VOCs监测和防控工作。主要科学发现是: 1、构建VOCs总活性测量和闭合检验方法,实现VOCs活性组分来源解析的方法学创新,从而确定传统VOCs源解析模型“质量不守恒”的本质缺陷,并提出基于化学反应的VOCs源解析新方法,解决了VOCs活性组分来源量化这一科学难题: 2、发现活性VOCs降解导致大气氧化能力增强的新机制。观测证实国际经 典自由基理论与测量之间存在3-5倍左右差别,理论分析发现0H自由基再生循环新机制,揭示高活性VOCs氧化中的氢转移化学和含氧中间态分子化学是新机制的重要理论解释,提出活性VOCs是大气氧化能力的关键驱动因子; 3、提出大气复合污染形成机制的理论框架,量化活性VOCs对区域霾和臭 氧污染生成的贡献。提出大气氧化是大气复合污染形成机制的核心,揭示出我国大气二次细颗粒物和臭氧污染形成具有同根同源的本质联系,发现活性VOCs是臭氧生成的主控因子之一,对二次有机气溶胶贡献显著,大气复合污染精细化防控需要推进大气氧化能力调控基础上的多污染物协同减排。 研究成果在SCIENCE、FEE、EST和JGR等期刊上发表,8篇代表性论文SCI他引905次。成果得到来自美国国家大气海洋署、阿贡国家实验室以及我国清华大学等学术机构大气科学家正面评价,成果被大气科学、生态学、健康和化学化工等领域学者引用。建立的中国VOCs源成分谱被认为是“迄今最好的工作”,活性VOCs来源研究被美国地球物理协会遴选为“年度科学进展”,自由基再生循环机制被认为是全球自由基4个主要机制之一,被Nature Chemistry评价为地球环境领域重大进展。研究团队是一支具有国际影响力的队伍,邵敏担任联合国环境署臭氧评估科学委员会共同主席,国家重点领域创新团队“大气复合污染防治”负责人。研究成果为区域大气污染联防联控、国家活性VOCs监测与防控和重污染预报等提供高质量数据和重要科学支撑。
[成果] 1900010427 北京
O357.5 基础研究 自然科学研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:该项目属于力学学科中的流体力学领域。 湍流是经典物理学最后的问题。湍流是高雷诺数流动的基本特征,也是自然界和工程流动的普遍形态。湍流的研究分为两个方面,湍流的产生和湍流的发展。研究近壁湍流的产生,即转捩,是湍流产生研究中的重要研究对象,一百多年来一直是湍流研究中最活跃、最困难的课题之一。该项目针对这一世纪难题,进行了原始创新研究,在湍流产生的动力学方向取得了重要突破。主要成果如下: 一)发现了类孤立波及Λ-涡产生的基本物理过程。Λ-涡是转捩边界层中最重要的流动结构,其产生机理国际上一直接受Theodorsen于1952年提出的假设。该项目系统的开展了自然转捩和K-型转捩的实验研究,获得了湍流场的流动显示和热线测量结果。揭示了Λ-涡这一转捩过程中最重要的流动结构其产生的新物理过程和新的产生机理,发现了Λ-涡结构产生之前存在三维线性波即类孤立波,该三维波会进一步发展成为非线性波,并进一步与流场相互作用产生Λ-涡。项目还发现了不同转捩路径都存在类孤立波,这种类孤立波是由两个斜波的相互作用产生的。 二)建立了转捩过程中,流动从低频到高频的动力学过程。转捩中核心问题之一是流动结构怎么从大尺度变成小尺度,或者说流动是如何从低频结构演化出高频结构的。该项目通过实验研究,发现了类孤立波的射流效应,并运用涡动力学理论揭示了其产生二次涡环的机理和相应的动力学过程;实验发现二次涡环和Λ-涡相互作用会产生涡环链,涡环链就是小尺度旋涡也即高频流动结构。项目利用涡动力学理论,给出了涡环链产生的实验证据和新的产生机理。 三)发现了湍流猝发和类孤立波之间的直接关系,建立了壁湍流产生的一般物理框架。长期以来,湍流猝发被公认为是湍流产生的一般性物理过程,发生在低速条带区域。但猝发到底是谁的行为,一直不被关注。该项目通过实验发现了猝发是类孤立波的行为,发现了低速条带是由若干类孤立波组成的,以及类孤立波存在于所有的近壁流动中,因而建立了壁湍流产生的一般物理框架。 该项目基于一系列实验发现和涡动力学理论建立的物理框架已被中、美、英、新加坡、印度、日本等多国学者广泛引用,用于验证他们的计算模型和计算结果。国际著名流体力学家Gad-el-Hak邀请完成人李存标和吴介之在Applied Mech.Rev.期刊发表评论文章,全面系统地总结了项目组在这一世纪难题中的贡献。他也邀请项目完成人李存标在其编辑的“Transition and Turbulent Control”一书中撰写Dynamics of Transitional Boundary Layer一章,并在前言中写到:被邀请撰写该书的专家都是该领域世界上的顶尖学者。印度学者认为该项目在不同来流扰动条件下发现了相似的流动本质。杨卫院士在中国力学60年大会报告上将“在壁湍流转捩中发现非线性波、二次涡环等关键结构和相关动力学过程,并发展了一些列近壁测量方法”总结为近10年力学重大成就之一。项目8篇代表论文他引519次,SCI他引312次,做国际会议和组织邀请报告25次,承办国际会议并任主席5次。
[成果] 1900010436 北京
TB301 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:该项目属于力学领域的核心基础问题。复合材料在当今工业中得到了广泛的应用,甚至成为航空工业中结构先进性的重要标志。界面是决定复合材料性能的关键因素,也是复合材料设计和力学研究中永恒的主题。该项目系统地研究了各种界面条件对复合材料等效力学性能的影响,做出了一些原创性贡献,获得了创新性成果: 1.具有各种界面条件的夹杂问题解。系统地给出了具有各种数学界面(滑动界面、类位错界面、线弹簧界面、界面应力)球形夹杂的应力集中张量,发现内场应力集中张量具有非均匀性和尺寸相关性;得到了无限大体中具存非均匀界面相的球形夹杂的Eshelby张量及应力集中张量,以及自由和固定两种边界条件下有限球域中球形夹杂的Eshelby张量;建立了界面相模型和数学界面模型之间的关联关系及界面参数与界面相模量及厚度之间的等效关系。 2.具有各种界面效应的细观力学方法。建立了具有界面应力效应的细观力学一般框架,预测了具有界面应力效应的含有球形夹杂和圆柱形夹杂的非均质材料和纳米介孔材料的等效模量;建立了统一的细观力学理论框架预测计及界面相、线弹簧界面、界面应力效应的含球形粒子和圆柱纤维的多相非均质材料的等效弹性模量。对于线弹簧界面模型和界面应力模型,得到了等效弹性模量遵从的两类标度律。 3.复杂形貌固体表面的等效表面应力理论及应用。建立了吸附表面和复杂表面的表面应力理论。从表面应力产生的物理机制出发,建立了分子特性和分子间的相互作用(微观尺度的量)与吸附产生的表面应力(连续介质参量)之间的关系。然后,把此现论应用到基于吸附机制的微悬臂梁传感器上,分析吸附产生的表面应力对微悬臂梁静态和动态特性的影响。基于复杂表面的等效表面应力理论,提出了构建具有微纳米尺度粗糙表面微悬臂梁传感器的概念,并分析了微悬臂梁传感器的静态和动态特性。 该项目获教育部自然科学奖一等奖(2016年),研究工作被国内外学名实质性引用、应用、并给予高度评价,包括,中国科学院院士、美国工程院院士、俄罗斯科学院院士等。8篇代表性论文SCI他引593次,发表在固体力学一流期刊J.Mech.Phys.Solids的论文单篇SCI他引314次。该成果在国际范围内实质性地推进了计及表面和界面效应的力学理论的发展,推进了复合材料细观力学的进步。基于该成果,北京大学于2010年成功申请并举办了由国际理论与应用力学联盟(IUTAM)批准的专题研讨会“纳米材料和非均质材料力学中的表面效应”。在国内外学术会议、大学及研究机构做大会报告、主旨报告和邀请学术报告七十多次。主要完成人段慧玲获中国青年科技奖(2015)、中国青年女科学家奖(2014)、长江学者特聘教授(2014)、国家杰出青年基金(2012)、美国机械工程师学会(ASME) The Sia Nemat-Nasser Early Career Award(2009)、ASME The Lloyd Hamilton Donnell Applied Mechanics Reviews Paper Award(2016)、科技部中青年科技创新领军人才(2015)、中国力学学会青年科技奖(2011)、北京市茅以升青年科技奖(2009)等多项奖励。
[成果] 1800290066 北京
R783.5 基础研究 医院 公布年份:2018
成果简介:该项目的目的是建立颌面畸形三维数字化诊断和疗效评价系统。基于这一目标,借助金属种植钉研究的方法,探索了生长发育过程中颌骨的稳定结构区域,为三维生长规律研究提供基础。美方拥有一个全球稀有的在每个被观察对象的上下颌骨都打有金属标记钉的纵向生长发育研究样本,可以用于计算颌面部重要解剖标志点在不同角度二维X线片上的三维空间位置关系,从而解决如何将纵向二维颅面生长发育影像资料及石膏模型信息等珍贵历史资料转化为三维数字化医学影像时代仍然能够使用的信息的问题。 项目组借鉴国际上现成的保护颅面生长发育资料的经验,从而使成为人类遗产的中国青少年颅面生长发育资料能够造福于后人;另一方面,通过国际合作,项目组使用了美方带有金属标记钉的纵向生长发育资料来完成从二维生长发育资料中挖掘三维颅面生长发育信息的重要研究目标。研究形成的牙颌畸形三维数字化诊断及疗效评价系统,对于刚刚进入数字化三维影像时代的口腔正畸学来说具有重要的临床指导意义。它将使正畸医师能够直接使用三维影像,而不是将现代锥体束CT影像先转化为传统的二维X线片去完成测量,再与传统二维X线片得出的正常值对比得到诊断信息,从而能够提高效率,使现代科技的优势得以充分利用。这不仅能节省正畸医师的宝贵时间,从而能在相同时间完成更多患者的治疗,而且能提高正畸医师对错颌畸形的诊断能力,使矫治设计更加符合口腔生长发育及功能特点,并且使治疗目标更加符合口腔生理特点和正畸专家的专业眼光。
[成果] 1900010377 北京
O571.2 基础研究 自然科学研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:不稳定核物理涉及核素图上广阔的未知区域,已经展现出以新的结构及运动形态和新的有效相互作用为表征的新物理,必将深刻影响核科学进步以及未来的核能技术和核安全,因此已成为所有科技大国均重点部署的必争之地。该项目组自上世纪九十年代后期进入不稳定核研究领域,先后负责承担了3个973课题(其中两轮同时为项目主持)以及若干基金重点和其他项目,基于学术前沿和自身特点选择了轻丰中子核的奇特结构、中重核区不稳定核的结构和衰变作为研究的主攻方向,取得的重要科学发现点如下: 利用自主研制的前向多中子关联谱仪和持续多年发展的位置灵敏带电粒子探测器阵列,在国内大科学装置上建立起通过多碎片关联测量研究原子核集团结构的实验路线并开展了系列实验研究,特别是创造性地发展了0度测量方法,首次成功利用增强的单极跃迁识别激发态集团结构,发现了中子滴线区核12Be在分离阈附近的集团态,从而确立了国际上长期寻找的12Be结构中的分子转动带;理论上首次建立了描述各种集团衰变的普适规律,在实验上得到普遍应用。 在中重核区,提出并建立了“组态限制绝热”模型,在国际上引领并系统开展了原子核高K亚稳态性质的定量研究以及相关的超重核合成新机制研究;理论与实验紧密结合,推动项目组自主研制了具有国际最好水平的中子球探测系统,在中国核物理大科学装置上开创了β延迟n-γ衰变的实验路线,针对丰中子氮(N)同位素链等开展了系列实验和理论研究;发展了推转的位能面(TRS)模型,与实验结合发现中等质量区原子核的形状演化和闯入态等新现象。 该项目的特点是设备研发、方法创新、实验观测和理论研究紧密结合,发现新现象并取得有重要国际影响的引领性成果,形成了自身特点和可持续创新能力。项目自主研制特色探测装置2台(中子球和前向多中子关联谱仪),研发位置灵敏带电粒子探测器阵列1套;实验、理论和技术成果主要体现在8篇代表性论文及关联附件,代表性论文包含物理学国际顶级刊物Phys. Rev. Lett.上发表的3篇;8篇代表性论文被SCI他引381次,学术刊物总他引433次,包括Rev. Mod. Phys.、Nature等发表文章的重点引用。项目执行期间,主要成员在国际会议上做邀请报告90余次,包括核物理领域最大型系列会议INPC、EMIS、ARIS等。项目完成人近年来获得何梁何利基金科学与技术进步奖(2015年度)、第十届周培源物理学奖等(2015年度)、中国物理学会吴有训物理奖(2009年度)等。第一完成人担任过先后两轮973项目首席科学家和三轮973课题负责人、亚洲核物理联合会主席、日本理化所放射性束大科学装置RIKEN-RIBF实验计划评审委员会委员、兰州HIRFL国家实验室RIBLL合作组发言人等;第二完成人获得基金委杰出青年基金资助,发起建立中美奇特核理论研究所并担任执行主任等;依托该项目培养毕业博士生33人、硕士生10余人。
[成果] 1800130369 北京
X503.1 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:研究目的: 研究大气颗粒物短期暴露对人群心血管和呼吸系统的健康影响特征及相关机制,明确其关键有害组分,为人群健康危害监测和防控提供科学依据。 主要科学发现: 近年研究发现,大气颗粒物,特别是空气动力学直径≤2.5μm的细颗粒物(PM2.5)不仅长期暴露会对人群健康产生不良影响,其短期暴露也会引起显著的健康危害。颗粒物污染来源和化学组分复杂,既往缺乏系统探讨颗粒物短期暴露的健康影响特征的研究,无法为颗粒物污染的精准防控提供有效科学依据。针对上述难题,申请人团队对大气颗粒物特别是PM2.5短期暴露的健康影响特征及其机制进行了深入探索,获得以下重要科学发现: ①发现机动车尾气污染控制可显著改善人群心脏自主调控功能,不同污染物中以PM2.5对心肺系统影响最明显;②发现大气颗粒物中的碳质和部分重金属元素是影响人群心肺健康状态的关键组分,为理解复杂污染物的健康效应奠定了基础;③揭示了大气颗粒物及部分关键组分短期暴露对心肺系统的毒效应机制,为人群研究发现提供了实验室证据支持;④揭示了交通出行方式等日常行为因素对人体颗粒物暴露水平的影响,为准确评估大气污染暴露奠定了基础;⑤发现大气颗粒物与气温和噪声等其他环境因素对心肺系统的影响存在显著交互作用。 上述研究系统探索了大气颗粒物短期暴露的特征、对心肺系统的影响特征及相关机制,为颗粒物的人群健康危害监测和防控提供了重要依据。 成果产生的价值: 该项目结合环境暴露评估、流行病学研究及毒理学研究方法,深入探索了大气颗粒物短期暴露的人群心肺健康影响特征及其机制,为多学科合作攻关科学难题提供了示范。该项目共发表论著109篇,其中SCI论著41篇,SCI他引559次;多篇代表作发表在Environ Health Perspect、Part Fibre Toxicol、Environ Sci Technol、Environ Int等学科顶尖杂志,在评审阶段及发表后得到国内外同行广泛认可,并被Lancet、JAMA、JACC、Nat Commun、Environ Health Perspect等顶尖杂志他引;获批国家实用新型专利1项;该项目及延续成果先后受4项国家自然科学基金,1项国家科技支撑计划,1项国家863计划及多项纵向课题资助。项目在人才培养方面成绩显著,共培养博士和硕士36名,先后有1人获北京市优秀博士论文,3人获北京大学优秀博士学位论文,1人获中国科协青年托举人才及1人获中组部“千人计划”青年项目人才等荣誉称号。项目成果在大气污染的人群健康危害监测和防控方面具有重要理论和实际应用价值。
[成果] 1800130457 北京
R197.1 基础研究 医学研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:该研究旨在探讨“以基本医疗保障供给侧改革协同疏解非首都功能的实现形式”,将定量和定性集成动态分析京津冀等12个省/自治区/直辖市基本医疗保障供给体系质量和效率,通过定义优良性指标、建立模型对基本医疗保障供给的公平与效率进行优化。研究所关注的“基本医疗保障供给侧改革协同疏解非首都功能实现形式”是国家战略的重要组成部分,是基本医保城乡和区域统筹发展领域的前沿热点之一,是对基本医疗保障供给侧改革未来发展道路的探索。 该项目研发了具有信度和效度的医保调查问卷;首次运用ILO筹资模型、集中指数、卡瓦尼指数等方法从参保机会公平、筹资公平和资源公平与效用对京津冀等12个省/自治区/直辖市基本医疗保障进行实证跟踪研究;首次在控制社区社会经济发展条件及项目运作机制和管理因素下,基于多水平logistic回归、因子分析、聚类分析、结构方程分析影响基本医疗保障的知、信、行、满意度因素,基于基本医保财政费用研判供给的效用,提出了优化规范药事管理制度和提升医保卡效用的方式方法;从供给侧角度提出以联动促疏解、以分级优配置,实现优质医疗资源上下贯通型的医联体模式与机制的人力资源、技术配置、财务制度改革方案;提出并验证了将“三种基本医疗保险统筹为一个制度下的三种水平,允许居民自由选择、建立开放型基本医疗保险”的理论既可满足居民的基本医保需求,政府又负担得起,同时实现社会公平“三赢”,是以最小改革成本换取最大改革效果(以供给方式改变实现百姓需要、政府预期与实际运行部门绩效相契合);对“机会公平、权利公平和规则公平”(“三个公平”)在基本医疗保障中提出界定和实施路径,并从“三个公平”角度考量了京津冀等样本地的基本医疗保障公平性,为完善基本医疗保障制度,推动基本医疗、医药、医保(三医)联动供给侧改革在兼顾公平与效率原则下,实现基本医疗保障协同疏解非北京首都功能提供了实证基础、科学依据、政策参考。 该研究为京津冀等12个省/自治区/直辖市乃至全国完善基本医疗保障供给侧三医联动改革协同疏解非首都功能可行战略及其实施对策,提出了新的研究维度、理论基础、技术方案。研究成果获中央政治局常委批示。北京市委、市政府高度重视,市委、市政府主管领导、冀、黑、鲁、辽等省长/副省长批示。研究成果提出的一些理论、观点、建议被京、冀、鲁、辽、黑等省卫计委、人社厅相关部门采纳,为推动政府科学化决策、促进科技经济社会协调发展,提供了重要决策参考。
[成果] 1800130453 北京
TB383 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:该项目研究成果属于新材料、纳米技术和能源材料交叉领域。 碳基纳米材料(石墨烯、纳米碳)及其杂化复合材料因其独特的性能引起了学术界和工业界的广泛关注,在能源转换、存储、传感、显示和信息等领域有广泛的应用前景。纳米碳、石墨烯材料的可控制备、性能调控是实现其应用的前提和基础。围绕纳米碳、石墨烯及其杂化纳米材料制备的可控性差、难以调控其性能等科学问题,该项目开展了创新性研究工作,形成了特色的研究体系,所取得的主要科学发现点如下: (1)发展了液相剥离石墨烯技术,提出了7,7,8,8-四氰基对苯二醌二甲烷(TCQN)作为稳定剂的新思路,获得高质量水溶性和有机溶剂可溶性的石墨烯。在此基础上,结合溶剂热辅助技术,在强极性有机溶剂中利用偶极相互作用,实现石墨烯的剥离和分散,无需添加稳定剂或改性剂,所得石墨烯没有任何明显的结构缺陷,为石墨烯的应用奠定了基础。英国皇家学会Fellow,印度国家科学院/工程院双料院士C.N.R.Rao评述“共价键修饰的石墨烯不会影响其电子结构。…超声处理(TCNQ)处理的膨胀石墨,…得到水溶性石墨烯。” (2)实验上率先液相制备了磷掺杂的石墨烯样品,发明了高浓度氮、磷掺杂的石墨烯低温液相掺杂技术,实现了石墨烯电学性能的有效调控,获得了空气中稳定的氮掺杂石墨烯材料。“美国科学院/医学院双料院士Charles M.Lieber肯定了课题组的实验方法,“钱(一作)等人通过溶剂热辅助剥离过程…石墨烯,产率达到10-12wt%。” (3)深入研究了氮掺杂石墨烯中不同种类的氮在电催化中的作用与机制,合成了系列氮掺杂石墨烯复合物作为氧还原反应的催化剂。表现出与商用铂碳催化剂相当的氧还原催化性能、优异的耐甲醇活性和时间稳定性,对研发非贵金属催化剂具有重要科学意义。加拿大皇家科学院/国家工程院双料院士张久俊评价“张等人报道了石墨化的氮和吡啶型氮的总含量对加强氧还原反应活性起到重要作用。” (4)开发了实时生长新技术,借助活性材料与石墨烯或纳米碳结构基底的相互作用,提高复合材料的电化学性能,设计和制备了多种高性能的锂离子电池负极材料,为高性能、低成本锂电池电极材料的制备提供了有效途径,拓展了纳米碳、石墨烯的应用领域。 该项目发表SCI论文20篇,合作出版了英文2章节。其中10篇代表性论文,有7篇论文入选TOP1% ESI高被引论文,累计影响因子102.067,被SCI他引1664次。研究成果获授权中国发明专利4项。
[成果] 1800300109 北京
O657.1 基础研究 自然科学研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:所属类别:监测与预警技术技术来源:自主研发适用范围:河流重金属污染监测与防控基本原理: 合成新型高敏离子载体,研制对重金属铅、镉、汞灵敏度高、选择性好的敏感膜,采用化学和电化学技术优化电极结构和性能,显著降低膜外侧待测离子的背景干扰,开发基于分子识别的选择性电极和电位检测技术,实现铅、镉、汞等的高敏分析检测。 关键技术: 1、Bi/铅离子载体-MWCNTs/GCE用于铅的高敏电分析应用铅离子载体对铅离子的高选择性和碳纳米管强的导电能力,在玻碳电极上修饰了铅离子载体-MWCNTs纳米复合膜。应用此电极的方波溶出伏安法成功检测了铅离子。 2、钛硅分子筛-离子液体复合膜修饰电极测定镉采用无机钛硅原料体系法合成了钛硅分子筛,将其与导电性能优良的离子液体结合,构建了均一、稳定的钛硅分子筛-离子液体复合膜修饰电极,该电极能显著提高Cd(II)的电化学响应。应用此电极建立了一种能高灵敏度检测Cd(II)的新型电化学分析方法。 3、修饰电极溶出伏安法快速测定痕量汞利用N-N’-哌嗪二硫代氨基甲酸钠(BDP)能与重金属离子形成螯合物的特性,结合碳糊修饰电极(CPE)制作成BDP/CPE电极,应用此电极的溶出伏安法成功检测了汞离子。 4、聚硫醇修饰电极检测痕量铅镉采用聚(2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑) (PDMcT)-多壁碳纳米管(MWCNTs)、Nafion和铋膜(Bi)修饰的玻碳电极(GCE),基于差分脉冲伏安法(DPV)实现了痕量镉和铅的同时检测。
[成果] 1800300254 北京
X703 应用技术 污水处理及其再生利用 公布年份:2018
成果简介:所属类别:重污染行业水污染控制技术技术来源:优化集成适用范围:化工行业含铁含重金属废水处理基本原理: 课题研发的硫酸法钛白粉厂酸性含铁废水深度处理与回用技术,由三个部分组成:钛白粉酸性含铁废水分步中和氧化除铁新方法,高钙钛白废水混凝共沉淀降钙新工艺和钛白粉酸性含铁废水除铁脱钙一体化新方法。 工艺流程: 1、将酸性含铁废水与电石渣浆或石灰乳在中和池通过机械混合进行中和反应,控制pH为9.0~12.0、反应时间为10~20分钟,使废水中的亚铁生成絮凝性氢氧化物具有良好的沉淀性。 2、中和后的含渣废水进入沉淀池,沉淀时间为20~40分钟。 3、沉淀池的上清废水进入废水氧化池,在废水氧化池的pH调节区用少量酸性含铁废水进行pH调节,pH调节值为6~9;然后进入曝气区氧化,曝气氧化处理时间为20~30分钟,使废水中的少量亚铁被氧化成高铁悬浮物。 4、将含少量高铁悬浮物的废水进入废水澄清池,澄清时间为30~60分钟,澄清后的清废水直接排放。 5、将在步骤二沉淀池和步骤四废水澄清池沉积的底泥,通过抽吸送至底泥氧化池进行曝气氧化处理,时间为40~80分钟;经过曝气氧化处理后送到压滤机过滤,滤水返回到废水氧化池与沉淀池来的上清废水一同处理,滤渣按传统方法处置。 关键技术: 1、分步中和氧化新方法处理钛白粉酸性含铁废水技术; 2、复合絮凝剂与混凝共沉淀技术; 3、中和除铁与碳酸钠和磷酸三钠脱钙一体化技术。
[成果] 1800300274 北京
X758 应用技术 环境治理 公布年份:2018
成果简介:所属类别:重污染行业水污染控制技术技术来源:技术集成优化。 适用范围:锌冶炼清洁生产基本原理: 株冶硫化锌精矿浸出液中的铟在针铁矿沉铁过程几乎全部转入铁渣,并最终富集于氧化锌。由于含铁高,在氧化锌酸浸及富集置换过程中会形成大量铟铁矾,导致铟富集渣浸出率降低,给后续铟回收带来了很大的困难,这已成为株冶常压富氧铟富集过程急需解决的技术瓶颈。 为提高铟回收率,降低铟生产成本,该课题提出将氧化锌三段浸出改两段浸出和氧化锌酸上清直接萃取提铟新工艺,浸出过程消除了铟铁矾的形成,也为氧化锌酸上清直接萃取新工艺创造了条件。同时减少了锌粉置换沉铟、富集渣转运、富集渣浸出等工序,不仅简化工艺流程,消除铟在锌粉置换和富集渣二段浸出等工序损失,提高铟回收率,也能大幅降低铟生产成本,还可消除锌粉置换时砷带来的危害。 工艺流程: 该技术主要针对铟提取工艺中的关键步骤氧化锌两段浸出过程及氧化锌酸上清直接萃取提铟过程进行了系统优化。 该技术涉及的氧化锌酸上清直接萃取提铟工业化试验工艺流程。 酸上清直接萃取工业流程分为高酸上清预处理工序、料液萃取工序、反萃液净化工序、净化后液置换工序及压团与铸型工序。 关键技术: 该技术重点开展了氧化锌三段浸出改两段浸过程中的工艺过程研究,以及氧化锌酸上清直接萃取提铟过程工艺参数优化。
[成果] 1700520390 北京
R541.6 基础研究 医院 公布年份:2018
成果简介:钙离子作为功能最广泛的细胞信使,调节着从心脏搏动到神经传递、从细胞增殖到凋亡等各种生命过程。该成果揭示了细胞钙信号及其分子调控的微观规律。1.细胞微区钙信号的新发现。通过发展显微成像新技术,在细胞迁移前沿发现了决定迁移方向的钙信号-钙闪烁,在细胞膜与肌质网间15纳米微区中首次探测到纳米钙火花,揭示了细胞迁移和心脏收缩的新机制。至此,在国际上已发现的23种细胞钙信号中,有11种为该团队成员所发现,标志着中国学者引领着钙信号研究前沿。2.钙信号的生理调控机制。细胞膜钙通道触发肌质网钙释放产生钙火花是心脏细胞收缩的关键信号。该团队通过特殊的实验设计,首次定量阐明了交感神经递质调控细胞膜与肌质网钙信号耦联效率的微观规律,并发现一种小RNA能够通过相关基因表达精细调控细胞膜与肌质网的钙信号耦联,从分子水平揭示了心脏钙信号调控的新机制。3.钙信号的病理变化机制。该团队发现心衰细胞钙信号耦联效率下降,阐明其原因是一种小RNA通过抑制关键基因的表达,造成细胞膜与肌质网之间钙信号脱耦联。在此基础上设计小核酸药物,成功挽救了小鼠心衰模型中钙火花发生效率,阻止了代偿期心肌肥厚向心衰的病理转化,为防治心衰提供了新的理论基础。
[成果] 1800300255 北京
X703.1 应用技术 污水处理及其再生利用 公布年份:2018
成果简介:所属类别:重污染行业水污染控制技术技术来源:优化集成适用范围:化工行业含铁含重金属废水处理一、基本原理: 将除砷处理以后生成的碱性高钙硫酸废水脱钙,作为硫铁矿制酸厂酸性含砷废水零排放工程的一项关键技术进行研发,以相应的技术成果支持中盐湖南株洲化工集团有限公司硫铁矿制酸装置实现含砷废水零排放。该技术也是硫酸行业实现含砷废水零排放需要的共性关键技术之一。 二、工艺流程: 1、碱性高钙废水低浓度二氧化碳脱钙方法。经过除砷氟处理生成的碱性高钙硫酸废水进入曝气池,用含低浓度二氧化碳压缩空气进行曝气,一方面使其中的氢氧化钙生成碳酸钙晶核并引起过饱和硫酸钙生成结晶,另一方面使其中的少量亚铁充分氧化生成难溶的三价铁;废水再进入混凝池,加入铝-铁复合混凝剂和PAM进行混凝处理,形成混凝共沉淀条件;混凝池的出水在沉淀池发生碳酸钙、硫酸钙、氢氧化铁与混凝剂共沉淀,使废水的钙浓度降低至不饱和状态;沉淀池的出水进入回用水储水池,可以全部送到酸洗工序循环利用。 2、碱性高钙废水二氧化碳与碳酸钠脱钙方法。所述碱性高钙废水是指以石灰做碱剂处理各种酸性废水所生成的碱性高钙废水。碱性高钙废水进入反应池1,用二氧化碳废气进行曝气处理,使其中的氢氧化钙生成碳酸钙晶核并引起过饱和硫酸钙生成结晶;然后废水进入沉淀池1发生碳酸钙与硫酸钙共沉淀(可以视情况加入适量混凝剂助沉);沉淀池1出水进入反应池2,加入碳酸钠使硫酸钙生成难溶碳酸钙,再进入沉淀池2进行沉淀;沉淀池2的出水进入中和池,用二氧化碳废气曝气中和至中性,再进入过滤池过滤,滤出水进入储水池,成为脱钙清水,可以作为循环水补充水或者某些工艺用水,实现循环利用。 三、关键技术: 1、碱性高钙废水低浓度二氧化碳脱钙技术; 2、碱性高钙废水二氧化碳与碳酸钠深度脱钙新技术。
[成果] 1800300096 北京
X832 应用技术 环境监测 公布年份:2018
成果简介:所属类别:监测与预警技术技术来源:自主研发适用范围:河流重金属污染监测与防控基本原理: 采用阳极溶出伏安法(ASV)或电位溶出分析(PSA)技术,利用巯基化导电高分子、乙炔黑-离子液体复合修饰电极、导电聚合物电极、同位铋玻碳电极、Bi/铅离子载体-MWCNTs/GCE、钛硅分子筛-离子液体复合膜修饰电极等新材料,减少或避免金属汞的使用,设计双电极恒电位富集和溶出流程,发展了铅、镉、砷等多种重金属的高敏、联测新方法。 关键技术 1、双信号阳极溶出伏安法检测痕量三价砷采用三电极系统,在负电位下使As(III)还原为As(0)并富集到工作电极表面;再正向扫描至SCE间的某电位点,使富集的As(0)电氧化溶出成As(III),As(III)进一步电氧化为As(V);通过检测所产生的氧化电流双响应信号,从而换算出试液中三价砷含量。 2、基于巯基功能化介孔分子筛和离子液体复合膜修饰电极、乙炔黑-离子液体复合修饰电极、导电聚合物电极、同位铋玻碳电极等新材料的溶出伏安法测定水体中痕量的铅、镉、锌、铜等重金属离子采用巯基功能化介孔分子筛和离子液体复合膜修饰电极、乙炔黑-离子液体复合修饰电极、导电聚合物电极、同位铋玻碳电极等新型复合电极,优化实验条件研究了铅、镉、锌、铜等重金属离子在电极上的电化学行为,提出了一种新型的测定水中铅、镉、锌、铜等重金属离子的溶出伏安法。 3、铅、镉、砷离子联测技术——双通道阳极溶出伏安法开发了一种双通道阳极溶出伏安法同时检测痕量铅、镉和三价砷的方法:通道1采用工作电极为玻碳电极进行铅、镉的检测;通道2采用工作电极为金电极进行As(III)的检测。通过检测所产生的氧化电流响应信号,换算出试液中铅、镉和三价砷的含量。
[成果] 1900010259 北京
R873 基础研究 医学研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:高水平运动员是国家宝贵财富,一旦发生伤病严重影响运动功能,给国家造成损失。因此对高水平运动员伤病有效预防与精准治疗,恢复提高竞技能力是国家重大需求,也是运动医学领域世界性难题。同时,随着全民健身活动开展与健康中国战略实施,运动伤病的防治更显重要。团队历时24年围绕高水平运动员伤病预防与微创外科治疗开展系列研究及推广应用,主要科技创新如下: 1.首次在全国范围开展运动员伤病系统性流行病学调查,创建国家运动员伤病监测防治体系:1991年起对全国29省区47支省级以上运动队6810名运动员进行运动伤病大规模流行病学调查,揭示运动员重大伤病谱,填补了我国运动员伤病流行病学研究空白。创建国家运动员伤病监测防治体系,通过医务监督防护与有效治疗并重,保障运动员的竞技运动能力,治疗运动员1.5万人。 2.创建运动损伤修复重建关键技术并应用,建立中国高水平运动员伤病精准微创外科治疗体系:国内最早创建关节、初带、软骨等组织损伤修复重建微创治疗关键技术并应用,诊治患者90万人,完成关节微创手术52800例。建立高水平运员伤病精准微创外科治疗体系,交叉韧带断裂、踝韧带断裂、跟腱断裂、肩关节不稳、软骨损伤等难治性伤病治疗效果达到国际领先水平。逾千名国家队优秀运动员术后重返赛场,百余名再夺世界冠军,如赵宏博、杨扬、郭晶晶、吴敏霞、李娜、张怡宁、惠若琪、冼冬妹、刘佳宇、徐梦桃、陈中等。 3.系统研究膝前交叉韧带断裂关节不稳继发损害的规律及其运动生物力学机制,率先开展运动伤病脑科学研究发现膝关节不稳对脑中枢的影响:发现前交叉韧带断裂关节不稳可继发关节内组织损害,并影响健侧关节导致继发损害。提出早期重建恢复关节稳定、延缓继发损害的理论。开展前交叉韧带断裂关节不稳运动生物力学机制系统性研究,阐明其下肢生物力学变化特征并指导康复。通过脑科学研究,探讨关节不稳对中枢脑电的变化机制,发现关节不稳患者脑电特征有显著变化,对通过脑中枢体外干预进行关节伤病治疗康复有重要意义。 4.建立软骨损伤早期诊断新方法,阐明结构与生物微环境在组织损伤修复中作用机制,研发新型组织工程技术并提出自体、原位、一次性修复软骨等组织损伤的创新理论:国际首次发现关节软骨退变早期细胞线粒体存在”超氧炫“现象,合成偶联ADAMTS-4特异多肽的新型纳米金颗粒探针,创建软骨损伤早期诊断方法;首次阐明多个关键非编码RNA在关节退变中的作用机制;国际首次筛出干细胞亲和多肽E7、L7,阐明结构与功能优化生物材料在组织修复再生中作用机制,提出利用局部自体干细胞原位、一次性修复软骨等组织的创新理论。 发表论文335篇(SCI 116篇,总IF:392.35,最高IF:19.79),他引1920次,获国家专利28项,主编专著13部,获4项省部级一等奖。建立全国运动伤病防治体系,制定国家内镜诊疗规范指南与运动医学专科培养方案,培养学科骨干4500人,推广微创技术至全国32个省区445家医院,诊治患者200万人,为运动医学发展与健康中国建设做出了突出贡献。
[成果] 1800300251 北京
X705 应用技术 环境治理 公布年份:2018
成果简介:所属类别:重污染行业水污染控制技术技术来源:自主研发与技术优化集成适用范围:内源重金属污染基本原理: 高分子螯合剂是一类具有螯合重金属离子功能的高分子。螯合剂稳定化处理技术的最大特点是危险废物经过处理后其增容比远低于其它常规的固化/稳定化方法。水泥固化后的增容比达1.5~2,使占用土地面积和处置费用增加,而采用螯合剂处理废物时固化后体积几乎没有增加,其增容比常常小于或等于1,从而减少了后续处置量,降低了费用。另外,由于重金属形成了稳定的螯合物沉淀,一般情况下难以浸出。结合重金属污染底泥的污染现状及实际情况,螯合剂稳定化处理技术将更具有更广阔的前景和实用价值。 工艺流程: 利用工业废物粉煤灰、固化剂水泥以及硫化物添加剂安全处理处置霞湾港清淤底泥技术。其中硫化物添加剂的使用可以使底泥中不稳定形态的重金属转化为稳定形态,底泥中的重金属难再析出,再使用粉煤灰作为辅助材料,水泥作固化剂对添加过硫化物的底泥进行固化,其中粉煤灰可以降低固化体的渗透性,减少重金属的浸出,该技术可以达到底泥安全处理处置的效果。利用水泥、粉煤灰及硫化物添加剂处理重金属污染底泥技术。 关键技术: 提出了高效稳定清淤底泥中高含量重金属离子(重度污染底泥)的固化稳定化技术。 优化了硫化物添加剂、粉煤灰、水泥以及河沙的配比以及固化体养护时间等操作参数。 构建了利用水泥、粉煤灰及硫化物添加剂处理重金属污染底泥技术工艺,并申请了相关专利:重金属污染底泥固化剂及其固化方法. 201010242352.X,利用水泥与有机硫化物固化-稳定化重金属污染底泥的方法. 201210464084.5.
[成果] 1900010332 北京
TP393.4 应用技术 电信 公布年份:2018
成果简介:随着互联网和多媒体技术的迅猛发展,信息的传播形式已由单一文本为主发展为包含视频、图像、文本等的多模态数据,“管不住”和“用不好”问题日益突出。“管不住”是指互联网中隐藏着大量涉恐、涉暴等多模态有害信息,如何自动识别是保障网络空间安全乃至国家安全急需解决的重大难题;“用不好”是指互联网多模态大数据的价值难以发挥,如何智能分析是大数据利用急需解决的关键问题。多模态互联网内容智能分析技术是解决上述两大难题的共性核心技术。 在国家基金委、科技部支持下,该项目自2002年以来开展了相关技术的研究,针对互联网内容语义抽象、复杂多变、多源异构、海量动态等难点,历经十多年技术攻关,取得了一系列关键技术的突破,主要创新如下: 提出注意力驱动的概念识别和层次化的增量学习方法,克服了视觉语义概念识别技术瓶颈,解决了概念语义抽象、动态增长导致的识别难题,曾在国际权威评测TRECVID语义概念识别比赛中获第一,识别精度比第二名牛津大学高了7%。特定语义概念识别精度达到95.45%,图像单机识别速度达到0.55毫秒/张,相同软硬件环境下比国际领先的加州大学伯克利分校Compact Bilinear方法快10倍,实现了互联网视频图像的语义概念快速识别。 提出增强多任务决策树检测和极角拓扑约束判别方法,研发了视觉对象检测技术,解决了遮挡、形变等复杂情况下的检测难题,近年来6次参加国际评测TRECVID样例搜索比赛均获第一。特定对象检测精度92.28%,图像单机检测速度7.47毫秒/张,实现了互联网视频图像的高适应性、毫秒级对象检测。 提出跨模态语义协同模型和增量多索引磁盘哈希方法,突破了多模态语义关联关键技术,解决了互联网内容多源异构导致难以利用的问题。该技术多模态数据关联准确率达到95.27%, PB级数据单机检索响应时间达到0.51秒,实现了互联网内容的多模态信息融合与一体化分析检索。 提出基于情感观点的话题检测和大规模级联式敏感信息识别方法,研制了舆情态势感知技术,解决了互联网内容规范性差、更新快、碎片化导致的舆情监测难题,国际评测TREC微博检索比赛获第一。该技术话题检测准确率达到97.56%,敏感信息识别准确率达到94.17%,实现了对海量动态舆情的监测。 项目获73项发明专利授权(含6项国际专利)、31项软件著作权,发表175篇SCI/EI论文,包括78篇国际顶级期刊和会议论文,得到9位国内外院士和61位ACM/IEEE Fellow引用和肯定,被国际学者评价为首创工作、巨大进展等。 基于上述关键技术,研发了多模态互联网内容分析与监测系统、方正智思互联网舆情监测分析系统等系列产品,实现对互联网视频、图像、文本等多模态内容的全面监测与数据利用。成功应用于中央办公厅、中央宣传部、国家网信办、公安部、新华社等上百家重要单位,近70%的省级网信办使用该项目系统,近三年直接经济效益16亿元,并在保障中国网络空间安全、促进文化发展传播等方面产生了显著的社会效益。该项目获2016年北京市科学技术奖一等奖。
[成果] 1900010410 北京
TN929.5 应用技术 通信设备制造 公布年份:2018
成果简介:无线数据业务需求不断攀升,蜂窝网络基于固定接入点(基站)的通信方式受限于资源的“边界效应”,面临容量瓶颈的重大挑战。基于“移动终端接入点”的移动终端协作通信可以有效提升蜂窝网络容量,是国际通信学科的研究前沿和热点。然而其网络容量提升的内在机理、信道建模及信号可靠传输方法等都是亟待解决的极具挑战性的难题,这些问题的解决将为蜂窝网络的发展提供重要科学支撑。 该项目在科技部青年973、国家自然科学基金等项目的持续支持下,建立了蜂窝网络控制下的移动终端协作自组织网络(D2D-LAN)架构,揭示了这一新型架构下的网络容量机理,阐明了其信道建模方法和模型,提出了安全可靠传输和优化方案,涵盖主要科学发现如下: 1.移动终端协作网络容量机理:揭示了移动协作终端和网络容量指数递增的尺度规律(Scaling Law),建立了D2D-LAN的新型网络架构,阐明了在蜂窝网络中引入“移动终端通信自由度”提升网络容量的方法,其性能逼近了蜂窝网络容量界。日本东北大学N.Kato教授(IEEE Fellow、IEEE Network Magazine主编)指出“该项目建立了一种新颖的移动终端协作自组织网络架构,通过引入终端自由度提升网络容量”。 2.移动终端协作信道建模方法:揭示了移动终端协作信道下由于散射体造成的特有动态物理性质,提出了基于动态散射体密度的几何统计信道建模方法,首次建立了包含完整通信场景和频段的终端间协作信道模型。加拿大滑铁卢大学S.Shen教授(英国皇家科学院/加拿大科学院/工程院三院院士)认为“该项目对于移动终端间协作系统的研究和设计有着非常重要的作用”。 3.移动终端协作安全传输方法:给出了移动终端协作网络中的物理层安全容量,阐明了路由选择对网络安全性能的影响,提出了自适应无线网络安全编码,实现了在物理层的信息安全通信。美国普林斯顿大学V.Poor教授(美国科学院/工程院/艺术与科学院三院院士、中国科学院外籍院士)评价“该项目的优化方案实现完全路由分级,从而提升了无线网络的安全性能”。 项目8篇代表性论文被SCI他引702次,其中1篇入选ESI热点论文、5篇入选ESI高被引用论文;1篇获IEEE Communications Society(ComSoc)“Leonard G. Abraham Prize”(通信领域IF最高期刊IEEE JSAC最佳论文,亚洲唯一)。基于该项目的科学发现,有6项提案被全球第五代移动通信(5G)标准采纳;开发研制的移动终端协同多跳通信系统原型样机获得2015年ACM SIGMobile旗舰会议MobiHoc最佳演示奖(中国唯一)。 第一完成人是国家杰青以及首届青年973项目负责人,第二完成人是国家优青;第一和第二完成人获得IEEE ComSoc亚太区杰出研究学者奖;第一完成人在IEEE ComSoc旗舰会议(ICC和Globecom)做该项目相关的Tutorial 8次。 项目主要成果获得2017年度教育部自然科学一等奖。
[成果] 1800130452 北京
R318.08 基础研究 卫生材料及医药用品制造 公布年份:2018
成果简介:临床使用的骨折金属内固定物为钛合金或不锈钢材质,需要二次手术取出,增加患者手术痛苦、经济负担和感染风险。医用镁合金研究,是生物材料领域的最新前沿课题,有望实现医用金属从“不可降解的生物惰性”向“全降解、可吸收、生物功能化”的转变,进而发展出避免骨折二次手术的新临床手术范式。国际上美国自然科学基金会和欧盟居里计划也正在强力资助相关研究,其迫切需要解决的科学问题包括:(1)合金化设计;(2)如何与生物相容;(3)降解调控。项目组历时十余年,深入系统研究了全降解医用镁合金的成分优化与制备、材料与机体的交互作用机制、降解行为调控方法等,主要科学发现点如下: (1)建立医用镁合金“元素剂量-毒理学效应”成分设计原则,首创合成镁钙等合金体系,集“强韧性匹配、可控降解、生物功能”三位于一体,实现了镁合金从潜在毒性到全降解、促成骨生物功能的转变,为其在组织工程领域的应用奠定基础。 (2)提出医用镁合金的降解双界面模型,阐明在镁合金/氢氧化镁腐蚀产物的界面和氢氧化镁腐蚀产物层表面发生的动态生化反应机理,首次给出了镁促进新骨形成的协同作用机制,揭示了外周感觉神经在骨代谢中的关键作用,证实镁可用于治疗骨质疏松和骨折修复,为其在骨科领域的应用提供理论依据。 (3)发展系统、全方位的医用镁合金降解调控方法,包括表面体液渗透阻挡及促成骨双功能化涂层方法和大块非晶化技术等,有效控制镁合金从非均匀腐蚀向可控均匀腐蚀转化,调控降解速度至原有的10-55%,解决了医用镁合金降解行为与机体组织修复生理过程相匹配的科学难题。 10篇代表作,发表在Nature Medicine、Biomaterials等该领域权威刊物上,SCI他引2023次,最高单篇他引572次,4篇为ESI高被引用论文,1篇入选“2009年中国百篇最具影响国际学术论文”。在Web of Science以biodegradable magnesium alloy或bioabsorbable magnesium alloy为主题词,检索出2339篇文章,按照引用次数【代表性论文1】排序第一,【代表性论文2】排序第四,【代表性论文3】排序第十。工作得到美国工程院院士(J.Rogers、J.Perepezko、Z.Bao)、澳大利亚工程院院士(P.Hodgson)等在Nature、Chem Rev、Prog Mater Sci、Adv Mater等期刊的正面引用与跟进。出版英文专著2本、中文专著2本。第一完成人连续担任第3-9届可降解金属国际会议大会主席。基于上述成果,2014年在国际上给出可降解金属的定义与分类,被ISO正在起草的新标准借鉴。
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