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1 成果簡(jiǎn)介隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人民生活水平的提高，環(huán)境污染、疾病監(jiān)測(cè)、食品安全等民生熱點(diǎn)日益受到人們的關(guān)注。如何對(duì)上述問題進(jìn)行簡(jiǎn)單、快速的監(jiān)控，將一些危害降至最低，保障人民生活和生產(chǎn)，這就需要一種可實(shí)時(shí)實(shí)地檢測(cè)、操作簡(jiǎn)便的多應(yīng)用傳感器件。 表面等離子體波（ SPP）傳感器是一種基于光學(xué)檢測(cè)的傳感器件，被廣泛用于藥物篩選、食物檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)和細(xì)胞膜模擬等方面。相對(duì)于目前常見的化學(xué)、電子、力學(xué)等傳感器，SPP 傳感器擁有實(shí)時(shí)檢測(cè)、無需標(biāo)記、對(duì)被檢測(cè)物無損害、探測(cè)方法簡(jiǎn)單等眾多優(yōu)點(diǎn)。為了降低成本、 穩(wěn)定性能、減小體積，集成型 SPP 傳感器件的成為了現(xiàn)今研究熱點(diǎn)。然而現(xiàn)有的集成型 SPP 傳感器件普遍存在靈敏度低，探測(cè)范圍小等問題，限制了其應(yīng)用的推廣。 課題組從 2006 年開始合作從事集成型 SPP 傳感器件研究，在清國家 973 項(xiàng)目、自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、教育部清華大學(xué)自主研究項(xiàng)目等項(xiàng)目資助下， 創(chuàng)新性提出一種基于 SPP-介質(zhì)波導(dǎo)異質(zhì)垂直耦合器的可集成生化傳感芯片，并對(duì)傳感芯片的傳感特性和應(yīng)用進(jìn)行了深入研究和探索。芯片的特點(diǎn)和性能如下：可集成，芯片體積小，可與便攜設(shè)備集成；可批量生產(chǎn)，價(jià)格低廉；靈敏度較傳統(tǒng)的集成型 SPP 傳感器件高出一個(gè)數(shù)量級(jí)；可實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感區(qū)域的精確或者大范圍調(diào)節(jié)；可實(shí)現(xiàn)對(duì)納米量級(jí)大小的物質(zhì)的探測(cè)；傳感性能穩(wěn)定，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。上述優(yōu)點(diǎn)表明該芯片可以工廠大批量生產(chǎn)經(jīng)營，也可以用于實(shí)驗(yàn)室的科研研究，在化學(xué)，生物，醫(yī)學(xué)等多 個(gè)領(lǐng)域均有應(yīng)用價(jià)值。查新表明，國內(nèi)外目前尚未發(fā)現(xiàn)有相似原理的器件。 圖 1 (a) 集成型 SPP 傳感芯片與一元硬幣尺寸對(duì)比圖 (b) 傳感芯片的顯微鏡照片2 應(yīng)用說明可集成型 SPP 生化傳感芯片在實(shí)驗(yàn)室經(jīng)多次驗(yàn)證，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)折射率液體以及納米級(jí)薄層物質(zhì)的高靈敏探測(cè)，并初步應(yīng)用于對(duì)雙酚 a（簡(jiǎn)稱 BPA，一種塑料生長(zhǎng)常用原料，每年生產(chǎn)將近 2700 萬噸含 BPA 的塑料類物質(zhì)， BPA 具有胚胎致畸性和致毒性）的檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該芯片對(duì)于 BPA 的探測(cè)極限濃度可以達(dá)到 0.1ng/ml （歐盟公布食品準(zhǔn)則中水含有BPA 的最高濃度為 1ng/ml）。3 效益分析由于目前國內(nèi)尚無同類產(chǎn)品， 而且此產(chǎn)品在疾病檢驗(yàn)，環(huán)境監(jiān)測(cè)，藥品鑒別等多個(gè)領(lǐng)域具有應(yīng)用價(jià)值， 因此本儀器具有較大的市場(chǎng)推廣空間。本傳感芯片價(jià)格低廉，使用簡(jiǎn)便，對(duì)樣品無二次污染，性能穩(wěn)定，甚至對(duì)納米量級(jí)的生化小分子探測(cè)均具有高靈敏度，相對(duì)于其他類型的傳感器件， 具有明顯的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

隨著納米顆粒制備技術(shù)的日漸成熟，其應(yīng)用技術(shù)也日益受到人們的廣泛重視。但由于納米顆粒粒徑小、比表面積和表面能大、顆粒不穩(wěn)定極易團(tuán)聚，導(dǎo)致其優(yōu)異的性能不能充分發(fā)揮，因此納米技術(shù)研究中最艱巨的任務(wù)之一是使納米顆粒能夠穩(wěn)定存在且不發(fā)生團(tuán)聚。最常使用的方法是把納米顆粒分散于介質(zhì)中，通過靜電穩(wěn)定機(jī)理、位阻穩(wěn)定機(jī)理和靜電位阻穩(wěn)定機(jī)理等來制備穩(wěn)定分散的漿料。其中涉及到的核心科學(xué)問題為納米顆粒的表面改性及其漿料穩(wěn)定性。 項(xiàng)目組根據(jù)不同納米材料表面特性以及應(yīng)用場(chǎng)合不同，攻克了納米粉體表面化學(xué)改性技術(shù)、納米粉體在溶液中穩(wěn)定分散技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，制得了納米四氧化三鐵、二氧化鈦、氧化銦錫、氧化鋅、氧化鎂、氮化硅、碳化硅等多種分散穩(wěn)定性優(yōu)異的水基、乙醇基漿料，其顆粒平均粒徑≤100nm，比表面積≥30m2/g，固含量從0.5～20％不等。不同納米粉體含量漿料靜置穩(wěn)定性從1～30d至1年不等，研究成果為納米材料的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 應(yīng)用前景： 納米四氧化三鐵漿料是采用膠溶化法和添加改性劑及分散劑方法，通過在顆粒表面形成吸附雙電層結(jié)構(gòu)阻止納米粒子團(tuán)聚來制得。平均粒徑在20nm左右，具有超順磁性，漿料Fe3O4固含量在0.5～20％，漿料靜置穩(wěn)定性在1年左右。可應(yīng)用在磁性密封、生物醫(yī)藥載體、磁保健、磁記錄材料、高梯度磁分離器、微波吸收材料以及靜電復(fù)印顯影劑。 納米二氧化鈦漿料作為產(chǎn)品或產(chǎn)品添加劑應(yīng)用范圍很廣，主要可應(yīng)用于抗紫外劑，納米環(huán)保、抗菌、自清潔劑，隨角異色效應(yīng)型納米涂料，靜電屏蔽劑等。 納米ITO水基漿料加入水性涂料中，經(jīng)涂敷制得ITO薄膜。由于ITO薄膜具有優(yōu)良的光電性能，對(duì)可見光的透過率達(dá)70％以上，對(duì)紅外光的反射率≥70％，對(duì)紫外線的吸收率≥70％，對(duì)微波的衰減率≥85％，導(dǎo)電性和加工性能極好，硬度高且耐磨耐蝕，可用作防隔熱涂料等。

本項(xiàng)目通過復(fù)合改性劑的分子設(shè)計(jì)和控制有關(guān)反應(yīng)參數(shù)，使表面改性后的氧化鋁微粉在不同性質(zhì)或組成的水性介質(zhì)中有較為理想的相容性和分散穩(wěn)定性。 特點(diǎn)： 1. 根據(jù)不同性質(zhì)或組成的水性介質(zhì)，設(shè)計(jì)和合成復(fù)合改性劑； 2. 控制有關(guān)反應(yīng)參數(shù)，使氧化鋁粉體的表面包覆率和表面改性效果可 控； 3. 剩余反應(yīng)物、溶劑和復(fù)合改性劑均可回收和循環(huán)使用，整個(gè)氧化鋁微粉的表面改性過程閉合循環(huán)，清潔環(huán)保。 專利 1：一種氧化鋁磨料粉體的表面改性方法（20161011250.9） 專利 2：一種高水分散穩(wěn)定性氧化鋁粉體的資源化表面改性方法（201611166922.5）

針對(duì)長(zhǎng)大反坡隧洞高壓富水特點(diǎn)，創(chuàng)建了大涌水量排水系統(tǒng)，構(gòu)建了大埋深高滲壓隧洞涌水BP網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，能夠準(zhǔn)確快速預(yù)測(cè)出隧洞涌水量。提出了區(qū)間統(tǒng)計(jì)平均能量釋放率和微震監(jiān)測(cè)相結(jié)合的巖爆預(yù)測(cè)方法。建立了硬巖損傷模型，對(duì)大涌水隧洞圍巖力學(xué)行為進(jìn)行了有效分析。成果對(duì)水電站和隧道及地下鐵道建設(shè)提供了重要技術(shù)支持。 2013年度吉林省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)（第五單位） 獲獎(jiǎng)人：王海良

本索拉非尼 (sorafenib) 是一種新穎的二芳基脲化合物，由Bayer和Onyx公司共同開發(fā)，于 2005年12月獲美國FDA批準(zhǔn)。索拉非尼是首個(gè)口服多激酶抑制劑，靶向作用于腫瘤細(xì)胞以及腫 瘤血管內(nèi)絲氨酸/蘇氨酸激酶受體和酪氨酸激酶受體。它適應(yīng)晚期腎細(xì)胞癌的治療，是少有的 晚期癌癥治療藥物，被稱為重磅級(jí)藥物。所開發(fā)的索拉非尼合成路線，所有原材料都立足于國內(nèi)，反應(yīng)步驟簡(jiǎn)潔，操作簡(jiǎn)便，無昂 貴的輔助試劑，易于規(guī)模化生產(chǎn)。

本索拉非尼 (sorafenib) 是一種新穎的二芳基脲化合物，由Bayer和Onyx公司共同開發(fā)，于 2005年12月獲美國FDA批準(zhǔn)。索拉非尼是首個(gè)口服多激酶抑制劑，靶向作用于腫瘤細(xì)胞以及腫 瘤血管內(nèi)絲氨酸/蘇氨酸激酶受體和酪氨酸激酶受體。它適應(yīng)晚期腎細(xì)胞癌的治療，是少有的 晚期癌癥治療藥物，被稱為重磅級(jí)藥物。所開發(fā)的索拉非尼合成路線，所有原材料都立足于國內(nèi)，反應(yīng)步驟簡(jiǎn)潔，操作簡(jiǎn)便，無昂 貴的輔助試劑，易于規(guī)模化生產(chǎn)。

開展巖石裂紋擴(kuò)展與連接機(jī)理的研究，對(duì)于預(yù)測(cè)巖 石（體）工程的失穩(wěn)破壞以及提高油氣產(chǎn)量與效率具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià) 值。主要取得的科學(xué)發(fā)現(xiàn)點(diǎn)如下：（1） 在試驗(yàn)研究方面，研發(fā)了適用于裂隙巖石的高精度數(shù)字量測(cè)技術(shù)，發(fā) 現(xiàn)了非連續(xù)巖石材料中的裂紋擴(kuò)展與連接規(guī)律，建立了非連續(xù)巖石材料應(yīng)力跌落 與裂紋演化規(guī)律之間的聯(lián)系，揭示了巖石材料中的裂紋演化規(guī)律，為理論和數(shù)值 研究裂紋演化規(guī)律提供了技術(shù)支撐。（2） 在理論研究方面，利用內(nèi)變量熱力學(xué)理論和偽力法，揭示了裂隙巖體 的損傷局部化機(jī)理，建立了巖石（體）損傷局部化分叉模型；基于斷裂力學(xué)原理, 提出了巖石（體）的非線性強(qiáng)度準(zhǔn)則，為開展復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下裂紋演化過程的數(shù) 值模擬奠定了理論基礎(chǔ)。（3） 在數(shù)值方法方面，提出了連續(xù)-非連續(xù)數(shù)值模擬方法，編制了廣義粒子 動(dòng)力學(xué)多線程高效并行計(jì)算程序，成功實(shí)現(xiàn)了二維和三維裂紋演化過程的數(shù)值模 擬，揭示了復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下裂紋演化的細(xì)觀機(jī)理，為巖體工程穩(wěn)定性分析提供了 計(jì)算平臺(tái)。(4) 在工程應(yīng)用方面，實(shí)現(xiàn)了錦屏I級(jí)水電站深埋地下洞室非連續(xù)圍巖損 傷破壞過程的數(shù)值模擬，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，闡釋了地下洞室非連續(xù)圍巖的破裂 發(fā)展規(guī)律，揭示了深埋地下洞室圍巖的損傷失穩(wěn)機(jī)制。

（2018年度高等學(xué)校科學(xué)研究?jī)?yōu)秀成果獎(jiǎng)（自然科學(xué)獎(jiǎng)）一等獎(jiǎng)） 成果簡(jiǎn)介：巖石（體）是一種復(fù)雜的天然介質(zhì)，在漫長(zhǎng)的地質(zhì)構(gòu)造作用過程中，內(nèi)部孕 育了各種規(guī)模和尺度的缺陷（如節(jié)理、裂隙和斷層等），這些缺陷的空間位置與 分布規(guī)律顯著影響其力學(xué)響應(yīng)，進(jìn)而對(duì)斷續(xù)裂隙巖體工程的穩(wěn)定與安全產(chǎn)生重要 影響。另一方面，在頁巖氣與煤層氣等開采過程中，往往需要人為制造裂縫網(wǎng)絡(luò) 來實(shí)現(xiàn)壓裂增滲增產(chǎn)。因此，開展巖石裂紋擴(kuò)展與連接機(jī)理的研究，對(duì)于預(yù)測(cè)巖 石（體）工程的失穩(wěn)破壞以及提高油氣產(chǎn)量與效率具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià) 值。主要取得的科學(xué)發(fā)現(xiàn)點(diǎn)如下： （1） 在試驗(yàn)研究方面，研發(fā)了適用于裂隙巖石的高精度數(shù)字量測(cè)技術(shù)，發(fā) 現(xiàn)了非連續(xù)巖石材料中的裂紋擴(kuò)展與連接規(guī)律，建立了非連續(xù)巖石材料應(yīng)力跌落 與裂紋演化規(guī)律之間的聯(lián)系，揭示了巖石材料中的裂紋演化規(guī)律，為理論和數(shù)值 研究裂紋演化規(guī)律提供了技術(shù)支撐。 （2） 在理論研究方面，利用內(nèi)變量熱力學(xué)理論和偽力法，揭示了裂隙巖體 的損傷局部化機(jī)理，建立了巖石（體）損傷局部化分叉模型；基于斷裂力學(xué)原理, 提出了巖石（體）的非線性強(qiáng)度準(zhǔn)則，為開展復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下裂紋演化過程的數(shù) 值模擬奠定了理論基礎(chǔ)。 （3） 在數(shù)值方法方面，提出了連續(xù)-非連續(xù)數(shù)值模擬方法，編制了廣義粒子 動(dòng)力學(xué)多線程高效并行計(jì)算程序，成功實(shí)現(xiàn)了二維和三維裂紋演化過程的數(shù)值模 擬，揭示了復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下裂紋演化的細(xì)觀機(jī)理，為巖體工程穩(wěn)定性分析提供了 計(jì)算平臺(tái)。 (4)    在工程應(yīng)用方面，實(shí)現(xiàn)了錦屏I級(jí)水電站深埋地下洞室非連續(xù)圍巖損 傷破壞過程的數(shù)值模擬，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，闡釋了地下洞室非連續(xù)圍巖的破裂 發(fā)展規(guī)律，揭示了深埋地下洞室圍巖的損傷失穩(wěn)機(jī)制。

圍繞非接觸電能雙向推送系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，項(xiàng)目組在原理方面， 提出一種適用非接觸電能雙向推送模式的雙向電能變換拓?fù)洌?gòu)建了基于 能量注入與自由振蕩的雙工作模式，實(shí)現(xiàn)了電能的動(dòng)態(tài)雙向轉(zhuǎn)換。在此基礎(chǔ)上， 進(jìn)一步提出一種基于調(diào)幅控制的高頻電能變換拓?fù)洌瑢?shí)現(xiàn)了面向負(fù)載電能形式需 求的電能直接變換，減少了中間能量變換環(huán)節(jié)，有效提升了系統(tǒng)效率及功率密度。 在實(shí)現(xiàn)方法上，提出一種基于磁共振陣列電磁耦合機(jī)構(gòu)，解決了傳統(tǒng)磁共振耦合 模式下的調(diào)諧困難問題，有效提高了能量傳輸穩(wěn)定性。在控制方法方面，提出基 于能量反反射阻抗的負(fù)載辨識(shí)方法反激磁電流控制方法，解決了負(fù)載動(dòng)態(tài)變化條 件下的系統(tǒng)參數(shù)及負(fù)載特性的動(dòng)態(tài)獲取問題，并進(jìn)一步構(gòu)建了電能動(dòng)態(tài)推送機(jī)制。 提出針對(duì)頻率不確定性的系統(tǒng)魯棒控制及優(yōu)化方法，解決了存在頻率漂移及開 關(guān)非線性情況下系統(tǒng)不確定性建模及控制問題，保證了系統(tǒng)在負(fù)載擾動(dòng)條件下 能量傳輸?shù)姆€(wěn)定性與魯棒性。在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究方面，通過綜合利用本項(xiàng)目的研 究成果，開發(fā)了 1KW量級(jí)非接觸電能雙向推送系統(tǒng)，在傳輸距離為50厘米條件 下，系統(tǒng)總體能量傳輸效率85%。