睡眠呼吸监测及其呼吸信号的检测方法

半导体纳米线是一种独特的准一维纳米材料。它不仅是电荷的最小载体，也是构建新的复杂体系和新概念纳米器件的基元。在该领域中，新现象和新概念层出不穷，推动着材料、物理、化学等交叉学科的发展，并将对未来电子、光电子、通讯等产业产生重大影响。在这一当今最前沿的研究领域中，国际上尤其是发达国家集中了最精锐的研发力量，以期望在纳米器件的实用化方面有所突破，在未来高科技争夺战中，保持领先并居于主导地位。在纳米研究领域，美国政府仅在2005年就投入10亿美元，而日本在同一年的投入约12亿美元。 我国的《国家中长期科技发展规划纲要》中也已经把纳米科技作为基础研究重大研究计划，列入重点支持范围。其中一维功能纳米材料的控制合成、性能调控及应用研究是目前纳米材料研究的世界热点。 张跃教授承担了973、863、重大国际合作、自然科学基金杰出青年基金和面上项目等各类纳米研究方向的课题，通过创新合成方法、优化合成工艺，实现了多种形貌的一维功能纳米材料的可控制备，利用等多种手段对纳米材料的形貌、结构进行了表征，并对其生长机理、力学性能以及光致发光、场发射、导电性等物理性能进行了系统和深入的研究，特别是在碳纳米管及ZnO纳米阵列的实际应用领域取得了重要突破，其代表性成果包括： 1.改进了ZnO和掺杂ZnO一维纳米材料的制备方法。采用化学气相沉积法，在较低温条件下，通过不同工艺成功制备了纯ZnO及In、Mn、Sn等掺杂ZnO纳米棒、纳米线、纳米带、纳米电缆、纳米阵列、四针状纳米棒、纳米梳、纳米盘等多种形貌结构的纳米材料，实现了一维ZnO纳米材料较低温度条件下形态和尺度控制生长，产物品质纯净、产率高、质量好，易于工业化生产。制备方法受到国际同行的高度评价，认为是半导体制造领域中氧化物纳米结构集成方法的重大进步，不仅对从事纳米材料研究的科学家，而且对半导体产业意义重大。有关双晶ZnO纳米带的论文发表在国际知名期刊Chemical Physics Letters (2003，375：96-101)上，论文被引用60余次，位列该期刊2003至2007年被引用前50名之内。 2.提出了一维氧化锌纳米材料新的生长机理。首次合成四针状纳米氧化锌材料并揭示了该结构的八面体孪晶核生长的理论模型，该研究结果的论文发表在Chemical Physics Letters (2002,358:83-86)上，被他引更是达到了130 余次。首次发现和论证了一维氧化锌纳米结构中的螺旋位错诱导晶体生长机理，观察到了一维氧化锌纳米材料存在的大量螺旋位错、周期性的位错及生长台阶，发现生长是沿着位错进行，且与其伯格斯矢量的方向一致。 3.原位研究单根ZnO和In-ZnO纳米线的力学行为。利用TEM对单根纳米线加载交变电压使其发生共振，原位测量其本征共振频率，通过计算得出氧化锌纳米线的弯曲模量。氧化锌纳米线可以构建纳米悬臂梁和纳米谐振器，通过氧化锌纳米线构建的纳米秤，测量了黏附在纳米线自由端的纳米颗粒质量。该研究论文发表在英国物理协会的期刊J. Phys.: Condens. Matter( 2006, 18 (15), L179-L184)上，被评为该期刊2006年度的顶级论文(Top paper)，位列其中第九名，是该年度该期刊22篇Top papers研究论文中唯一由中国研究人员完成的成果。 4.合成了多种ZnS准一维纳米材料，并提出了四针状ZnS纳米结构的生长机理，指出其生长过程由立方相形核和六方相孪晶生长机制共同控制。同时率先报道了ZnS四针状纳米材料的光致发光性能，发光波长相对其它ZnS 纳米材料发生蓝移4.8~32.8nm。该研究论文发表在国际著名期刊Nanotechnology (18 (2007) 475603)上，在发表后的第一个季度内，下载量就超过250次，成为该期刊排名前10％的热点文章。 5.碳纳米管及ZnO纳米阵列的实际应用取得了重要突破。采用涂敷和CVD两种方法成功制备了多种大面积碳纳米管阴极，采用水热合成法制备了大面积一维纳米ZnO阵列阴极。首次研究了纳米阴极的强流脉冲发射性能，其中碳纳米管阴极的发射电流密度高达344 A/cm2，ZnO阴极的发射电流密度达到123A/cm2。系列研究成果发表在Carbon、Appl. Phys. Lett.等国际著名期刊上。研制的多种纳米阴极在线性感应加速器上已经得到成功应用，阴极的发射电流强度及发射电子的均匀性远远高于现有的阴极性能指标。 张跃教授有关纳米材料的研究成果获教育部高等学校科学技术奖（自然科学奖）二等奖1项（2006-052），完成专著1部，另合作出版专著1部，发表论文80 余篇（其中SCI 40余篇、EI 近20 篇），重要成果发表在Appl. Phys. Lett.、Carbon、Advan. Funct. Mater.、 J. Physical Chemistry C、Chemical Physics Letters、J. Phys.: Condens. Matter、J. Physics D: Applied Physics、J. Nanosci. Nanotech.等国际知名期刊上，申报12项发明专利（已授权5项）。发表研究论文中的4 篇代表性论文，已被引用300余次，单篇他引超过130次。

非线性光学开关材料是非线性光学材料的一个重要分支，指的是在某种外界条件（如：光、热、化学环境变化等）变化下，能够在非线性光学 “开”、“关”两种状态间切换的物质。先前的大多数研究主要集中于液态材料，但其易失谐以及不稳定等特点，使得液态开关材料难以获得实际应用。而固态非线性开关材料具备非线性性质优良、性能稳定、易于调控等优势；但是目前具备固态非线性开关特性的材料却还很匮乏，这是因为其不仅要求其结构构筑基元是强响应非线性活性基团，而且环境变化下具备基元间对称性的可逆重排特性。目前，已经报道的固态非线性开关材料在状态间切换依赖于材料本身的相变温度Tc，正因如此，已报道材料只能在一个固定温度点下使用，这严重限制了固态非线性材料在温度响应方面的应用。 2018年吴立明课题组从理论上预测具不对称性的单氟磷酸根PO3F2-有望成为新的DUV NLO功能基团，并提出氟磷酸盐可作为深紫外非线性光学材料；进而通过实验合成获得(NH4)2PO3F，NaNH4PO3F∙H2O，(C(NH2)3)2PO3F等新型单氟磷酸盐深紫外非线性光学材料，并对其非线性光学性能进行了系统研究。（Chem. Mater. 2018, 30, 7823-7830.）。对其中非线性晶体材料(NH4)2PO3F相变特性深入研究发现：该化合物可在温度变化下发生低温相（P21/n、无非线性信号）和高温相（Pna21、有非线性信号）的相互转变。通过单晶结构表征分析证实，该相转变需要克服氢键网络重排的能垒。基于此，该工作提出，如果能调控(NH4)2PO3F中的氢键结构，有望实现对该化合物相变能垒和相变温度的调控。据此，该工作利用K+与NH4+的半径相似但不存在氢键环境的特点，设计合成了一系列化合物Kx(NH4)2-xPO3F (x = 0.0 – 2.0)。研究表明，随着K+含量x的增加，由于Kx(NH4)2-xPO3F结构中氢键网络不断被削弱，发生相转变所需克服的能垒也逐步降低，在材料性能上则表现为非线性开关激发温度Tc的不断降低。因此，通过调控材料中K+离子的含量，固态非线性开关材料Kx(NH4)2-xPO3F (x = 0 – 0.3)可实现激发温度Tc在270–150 K大温度范围内的连续可调。这是首次实现对固态非线性开关材料激发温度的调控，并且根据K+离子含量的控制，可实现在120摄氏度范围内的宽温度连续可调。通过理论计算高温相与低温相的自由能证实当K+含量高于30%时，由于氢键结构的过度削弱，该相转变消失，这与实验结果相符。该工作系统深入地探究了内部微观结构与宏观非线性光学开关性质之间的内在机制，不仅打破了传统非线性开关局限在特定温度的壁垒，而且为今后研究氢键机制作用下调控宏观性质提供了有益的参考。

本项目针对处理水藻爆发造成水体污染的超声除藻的作用机制和关键技术，开展包括低频低功率超声对微囊藻细胞作用的生物效应及其作用机理、低频低功率超声除藻方法的效率和经济性和低频低功率超声除藻的水环境生态安全性评价等内容的研究。

本项目以前期积累的有关FBG传感技术在航空结构健康监测中的研究成果和经验为基础，把握国内外最新研究进展，研究FBG传感器要实现航空结构健康监测的实际工程应用所需解决的关键技术问题。着重解决以下几个问题：（1）光纤Bragg光栅反射谱重构技术；（2）基于光纤Bragg光栅反射谱的损伤特征参数的提取及评估方法；（3）光纤Bragg光栅的应变信号/温度信号的分离方法。以推动FBG传感技术的实用化进程

北京大学物理学院的贾爽研究员和中科院强磁场科学中心的张警蕾研究员、南方科技大学的卢海舟教授等组成的研究团队对外尔半金属材料TaAs等在强磁场下的磁性质进行了深入研究。利用磁扭矩探测和平行磁化率探测技术，他们发现当外尔电子在强磁场下进入量子极限时，其横向和纵向磁化率都表现出强烈的不饱和性。这一强磁场下的不饱和磁性与非相对论型的拓扑平庸电子呈现的饱和磁性截然相反，是相对论型的电子所独具的指针性属性。 由于各种拓扑电子材料的能带对于包括自旋轨道耦合以及化学势在内的各种参数高度敏感，决定电子拓扑性质的能量尺度可能小至毫电子伏特量级，因此通常的谱学测量如角分辨光电子谱等往往无法分辨能带的细节。而普通的电输运测量只能表征费米面的贝里曲率，无法区分相对论型的电子能带是否存在能隙。这项对于拓扑电子材料的磁性研究，结合了理论计算与强磁场下的实验表征，提出了探测相对论型的电子的一种决定性指针。该工作已在《自然•通讯》上发表 Nature Communications 10, 1028 (2019).Magnetic responses of the non-relativistic and relativistic fermions a, b, c, d: The energy bands of non-relativistic (parabolic-band) fermions; g, i, h, j: The energy bands of -relativistic fermions; e, f: Calculated parallel magnetization (M||) and effective transverse magnetization (MT) of non-relativistic fermions are saturated in strong magnetic field. k, l: Non-saturated M of relativistic fermions. 此项工作的通讯作者为贾爽研究员，中科院强磁场科学中心的张警蕾研究员和南方科技大学的卢海舟教授；第一作者为量子材料中心博士生张成龙和南方科技大学的王春明教授。同时，这项研究受到国家自然科学基金（No. U1832214, No.11774007）国家重点研究计划（2018YFA0305601）以及中科院先导研究计划（XDB28000000）等的支持。

围绕以机器人代替巡视人员完成室外变电站设备日常检查的巡检工作新模 式，重点突破巡检机器人的自主导航、半自主导航、网络环境下的人机交互控制、 非接触式设备检测等关键技术，研制变电站巡检机器人系统，完成集成演示并实 现示范应用，引领特种智能机器人技术发展，为少人值班、无人值班变电站的安 全运行提供技术保障。技术关键1） 巡检机器人的定位、导航算法、巡检机器人的定位：导航算法是巡检机器人实现自主运动的核心技术，可提 高机器人的智能。2） 自动返回充电技术：自动返回充电技术是提高机器人工作效率，保证其自主工作的关键。3） 网络环境下的机器人遥控技术 应用前景：：随着国民经济的快速发展，我国超高压、高压变电站的数量还将在相当长的 一段时间内保持快速增长。变电站对变电站巡检机器人的需求量将不断增大，推 广应用前景更广阔。变电站巡检机器人目前在500KV变电站已有推广应用，随 着变电站巡检机器人性能提高、功能完善、价格下降，有望进一步扩大在500KV 及以下变电站推广应用。

围绕以机器人代替巡视人员完成室外变电站设备日常检查的巡检工作新模 式，重点突破巡检机器人的自主导航、半自主导航、网络环境下的人机交互控制、 非接触式设备检测等关键技术，研制变电站巡检机器人系统，完成集成演示并实 现示范应用，引领特种智能机器人技术发展，为少人值班、无人值班变电站的安 全运行提供技术保障。 技术关键 1） 巡检机器人的定位、导航算法 巡检机器人的定位、导航算法是巡检机器人实现自主运动的核心技术，可提 高机器人的智能。 2） 自动返回充电技术自动返回充电技术是提高机器人工作效率，保证其自主工作的关键。 3） 网络环境下的机器人遥控技术 应用前景： 随着国民经济的快速发展，我国超高压、高压变电站的数量还将在相当长的 一段时间内保持快速增长。变电站对变电站巡检机器人的需求量将不断增大，推 广应用前景更广阔。变电站巡检机器人目前在500KV变电站已有推广应用，随 着变电站巡检机器人性能提高、功能完善、价格下降，有望进一步扩大在500KV 及以下变电站推广应用。市场及经济效益分析： 预期经济、社会效益： 在无人值班变电站中，用机器人代替人工进行日常的设备巡视，可以大大提 高变电站运行的自动化水平，达到减人增效的目的，具有显著的经济效益。以nokv的无人值班变电站为例，从定量的数据进行分析。根据重庆市电力 公司《变电站运行管理规范》的规定，无人值班变电站操作队原则上实行三班 人员一班制，其所辖llOkV变电站为5-7个时，每班至少应配备6人，其中值班 员不少于3人，以人均薪酬3万元/年计算，一年的人工薪酬至少54 (3X6X3) 万元，操作队工作用车的路油费约3万元/年，其它办公耗材等费用约1万元/年， 共58万元/年，平均下来，一个llOkV变电站基本费用(此处主要是计算操作队费 用，不包括设备调试、检修等其它生产费用)为8. 3〜11. 6万元/年。根据其主要 配置的不同，变电站巡检机器人的成本价也有所不同，大约在50万元左右，因 此，在llOkV无人值班变电站应用自动巡检机器人代替人工进行设备巡视可在 4〜6年内收回成本。同样计算，若是在220kV及以上变电站应用自动巡检机器人 代替人工，可望在4年内收回成本。此后，只需花费相对较少的费用对机器人进 行日常维护即可，与目前采用的人工巡视方式相比较而言，具有一次投资长期受 益的明显优势和经济效益。社会效益 采用变电站巡检机器人代替人员对设备进行巡视，可以提高巡检作业的水平, 提高工作效率和质量，帮助工作人员实时掌握变电站情况，及时发现潜在事故苗 头，避免事故，提高变电站安全运行水平；降低了巡检作业的危险，确保人生安 全和身体健康，保证了变电站的安全生 产。

研究团队创造性提出晶体表界面调控的“变异和遗传”生长机制，在国际上首次实现种类最全、尺寸最大的高指数晶面单晶铜箔库的制造。

国际微生物学权威期刊PLOS Pathogens在线发表了我校杀菌剂生物学团队周明国和张峰教授为通讯作者、周俞辛博士研究生为第一作者的最新研究成果《Structural basis of Fusariummyosin I inhibition byphenamacril》。这是南京农业大学杀菌剂生物学团队在获得2018年国家科学技术进步二等奖成果的基础上取得的又一新进展。 我校杀菌剂生物学团队参与江苏省农药研究所自主创制的镰刀菌专化性杀菌剂氰烯菌酯，代表了人类追求安全、高效的选择性杀菌剂发展方向，并采用现代生物学技术，团队发现了氰烯菌酯的作用靶标肌球蛋白-5（I型），这也是杀菌剂发展史上继发现酶蛋白和骨架蛋白后，国际上发现的第三类马达蛋白首个杀菌剂新靶标，并指出肌球蛋白的遗传分化是其抑制剂的选择性基础，同时研发了小麦赤霉病和水稻恶苗病高效、安全防控及抗药性治理系列新技术。 揭示杀菌剂作用靶标蛋白结构及其与小分子化合物亲和互作的精细结构特征，是发展颠覆性靶向杀菌剂的重要前提。杀菌剂生物学团队张峰教授利用先进的结构生物学方法，在解析了茉莉酸诱导植物抗病性的受体蛋白JAZ通过结构转换控制植物免疫与脱敏反应的机制基础上（Nature, 2015; PNAS, 2017），参与并指导研究生开展了氰烯菌酯与其作用靶标肌球蛋白-5的复合物三维结构研究，首次获得小麦赤霉病菌肌球蛋白分辨率为2.65 Å的晶体结构（PDBID：6UI4），揭示了植物病原丝状真菌肌球蛋白与其抑制剂的互作特征。研究发现氰烯菌酯结合在肌球蛋白马达结构域一个新的变构腔中，该位点与哺乳动物肌球蛋白抑制剂Blebbistatin结合在II型肌球蛋白马达结构域疏水口袋的位置非常接近，表明氰烯菌酯与Blebbistatin可能存在相同的氨基酸结合位点。 研究揭示了氰烯菌酯抑制肌球蛋白ATP酶活性的分子机制。氰烯菌酯结合的变构腔顶部也是与肌动蛋白（F-actin）结合的裂隙，在肌球蛋白的ATP酶循环中，该裂隙会特征性地闭合和开启以介导与肌动蛋白的结合，释放Pi和ADP，完成ATP酶循环。晶体结构清楚的显示了小分子氰烯菌酯占据了该裂隙关闭的空间位置，与Switch II 的Y409位点互作阻止了Switch II loop结构从开放裂隙向关闭裂隙的转变，阻断了Pi的释放和肌动蛋白的动力冲程，从而干扰了肌球蛋白ATP酶的循环过程，抑制了蛋白的马达作用。基于三维结构，研究还发现了新的与氰烯菌酯结合的氨基酸位点，并证明其中重要的氨基酸位点M375在不同真菌中的遗传分化决定了肌球蛋白对氰烯菌酯的敏感性，氰烯菌酯对禾谷镰刀菌M375K突变体肌球蛋白-5 的ATP酶活性抑制作用大幅降低，而将对氰烯菌酯不敏感的稻瘟菌肌球蛋白-5突变为K375M后，氰烯菌酯则能强烈抑制该稻瘟菌突变体的肌球蛋白ATP酶活性，同时稻瘟菌K375M突变体对氰烯菌酯变为高度敏感。提出了针对肌球蛋白K375设计对稻瘟病菌等具有高活性的新型广谱肌球蛋白抑制剂的可能性。 团队的以上创新性研究为肌球蛋白抑制剂的创制发展奠定了重要的科学基础。该研究解析的杀菌剂与靶标复合物晶体三维结构是首个直接针对病原物研究的科学探索成功案例，对于推动农业有害生物的农药受体结构生物学研究和靶向农药创制具有引领性作用。