项目简介本项目提出一种微纳结构光纤的制备方法和方案，可以实现光在微纳光纤中稳定传 输，并克服了微纳光纤在封装上的困难，所提出的微纳光纤制备工艺实现将对微纳光纤 的制备与封装结合，有效避免了由普通光纤直接拉锥制备微纳光纤存在的微纳光纤区机 械性能差、结构不稳定、易受外界环境干扰等缺点。制备完成的微纳光纤还可通过毛细 管将特殊的气体、液体或固体材料填充进石英管内，从而形成特殊包层结构的微纳光纤。 为基于微纳光纤在高非线性效应、超连续谱生成、超灵敏度光传感等应用提供理想的解 决方案。 相关研

可以量产/n全光纤电流互感器是由光电子器件组成的光干涉仪系统，高低压端之间仅有光纤相连，测量原理是基于法拉第磁光效应，且采用了互易性结构，抑制了共模误差。具有一系列优点，如：体积小、重量轻、不易受电磁干扰、测量动态范围大、寿命长、潜在的成本低、加工简单。这些优点是其它电流互感器不能比拟的。随着电力系统中电网电压等级的不断提高、容量不断增加，传统电磁式电流互感器逐渐暴露出了严重的缺陷，不能满足现代电力系统的要求，全光纤光纤式电流互感器必然代替传统电流互感器，成为电力系统电能计量保护控制和系统诊断与监测

该种类型激光器因其为光纤激光器，具有传统的固体激光器所没有的许多优点。它在激光微加工和微制造工业有很大的市场份额，在激光雷达、生物医疗、激光通信等等工业领域都有显著的市场。 1064nm 波长， 100mW 输出平均功率， 30ps 脉冲宽度，高度均匀和稳定的脉冲串。

依托国家重大仪器专项“高精度光梳成像分析仪应用与工程化开发”（2012-2019年）、国家重点研发计划“超短脉冲激光隐形切割系统及应用” （2018-2022年），在可见和近红外波段实现了高光束质量、高偏振消光比、抗环境干扰的超短脉冲输出。期间，攻克了超短脉冲自稳定锁模技术、低非线性无畸变脉冲放大技术，解决了脉冲锁模器件易受光致损伤这一制约超快激光发展和应用的根本问题，成功实现了锁模光纤种子源光路的永久免维护。项目开发了国内首台第三代半导体晶圆划片激光器，在应用单位进行芯片封测量产，解决了机械划片效率低、易崩边的难题。项目开发的激光光源在THz光谱仪器、光子3D打印、非线性光谱成像、激光精密测量等领域进行示范应用。

南开大学在“863”计划项目、市科技攻关项目和国家自然科学基金支持下，光纤光栅传感技术与应用课题组取得诸多创新性研究成果。如成功构建了可编程、微位移光纤光栅写入设备，并成功研制出高性能国产化光纤光栅；以光纤光栅作为传感基本元件，利用其波长编码与温敏力敏等优良特性，采用独特的材料和工艺进行封装，创新性地设计并开发出多种光纤光栅传感技术以及系列器件；研制和开发具有多参数、多功能、分布式的全光纤光子传感网络系统；同时，构建多光纤光栅线阵、面阵及体阵等多种拓扑结构，将光纤光栅传感器网络布设于高层建筑用于对

在现行的铁路运行系统中，铁路道岔的搬动是靠转辙机来完成的，而道岔是否搬到位又是借助于一种被称为缺口检测的机械传动装置来实现的，由于这种机械传动装置只能检测开关量而不能检测具体位移量、有误报警却不能立刻识别等缺点，给行车安全带来极大的隐患。为了解决这一问题本项目设计研制了一种新型的光纤位移传感器系统。与传统传感器相比，光纤传感器具有灵敏度高、频带宽，测量动态

《美国国家科学院院刊》（ PNAS）在线发表了清华大学医学院生物医学工程系和清华-北大生命联合中心杜亚楠教授研究组题为“纤维化扩展中旁张力信号介导的肌成纤维细胞和纤维细胞通讯”(Matrix-transmitted paratensile signaling enables myofibroblast-fibroblast crosstalk in fibrosis expansion)的研究长文。该研究应用单细胞力学刺激和体外仿生模型结合数学模型计算，系统探究了基质材料介导的力学信号在细胞间通讯的时空作用模式、分子基础，及其在纤维化发展蔓延过程中的作用，为细胞间力学信号介导的成纤维细胞（FB）-肌成纤维细胞(MF)互作提供了直接证据，并将这种纤维化发展进程中基质纤维介导的新型细胞间通讯模式命名为 “旁张力信号”（Paratensile signaling）。组织器官在受到损伤之后，会发生损伤修复，诱发组织纤维化。如果没有有效的控制措施，慢性纤维化疾病会最终导致组织硬化，诱发器官衰竭。有研究表明，在现代社会死亡病例中有将近50%与组织器官的慢性纤维化相关，包括此次新冠肺炎，会伴有肺部纤维化，重症患者纤维化进一步蔓延可导致呼吸衰竭，肺部纤维化也是愈后后遗症的重要风险因素之一。成纤维细胞的持续激活是各类组织纤维化中的主要诱因，在组织器官受到损伤或病毒感染之后，组织内的成纤维细胞FB会受到“旁分泌因子”（paracrine factors），例如TGF-b，PDGF等诱导，激活分化成为肌成纤维细胞MF，并分泌大量的细胞因子及细胞外基质，造成更广泛的成纤维细胞激活和组织硬化，进而引起组织器官内纤维化区域蔓延。除了感知化学信号，部分研究显示体外细胞会导致细胞外基质生物化学及生物物理性质的改变，也有研究表明细胞能够感受细胞外基质的物理特性，比如硬度、粘弹性等并作出响应。2017年，杜亚楠课题组发表于《自然·材料》的研究发现，在肝脏纤维化早期，肝窦内皮细胞可通过胶原纤维束传递力学信号激活星型细胞，导致肝脏纤维化蔓延。但是到目前为止，纤维化进展过程中细胞外基质材料介导的细胞间力学通讯的模式是否保守，以及其在组织器官内的蔓延模式、相关分子机制尚不明确。图1 组织纤维化扩展中旁张力信号介导的细胞间机械通讯示意图旁张力信号包含三个过程，一、力学信号的产生；二、力学信号在细胞外基质传递；三、周围细胞接受力学信号刺激作出响应。此过程介导了纤维化区域在组织内的扩张蔓延。研究团队首先在单细胞和多细胞水平上，通过统计FB和MF细胞收缩力和互作结果，显示细胞间存在基于胶原纤维化介质的细胞间通讯。为了进一步证明细胞间的机械通讯行为，团队建立了基于原子力显微镜可通过胶原纤维对单细胞施加可控、细胞级别力刺激的研究平台，利用该平台尽可能去除旁分泌等化学信号对细胞造成的影响。团队研究了来源于不同组织（肝脏、心脏和皮肤）的成纤维细胞对于旁张力信号的响应模式，即旁张力信号作用机制的三个过程：力的产生-力学信号在细胞外基质传递-临近细胞感受力学信号作出响应；研究发现距离施力细胞70微米 之外的细胞能在1秒之内对旁张力信号作出响应，并且初步证明细胞表面胶原蛋白受体Integrin/DDR2和机械力敏感钙离子通道Pizeo1介导了细胞间力学信号向细胞内生物化学信号的转变。 基于实验现象，团队进一步建立了基于单纯旁张力的数学模拟计算方法（Fibroblast - Myofibroblast Populated Collagen Lattice model, FMPCL），利用该数学模型可重现体外实验结果，包括细胞力产生、胶原纤维束的聚集及旁张力信号介导的成纤维细胞的激活，同时可预测在单细胞、多细胞水平下细胞间作用距离对于细胞激活的程度。在细胞水平研究的基础上，进一步结合微加工技术、组织工程手段和报告基因系统，分别构建了可模拟纤维化蔓延界面的体外纤维化灶扩展（ fibrotic foci expansion）模型和可模拟心脏纤维化扩展的体外仿生模型，并结合数学仿真，发现在纤维化组织和正常组织交界面（border zone）存在广泛的MF-BF细胞间旁张力通讯，导致界面不断扩展、纤维化区域蔓延。使用激光切割技术切断介质胶原纤维束，能够显著的阻断纤维化区域的蔓延。同样，阻断细胞间旁张力通讯能够抑制体外仿生模型中心脏纤维化的蔓延，证明了旁张力信号在组织纤维化扩展蔓延中不可或缺的作用（图2）。图2 纤维化蔓延界面和心脏纤维化仿生体外组织模型和数学模型在纤维化蔓延界面体外（A）和数学模拟（B）仿生模型中，在未干预的情况下，纤维化区域呈现显著蔓延并伴随着成纤维细胞的激活。通过显微切割技术切断纤维化界面的胶原纤维阻断旁张力信号，纤维化蔓延趋势得到显著抑制。同样在模拟心脏心室壁的组织纤维化模型和数学模拟模型中（C），在未干预情况下均出现显著纤维化蔓延，但是经过小分子BAPN处理抑制胶原纤维重塑，纤维化区域的蔓延得到抑制。该研究为细胞外基质材料介导的细胞间机械通讯提供了直接证据，“旁张力”细胞间通讯模式是对现有基于生化因子的“旁分泌”信号机制的重要补充（见视频），为纤维化病理研究提供了新视角，为临床干预纤维化疾病提供了新思路。清华大学医学院生物医学工程系教授、北大-清华生命联合中心研究员杜亚楠为本论文通讯作者，杜亚楠研究组已毕业博士刘龙伟、硕士于鸿升为本文的共同第一作者。杜亚楠课题组已毕业博士赵辉、鄢晓君，在读博士生龙艺、吴钊钊、尤志峰、周律等对此项工作有重要贡献。该研究得到了北京市自然科学基金、北京市自然科学技术委员会和国家自然科学基金的资助。文章链接：https://www.pnas.org/content/early/2020/04/30/1910650117?from=groupmessage&isappinstalled=0

目前用于空气过滤的净化材料，主要以丙纶、涤纶纤维无纺布为主，其微观结构是以直径为50~100nm 、长 10~20µm 的纤维组成多孔的纤维薄膜。对空气中悬浮颗粒（包含 PM2.5）的过滤净化主要是通过多层纤维进行阻隔，存在着过滤性能与透气性相矛盾的问题，且无法有效解决。本项目采 用涂装技术将多孔矿物材料、矿物纤维材料与 ePTFE 纤维进行了复合，在多孔纤维的结点上担载了一定量多孔矿物或矿物纤维作为吸附活性中心，制备出具有吸附功能的纤维过滤材料，可实现对微细、 超微细颗粒过滤的同时产生吸附作用，这样即使存在较大的孔隙也能产生良好的净化作用，可有效解 决过滤性能与透气性相矛盾的问题。经过检测，本项目所制备的样品对空气中微细、超微细颗粒（以PM2.5 为例）具有很强的去除功能，且透气性良好。

高压静电纺丝技术是一种自上而下 (top-down) 的纳米制造技术, 通过外加电场力克服喷头毛细管尖端液滴的液体表面张力和黏弹力而形成射流, 在静电斥力、库仑力和表面张力共同作用下，被雾化后的液体射流被高频弯曲、拉延、分裂，在几十毫秒内被牵伸千万倍，经溶剂挥发或熔体冷却在接收端得到纳米级纤维。该技术工艺过程简单、操控方便、选择材料范围广泛、可控性强、并且可以通过喷头设计制备具有微观结构特征的纳米纤维。 应用高压静电纺丝技术制备的纳米纤维膜，其表面积大、孔隙率高、并且具有三维立体连续网状结构等特征。结合聚合物基材的使用，电纺纳米纤维膜不仅仅可以有针对性地解决难溶药物溶解度问题，而且可以用于开发多种药物的速溶速效给药系统。可以根据用户需要进行各种药物速效给药系统的研制与开发

成果描述：70%的中草药中含有单宁(又称鞣质)。它们的负面作用突出体现在两个方面：一是导致中药制剂浑浊沉淀，降低其药效和品质，如单宁是影响丹参注射液澄明度的主要因素；二是对人体产生毒副作用。目前除去药用植物中单宁的方法在除去单宁的同时，大量的有效成分也同时被除去；有些方法还将引入其他杂质，使产品的质量降低。因此，中药制剂中单宁的选择性去除是中药制剂工艺过程中的一个世界性难题。 由家畜动物皮制备的胶原纤维吸附材料对单宁的吸附具有专一性，而对低分子酚类化合物及其它非单宁成分的吸附量非常低。而且，通过化学改性还能进一步调控其吸附能力和吸附选择性，从而制备出了系列的适合于不同应用领域和范围的单宁吸附材料。将所制备的吸附材料用于单宁和与其结构最相似的中药有效成分（各种黄酮、异黄酮类化合物及黄岑甙、绿原酸等）的吸附时，单宁的吸附率为100%，而有效成分的吸附率＜5%，大大超过国内外已到达的水平。 胶原纤维吸附材料无毒、纯天然，在国内外具有领先和独创性，已获得国家发明专利（“胶原纤维吸附材料及其制备方法和对单宁的吸附与分离”，专利号：ZL021341737）。市场前景分析：中草药提取物和制剂中鞣质的高选择性去除，天然产物有效成分如黄酮、有机酸和生物碱等的分离纯化。与同类成果相比的优势分析：单宁的吸附率为100%，而有效成分的吸附率＜5%，大大超过国内外已到达的水平。国际先进。